PROKARIOTŲ LĄSTELĖS: YPATYBĖS, LĄSTELIŲ STRUKTŪRA, TIPAI - BIOLOGIJA

Kad prokariotinės ląstelės yra paprasta ir be branduolio, apibrėžtame membrana plazmos struktūrų. Organizmai, susiję su šiuo ląstelių tipu, yra vienaląsčiai, nors jie gali susilieti ir sudaryti antrines struktūras, tokias kaip grandinės.

Iš trijų Carlo Woese pasiūlytų gyvenimo sričių prokariotai atitinka bakterijas ir Archaea. Likęs domenas, Eucarya, yra sudarytas iš didesnių, sudėtingesnių eukariotų ląstelių, turinčių ribotą branduolį.

Prokariotų ląstelė. Šaltinis: Ali Zifan, iš „Wikimedia Commons“

Viena iš svarbiausių biologinių mokslų dichotomijų yra eukariotinės ir prokariotinės ląstelės atskyrimas. Istoriškai prokariotinis organizmas buvo laikomas paprastu, be vidinio organizavimo, be organelių ir neturinčio citoskeleto. Tačiau nauji įrodymai griauna šias paradigmas.

Pavyzdžiui, prokariotuose buvo nustatytos struktūros, kurios gali būti laikomos organelėmis. Taip pat buvo rasta baltymų, homologiškų eukariotų baltymams, kurie sudaro citoskeletą.

Prokariotai labai skiriasi savo mityba. Jie gali naudoti saulės šviesą ir energiją, esančią cheminiuose ryšiuose, kaip energijos šaltinį. Jie taip pat gali naudoti įvairius anglies šaltinius, tokius kaip anglies dioksidas, gliukozė, amino rūgštys, baltymai.

Prokariotai aseksualiai dalijasi dvejetainiu dalijimusi. Šiame procese organizmas atkartoja savo žiedinę DNR, padidina jo tūrį ir galiausiai padalijamas į dvi identiškas ląsteles.

Tačiau yra ir genetinės medžiagos, kuria sukuriamos bakterijų variabilumo, apsikeitimo mechanizmų, tokių kaip transdukcija, konjugacija ir transformacija.

Bendrosios savybės

Prokariotai yra gana paprasti vienaląsčiai organizmai. Ryškiausias bruožas, identifikuojantis šią grupę, yra tikrojo branduolio nebuvimas. Jie yra suskirstyti į dvi dideles šakas: tikrąsias bakterijas arba eubakterijas ir archebakterijas.

Jie kolonizavo beveik kiekvieną įsivaizduojamą buveinę - nuo vandens ir dirvožemio iki kitų organizmų, įskaitant žmones, vidų. Tiksliau sakant, archebakterijos gyvena vietovėse, kuriose ypač aukšta temperatūra, druskingumas ir pH.

Struktūra

Vidutinė prokariotinė ląstelė.

Tipiško prokarioto architektūrinė schema, be jokios abejonės, yra Escherichia coli, bakterijos, kuri paprastai gyvena mūsų virškinimo trakte, schema.

Ląstelės forma primena lazdelę ir yra 1 um skersmens ir 2 um ilgio. Prokariotus supa ląstelės siena, sudaryta daugiausia iš polisacharidų ir peptidų.

Bakterijų ląstelių siena yra labai svarbi savybė ir, atsižvelgiant į jų struktūrą, leidžia sudaryti klasifikavimo sistemą į dvi dideles grupes: gramteigiamas ir gramneigiamas bakterijas.

Sekdami ląstelės sienelę, randame lipidų pobūdžio membraną (bendrą elementą tarp prokariotų ir eukariotų) su protezų elementais, įterptais į juos, kad atskirtume organizmą nuo jo aplinkos.

DNR yra apskritos molekulės, esančios konkrečiame regione, kuriame nėra jokio tipo membranos ar atskyrimo su citoplazma.

Citoplazma atrodo grubiai ir turi maždaug 3000 ribosomų - struktūrų, atsakingų už baltymų sintezę.

