Prokaryoottiset solut: Määritelmä, rakenne, toiminto (esimerkkejä)

Tutkijat uskovat, että prokaryoottiset solut olivat ensimmäisiä elämänmuotoja maan päällä. Näitä soluja on edelleen runsaasti nykyään ja ne voidaan jakaa bakteereihin ja arkeihin.

Klassinen esimerkki prokaryoottisesta solusta on Escherichia coli (E. coli).

Prokaryoottisolut ovat perustavanlaatuisia lukion solubiologian hallitsemisessa. Lue lisätietoja prokaryoottien erilaisista solukomponenteista.

Prokaryootit ovat yleensä yksinkertaisia ​​yksisoluisia organismeja ilman kalvoon sitoutumista organellit tai ydin. Eukaryootit on nämä rakenteet.

Miljardeja vuosia sitten prokaryootit ovat saattaneet kehittyä membraaniin sitoutuneista orgaanisista molekyyleistä, joita kutsutaan päämiehet. Ne ovat saattaneet olla ensimmäisiä elämänmuotoja planeetalla.

Voit jakaa prokaryootit kahteen verkkotunnukseen: Bakteerit ja Archaea.

(Huomaa, että kun kirjoitat verkkotunnuksista, nimien tulee olla isoja. Voit kuitenkin jättää ne pienillä kirjaimilla kirjoittaessasi kahdesta ryhmästä yleensä.)

Molemmat ryhmät koostuvat pienistä yksisoluisista organismeista, mutta niiden välillä on eroja. Bakteereissa on peptidoglykaaneja soluseinät ja arkkia ei. Lisäksi bakteereilla on rasvahapot plasmamembraanilipideissä, kun taas arkeissa on fytanyyli ryhmät.

Joitakin esimerkkejä tavallisista bakteereista ovat E. coli ja Staphylococcus aureus (tunnetaan paremmin nimellä staph). Suolassa asuvat halofiilit ovat esimerkki arkeista.

Bakteerit ovat yksi kahdesta domeenista, jotka muodostavat prokaryoottisolut. Ne ovat erilaisia ​​elämänmuotoja ja lisääntyvät binaarifissiolla.

On olemassa kolme perusasetusta bakteerisolujen muodot: cocci, basillit ja spirilla. Kokit ovat soikeita tai pallomaisia ​​bakteereja, basillit ovat sauvan muotoisia ja spirilla ovat spiraaleja.

Bakteereilla on tärkeä rooli ihmisten sairauksien ja terveyden kannalta. Jotkut näistä mikrobeista, kuten Staphylococcus aureus, voi aiheuttaa infektioita ihmisille. Muut bakteerit ovat kuitenkin hyödyllisiä, kuten Lactobacillus acidophilus, joka auttaa kehoasi hajottamaan maitotuotteissa olevaa laktoosia.

Alun perin luokiteltu muinaisiksi bakteereiksi ja nimeltään "arkeobakteerit", arkeilla on nyt oma toimialue. Monet arkkilajit ovat Extremophiles ja elää äärimmäisissä olosuhteissa, kuten kiehuvissa kuumissa lähteissä tai happamassa vedessä, joita bakteerit eivät siedä.

Joitakin esimerkkejä ovat hypertermofiilit, joita esiintyy yli 176 Fahrenheit-asteen (80 astetta) lämpötiloissa, ja halofiilit, jotka voivat elää suolaliuoksissa, jotka vaihtelevat 10-30 prosenttia. Arkeoiden soluseinät tarjoavat suojaa ja antavat heidän elää äärimmäisissä ympäristöissä.

Archaeassa on monia eri muotoja ja kokoja, jotka vaihtelevat tangoista kierteisiin. Jotkut arkkien käyttäytymisen näkökohdat, kuten lisääntyminen, ovat samanlaisia ​​kuin bakteerit. Kuitenkin muut käyttäytymismuodot, kuten geeniekspressiot, muistuttavat eukaryooteja.

