プリンキピア

第22章原核生物：細菌と古細菌

Section Summary節のまとめ

Prokaryotes (domains Archaea and Bacteria) are single-celled organisms that lack a nucleus. They have a single piece of circular DNA in the nucleoid area of the cell. Most prokaryotes have a cell wall that lies outside the boundary of the plasma membrane. Some prokaryotes may have additional structures such as a capsule, flagella, and pili. Bacteria and Archaea differ in the lipid composition of their cell membranes and the characteristics of the cell wall. In archaeal membranes, phytanyl units, rather than fatty acids, are linked to glycerol. Some archaeal membranes are lipid monolayers instead of bilayers.
原核生物、すなわち古細菌ドメインと細菌ドメインの生物は、核をもたない単細胞生物である。細胞の核様体領域に、一つの環状DNAをもつ。大半は細胞膜の外側に細胞壁をもつ。莢膜、鞭毛、線毛などの付加的な構造をもつものもいる。細菌と古細菌は、細胞膜の脂質組成と細胞壁の特徴が異なる。古細菌の膜では、脂肪酸の代わりにフィタニル単位がグリセロールへ結合する。二重層ではなく、脂質単分子層の膜をもつ古細菌もいる。
The cell wall is located outside the cell membrane and prevents osmotic lysis. The chemical composition of cell walls varies between species. Bacterial cell walls contain peptidoglycan. Archaean cell walls do not have peptidoglycan, but they may have pseudopeptidoglycan, polysaccharides, glycoproteins, or protein-based cell walls. Bacteria can be divided into two major groups: Gram positive and Gram negative, based on the Gram stain reaction. Gram-positive organisms have a thick peptidoglycan layer fortified with teichoic acids. Gram-negative organisms have a thin cell wall and an outer envelope containing lipopolysaccharides and lipoproteins.
細胞壁は細胞膜の外側にあり、浸透圧による溶解を防ぐ。化学組成は種ごとに異なる。細菌の細胞壁はペプチドグリカンを含む。古細菌の細胞壁にはペプチドグリカンはないが、擬似ペプチドグリカン、多糖、糖タンパク質、タンパク質を基盤とする細胞壁をもつことがある。細菌はグラム染色への反応によって、グラム陽性とグラム陰性の二つの大きな群に分けられる。グラム陽性生物は、テイコ酸で補強された厚いペプチドグリカン層をもつ。グラム陰性生物は、薄い細胞壁と、リポ多糖やリポタンパク質を含む外側の被膜をもつ。
Prokaryotes can transfer DNA from one cell to another by three mechanisms: transformation (uptake of environmental DNA), transduction (transfer of genomic DNA via viruses), and conjugation (transfer of DNA by direct cell contact).
原核生物は、三つの仕組みで、一つの細胞から別の細胞へDNAを移せる。形質転換（環境DNAの取り込み）、形質導入（ウイルスを介するゲノムDNAの伝達）、接合（細胞同士の直接接触によるDNAの伝達）である。

Visual Connection Questions図を使った問題

Exercises 10練習問題 10
Exercise 10問題 10
Figure 22.16 Which of the following statements is true?
図22.16 次の記述のうち、正しいものはどれか。
  1. Gram-positive bacteria have a single cell wall anchored to the cell membrane by lipoteichoic acid.
    グラム陽性細菌は、リポテイコ酸で細胞膜につなぎ止められた、一つの細胞壁をもつ。
  2. Porins allow entry of substances into both Gram-positive and Gram-negative bacteria.
    ポリンは、グラム陽性細菌とグラム陰性細菌の両方への物質の進入を可能にする。
  3. The cell wall of Gram-negative bacteria is thick, and the cell wall of Gram-positive bacteria is thin.
    グラム陰性細菌の細胞壁は厚く、グラム陽性細菌の細胞壁は薄い。
  4. Gram-negative bacteria have a cell wall made of peptidoglycan, whereas Gram-positive bacteria have a cell wall made of lipoteichoic acid.
    グラム陰性細菌はペプチドグリカンの細胞壁をもち、グラム陽性細菌はリポテイコ酸の細胞壁をもつ。
Solution解き方