Prokariotų tipai

Dabartinius prokariotus sudaro daugybė bakterijų, suskirstytų į du didelius domenus: eubakterijas ir archebakterijas. Remiantis įrodymais, šios grupės evoliucijos pradžioje išsiskyrė.

Archebakterijos yra prokariotų grupė, paprastai gyvenanti aplinkoje, kurios sąlygos yra neįprastos, pavyzdžiui, temperatūra ar didelis druskingumas. Šiandien šios sąlygos yra retos, tačiau galėjo būti paplitusios ankstyvoje žemėje.

Pavyzdžiui, termoacidofiliniai augalai gyvena tose vietose, kur temperatūra pasiekia maksimalią 80 ° C, o pH 2.

Tuo tarpu eubakterijos gyvena mums, žmonėms, įprastoje aplinkoje. Jie gali gyventi dirvožemyje, vandenyje arba gyventi kituose organizmuose - pavyzdžiui, bakterijose, kurios yra mūsų virškinamojo trakto dalis.

Prokariotų morfologija

Bakterijos yra labai įvairios ir nevienalytės morfologijos. Tarp labiausiai paplitusių turime apvalius, vadinamus kokosais. Tai gali atsirasti atskirai, poromis, grandine, tetradais ir kt.

Kai kurios bakterijos yra morfologiškai panašios į lazdelę ir vadinamos bacilomis. Kaip kokosus, juos galima rasti skirtingais būdais su daugiau nei vienu asmeniu. Taip pat aptinkame spiralės formos spirochetus ir tuos, kurių kablelis ar grūdelio forma vadinami vibriumais.

Kiekviena iš šių aprašytų morfologijų gali skirtis skirtingoms rūšims - pavyzdžiui, viena bacila gali būti labiau pailgi nei kita arba su labiau suapvalintais kraštais - ir yra naudinga identifikuojant rūšis.

Dauginimas

Neseksualus dauginimasis

Reprodukcija bakterijose yra neseksuali ir vyksta dvejetainio dalijimosi būdu. Šiame procese organizmas tiesiogine prasme „suskaidomas į dvi dalis“ ir susidaro pradinio organizmo klonai. Tam reikia turėti pakankamai išteklių.

Procesas yra gana paprastas: apskritos DNR kartojasi, sudarydamos dvi identiškas dvigubas spiralės. Vėliau genetinė medžiaga patenka į ląstelės membraną ir ląstelė pradeda augti, kol ji padidėja dvigubai. Ląstelė galiausiai pasidalija ir kiekviena gauta dalis turi žiedinę DNR kopiją.

Kai kuriose bakterijose ląstelės gali dalintis medžiaga ir augti, tačiau jos visiškai nesiskirsto ir sudaro savotišką grandinę.

Papildomi genetinio kintamumo šaltiniai

Tarp bakterijų vyksta genų mainų įvykiai, kurie leidžia perduoti genetinę medžiagą ir rekombinuoti - procesas, panašus į tai, ką mes žinome kaip lytinį dauginimąsi. Šie mechanizmai yra konjugacija, transformacija ir transdukcija.

Konjugaciją sudaro genetinės medžiagos mainai tarp dviejų bakterijų per struktūrą, panašią į smulkius plaukelius, vadinamus piliais arba fimbrijomis, kurie veikia kaip „tiltas“. Tokiu atveju tarp abiejų asmenų turi būti fizinis artumas.

Transformacija apima aplinkoje rastų neapdorotų DNR fragmentų paėmimą. T. y., Šiame procese nebūtina turėti antrą organizmą.

Galiausiai turime vertimą, kai bakterija įgyja genetinę medžiagą per vektorių, pavyzdžiui, bakteriofagus (virusus, kurie užkrečia bakterijas).

Mityba

Bakterijoms reikia medžiagų, kurios garantuoja jų išgyvenimą ir suteikia joms energiją, reikalingą ląstelių procesams. Ląstelė pasisavins šias maistines medžiagas.

Paprastai maistines medžiagas galime klasifikuoti kaip būtinas ar pagrindines (vanduo, anglies šaltiniai ir azoto junginiai), antrinius (pvz., Kai kuriuos jonus: kalį ir magnį) ir mikroelementus, kurių reikia mažiausiai (geležis, kobaltas).

