Prokaryotické buňky: definice, struktura, funkce (s příklady)

Vědci se domnívají, že prokaryotické buňky byly některé z prvních forem života na Zemi. Tyto buňky jsou dnes stále hojné a lze je rozdělit na bakterie a archea.

Klasickým příkladem prokaryotické buňky je Escherichia coli (E. coli).

Prokaryotické buňky jsou základem pro zvládnutí středoškolské buněčné biologie. Čtěte dále a dozvíte se více o různých buněčných složkách prokaryot.

Prokaryoty bývají jednoduché, jednobuněčné organismy bez vazby na membránu organely nebo jádro. Eukaryoty mít tyto struktury.

Před miliardami let se prokaryoty mohly vyvinout z membránově vázaných organických molekul zvaných protobionty. Mohli to být první formy života na planetě.

Prokaryoty můžete rozdělit do dvou domén: Bakterie a Archaea.

(Pamatujte, že když píšete o doménách, názvy by měly být psány velkými písmeny. Při psaní obecně o těchto dvou skupinách je však můžete nechat malými písmeny.)

Obě skupiny se skládají z malých jednobuněčných organismů, ale existují mezi nimi rozdíly. Bakterie obsahují peptidoglykany

Některé příklady běžných bakterií zahrnují E. coli a Zlatý stafylokok (lépe známý jako stafylokok). Příkladem archaea jsou halofilové sídlící v solí.

Bakterie jsou jednou ze dvou domén, které tvoří prokaryotické buňky. Jsou to různé formy života a množí se binárním štěpením.

Existují tři základní tvary bakteriálních buněk: koky, bacily a spirilla. Koky jsou oválné nebo sférické bakterie, bacily mají tyčkovitý tvar a spirála jsou spirály.

Bakterie hrají důležitou roli při nemocech a zdraví lidí. Některé z těchto mikrobů, jako Zlatý stafylokok, může u lidí způsobit infekce. Přínosné jsou však i jiné bakterie, jako např Lactobacillus acidophilus, který pomáhá tělu rozkládat laktózu obsaženou v mléčných výrobcích.

Archaea, původně klasifikované jako starodávné bakterie a nazývané „archeobakterie“, nyní mají svou vlastní doménu. Mnoho druhů archaea je extremophiles a žijí v extrémních podmínkách, jako jsou vařící horké prameny nebo kyselá voda, které bakterie nemohou tolerovat.

Některé příklady zahrnují hypertermofily, které existují při teplotách nad 176 stupňů Fahrenheita (80 stupňů Celsia) a halofily, které mohou žít v solných roztocích v rozmezí od 10 do 30 procent. Buněčné stěny v archaei nabízejí ochranu a umožňují jim žít v extrémním prostředí.

Archaea má mnoho různých tvarů a velikostí, které sahají od prutů po spirály. Některé aspekty chování archaea, jako je reprodukce, jsou podobné bakteriím. Jiná chování, jako je genová exprese, se však podobají eukaryotům.

Prokaryoty se mohou množit několika způsoby. Mezi základní typy reprodukce patří pučící, binární dělení a fragmentace. Ačkoli některé bakterie mají tvorbu spór, nepovažuje se to za reprodukci, protože tímto procesem nevznikají žádné potomky.

Pučící se stane, když buňka vytvoří pupen, který vypadá jako bublina. Pupen nadále roste, zatímco je připojen k mateřské buňce. Nakonec se pupen odlomí od mateřské buňky.

Binární dělení nastane, když se buňka rozdělí na dvě stejné dceřiné buňky. Fragmentace nastane, když se buňka rozpadne na malé kousky nebo fragmenty a každý kousek se stane novou buňkou.

Binární štěpení je běžným typem reprodukce v prokaryotických buňkách. Proces zahrnuje rozdělení nadřazené buňky na dvě buňky, které jsou identické. Prvním krokem v binárním štěpení je kopírování DNA. Poté se nová DNA přesune na opačný konec buňky.

Poté buňka začne růst a expandovat. Nakonec, a septál uprostřed se vytvoří prsten a sevře buňku na dva kusy. Výsledkem jsou dvě identické buňky.

Když porovnáte binární štěpení s buněčným dělením v eukaryotických buňkách, můžete si všimnout několika malých podobností. Například obojí mitóza a binární štěpení vytváří identické dceřiné buňky. Oba procesy také zahrnují duplikaci DNA.

