Прокариотни клетки: определение, структура, функция (с примери)

Учените вярват, че прокариотните клетки са били едни от първите форми на живот на Земята. Тези клетки и днес са в изобилие и могат да бъдат разделени на бактерии и археи.

Класически пример за прокариотна клетка е Ешерихия коли (E. коли).

Прокариотните клетки са основополагащи за овладяването на клетъчната биология в гимназията. Прочетете, за да научите повече за различните клетъчни компоненти на прокариотите.

Прокариотите са склонни да бъдат прости, едноклетъчни организми, без мембрана органели или ядро. Еукариоти имат тези структури.

Преди милиарди години прокариотите може да са еволюирали от мембранно свързани органични молекули, наречени протобионти. Те може да са били първите форми на живот на планетата.

Можете да разделите прокариотите на два домейна: Бактерии и Архея.

(Имайте предвид, че когато пишете за домейните, имената трябва да се пишат с главни букви. Можете обаче да ги оставите с малки букви, когато пишете за двете групи като цяло.)

И двете групи се състоят от малки едноклетъчни организми, но между тях има разлики. Бактериите имат пептидогликани в себе си

Някои примери за често срещани бактерии включват Д. коли и Стафилококус ауреус (по-известен като стафилокок). Солените халофили са пример за археи.

Бактериите са един от двата домейна, които изграждат прокариотни клетки. Те са разнообразни форми на живот и се възпроизвеждат чрез двоично делене.

Има три основни форми на бактериални клетки: коки, бацили и спирила. Коките са овални или сферични бактерии, бацилите са с форма на пръчка, а спирилата са спирали.

Бактериите играят важна роля за заболяванията и здравето на хората. Някои от тези микроби, като Стафилококус ауреус, може да причини инфекции при хората. Други бактерии обаче са полезни, като Lactobacillus acidophilus, който помага на тялото ви да разгражда лактозата, съдържаща се в млечните продукти.

Първоначално класифицирани като древни бактерии и наречени "археобактерии", археите вече имат свой собствен домейн. Много видове археи са екстремофили и живеят в екстремни условия, като врящи горещи извори или кисела вода, които бактериите не могат да понасят.

Някои примери включват хипертермофили, които съществуват при температури над 176 градуса по Фаренхайт (80 градуса по Целзий) и халофили, които могат да живеят в солни разтвори, които варират от 10 до 30 процента. Клетъчните стени в археите предлагат защита и им позволяват да живеят в екстремна среда.

Археите имат много различни форми и размери, които варират от пръчки до спирали. Някои аспекти на поведението на археите, като размножаването, са подобни на бактериите. Въпреки това, други видове поведение, като генна експресия, приличат на еукариотите.

Прокариотите могат да се размножават по няколко начина. Основните видове размножаване включват пъпки, бинарно делене и фрагментация. Въпреки че някои бактерии имат образуване на спори, това не се счита за размножаване, тъй като няма потомство, образувано чрез този процес.

Пъпки се случва, когато клетката направи пъпка, която прилича на балон. Пъпката продължава да расте, докато е прикрепена към родителската клетка. В крайна сметка пъпката се отчупва от родителската клетка.

Двоично делене се случва, когато клетката се раздели на две еднакви дъщерни клетки. Раздробяване се случва, когато клетката се разпада на малки парченца или фрагменти и всяко парче се превръща в нова клетка.

Бинарното делене е често срещан тип размножаване в прокариотните клетки. Процесът включва разделяне на родителската клетка на две идентични клетки. Първата стъпка в бинарното делене е копирането на ДНК. След това новата ДНК се премества в противоположния край на клетката.

След това клетката започва да расте и да се разширява. В крайна сметка, а септална пръстен се образува в средата и прищипва клетката на две части. Резултатът е две еднакви клетки.

Когато сравнявате бинарното делене с клетъчното делене в еукариотните клетки, може да забележите някои малки прилики. Например и двете митоза и бинарното делене създават идентични дъщерни клетки. И двата процеса включват дублиране на ДНК.

