Προκαρυωτικά κύτταρα: Ορισμός, Δομή, Λειτουργία (με παραδείγματα)

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα προκαρυωτικά κύτταρα ήταν μερικές από τις πρώτες μορφές ζωής στη Γη. Αυτά τα κύτταρα είναι ακόμα άφθονα σήμερα και μπορούν να χωριστούν σε βακτήρια και αρχαία.

Ένα κλασικό παράδειγμα ενός προκαρυωτικού κυττάρου είναι Escherichia coli (Ε. coli).

Τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι θεμελιώδη για τον έλεγχο της βιολογίας των κυττάρων γυμνασίου. Διαβάστε παρακάτω για να μάθετε για τα διάφορα κυτταρικά συστατικά των προκαρυωτικών.

Τα προκαρυωτικά τείνουν να είναι απλοί, μονοκύτταροι οργανισμοί χωρίς δέσμευση μεμβράνης οργανίδια ή έναν πυρήνα. Ευκαρυώτες έχουν αυτές τις δομές.

Πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, τα προκαρυωτικά μπορεί να έχουν εξελιχθεί από οργανικά μόρια που ονομάζονται μεμβράνη πρωτοστάτες. Μπορεί να ήταν οι πρώτες μορφές ζωής στον πλανήτη.

Μπορείτε να διαιρέσετε τους προκαρυωτικούς σε δύο τομείς: Βακτήρια και Αρχαία.

(Σημειώστε ότι όταν γράφετε για τους τομείς, τα ονόματα θα πρέπει να γράφονται με κεφαλαία. Ωστόσο, μπορείτε να τα αφήσετε με πεζά γράμματα όταν γράφετε γενικά για τις δύο ομάδες.)

Και οι δύο ομάδες αποτελούνται από μικρούς, μονοκύτταρους οργανισμούς, αλλά υπάρχουν διαφορές μεταξύ τους. Τα βακτήρια έχουν πεπτιδογλυκάνες κυτταρικά τοιχώματα και η αρχαία δεν το κάνουν. Επιπλέον, τα βακτήρια έχουν λιπαρά οξέα στα λιπίδια της μεμβράνης του πλάσματος ενώ τα αρχαία έχουν φυτανύλιο ομάδες.

Μερικά παραδείγματα κοινών βακτηρίων περιλαμβάνουν ΜΙ. coli και Η ασθένεια του σταφυλοκοκου (γνωστότερο ως staph). Τα αλογόφιλα που κατοικούν σε αλάτι είναι ένα παράδειγμα αρχαίας.

Τα βακτήρια είναι ένας από τους δύο τομείς που αποτελούν προκαρυωτικά κύτταρα. Είναι διαφορετικές μορφές ζωής και αναπαράγονται με δυαδική σχάση.

Υπάρχουν τρία βασικά σχήματα βακτηριακών κυττάρων: κόκκοι, βακίλια και σπιρίλλα. Οι κόκκοι είναι ωοειδή ή σφαιρικά βακτήρια, οι βάκιλοι έχουν σχήμα ράβδου και ο σπιρίλλας είναι σπείρες.

Τα βακτήρια διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην ανθρώπινη ασθένεια και την υγεία. Μερικά από αυτά τα μικρόβια, όπως Η ασθένεια του σταφυλοκοκου, μπορεί να προκαλέσει λοιμώξεις σε ανθρώπους. Ωστόσο, άλλα βακτήρια είναι ευεργετικά, όπως Lactobacillus acidophilus, που βοηθά το σώμα σας να διαλύσει τη λακτόζη που βρίσκεται στα γαλακτοκομικά προϊόντα.

Αρχικά ταξινομήθηκαν ως αρχαία βακτήρια και ονομάστηκαν "αρχαιοβακτήρια", η αρχαία έχει τώρα το δικό της τομέα. Πολλά είδη αρχαίας είναι ακροφιλία και ζείτε σε ακραίες συνθήκες, όπως βραστές θερμές πηγές ή όξινο νερό, τα οποία τα βακτήρια δεν μπορούν να ανεχθούν.

Μερικά παραδείγματα περιλαμβάνουν υπερθερμόφιλα που υπάρχουν σε θερμοκρασίες πάνω από 176 βαθμούς Φαρενάιτ (80 βαθμούς Κελσίου) και αλοφίλες που μπορούν να ζήσουν σε διαλύματα αλατιού που κυμαίνονται από 10 έως 30 τοις εκατό. Τα κυτταρικά τοιχώματα στην αρχαία προσφέρουν προστασία και τους επιτρέπουν να ζουν σε ακραία περιβάλλοντα.