Buněčná struktura prokaryot se může lišit, ale většina organismů má několik základních složek. Prokaryoti mají a buněčná membrána nebo plazmatická membrána který funguje jako ochranný kryt. Mají také tuhé buněčná stěna pro větší podporu a ochranu.

Prokaryotické buňky mají ribozomy, což jsou molekuly, které tvoří bílkoviny. Jejich genetický materiál je v nukleoid, což je oblast, kde žije DNA. Volaly další kruhy DNA plazmidy plavat kolem cytoplazma. Je důležité si uvědomit, že prokaryoty nemají jadernou membránu.

Kromě těchto vnitřních struktur mají některé prokaryotické buňky a pilus nebo bičík pomoci jim v pohybu. Pilus je vnější vlastnost podobná vlasům, zatímco bičík je vnější vlastnost podobná bičíku. Někteří prokaryoti jako bakterie mají kapsli mimo své buněčné stěny. Skladování živin se může také lišit, ale mnoho prokaryotů používá skladovací granule ve své cytoplazmě.

Genetická informace v prokaryotech existuje uvnitř nukleoidu. Na rozdíl od eukaryot nemají prokaryota jádro vázané na membránu. Místo toho cirkulární molekuly DNA žijí v oblasti cytoplazmy. Například kruhový bakteriální chromozom je jedna velká smyčka místo jednotlivých chromozomů.

Syntéza DNA v bakteriích začíná zahájením replikace ve specifické nukleotidové sekvenci. Poté dojde k prodloužení pro přidání nových nukleotidů. Dále dochází k ukončení po vytvoření nových chromozomů.

U prokaryot se genová exprese děje jiným způsobem. Jak bakterie, tak archaea mohou mít transkripci a translaci probíhat současně.

To znamená, že buňky mohou vytvářet aminokyseliny, které jsou stavebními kameny bílkovin, kdykoli.

Buněčná stěna u prokaryot má několik účelů. Chrání buňku a nabízí podporu. Kromě toho pomáhá buňce udržovat svůj tvar a zastavuje její prasknutí. Nachází se mimo plazmatickou membránu, je celková struktura buněčné stěny komplikovanější než struktura nalezená v rostlinách.

V bakteriích se skládá z buněčné stěny peptidoglykan nebo murein, který je tvořen polysacharidovými řetězci. Buněčné stěny se však u grampozitivních a gramnegativních bakterií liší.

Grampozitivní bakterie mají silnou buněčnou stěnu, zatímco gramnegativní bakterie tenkou. Vzhledem k tomu, že jejich stěny jsou tenké, mají gramnegativní bakterie další vrstvu lipopolysacharidů.

Antibiotika a další léky mohou cílit na buněčné stěny bakterií, aniž by poškodily člověka, protože lidé tyto typy stěn ve svých buňkách nemají. U některých bakterií se však vyvine rezistence na antibiotika a léky přestávají být účinné.

Antibiotická rezistence nastává, když se vyvinou bakterie, a ty s mutacemi, které jim umožní přežít léky, se mohou množit.

Skladování živin je pro prokaryoty důležité, protože některé z nich existují v prostředí, které ztěžuje konzistentní zásobování potravinami. Prokaryoti vyvinuli specifické struktury pro skladování živin.

Vysavače fungují jako bubliny pro skladování potravin nebo živin. Bakterie mohou také mít inkluze, což jsou struktury pro udržování zásob glykogenu nebo škrobů. Mikrokomponenty v prokaryotech mají proteinové skořápky a mohou obsahovat enzymy nebo proteiny. Existují specializované typy mikropodniků, jako např magnetosomy a karboxysomy.

Po celém světě roste znepokojení ohledně rezistence na antibiotika. Antibiotická rezistence nastává, když se bakterie mohou vyvíjet a již nereagují na léky, které je dříve zničily. To znamená, že lidé užívající antibiotikum nebudou schopni zabíjet bakterie v těle.

Přírodní výběr podporuje rezistenci bakterií. Například některé bakterie mají náhodné mutace, které jim umožňují odolávat antibiotikům. Když užijete drogu, na tyto rezistentní bakterie nebude fungovat. Dále mohou tyto bakterie růst a množit se.

