Карактеристике прокариотских ћелија, ћелијска структура, типови



Тхе прокариотске ћелије они су једноставне структуре и без језгра ограниченог плазма мембраном. Организми повезани са овим типом ћелија су једноћелијски, мада се могу груписати и формирати секундарне структуре, као што су ланци.

Од три домена живота које је предложио Царл Воесе, прокариоти одговарају бактеријама и архејама. Преостали домен, Еукарја, састоји се од еукариотских ћелија, већих, сложенијих и са ограниченим језгром.

Једна од најважнијих дихотомија у биолошким наукама је разлика између еукариотске ћелије и прокариотске ћелије. Историјски, прокариотски организам се сматра једноставним, без унутрашње организације, без органела и без цитоскелета. Међутим, нови докази уништавају ове парадигме.

На пример, структуре су идентификоване у прокариотима који се потенцијално могу сматрати органелима. Слично томе, пронађени су протеини хомологни протеинима еукариота који формирају цитоскелет.

Прокариоти су веома различити у својој исхрани. Могу користити светлост сунца и енергију садржану у хемијским везама као извор енергије. Такође могу да користе различите изворе угљеника, као што су угљен диоксид, глукоза, аминокиселине, протеини, између осталих..

Прокариоте су подијељене асексуално бинарном фисијом. У том процесу организам реплицира своју кружну ДНК, повећава њен волумен и коначно је дели на двије идентичне ћелије.

Међутим, постоје механизми размене генетског материјала који генеришу варијабилност у бактеријама, као што су трансдукција, коњугација и трансформација.

Индек

  • 1 Опште карактеристике
  • 2 Структура
  • 3 Врсте прокариота
  • 4 Морфологија прокариота
  • 5 Репродукција
    • 5.1 Асексуална репродукција
    • 5.2 Додатни извори генетске варијабилности
  • 6 Исхрана
    • 6.1 Храњиве категорије
    • 6.2 Пхотоаутотропхс
    • 6.3 Пхотохетеротропхс
    • 6.4 Цхемоаутотропхс
    • 6.5 Цхемохетеротропхс
  • 7 Метаболизам
  • 8 Основне разлике са еукариотским ћелијама
    • 8.1 Величина и сложеност
    • 8.2 Цоре
    • 8.3 Организација генетског материјала
    • 8.4 Збијање генетског материјала
    • 8.5 Органеле
    • 8.6 Структура рибозома
    • 8.7 Ћелијски зид
    • 8.8 Подела ћелија
  • 9 Филогенија и класификација
  • 10 Нове перспективе
    • 10.1 Органеле у прокариотима
    • 10.2 Магнетосоми
    • 10.3 Фотосинтетске мембране
    • 10.4 Одељци у планктомицетама
    • 10.5 Компоненте цитоскелета
  • 11 Референце

Опште карактеристике

Прокариоти су релативно једноставни једноћелијски организми. Најистакнутија карактеристика која идентификује ову групу је одсуство правог језгра. Подељени су у две велике гране: праве бактерије или еубактерије и архебактерије.

Колонизирали су готово свако могуће станиште, од воде и тла до унутрашњости других организама, укључујући и људско биће. Наиме, археобактерије настањују подручја са температурама, салинитетом и екстремним пХ.

Структура

Архитектонска схема типичног прокариота је, без сумње, она Есцхерицхиа цоли, бактерија која нормално живи у нашем гастроинтестиналном тракту.

Облик ћелије подсећа на штап и има пречник 1 ум и дужину од 2 ум. Прокариоти су окружени ћелијским зидом, састављеним углавном од полисахарида и пептида.

Бактеријски ћелијски зид је веома важна карактеристика и, према структури, омогућава успостављање система класификације у две велике групе: грам позитивне и грам негативне бактерије.

Пратећи ћелијски зид, налазимо мембрану (заједнички елемент између прокариота и еукариота) липидне природе са низом протетских елемената уграђених у њега који раздваја организам од његове средине.

ДНК је кружни молекул лоциран у специфичном региону који нема никакав тип мембране или сепарацију са цитоплазмом.