Το Archaea έχει πολλά διαφορετικά σχήματα και μεγέθη που κυμαίνονται από ράβδους έως σπείρες. Ορισμένες πτυχές της συμπεριφοράς της αρχαίας, όπως η αναπαραγωγή, είναι παρόμοιες με τα βακτήρια. Ωστόσο, άλλες συμπεριφορές, όπως η γονιδιακή έκφραση, μοιάζουν με τους ευκαρυωτικούς.

Τα προκαρυωτικά μπορούν να αναπαραχθούν με διάφορους τρόπους. Οι βασικοί τύποι αναπαραγωγής περιλαμβάνουν εκκόλαψη, δυαδική σχάση και κατακερματισμός. Αν και ορισμένα βακτήρια έχουν σχηματισμό σπορίων, δεν θεωρείται αναπαραγωγή επειδή δεν σχηματίζονται απόγονοι μέσω αυτής της διαδικασίας.

Φίλα συμβαίνει όταν ένα κελί κάνει ένα μπουμπούκι που μοιάζει με μια φούσκα. Το μπουμπούκι συνεχίζει να μεγαλώνει ενώ είναι προσκολλημένο στο γονικό κύτταρο. Τελικά, το μπουμπούκι διακόπτεται από το γονικό κελί.

Δυαδική σχάση συμβαίνει όταν ένα κελί χωρίζεται σε δύο πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα. Θρυμματισμός συμβαίνει όταν ένα κελί σπάει σε μικρά κομμάτια ή θραύσματα, και κάθε κομμάτι γίνεται νέο κελί.

Η δυαδική σχάση είναι ένας κοινός τύπος αναπαραγωγής σε προκαρυωτικά κύτταρα. Η διαδικασία περιλαμβάνει το γονικό κελί που χωρίζεται σε δύο κελιά που είναι πανομοιότυπα. Το πρώτο βήμα στη δυαδική σχάση είναι να αντιγράψετε το DNA. Στη συνέχεια, το νέο DNA κινείται στο αντίθετο άκρο του κυττάρου.

Στη συνέχεια, το κύτταρο αρχίζει να αναπτύσσεται και να επεκτείνεται. Τελικά, α διαφραγματικός σχηματίζει δακτύλιο στη μέση και πιέζει το κελί σε δύο κομμάτια. Το αποτέλεσμα είναι δύο πανομοιότυπα κελιά.

Όταν συγκρίνετε τη δυαδική σχάση με την κυτταρική διαίρεση σε ευκαρυωτικά κύτταρα, μπορεί να παρατηρήσετε κάποιες μικρές ομοιότητες. Για παράδειγμα, και τα δύο μίτωσις και η δυαδική σχάση δημιουργούν πανομοιότυπα θυγατρικά κελιά. Και οι δύο διαδικασίες περιλαμβάνουν επίσης τον διπλασιασμό του DNA.

Η κυτταρική δομή των προκαρυωτικών μπορεί να ποικίλει, αλλά οι περισσότεροι οργανισμοί έχουν πολλά βασικά συστατικά. Οι προκαρυωτικοί έχουν ένα κυτταρική μεμβράνη ή μεμβράνη πλάσματος που λειτουργεί σαν προστατευτικό κάλυμμα. Έχουν επίσης ένα άκαμπτο κυτταρικό τοίχωμα για πρόσθετη υποστήριξη και προστασία.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν ριβοσώματα, τα οποία είναι μόρια που παράγουν πρωτεΐνες. Το γενετικό τους υλικό βρίσκεται στο νουκλεοειδές, η οποία είναι η περιοχή όπου ζει το DNA. Πρόσθετοι δακτύλιοι DNA ονομάστηκαν πλασμίδια επιπλέουν γύρω από το κυτόπλασμα. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι προκαρυωτικοί δεν έχουν πυρηνική μεμβράνη.

Εκτός από αυτές τις εσωτερικές δομές, ορισμένα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν παύλος ή μαστίγιο για να τους βοηθήσουν να κινηθούν. Το pilus είναι ένα εξωτερικό χαρακτηριστικό με τα μαλλιά, ενώ το flagellum είναι ένα εξωτερικό χαρακτηριστικό. Μερικά προκαρυωτικά όπως βακτήρια έχουν μια κάψουλα έξω από τα κυτταρικά τους τοιχώματα. Η αποθήκευση θρεπτικών συστατικών μπορεί επίσης να ποικίλει, αλλά πολλοί προκαρυώτες χρησιμοποιούν κόκκους αποθήκευσης στο κυτταρόπλασμά τους.