Kai kurioms bakterijoms reikia specifinių augimo faktorių, tokių kaip vitaminai ir amino rūgštys bei stimuliatoriai, kurie, nors ir nėra būtini, tačiau padeda augimo procese.

Bakterijų mitybos poreikiai labai skiriasi, tačiau jų žinios yra būtinos norint paruošti veiksmingą terpę, kad būtų užtikrintas dominančio organizmo augimas.

Mitybos kategorijos

Bakterijos gali būti klasifikuojamos pagal jų naudojamą anglies šaltinį - organinį arba neorganinį - ir priklausomai nuo energijos gamybos šaltinio.

Pagal anglies šaltinį turime dvi grupes: autotrofams ar litotrofams naudojamas anglies dioksidas, o heterotrofams ar organotrofams, kuriems reikalingas organinis anglies šaltinis.

Kalbant apie energijos šaltinį, mes taip pat turime dvi kategorijas: fototrofus, kurie naudoja saulės energiją, arba spinduliavimo energiją, ir chemotrofus, kurie priklauso nuo cheminių reakcijų energijos. Taigi, derinant abi kategorijas, bakterijas galima suskirstyti į:

Fotoautotrofai

Jie gauna energiją iš saulės spindulių - tai reiškia, kad jie yra fotosintetiniai aktyvūs -, o jų anglies šaltinis yra anglies dioksidas.

Fotoheterotrofai

Jie gali panaudoti spinduliuotės energiją savo vystymuisi, tačiau nesugeba įtraukti anglies dioksido. Todėl jie naudoja kitus anglies šaltinius, tokius kaip alkoholiai, riebalų rūgštys, organinės rūgštys ir angliavandeniai.

Chemoautotrofai

Jie gauna energiją vykstant cheminėms reakcijoms ir į juos gali įeiti anglies dioksidas.

Chemoheterotrofai

Jie naudoja energiją iš cheminių reakcijų, o anglis gaunama iš organinių junginių, tokių kaip gliukozė, kuri yra labiausiai naudojama, lipidai, taip pat baltymai. Atminkite, kad energijos šaltinis ir anglies šaltinis abiem atvejais yra tas pats, todėl juos sunku atskirti.

Paprastai mikroorganizmai, laikomi žmogaus patogenais, priklauso šiai paskutinei kategorijai ir naudoja anglies šaltinį iš jų šeimininkų amino rūgščių ir lipidų junginių.

Metabolizmas

Metabolizmas apima visas sudėtingas fermentų katalizuojamas chemines reakcijas, vykstančias organizmo viduje, kad jis galėtų vystytis ir daugintis.

Bakterijose šios reakcijos nesiskiria nuo pagrindinių procesų, vykstančių sudėtingesniuose organizmuose. Tiesą sakant, mes turime daug kelių, kuriuos vienija abi organizmų rūšys, pavyzdžiui, glikolizė.

Metabolinės reakcijos skirstomos į dvi dideles grupes: biosintezės arba anabolinės reakcijos ir skilimo arba katabolinės reakcijos, kurios vyksta norint gauti cheminę energiją.

Katabolinės reakcijos palaipsniui išskiria energiją, kurią kūnas naudoja savo komponentų biosintezei.

Pagrindiniai skirtumai nuo eukariotų ląstelių

Prokariotai nuo prokariotų skiriasi pirmiausia ląstelės struktūriniu sudėtingumu ir joje vykstančiais procesais. Žemiau aprašysime pagrindinius skirtumus tarp dviejų rūšių:

Dydis ir sudėtingumas

Apskritai, prokariotų ląstelės yra mažesnės nei eukariotų ląstelės. Pirmųjų skersmuo yra nuo 1 iki 3 µm, priešingai nei eukariotinės ląstelės, kurios gali siekti 100 µm. Tačiau yra keletas išimčių.

Nors prokariotiniai organizmai yra vienaląsčiai ir mes negalime jų stebėti plika akimi (nebent stebime, pavyzdžiui, bakterijų kolonijas), mes neturėtume naudoti charakteristikos, kad atskirtume abi grupes. Eukariotuose mes taip pat randame vienaląsčius organizmus.