Клетъчната структура на прокариотите може да варира, но повечето организми имат няколко основни компонента. Прокариотите имат a клетъчната мембрана или плазмената мембрана който действа като защитно покритие. Те също имат твърда клетъчна стена за допълнителна подкрепа и защита.

Прокариотните клетки имат рибозоми, които са молекули, които произвеждат протеини. Генетичният им материал е в нуклеоиден, което е регионът, в който живее ДНК. Извикват се допълнителни пръстени на ДНК плазмиди плуват около цитоплазма. Важно е да се отбележи, че прокариотите нямат ядрена мембрана.

В допълнение към тези вътрешни структури, някои прокариотни клетки имат a пилус или флагелум за да им помогне да се движат. Пилусът е външен елемент, подобен на коса, докато бичът е външен елемент, подобен на камшик. Някои прокариоти като бактерии имат капсула извън клетъчните си стени. Съхранението на хранителни вещества също може да варира, но много прокариоти използват гранули за съхранение в своята цитоплазма.

Генетична информация в прокариотите съществува вътре в нуклеоида. За разлика от еукариотите, прокариотите нямат ядро, свързано с мембрана. Вместо това кръговите молекули на ДНК живеят в регион на цитоплазмата. Например, кръговата бактериална хромозома е една голяма верига вместо отделни хромозоми.

Синтезът на ДНК в бактериите започва с инициирането на репликация при специфична нуклеотидна последователност. След това настъпва удължаване за добавяне на нови нуклеотиди. След това прекратяването се случва след образуването на новите хромозоми.

При прокариотите генната експресия се случва по различен начин. И бактериите, и археите могат да имат транскрипция и транслация се случват едновременно.

Това означава, че клетките могат да правят аминокиселини, които са градивните елементи на протеините, по всяко време.

Клетъчната стена на прокариотите има няколко цели. Той предпазва клетката и предлага поддръжка. Освен това помага на клетката да поддържа формата си и я спира да не се пръсне. Разположена извън плазмената мембрана, цялостната структура на клетъчната стена е по-сложна от тази, установена в растенията.

При бактериите клетъчната стена се състои от пептидогликан или муреин, който е изграден от полизахаридни вериги. Клетъчните стени обаче се различават между грам-положителните и грам-отрицателните бактерии.

Грам-положителните бактерии имат дебела клетъчна стена, докато грам-отрицателните бактерии имат тънка. Тъй като стените им са тънки, грам-отрицателните бактерии имат допълнителен слой липополизахариди.

Антибиотиците и други лекарства могат да насочат клетъчните стени на бактериите, без да навредят на хората, тъй като хората нямат такъв тип стени в клетките си. Някои бактерии обаче развиват антибиотична резистентност и лекарствата спират да бъдат ефективни.

Резистентността към антибиотици се случва, когато бактериите се развият, а тези с мутации, които им позволяват да оцелеят, лекарствата могат да се размножават.

Съхранението на хранителни вещества е важно за прокариотите, защото някои от тях съществуват в среда, която затруднява постоянното снабдяване с храни. Прокариотите са разработили специфични структури за съхранение на хранителни вещества.

Вакуоли действат като мехурчета за съхранение на храна или хранителни вещества. Бактериите също могат да имат включвания, които са структури за поддържане на резерви от гликоген или нишесте. Микрокамери в прокариотите имат протеинови обвивки и могат да съдържат ензими или протеини. Съществуват специализирани видове микрокамери като магнитозоми и карбоксизоми.

По света има нарастваща загриженост относно антибиотичната резистентност. Резистентността към антибиотици се случва, когато бактериите са в състояние да се развият и вече не реагират на лекарства, които преди това са ги унищожили. Това означава, че хората, приемащи антибиотик, няма да могат да убият бактериите в тялото си.

Естествен подбор насърчава резистентността при бактериите. Например, някои бактерии имат случайни мутации, които им позволяват да се противопоставят на антибиотиците. Когато приемате лекарство, то няма да действа върху тези устойчиви бактерии. След това тези бактерии могат да растат и да се размножават.

Те могат също да дадат своята устойчивост на други бактерии, като споделят гени, създавайки супер бъгове, които са трудни за лечение. Устойчив на метицилин Стафилококус ауреус (MRSA) е пример за супер бъг, който е устойчив на антибиотици.