Γενετικές πληροφορίες στα προκαρυωτικά υπάρχουν εντός του νουκλεοειδούς. Σε αντίθεση με τους ευκαρυώτες, οι προκαρυωτικοί δεν έχουν πυρήνα που συνδέεται με μεμβράνη. Αντ 'αυτού, τα κυκλικά μόρια DNA ζουν σε μια περιοχή του κυτοπλάσματος. Για παράδειγμα, το κυκλικό βακτηριακό χρωμόσωμα είναι ένας μεγάλος βρόχος αντί μεμονωμένων χρωμοσωμάτων.

Η σύνθεση DNA σε βακτήρια ξεκινά με την έναρξη της αντιγραφής σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων. Στη συνέχεια, επιμήκυνση συμβαίνει για την προσθήκη νέων νουκλεοτιδίων. Στη συνέχεια, ο τερματισμός συμβαίνει μετά τις νέες μορφές χρωμοσώματος.

Στα προκαρυωτικά, η γονιδιακή έκφραση συμβαίνει με διαφορετικό τρόπο. Τόσο τα βακτήρια όσο και τα αρχαία μπορούν να έχουν μεταγραφή και μετάφραση ταυτόχρονα.

Αυτό σημαίνει ότι τα κύτταρα μπορούν να δημιουργήσουν αμινοξέα, που είναι τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών, ανά πάσα στιγμή.

Το κυτταρικό τοίχωμα σε προκαρυώτες έχει διάφορους σκοπούς. Προστατεύει το κελί και προσφέρει υποστήριξη. Επιπλέον, βοηθά το κύτταρο να διατηρήσει το σχήμα του και να το σταματήσει από την έκρηξη. Βρίσκεται έξω από τη μεμβράνη πλάσματος, η συνολική δομή του κυτταρικού τοιχώματος είναι πιο περίπλοκη από αυτήν που βρίσκεται στα φυτά.

Στα βακτήρια, το κυτταρικό τοίχωμα αποτελείται από πεπτιδογλυκάνη ή μουρεΐνη, που αποτελείται από αλυσίδες πολυσακχαρίτη. Ωστόσο, τα κυτταρικά τοιχώματα διαφέρουν μεταξύ gram-θετικών και gram-αρνητικών βακτηρίων.

Τα gram-θετικά βακτήρια έχουν ένα παχύ κυτταρικό τοίχωμα, ενώ τα gram-αρνητικά βακτήρια έχουν ένα λεπτό. Δεδομένου ότι τα τοιχώματά τους είναι λεπτά, τα αρνητικά κατά gram βακτήρια έχουν ένα επιπλέον στρώμα λιποπολυσακχαριτών.

Τα αντιβιοτικά και άλλα φάρμακα μπορούν να στοχεύουν τα κυτταρικά τοιχώματα σε βακτήρια χωρίς να βλάπτουν τους ανθρώπους, επειδή οι άνθρωποι δεν έχουν αυτά τα είδη τοιχωμάτων στα κύτταρα τους. Ωστόσο, ορισμένα βακτήρια αναπτύσσουν αντοχή στα αντιβιοτικά και τα φάρμακα σταματούν να είναι αποτελεσματικά.

Η αντοχή στα αντιβιοτικά συμβαίνει όταν τα βακτήρια εξελίσσονται και αυτά με μεταλλάξεις που τους επιτρέπουν να επιβιώσουν τα φάρμακα είναι σε θέση να πολλαπλασιαστούν.

Η αποθήκευση θρεπτικών ουσιών είναι σημαντική για τα προκαρυωτικά, επειδή ορισμένα από αυτά υπάρχουν σε περιβάλλοντα που καθιστούν δύσκολη την παροχή σταθερών τροφίμων. Οι προκαρυωτικοί έχουν αναπτύξει συγκεκριμένες δομές για την αποθήκευση θρεπτικών συστατικών.

Vacuoles ενεργούν ως φυσαλίδες αποθήκευσης για τρόφιμα ή θρεπτικά συστατικά. Τα βακτήρια μπορούν επίσης να έχουν εγκλείσματα, οι οποίες είναι δομές για τη διατήρηση αποθεμάτων γλυκογόνου ή αμύλου. Μικροδιαμερίσματα στα προκαρυωτικά έχουν κελύφη πρωτεϊνών και μπορούν να συγκρατούν ένζυμα ή πρωτεΐνες. Υπάρχουν εξειδικευμένοι τύποι μικροδιαμερισμάτων όπως μαγνητοσώματα και καρβοξυσώματα.