Цитоплазма показује груби изглед и има око 3000 рибозома - структура одговорних за синтезу протеина.

Врсте прокариота

Тренутни прокариоти се састоје од великог броја бактерија које су подељене у два главна домена: Еубацтериа и Арцхаебацтериа. Према доказима, чини се да су се ове групе веома рано разишле у еволуцији.

Архебактерије су група прокариота који, генерално, живе у окружењима чији су услови необични, као што су температуре или висока салинитет. Данас су ови услови ретки, али они могу бити превладавајући у примитивној земљи.

На пример, термоацидофили живе у подручјима где температура достиже максимум од 80 ° Ц и пХ од 2.

Еубацтериа, с друге стране, живе у заједничком окружењу за нас људе. Могу да насељавају земљу, воду или живе у другим организмима - као што су бактерије које су део нашег дигестивног тракта.

Морфологија прокариота

Бактерије долазе у низу веома различитих и хетерогених морфологија. Међу најчешћим имамо округле који се називају кокос. Они се могу представити појединачно, у паровима, у ланцу, у тетрадама, итд..

Неке бактерије су морфолошки сличне штапићу и називају се бацили. Као што се кокоси могу наћи у различитим аранжманима са више од једног појединца. Налазимо и спирохете у облику спирале и оне које имају кому или облик зрна зване вибриос.

Свака од ових описаних морфологија може варирати између различитих врста - на пример, једна бацила може бити издужена од друге или са више заобљених ивица - и корисна је када се идентификују врсте..

Репродукција

Асексуална репродукција

Репродукција у бактеријама је асексуална и јавља се кроз бинарну фисију. У том процесу организам дословно "разбија на два", резултирајући клоновима почетног организма. Да би се то десило мора постојати довољно ресурса.

Процес је релативно једноставан: кружна ДНК реплицира, формирајући два идентична двострука спирала. Затим се генетски материјал смешта у ћелијску мембрану и ћелија почиње да расте, све док не удвостручи своју величину. Ћелија је коначно подељена и сваки резултујући део поседује кружну копију ДНК.

У неким бактеријама, ћелије могу да поделе материјал и расту, али се уопште не деле и формирају неку врсту ланца.

Додатни извори генетске варијабилности

Постоје догађаји размене гена између бактерија које омогућавају генетски трансфер и рекомбинацију, процес сличан ономе што знамо као сексуалну репродукцију. Ови механизми су коњугација, трансформација и трансдукција.

Коњугација се састоји од размене генетског материјала између две бактерије помоћу структуре сличне финој коси која се зове пили или фимбриас, која делује као "мост". У овом случају мора постојати физичка блискост између оба појединца.

Трансформација подразумева узимање фрагмената голе ДНК у околини. То јест, у овом процесу није потребно присуство другог организма.

Коначно имамо превод, где бактерија добија генетски материјал помоћу вектора, на пример бактериофага (вируси који инфицирају бактерије).

Нутритион

Бактеријама су потребне супстанце које гарантују њихов опстанак и које им дају неопходну енергију за ћелијске процесе. Ћелија ће узети ове хранљиве материје апсорпцијом.

Генерално, хранљиве материје можемо класификовати као есенцијалне или основне (вода, извори угљеника и азотних једињења), секундарне (као што су неки јони: калијум и магнезијум) и елементе у траговима који су потребни у минималним концентрацијама (гвожђе, кобалт).

Неким бактеријама су потребни специфични фактори раста, као што су витамини и аминокиселине и стимулативни фактори који, иако нису неопходни, помажу у процесу раста.

Захтеви у хранидби бактерија су веома различити, али њихово знање је неопходно да би се могла припремити ефикасна подлога за културу која обезбеђује раст организма од интереса..

Нутритивне категорије

Бактерије се могу класификовати према извору угљеника који користе, било органски или неоргански и зависно од извора енергије.

Према извору угљеника имамо две групе: аутотрофи или литотрофи користе угљен диоксид и хетеротрофне или органотрофе који захтевају извор органског угљеника..