ДНК репликация се появява по-бързо при прокариотите, отколкото при еукариотите, така че бактериите могат да се размножават с много по-бързи темпове, отколкото хората. Липсата на контролни точки по време на репликация при бактерии в сравнение с еукариотите също позволява по-случайни мутации. Всички тези фактори допринасят за антибиотична резистентност.

Въпреки че бактериите често причиняват човешки заболявания, хората също имат симбиотични взаимоотношения с някои микроби. Полезните бактерии са важни за здравето на кожата, устната кухина и храносмилането.

Например, Бифидобактерии живеят в червата и ви помагат да разграждате храната. Те са жизненоважни части от здравата чревна система.

Пребиотиците са храни, които помагат на микрофлората в червата. Някои често срещани примери включват чесън, лук, праз, банани, зеленчуци от глухарче и аспержи. Пребиотиците осигуряват фибрите и хранителните вещества, от които полезните чревни бактерии трябва да растат.

От друга страна, пробиотиците са живи бактерии, които могат да помогнат на храносмилането ви. Можете също така да намерите пробиотични организми в храни като кисело мляко или кимчи.

Има три основни типа генен трансфер в прокариотите: трансдукция, конюгация и трансформация. Трансдукцията е хоризонтален генен трансфер, който се случва, когато вирусът помага за преместването на ДНК от една бактерия в друга.

Конюгация включва временно сливане на микроби за прехвърляне на ДНК. Този процес обикновено включва пилус. Трансформацията се случва, когато прокариот поема части от ДНК от своята среда.

Генетичният трансфер е важен за заболяването, защото позволява на микробите да споделят ДНК и да станат резистентни към лекарства. Например, бактериите, които са устойчиви на антибиотик, могат да споделят гени с други бактерии. Може да срещнете трансфер на гени сред микроби във вашите часове по природни науки, особено в колежните лаборатории, защото това е важно за научните изследвания.

Метаболизмът при прокариотите варира повече от това, което ще откриете при еукариотите. Той позволява на прокариоти като екстремофили да живеят в екстремна среда. Някои организми използват фотосинтеза, но други могат да черпят енергия от неорганично гориво.

Можете да класифицирате прокариотите в автотрофи и хетеротрофи. Автотрофите получават въглерод от въглероден диоксид и произвеждат собствена органична храна от неорганични материали, но хетеротрофите получават въглерод от други живи същества и не могат да произвеждат собствена органична храна.

Основните видове автотрофи са фототрофи, литотрофи и органотрофи. Фототрофите използват фотосинтеза, за да получат енергия и да произвеждат гориво. Не всички от тях обаче правят кислород, както растителните клетки по време на процеса.

Цианобактерии са пример за фототрофи. Литотрофите използват неорганични молекули като храна и обикновено разчитат на скалите като източник. Литотрофите обаче не могат да получат въглерод от скалите, така че се нуждаят от въздух или друга материя, която съдържа този елемент. Органотрофите използват органични съединения, за да получат хранителни вещества.

Прокариотите и еукариотите не са еднакви, защото видовете клетки, които имат, се различават значително. Прокариотите нямат свързаните с мембраната органели и ядро, които откривате в еукариотите; тяхната ДНК плава вътре в цитоплазмата.

Освен това прокариотите имат по-малка повърхност в сравнение с еукариотите. Освен това прокариотите са едноклетъчни, въпреки че някои организми са в състояние да се агрегират, за да образуват колонии.

Прокариотните клетки са по-малко организирани от еукариотните клетки. Съществуват и разлики в нивата на регулация, като клетъчен растеж, при прокариотите. Можете да видите това в степента на мутация на бактериите, защото по-малко наредби позволяват бързи мутации и размножаване.

Тъй като прокариотите нямат органели, техният метаболизъм е различен и по-малко ефективен. Това им пречи да растат до големи размери и понякога ограничава способността им да се размножават. Независимо от това, прокариотите са важна част от всички екосистеми. От човешкото здраве до научните изследвания, тези малки организми имат значение и могат да ви повлияят значително.