Mohou také dát svou rezistenci vůči jiným bakteriím sdílením genů a vytvářením superbugů, které se obtížně léčí. Methicilin rezistentní Zlatý stafylokok (MRSA) je příkladem superbugu odolného vůči antibiotikům.

replikace DNA vyskytuje se u prokaryot rychleji než u eukaryot, takže bakterie se mohou množit mnohem rychleji než lidé. Nedostatek kontrolních bodů během replikace v bakteriích ve srovnání s eukaryoty také umožňuje více náhodných mutací. Všechny tyto faktory přispívají k rezistenci na antibiotika.

Ačkoli bakterie často způsobují lidská onemocnění, lidé mají také symbiotické vztahy s některými mikroby. Blahodárné bakterie jsou důležité pro zdraví pokožky, úst a trávicího ústrojí.

Například, Bifidobakterie žít ve střevech a pomáhat vám rozkládat jídlo. Jsou klíčovou součástí zdravého střevního systému.

Prebiotika jsou potraviny, které pomáhají mikroflóře ve střevech. Mezi běžné příklady patří česnek, cibule, pór, banány, pampeliška a chřest. Prebiotika poskytují vlákninu a živiny, které potřebují pro růst prospěšné střevní bakterie.

Na druhou stranu jsou probiotika živé bakterie, které mohou pomoci při trávení. Probiotické organismy najdete také v potravinách, jako jsou jogurty nebo kimči.

U prokaryot existují tři hlavní typy přenosu genů: transdukce, konjugace a transformace. Transdukce je horizontální přenos genů, ke kterému dochází, když virus pomáhá přenášet DNA z jedné bakterie na druhou.

Časování zahrnuje dočasnou fúzi mikrobů k přenosu DNA. Tento proces obvykle zahrnuje pilus. Transformace nastává, když prokaryot pohltí kousky DNA ze svého prostředí.

Přenos genů je pro onemocnění důležitý, protože umožňuje mikrobům sdílet DNA a stát se rezistentními vůči lékům. Například bakterie, které jsou rezistentní na antibiotikum, mohou sdílet geny s jinými bakteriemi. S přenosem genů mezi mikroby se můžete setkat na hodinách vědy, zejména ve vysokoškolských laboratořích, protože je významný pro vědecký výzkum.

Metabolismus u prokaryot se liší více než to, co najdete u eukaryot. Umožňuje prokaryotům jako extremofilům žít v extrémním prostředí. Některé organismy používají fotosyntézu, ale jiné mohou čerpat energii z anorganického paliva.

Prokaryoty můžete rozdělit na autotrofy a heterotrofy. Autotrofi získávají uhlík z oxidu uhličitého a vyrábějí své vlastní biopotraviny z anorganických materiálů, ale heterotrofi získávají uhlík z jiných živých tvorů a nemohou si vyrábět vlastní biopotraviny.

Hlavní typy autotrofů jsou fototrofy, litotrofy a organotrofy. Fototrofové používají fotosyntézu k získání energie a k výrobě paliva. Ne všechny však vytvářejí kyslík jako rostlinné buňky během procesu.

Sinice jsou příkladem fototrofů. Litotrofové používají jako potravu anorganické molekuly a jako zdroj se obvykle spoléhají na kameny. Litotrofové však nemohou získat uhlík z hornin, takže potřebují vzduch nebo jinou hmotu, která má tento prvek. Organotrofy používají k získání živin organické sloučeniny.

Prokaryoty a eukaryoty nejsou stejné, protože typy buněk, které mají, se velmi liší. Prokaryoty nemají na membránu vázané organely a jádro, které najdete v eukaryotech; jejich DNA plave uvnitř cytoplazmy.

Navíc prokaryoty mají ve srovnání s eukaryoty menší povrch. Prokaryoty jsou navíc jednobuněčné, přestože některé organismy jsou schopné agregovat a vytvářet kolonie.

Prokaryotické buňky jsou méně organizované než eukaryotické buňky. Existují také rozdíly v úrovních regulace, jako je růst buněk, u prokaryot. Můžete to vidět na rychlostech mutací bakterií, protože méně předpisů umožňuje rychlé mutace a množení.

Protože prokaryota nemají organely, jejich metabolismus je jiný a méně účinný. To jim brání v růstu do velké velikosti a někdy to omezuje jejich schopnost reprodukce. Prokaryoty jsou nicméně důležitou součástí všech ekosystémů. Od lidského zdraví po vědecký výzkum, tyto malé organismy mají význam a mohou vás velmi ovlivnit.