У случају извора енергије имамо и двије категорије: фототрофи који користе енергију која долази од сунца или енергију зрачења и кемотрофе који зависе од енергије хемијских реакција. Дакле, комбиновањем обе категорије, бактерије се могу сврстати у:

Пхотоаутотропхс

Енергија се добија из сунчеве светлости - што значи да су фотосинтетски активне - а њихов извор угљеника је угљен диоксид.

Пхотохетеротропхс

Они су у стању да користе зрачну енергију за свој развој, али нису у стању да укључе угљен диоксид. Због тога користе друге изворе угљеника, као што су алкохоли, масне киселине, органске киселине и угљени хидрати.

Цхемоаутотропхс

Енергија се добија из хемијских реакција и они могу да уграђују угљен диоксид.

Цхемохетеротропхс

Они користе енергију која долази из хемијских реакција, а угљеник долази од органских једињења, као што је глукоза - која се најчешће користи - липиди и протеини. Имајте на уму да су извор енергије и извор угљеника исти у оба случаја, тако да је диференцијација између њих тешка.

Генерално, микроорганизми који се сматрају патогенима људског бића припадају овој последњој категорији и користе као извор угљеника аминокиселине и липидна једињења њихових домаћина.

Метаболизам

Метаболизам обухвата све сложене хемијске реакције које катализују ензими који се јављају у организму тако да се може развити и репродуковати.

Код бактерија се ове реакције не разликују од основних процеса који се јављају у сложенијим организмима. У ствари, имамо вишеструке путање које дијеле обје линије организама, као што је нпр. Гликолиза.

Реакције метаболизма су класификоване у две главне групе: биосинтеза или анаболичке реакције, и деградација или катаболичке реакције, које се дешавају да би се постигла производња хемијске енергије..

Катаболичке реакције ослобађају енергијом коју организам користи за биосинтезу својих компоненти.

Основне разлике са еукариотским ћелијама

Прокариоти се разликују од прокариота углавном у структуралној комплексности ћелије иу процесима који се у њој дешавају. Затим ћемо описати главне разлике између обе линије:

Величина и сложеност

Генерално, прокариотске ћелије су мање од еукариота. Први имају пречник између 1 и 3 μм, за разлику од еукариотске ћелије која може да достигне 100 μм. Међутим, постоје изузеци.

Иако су прокариотски организми једноћелични и не можемо их посматрати голим оком (осим ако не посматрамо, на пример, бактеријске колоније) не треба да користимо карактеристике да разликујемо обе групе. Код еукариота налазимо и једноћелијске организме.

У ствари, једна од најсложенијих ћелија су једноћелијски еукариоти, јер морају садржати све структуре потребне за њихов развој, ограничене на станичну мембрану. Жанрови Парамециум и Трипаносома они су изванредни примери овога.

С друге стране, постоје веома сложени прокариот, као што су цијанобактерије (прокариотска група у којој се одвијала еволуција фотосинтетских реакција)..

Цоре

Реч "прокариот" се односи на одсуство језгра (про = пре; карион = нуклеус) док еукариоти имају право језгро (еу = труе). Дакле, ове две групе су одвојене присуством ове важне органеле.

Код прокариота, генетски материјал је расподељен у специфичној области ћелије која се назива нуклеоид - и није прави нуклеус јер није ограничен липидном мембраном..

Еукариоти имају дефинисано језгро и окружени двоструком мембраном. Ова структура је изузетно сложена и представља различите области у унутрашњости, као што је нпр. Поред тога, ова органела може да ступи у интеракцију са унутрашњом околином ћелије захваљујући присуству нуклеарних пора.

Организација генетског материјала

Прокариоти садрже од 0.6 до 5 милиона парова база у њиховој ДНК и процењује се да они могу кодирати до 5000 различитих протеина. 

Прокариотски гени су организовани у ентитете који се називају оперони - као и познати оперон лактоза - док еукариотски гени не.

У генима можемо разликовати два "региона": интрона и егзона. Први су делови који не кодирају протеин и који ометају регионе кодирања, који се називају егзони. Интрони су уобичајени у еукариотским генима, али не иу прокариотима.