Review Questions確認問題

Exercises 11–17練習問題 11–17
Exercise 11問題 11
The presence of a membrane-enclosed nucleus is a characteristic of ________.
膜で囲まれた核の存在は、________の特徴である。
  1. prokaryotic cells
    原核細胞
  2. eukaryotic cells
    真核細胞
  3. all cells
    すべての細胞
  4. viruses
    ウイルス
Solution解き方
B
B
Exercise 12問題 12
Which of the following consist of prokaryotic cells?
次のうち、原核細胞からなるものはどれか。
  1. bacteria and fungi
    細菌と菌類
  2. archaea and fungi
    古細菌と菌類
  3. protists and animals
    原生生物と動物
  4. bacteria and archaea
    細菌と古細菌
Solution解き方
D
D
Exercise 13問題 13
The cell wall is ________.
細胞壁は________。
  1. interior to the cell membrane
    細胞膜の内側にある
  2. exterior to the cell membrane
    細胞膜の外側にある
  3. a part of the cell membrane
    細胞膜の一部である
  4. interior or exterior, depending on the particular cell
    細胞によって、内側または外側にある
Solution解き方
B
B
Exercise 14問題 14
Organisms most likely to be found in extreme environments are ________.
極限環境で最も見つかりやすい生物は、________である。
  1. fungi
    菌類
  2. bacteria
    細菌
  3. viruses
    ウイルス
  4. archaea
    古細菌
Solution解き方
D
D
Exercise 15問題 15
Prokaryotes stain as Gram-positive or Gram-negative because of differences in the cell _______.
原核生物がグラム陽性またはグラム陰性に染まるのは、細胞の_______の違いによる。
  1. wall
    壁
  2. cytoplasm
    細胞質
  3. nucleus
    核
  4. chromosome
    染色体
Solution解き方
A
A
Exercise 16問題 16
Pseudopeptidoglycan is a characteristic of the walls of ________.
擬似ペプチドグリカンは、________の細胞壁の特徴である。
  1. eukaryotic cells
    真核細胞
  2. bacterial prokaryotic cells
    細菌の原核細胞
  3. archaean prokaryotic cells
    古細菌の原核細胞
  4. bacterial and archaean prokaryotic cells
    細菌と古細菌の原核細胞
Solution解き方
C
C
Exercise 17問題 17
The lipopolysaccharide layer (LPS) is a characteristic of the wall of ________.
リポ多糖（LPS）層は、________の細胞壁の特徴である。
  1. archaean cells
    古細菌の細胞
  2. Gram-negative bacteria
    グラム陰性細菌
  3. bacterial prokaryotic cells
    細菌の原核細胞
  4. eukaryotic cells
    真核細胞
Solution解き方
B
B