Iš tikrųjų viena sudėtingiausių ląstelių yra vienaląsčiai eukariotai, nes juose turi būti visos jų vystymuisi reikalingos struktūros, esančios ląstelės membranoje. Puikūs to pavyzdžiai yra Paramecium ir Trypanosoma gentys.

Kita vertus, yra labai sudėtingų prokariotų, tokių kaip cianobakterijos (prokariotų grupė, kurioje vyko fotosintetinių reakcijų evoliucija).

Core

Žodis „prokariotas“ reiškia branduolio nebuvimą (pro = prieš; karionas = branduolys), o eukariotai turi tikrąjį branduolį (eu = tikras). Taigi šias dvi grupes skiria šios svarbios organelės.

Prokariotuose genetinė medžiaga randama pasiskirsčiusi specifiniame ląstelės regione, vadinamame nukleoidu - ir tai nėra tikrasis branduolys, nes jo neriboja lipidų membrana.

Eukariotai turi apibrėžtą branduolį ir yra apsupti dvigubos membranos. Ši struktūra yra labai sudėtinga, joje yra skirtingos sritys, tokios kaip branduolys. Be to, šis organelis gali sąveikauti su vidine ląstelės aplinka, nes jame yra branduolio poros.

Genetinės medžiagos organizavimas

Prokariotai savo DNR turi nuo 0,6 iki 5 milijonų bazinių porų ir manoma, kad jie gali koduoti iki 5000 skirtingų baltymų.

Prokariotiniai genai susistemina į darinius, vadinamus operonais - kaip ir gerai žinomas laktozės operonas -, tuo tarpu eukariotiniai genai to nedaro.

Genuose galime atskirti du „regionus“: intronus ir egzonus. Pirmieji yra porcijos, kurios nekoduoja baltymo ir pertraukia kodavimo sritis, vadinamas egzonais. Intronai yra įprasti eukariotų genuose, bet ne prokariotuose.

Prokariotai paprastai yra haploidiniai (viena genetinė apkrova), o eukariotai turi ir haploidų, ir poliploidų. Pavyzdžiui, mes, žmonės, esame diploidai. Panašiai prokariotai turi vieną chromosomą, o eukariotai - daugiau nei vieną.

Genetinės medžiagos sutankinimas

Ląstelės branduolyje eukariotai turi sudėtingą DNR organizaciją. Ilga DNR grandinė (maždaug dviejų metrų ilgio) yra pajėgi susisukti taip, kad galėtų integruotis į branduolį, o dalijimosi procesų metu ją mikroskopu būtų galima vizualizuoti kaip chromosomas.

Šis DNR sutankinimo procesas apima daugybę baltymų, galinčių prisijungti prie stygos ir sudaryti struktūras, primenančias perlų vėrinį, kur grandinę apibūdina DNR, o karoliukus - perlai. Šie baltymai vadinami histonais.

Histonai buvo plačiai išsaugoti evoliucijos metu. Kitaip tariant, mūsų histonai yra neįtikėtinai panašūs į pelių ar, jei reikia, vabzdžius. Struktūriškai jie turi daug teigiamai įkrautų aminorūgščių, kurios sąveikauja su neigiamais DNR krūviais.

Prokariotuose buvo rasta tam tikrų histonams homologiškų baltymų, kurie paprastai žinomi kaip panašūs į histonus. Šie baltymai prisideda prie genų ekspresijos, DNR rekombinacijos ir replikacijos kontrolės ir, kaip ir histonai eukariotuose, dalyvauja organizuojant nukleoidą.

Organelės

Eukariotų ląstelėse galima nustatyti labai sudėtingų tarpląstelinių skyrių serijas, atliekančias specifines funkcijas.

Aktualiausios yra mitochondrijos, atsakingos už ląstelių kvėpavimo procesus ir ATP susidarymą. Augaluose išsiskiria chloroplastai, turintys trijų membranų sistemą ir fotosintezei reikalingus mechanizmus.