Прокариоти су углавном хаплоидни (једно генетско оптерећење), а еукариоти имају и хаплоидна и полиплоидна оптерећења. На пример, ми људи смо диплоиди. Исто тако, прокариоти имају више од једног хромозома и еукариота.

Збијање генетског материјала

Унутар ћелијског језгра, еукариоти показују комплексну организацију ДНК. Дуги низ ДНК (приближно два метра) је способан да се намотава на такав начин да се може интегрисати у нуклеус и, током процеса раздвајања, може се визуализовати под микроскопом у облику хромозома.

Овај процес збијања ДНК подразумева низ протеина који се могу везати за траку и формирати структуре које личе на бисерну огрлицу, где је конац представљен ДНК и перлицама од бисера. Ови протеини се називају хистони.

Хистони су широко конзервирани током еволуције. То јест, наши хистони су невероватно слични онима код миша, или иду даље од инсеката. Структурно, они поседују велики број позитивно наелектрисаних аминокиселина које су у интеракцији са негативним набојем ДНК.

Код прокариота су пронађени одређени протеини хомологни хистонима који су опште познати као хистони-лике. Ови протеини доприносе контроли експресије гена, рекомбинацији и репликацији ДНК и, као и хистони код еукариота, учествују у организацији нуклеида..

Органеле

У еукариотским ћелијама, може се идентификовати низ веома сложених субћелијских делова који обављају специфичне функције.

Најзначајнији су митохондрији, одговорни за процесе станичне респирације и генерисање АТП, ау биљкама се истичу хлоропласти, са својим тропенастим системом и потребним машинама за фотосинтезу..

Такође, имамо Голгијев комплекс, глатке и грубе ендоплазматске ретикулуме, вакуоле, лизосоме, пероксизоме, између осталог.

Структура рибозома

Рибосоми садрже машинерију неопходну за синтезу протеина, тако да морају бити присутни и код еукариота и код прокариота. Иако је неопходна структура за оба, разликује се претежно по величини.

Рибосоми се састоје од две подјединице: једна велика и једна мала. Свака подјединица је идентификована параметром који се назива коефицијент седиментације.

Код прокариота, велика подјединица је 50С, а мала подјединица је 30С. Комплетна структура се зове 70С. Рибосоми су разбацани у цитоплазми, где обављају своје задатке.

Еукариоти имају веће рибозоме, велика подјединица је 60С, мала је 40С и читав рибосом је означен са вредношћу 80С. Налазе се углавном усидреним у груби ендоплазматски ретикулум.

Ћелијски зид

Ћелијски зид је есенцијални елемент за превазилажење осмотског стреса и служи као заштитна баријера против могућих оштећења. Готово сви прокариоти и неке групе еукариота имају ћелијски зид. Разлика је у њеној хемијској природи.

Бактеријски зид се састоји од пептидогликана, полимера састављеног од два структурна елемента: Н-ацетил-глукозамин и Н-ацетилмурамска киселина, међусобно повезаних везама типа β-1,4..

Унутар еукариотске лозе налазе се и ћелије са зидовима, углавном у неким гљивама иу свим биљкама. Најзаступљенији састојак у зиду гљива је хитин, ау биљкама целулоза, полимер који се формира од многих јединица глукозе.

Подела ћелија

Као што је горе размотрено, прокариоти су подељени бинарном фисијом. Еукариоти имају комплексан систем поделе који обухвата различите фазе нуклеарног одвајања, било да је то митоза или мејоза.

Филогенија и класификација

Обично смо навикли да дефинишемо врсту у складу са биолошким концептом који је Е. Маир предложио 1989. године: "групе испреплетених природних популација које су репродуктивно изоловане од других група".

Примена овог концепта на асексуалне врсте, као што је случај са прокариотима, је немогућа. Стога, мора постојати други начин да се приступи концепту врста како би се класификовали ти организми.

Према Росселло-Мора ет ал. (2011), филофенетски концепт се добро уклапа у ову линију: "монофилетичан и геномски кохерентан скуп појединачних организама који показују висок степен опште сличности у многим независним карактеристикама, и дијагностикован је дискриминативним фенотипским својством".

