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细菌和真核细胞的细胞膜脂质(上)为双分子层，古菌细胞的细胞膜脂质(下)为单分子层。只显示了膜的脂质成分。

与细菌和真核细胞明显不同。后两组的细胞膜由两层脂质，以及相关的蛋白质和碳水化合物。在古生菌中，膜的脂质成分由单层组成(图4.4)。脂质单层比双分子层更不容易分裂，因此更热稳定。这种膜稳定性有助于嗜热古生菌比嗜热真细菌或真核生物在更高的温度下生存的能力。古生菌细胞膜的脂质结构不同，与细菌和真核细胞的脂质也有不同的化学成分。嗜热真细菌的脂质也不同于在正常温度下生长的细菌。它们的膜脂含有丰富的饱和脂肪酸(脂质的组成部分之一)。饱和脂肪酸分子间的键比不饱和脂肪酸更牢固。因此，嗜热菌的脂质组成使得它们的膜在高温下更加稳定。然而，为了实现其功能，生物膜必须具有一定程度的流动性。 This allows control over the exchange of substances between the cell and its environment. The composition of the membranes of thermophiles means that their membranes have the required fluidity at high temperatures, without them disintegrating. However, if the temperature falls, the membrane solidifies, loses its fluidity and the cell can no longer exchange materials with its environment. Growth will then cease and the cell becomes dormant or dies.

嗜热菌的酶和其他蛋白质不仅热稳定，而且在高温下功能最好。这种热稳定性高最适温度是由构成蛋白质结构的氨基酸序列的少量变化而实现的。这导致蛋白质以一种增加其耐热变性的方式折叠。蛋白质分子不同部分之间的键或桥的数量增加有助于这种稳定性，更紧密的内部也有助于抵抗展开。酶需要一定程度的灵活性，以便与参与其催化反应的分子相互作用。嗜热菌酶热稳定性的提高意味着它们具有所需的灵活性，因此在高温下功能最佳。在较低的温度下，它们变得过于僵硬，无法发挥作用，细胞的生长将停止。

超嗜热生物还需要防止它们的基因融化。大多数生物的DNA会在90°C以上的温度下融化。一些超嗜热生物的DNA通过调整组成其结构的某些成分(碱基)的比例而变得更热稳定。一些超嗜热生物的DNA分子是超螺旋的，这是一种双链DNA分子进一步扭曲的结构。这可能增加了它的热稳定性。

修复和保护机制

除了具有热稳定的分子和膜外，嗜热生物还能产生保护细胞或修复热量的物质

诱导的损害。一些低分子量化合物的产生，如海藻糖和2,3-二磷酸甘油酸，与某些生物体的耐热性有关。分子伴侣是由嗜热生物产生的，就像所有生物一样，当蛋白质在接近生物体温度范围的上限时开始变性，分子伴侣有助于稳定和折叠蛋白质。与DNA结合的蛋白质(如组蛋白)可能有助于热稳定性。

热性质

超嗜热菌的酶具有极高的热稳定性，因此被称为“极热酶”。例如，来自火球菌的铁氧还蛋白在118°C时最活跃，直到140°C才变性。从各种超嗜热菌中已分离出多种极酶。这些是有趣的生物催化剂的各种工业应用，涉及到在高温下功能最好的生物过程-从洗衣从干洗到食品加工和药品制造。

极端酶的一个例子，这是一个非常重要的实际意义是DNA聚合酶分离自水生热菌(称为Taq聚合酶)。这用于聚合酶链式反应(PCR)中重复步骤的自动化，该反应用于复制或放大特定的DNA序列，如DNA指纹识别。聚合酶链反应技术包括将DNA暴露在高温下几个周期，使其在冷却和重新聚合之前解离。使用热敏性DNA聚合酶需要在每个加热步骤后添加，因为它会因加热而变性。由于Taq聚合酶在高温下是稳定的，它可以通过聚合酶链反应中涉及的几个加热周期来催化DNA聚合，而不必在每个周期中添加新鲜的酶，这使得这个过程更简单、更便宜。20世纪90年代发生的分子生物学的重大革命，如果没有这种不起眼的极端微生物的贡献，是不可能发生的。

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