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 18–20練習問題 18–20
Exercise 18問題 18
Mention three differences between bacteria and archaea.
細菌と古細菌の違いを三つ挙げなさい。
Solution解き方
Responses will vary. A possible answer is: Bacteria contain peptidoglycan in the cell wall; archaea do not. The cell membrane in bacteria is a lipid bilayer; in archaea, it can be a lipid bilayer or a monolayer. Bacteria contain fatty acids on the cell membrane, whereas archaea contain phytanyl.
答えはさまざまである。解答例は次のとおり。細菌は細胞壁にペプチドグリカンを含むが、古細菌は含まない。細菌の細胞膜は脂質二重層だが、古細菌では脂質二重層の場合も単分子層の場合もある。細菌の細胞膜には脂肪酸が含まれるが、古細菌にはフィタニルが含まれる。
Exercise 19問題 19
Explain the statement that both types, bacteria and archaea, have the same basic structures, but built from different chemical components.
細菌と古細菌は、同じ基本構造をもつが、異なる化学成分から作られている、という記述を説明しなさい。
Solution解き方
Both bacteria and archaea have cell membranes and they both contain a hydrophobic portion. In the case of bacteria, it is a fatty acid; in the case of archaea, it is a hydrocarbon (phytanyl). Both bacteria and archaea have a cell wall that protects them. In the case of bacteria, it is composed of peptidoglycan, whereas in the case of archaea, it is pseudopeptidoglycan, polysaccharides, glycoproteins, or pure protein. Bacterial and archaeal flagella also differ in their chemical structure.
細菌にも古細菌にも細胞膜があり、どちらも疎水性の部分を含む。細菌では脂肪酸、古細菌では炭化水素のフィタニルである。また、どちらも自身を守る細胞壁をもつ。細菌ではペプチドグリカンからなり、古細菌では擬似ペプチドグリカン、多糖、糖タンパク質、または純粋なタンパク質からなる。細菌と古細菌の鞭毛も、化学構造が異なる。
Exercise 20問題 20
A scientist isolates a new species of prokaryote. They note that the specimen is a bacillus with a lipid bilayer and cell wall that stains positive for peptidoglycan. Its circular chromosome replicates from a single origin of replication. Is the specimen most likely an Archaea, a Gram-positive bacterium, or a Gram-negative bacterium? How do you know?
英語のヒント
科学者が、原核生物の新種を分離した。標本は、脂質二重層と、ペプチドグリカンの染色が陽性となる細胞壁をもつ桿菌だった。環状染色体は、一つの複製起点から複製される。この標本は、古細菌、グラム陽性細菌、グラム陰性細菌のうち、どれである可能性が最も高いか。どうして分かるか。
Solution解き方
The specimen is most likely a gram-positive bacterium. Since the cell wall contains peptidoglycan and the chromosome has one origin of replication, we can conclude that the specimen is in the Domain Bacteria. Since the gram stain detects peptidoglycan, the prokaryote is a gram-positive bacterium.
この標本は、グラム陽性細菌である可能性が最も高い。細胞壁にペプチドグリカンがあり、染色体の複製起点が一つなので、細菌ドメインに属すると結論できる。グラム染色でペプチドグリカンが検出されるため、この原核生物はグラム陽性細菌である。
capsule
莢膜
external structure that enables a prokaryote to attach to surfaces and protects it from dehydration
原核生物が表面へ付着することを可能にし、脱水から守る外部構造。
conjugation
接合
process by which prokaryotes move DNA from one individual to another using a pilus
原核生物が線毛を使い、一つの個体から別の個体へDNAを移す過程。
Gram negative
グラム陰性
bacterium whose cell wall contains little peptidoglycan but has an outer membrane
細胞壁に含まれるペプチドグリカンが少ないが、外膜をもつ細菌。
Gram positive
グラム陽性
bacterium that contains mainly peptidoglycan in its cell walls
細胞壁の主成分としてペプチドグリカンを含む細菌。
peptidoglycan
ペプチドグリカン
material composed of polysaccharide chains cross-linked to unusual peptides
特殊なペプチドによって架橋された多糖鎖からなる物質。
pilus
線毛
surface appendage of some prokaryotes used for attachment to surfaces including other prokaryotes
一部の原核生物にある表面の付属物。ほかの原核生物を含む、表面への付着に使う。
pseudopeptidoglycan
擬似ペプチドグリカン
component of archaea cell walls that is similar to peptidoglycan in morphology but contains different sugars
形態はペプチドグリカンに似るが、異なる糖を含む、古細菌の細胞壁の成分。
S-layer
S層
surface-layer protein present on the outside of cell walls of archaea and bacteria
古細菌と細菌の細胞壁の外側にある、表面層のタンパク質。
teichoic acid
テイコ酸
polymer associated with the cell wall of Gram-positive bacteria
グラム陽性細菌の細胞壁に結びつく重合体。
transduction
形質導入
process by which a bacteriophage moves DNA from one prokaryote to another
バクテリオファージが、一つの原核生物から別の原核生物へDNAを運ぶ過程。
transformation
形質転換
process by which a prokaryote takes in DNA found in its environment that is shed by other prokaryotes
原核生物が、ほかの原核生物によって環境中へ放出されたDNAを取り込む過程。