Раније су сви прокариоти сврстани у једну "домену", све док Царл Воесе није предложио да дрво живота има три главне гране. Пратећи ову класификацију, прокариоти обухватају два домена: Арцхаеа и Бацтериа.

У оквиру бактерија налазимо пет група: протеобактерије, хламидије, спирохете цијанобактерије и грам-позитивне бактерије. Исто тако, имамо четири главне групе археа: Еуриарцхаеота, Групо ТАЦК, Асгард и Групо ДПАНН.

Нове перспективе

Један од најраспрострањенијих концепата у биологији је једноставност прокариотског цитосола. Међутим, нови докази сугеришу да постоји потенцијална организација у прокариотским ћелијама. Тренутно, научници покушавају срушити догму о одсуству органела, цитоскелета и других карактеристика у овој једноћелијској линији.

Органеле у прокариотима

Аутори овог новог и контроверзног приједлога увјерили су се да постоје разине компартментализације у еукариотским ћелијама, углавном у структурама разграниченим протеинима и интрацелуларним липидима..

Према бранитељима ове идеје, органеле је одељак окружен биолошком мембраном са одређеном биохемијском функцијом. Међу овим "органелима" који су у складу са овом дефиницијом имамо липидна тела, карбоксисоме, гасне вакуоле, између осталих.

Магнетосоми

Један од најфасцинантнијих одјељака бактерија су магнетосоми. Ове структуре се односе на капацитет одређених бактерија Магнетоспириллум о Магнетоцоццус - употребе магнетних поља за оријентацију.

Структурно они представљају мало тело од 50 нанометара окружено липидном мембраном, чија се унутрашњост састоји од магнетних минерала.

Фотосинтетске мембране

Поред тога, у неким прокариотима постоје "фотосинтетске мембране", које су највише проучаване целине у овим организмима..

Ови системи раде како би максимизирали ефикасност фотосинтезе, повећали број доступних фотосинтетских протеина и максимизирали површину мембране која је изложена свјетлу.

Цомпартментс ин Планцтомицетес

Није било могуће пратити прихватљиви еволутивни пут од горе поменутих преграда до веома комплексних органела еукариота.

Међутим, жанр Планцтомицетес Унутар њега се налази низ одјељака који подсјећају саме органеле и могу се предложити као бактеријски предак еукариота. У жанру Пиреллула постоје хромозоми и рибозоми окружени биолошким мембранама.

Компоненте цитоскелета

Слично томе, постоје одређени протеини који су се историјски сматрали јединственима за еукариоте, укључујући есенцијалне филаменте који су део цитоскелета: тубулин, актин и интермедијерни филаменти.

Недавна истраживања су успела да идентификују бјеланчевине хомологне тубулину (ФтсЗ, БтуА, БтуБ и друге), актину (МреБ и Мб1) и средњим филаментима (ЦфоА).

Референце

  1. Цоопер, Г. (2000). Ћелија: Молекуларни приступ. Синауер Ассоциатес.
  2. Дорман, Ц. Ј., & Деигхан, П. (2003). Регулација експресије гена протеина налик хистонима у бактеријама. Актуелно мишљење о генетици и развоју, 13(2), 179-184.
  3. Гуерреро, Р., & Берланга, М. (2007). Скривена страна прокариотске ћелије: поновно откривање микробног света. Интернатионал Мицробиологи, 10(3), 157-168.
  4. Мурат, Д., Бирне, М., & Комеили, А. (2010). Ћелијска биологија прокариотских органела. Цолд Спринг Харбор перспективе у биологији, а000422.
  5. Росселло-Мора, Р., & Аманн, Р. (2001). Концепт врста за прокариоте. ФЕМС мицробиологи ревиевс, 25(1), 39-67.
  6. Слесарев, А.И., Белова, Г.И., Козиавкин, С.А., & Лаке, Ј.А. (1998). Докази за рано прокариотско порекло хистона Х2А и Х4 пре настанка еукариота. Истраживање нуклеинских киселина, 26(2), 427-430.
  7. Соуза, В. Д. (2012). Прокариотске ћелије: структурна организација цитоскелета и органела. Сјећања на Институт Освалдо Цруз, 107(3), 283-293.