Be to, mes taip pat turime „Golgi“ kompleksą, lygų ir šiurkštų endoplazminį tinklainį, vakuolius, lizosomas, peroksisomas.

Ribosomų struktūra

Ribosomos

Ribosomos sudaro baltymų sintezei būtiną mechanizmą, todėl jų turi būti tiek eukariotuose, tiek prokariotuose. Nors tai yra būtina struktūra abiem, ji daugiausia skiriasi dydžiu.

Ribosomos yra sudarytos iš dviejų subvienetų: didelio ir mažo. Kiekvienas subvienetas identifikuojamas parametru, vadinamu sedimentacijos koeficientu.

Prokariotuose didelis subvienetas yra 50S, o mažasis - 30S. Visa struktūra vadinama 70S. Ribosomos yra išsklaidytos visoje citoplazmoje, kur jos atlieka savo užduotis.

Eukariotai turi didesnes ribosomas, didelis subvienetas yra 60S, mažas subvienetas yra 40S, o visas ribosomas yra žymimas 80S. Jie daugiausia pritvirtinti grubiame endoplazminiame tinklalapyje.

Korinė siena

Ląstelės siena yra svarbus elementas kovojant su osmosiniu stresu ir yra apsauginė kliūtis nuo galimos žalos. Beveik visi prokariotai ir kai kurios eukariotų grupės turi ląstelės sienelę. Skirtumas slypi cheminėje gamtoje.

Bakterijos sienelę sudaro peptidoglikanas, polimeras, sudarytas iš dviejų struktūrinių elementų: N-acetilgliukozamino ir N-acetilmuramelio rūgšties, sujungtos β-1,4 tipo jungtimis.

Eukariotų kilmės linijoje taip pat yra sienelių ląstelių, daugiausia kai kuriuose grybuose ir visuose augaluose. Gausiausias grybelio junginys yra chitinas, o augaluose - celiuliozė, polimeras, sudarytas iš daugelio gliukozės vienetų.

Ląstelių dalijimasis

Kaip aptarta anksčiau, prokariotai dalijasi dvejetainiu dalijimusi. Eukariotai turi sudėtingą dalijimosi sistemą, apimančią skirtingus branduolio dalijimosi etapus - mitozę ar mejozę.

Filogenija ir klasifikacija

Paprastai rūšį esame įpratę apibrėžti pagal biologinę koncepciją, kurią 1989 m. Pasiūlė E. Mayr: „tarpusavyje besikeičiančių natūralių populiacijų grupės, reprodukciniu būdu atskirtos nuo kitų grupių“.

Taikyti šią sąvoką nelytinėms rūšims, kaip tai daroma prokariotams, neįmanoma. Todėl, norint klasifikuoti šiuos organizmus, reikia ir kitokio požiūrio į rūšių sąvoką.

Anot Rosselló-Mora ir kt. (2011), filo-fenetinė koncepcija gerai derinama su šia kilme: „monofiletinis ir genomiškai nuoseklus atskirų organizmų rinkinys, pasižymintis dideliu bendrojo panašumo laipsniu pagal daugelį nepriklausomų požymių ir diagnozuojamas pagal diferencijuotą fenotipinę savybę“.

Anksčiau visi prokariotai buvo klasifikuojami į vieną „domeną“, kol Carlas Woese pasiūlė, kad gyvybės medis turėtų turėti tris pagrindines šakas. Pagal šią klasifikaciją prokariotai apima dvi sritis: Archaea ir bakterijas.

Bakterijose randame penkias grupes: proteobakterijas, chlamidijas, cianobakterinius spirochetus ir gramteigiamas bakterijas. Panašiai mes turime keturias pagrindines archajos grupes: „Euryarchaeota“, „TACK Group“, „Asgard“ ir „DPANN Group“.

Naujos įžvalgos

Viena iš labiausiai paplitusių biologijoje sąvokų yra prokariotinių citozolių paprastumas. Tačiau nauji įrodymai rodo, kad prokariotinėse ląstelėse gali būti organizacija. Šiuo metu mokslininkai bando išskaidyti dogmas apie organelių, citoskeleto ir kitų savybių nebuvimą šioje vienaląsčioje linijoje.