Υπάρχει αυξανόμενη ανησυχία για την αντοχή στα αντιβιοτικά σε όλο τον κόσμο. Η αντοχή στα αντιβιοτικά συμβαίνει όταν τα βακτήρια είναι σε θέση να εξελιχθούν και να μην ανταποκρίνονται πλέον σε φάρμακα που τα είχαν καταστρέψει προηγουμένως. Αυτό σημαίνει ότι οι άνθρωποι που παίρνουν ένα αντιβιοτικό δεν θα είναι σε θέση να σκοτώσουν τα βακτήρια μέσα στο σώμα τους.

ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ προάγει την αντοχή στα βακτήρια. Για παράδειγμα, ορισμένα βακτήρια έχουν τυχαίες μεταλλάξεις που τους επιτρέπουν να αντιστέκονται στα αντιβιοτικά. Όταν παίρνετε ένα φάρμακο, δεν θα λειτουργήσει σε αυτά τα ανθεκτικά βακτήρια. Στη συνέχεια, αυτά τα βακτήρια μπορούν να αναπτυχθούν και να πολλαπλασιαστούν.

Μπορούν επίσης να δώσουν την αντίστασή τους σε άλλα βακτήρια με την κοινή χρήση γονιδίων, δημιουργώντας superbugs που είναι δύσκολο να αντιμετωπιστούν. Ανθεκτικό στη μεθικιλλίνη Η ασθένεια του σταφυλοκοκου (MRSA) είναι ένα παράδειγμα ενός superbug που είναι ανθεκτικό στα αντιβιοτικά.

Αναπαραγωγή DNA εμφανίζεται ταχύτερα στους προκαρυώτες από τους ευκαρυωτικούς, έτσι τα βακτήρια μπορούν να αναπαραχθούν με πολύ πιο γρήγορο ρυθμό από ό, τι οι άνθρωποι. Η έλλειψη σημείων ελέγχου κατά την αναπαραγωγή σε βακτήρια σε σύγκριση με τα ευκαρυωτικά επιτρέπει επίσης πιο τυχαίες μεταλλάξεις. Όλοι αυτοί οι παράγοντες συμβάλλουν στην αντοχή στα αντιβιοτικά.

Αν και τα βακτήρια προκαλούν συχνά ανθρώπινες ασθένειες, οι άνθρωποι έχουν επίσης συμβιωτικές σχέσεις με μερικά μικρόβια. Τα ευεργετικά βακτήρια είναι σημαντικά για την υγεία του δέρματος, του στόματος και του πεπτικού συστήματος.

Για παράδειγμα, Bifidobacteria ζείτε στα έντερα και σας βοηθούν να σπάσετε τα τρόφιμα. Είναι κρίσιμα μέρη ενός υγιούς συστήματος του εντέρου.

Τα πρεβιοτικά είναι τρόφιμα που βοηθούν τη μικροχλωρίδα στο έντερο σας. Μερικά κοινά παραδείγματα περιλαμβάνουν το σκόρδο, το κρεμμύδι, τα πράσα, τις μπανάνες, τα πράσινα πικραλίδων και τα σπαράγγια. Τα πρεβιοτικά παρέχουν τις ίνες και τα θρεπτικά συστατικά που χρειάζονται τα ευεργετικά βακτήρια του εντέρου.

Από την άλλη πλευρά, τα προβιοτικά είναι ζωντανά βακτήρια που μπορούν να βοηθήσουν στην πέψη σας. Μπορείτε επίσης να βρείτε προβιοτικούς οργανισμούς σε τρόφιμα όπως το γιαούρτι ή το kimchi.

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι μεταφοράς γονιδίων στα προκαρυωτικά: μεταγωγή, σύζευξη και μετασχηματισμός. Η μεταγωγή είναι οριζόντια μεταφορά γονιδίων που συμβαίνει όταν ένας ιός βοηθά στη μεταφορά του DNA από ένα βακτήριο στο άλλο.

Σύζευξη περιλαμβάνει την προσωρινή σύντηξη μικροβίων για τη μεταφορά DNA. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει συνήθως μια παύση. Ο μετασχηματισμός συμβαίνει όταν ένας προκαρυώτης παίρνει κομμάτια DNA από το περιβάλλον του.

Η μεταφορά γονιδίων είναι σημαντική για ασθένειες επειδή επιτρέπει στα μικρόβια να μοιράζονται το DNA και να είναι ανθεκτικά στα φάρμακα. Για παράδειγμα, βακτήρια που είναι ανθεκτικά σε ένα αντιβιοτικό μπορούν να μοιράζονται γονίδια με άλλα βακτήρια. Μπορεί να συναντήσετε μεταφορά γονιδίων μεταξύ μικροβίων στις τάξεις των επιστημών σας, ειδικά στα εργαστήρια κολλεγίων, επειδή είναι σημαντικό για την επιστημονική έρευνα.

Ο μεταβολισμός στους προκαρυώτες ποικίλλει περισσότερο από αυτό που θα βρείτε στα ευκαρυωτικά. Επιτρέπει στους προκαρυώτες, όπως οι ακροφίλες, να ζουν σε ακραία περιβάλλοντα. Ορισμένοι οργανισμοί χρησιμοποιούν φωτοσύνθεση, αλλά άλλοι μπορούν να αντλήσουν ενέργεια από ανόργανα καύσιμα.

Μπορείτε να ταξινομήσετε τους προκαρυώτες σε αυτοτροφικά και ετεροτροφικά. Τα Autotrophs λαμβάνουν άνθρακα από διοξείδιο του άνθρακα και φτιάχνουν τη δική τους οργανική τροφή από ανόργανα υλικά, αλλά τα ετερότροπα παίρνουν άνθρακα από άλλα ζωντανά πλάσματα και δεν μπορούν να φτιάξουν τη δική τους βιολογική τροφή.

Οι κύριοι τύποι αυτοτροφών είναι φωτοτροφικά, λιθοτροφικά και οργανοτροφικά. Τα φωτοτροφικά χρησιμοποιούν τη φωτοσύνθεση για να πάρουν ενέργεια και να κάνουν καύσιμο. Ωστόσο, δεν κάνουν όλα αυτά οξυγόνο όπως τα φυτικά κύτταρα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.

Κυανοβακτήρια είναι ένα παράδειγμα φωτοτροφίας. Οι λιθοτρόφοι χρησιμοποιούν ανόργανα μόρια ως τροφή και συνήθως βασίζονται σε βράχους ως πηγή. Ωστόσο, τα λιθότροφα δεν μπορούν να πάρουν άνθρακα από πετρώματα, επομένως χρειάζονται αέρα ή άλλη ύλη που έχει αυτό το στοιχείο. Τα οργανοτροφικά χρησιμοποιούν οργανικές ενώσεις για να πάρουν θρεπτικά συστατικά.

Τα προκαρυωτικά και τα ευκαρυωτικά δεν είναι τα ίδια, επειδή οι τύποι των κυττάρων που έχουν διαφέρουν πολύ. Τα προκαρυωτικά δεν έχουν οργανικά και πυρήνα συνδεδεμένα με μεμβράνη που βρίσκετε στα ευκαρυωτικά. το DNA τους επιπλέει μέσα στο κυτόπλασμα.

Επιπλέον, τα προκαρυωτικά έχουν μικρότερη επιφάνεια σε σύγκριση με τα ευκαρυωτικά. Επιπλέον, τα προκαρυωτικά είναι μονοκύτταρα παρά το γεγονός ότι ορισμένοι οργανισμοί είναι σε θέση να συσσωματωθούν για να σχηματίσουν αποικίες.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι λιγότερο οργανωμένα από τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Υπάρχουν επίσης διαφορές στα επίπεδα ρύθμισης, όπως η ανάπτυξη των κυττάρων, στα προκαρυωτικά. Αυτό μπορείτε να το δείτε στα ποσοστά μετάλλαξης των βακτηρίων, επειδή λιγότεροι κανονισμοί επιτρέπουν γρήγορες μεταλλάξεις και πολλαπλασιασμό.

Επειδή τα προκαρυωτικά δεν έχουν οργανίδια, ο μεταβολισμός τους είναι διαφορετικός και λιγότερο αποτελεσματικός. Αυτό τους εμποδίζει να αναπτυχθούν σε μεγάλο μέγεθος και μερικές φορές περιορίζει την ικανότητά τους να αναπαραχθούν. Ωστόσο, τα προκαρυωτικά αποτελούν σημαντικό μέρος όλων των οικοσυστημάτων. Από την ανθρώπινη υγεία έως την επιστημονική έρευνα, αυτοί οι μικροί οργανισμοί έχουν σημασία και μπορούν να σας επηρεάσουν πολύ.