Organelės prokariotuose

Šio labai naujo ir prieštaringai vertinamo pasiūlymo autoriai patikina, kad eukariotinėse ląstelėse, ypač struktūrose, kuriuos riboja baltymai ir tarpląsteliniai lipidai, yra suskyrimo laipsnis.

Anot šios idėjos gynėjų, organelė yra skyrius, kurį supa biologinė membrana, turinti specifinę biocheminę funkciją. Tarp tokių „organeliukų“, kurie atitinka šį apibrėžimą, mes, be kita ko, turime lipidų kūnus, karboksigrupas, dujų vakuolius.

Magnetosomos

Vienas iš patraukliausių bakterijų skyrių yra magnetosomos. Šios struktūros yra susijusios su tam tikrų bakterijų - tokių kaip Magnetospirillum ar Magnetococcus - gebėjimu naudoti magnetinius laukus orientavimui.

Struktūriškai jie yra mažas 50 nanometrų korpusas, apsuptas lipidų membranos, kurios vidų sudaro magnetiniai mineralai.

Fotosintetinės membranos

Be to, kai kurie prokariotai turi „fotosintetines membranas“, kurie yra labiausiai tirti šių organizmų skyriai.

Šios sistemos veikia maksimaliai padidindamos fotosintezės efektyvumą, padidindamos turimų fotosintetinių baltymų skaičių ir maksimaliai padidindamos membraninį paviršių, veikiantį šviesą.

Skyriai

Nebuvo įmanoma atsekti tikėtino evoliucijos kelio nuo šių anksčiau minėtų skyrių iki labai sudėtingų eukariotų organelių.

Tačiau Planctomycetes genties viduje yra keletas skyrių, primenančių pačius organelius ir kuriuos galima pasiūlyti kaip bakterinį eukariotų protėvį. Pirellula gentyje yra chromosomos ir ribosomos, apsuptos biologinių membranų.

Citoskeleto komponentai

Panašiai yra ir kai kurie baltymai, kurie istoriškai buvo laikomi išskirtiniais eukariotams, įskaitant būtiniausius siūlus, kurie yra citoskeleto dalis: tubuliną, aktiną ir tarpinius siūlus.

Naujausiais tyrimais pavyko nustatyti baltymus, homologiškus tubulinui (FtsZ, BtuA, BtuB ir kitiems), aktinui (MreB ir Mb1) ir tarpiniams siūlams (CfoA).

Nuorodos

Cooperis, GM (2000). Ląstelė: molekulinis požiūris. „Sinauer Associates“.
Dormanas, CJ, ir Deighanas, P. (2003). Genų ekspresijos reguliavimas bakterijose, panašiuose į histoną. Dabartinė nuomonė genetikos ir plėtros srityje, 13 (2), 179–184.
Guerrero, R., ir Berlanga, M. (2007). Paslėpta prokariotų ląstelės pusė: iš naujo atrandamas mikrobų pasaulis. Tarptautinė mikrobiologija, 10 (3), 157–168.
Muratas, D., Byrne, M., ir Komeili, A. (2010). Prokariotų organelių ląstelių biologija. Šaltojo pavasario uosto biologinės perspektyvos, a000422.
Rosselló-Mora, R., ir Amann, R. (2001). Prokariotų rūšies samprata. FEMS mikrobiologijos apžvalgos, 25 (1), 39–67.
Slesarev, AI, Belova, GI, Kozyavkin, SA, & Lake, JA (1998). H2A ir H4 ankstyvosios prokariotinės kilmės įrodymai prieš eukariotų atsiradimą. Nukleorūgščių tyrimai, 26 (2), 427–430.
„Souza“, WD (2012). Prokariotinės ląstelės: citoskeleto ir organelių struktūrinė organizacija. „Memórias do Instituto Oswaldo Cruz“, 107 (3), 283–293.

PROKARIOTŲ LĄSTELĖS: YPATYBĖS, LĄSTELIŲ STRUKTŪRA, TIPAI - BIOLOGIJA - 2025