Prokaryootit voivat lisääntyä monin tavoin. Lisääntymisen perustyypit ovat orastava, binaarinen fissio ja pirstoutuminen. Vaikka joillakin bakteereilla on itiöiden muodostuminen, sitä ei pidetä lisääntymisenä, koska tämän prosessin aikana ei ole muodostunut jälkeläisiä.

Orastava tapahtuu, kun solu tekee alkuunsa, joka näyttää kuplalta. Silmu kasvaa edelleen, kun se on kiinnittynyt emosoluun. Lopulta silmu irtoaa vanhemmasta solusta.

Binaarifissio tapahtuu, kun solu jakautuu kahdeksi identtiseksi tytärsoluksi. Hajanaisuus tapahtuu, kun solu hajoaa pieniksi paloiksi tai fragmenteiksi ja jokaisesta kappaleesta tulee uusi solu.

Binaarifissio on yleinen lisääntymistyyppi prokaryoottisoluissa. Prosessi sisältää emosolun jakamisen kahteen identtiseen soluun. Ensimmäinen vaihe binaarifissiossa on kopioida DNA. Sitten uusi DNA siirtyy solun vastakkaiseen päähän.

Seuraavaksi solu alkaa kasvaa ja laajentua. Lopulta a väliseinä rengas muodostuu keskelle ja puristaa solun kahteen osaan. Tuloksena on kaksi identtistä solua.

Kun verrataan binaarista fissiota solujen jakautumiseen eukaryoottisoluissa, saatat huomata pieniä yhtäläisyyksiä. Esimerkiksi molemmat mitoosi ja binaarifissio luovat identtiset tytärsolut. Molemmat prosessit sisältävät myös DNA: n päällekkäisyyden.

Prokaryoottien solurakenne voi vaihdella, mutta useimmilla organismeilla on useita peruskomponentteja. Prokaryooteilla on a solukalvo tai plasmakalvo joka toimii kuin suojakansi. Heillä on myös jäykkä soluseinän lisätukea ja suojaa varten.

Prokaryoottisoluilla on ribosomit, jotka ovat proteiineja tuottavia molekyylejä. Niiden geneettinen materiaali on nukleoidi, joka on alue, jolla DNA elää. DNA: n muita renkaita kutsutaan plasmidit kellua sytoplasma. On tärkeää huomata, että prokaryooteilla ei ole ydinkalvoa.

Näiden sisäisten rakenteiden lisäksi joillakin prokaryoottisoluilla on a pilus tai lippu auttaa heitä liikkumaan. Pilus on karvainen ulkoinen piirre, kun taas lippu on vispilä ulkoinen piirre. Joillakin prokaryooteilla, kuten bakteereilla, on kapseli soluseinien ulkopuolella. Ravinteiden varastointi voi myös vaihdella, mutta monet prokaryootit käyttävät varastorakeita sytoplasmassaan.

Geenitieto prokaryooteissa on nukleoidin sisällä. Toisin kuin eukaryooteilla, prokaryooteilla ei ole membraaniin sitoutunutta ydintä. Sen sijaan pyöreät DNA-molekyylit elävät sytoplasman alueella. Esimerkiksi ympyränmuotoinen bakteerikromosomi on yksi iso silmukka yksittäisten kromosomien sijaan.

DNA-synteesi bakteereissa alkaa replikaation aloittamisesta tietyllä nukleotidisekvenssillä. Sitten venymä tapahtuu uusien nukleotidien lisäämiseksi. Seuraavaksi lopetus tapahtuu uuden kromosomin muodostumisen jälkeen.

Prokaryooteissa geenien ilmentyminen tapahtuu eri tavalla. Sekä bakteereilla että arkeilla voi olla transkriptio ja translaatio tapahtua samanaikaisesti.

Tämä tarkoittaa, että solut voivat tehdä aminohappoja, jotka ovat proteiinien rakennuspalikoita, milloin tahansa.

Prokaryoottien soluseinällä on useita tarkoituksia. Se suojaa solua ja tarjoaa tukea. Lisäksi se auttaa solua säilyttämään muodonsa ja estää sen puhkeamisen. Plasmakalvon ulkopuolella sijaitseva soluseinän rakenne on monimutkaisempi kuin kasveissa oleva.

Bakteereissa soluseinä koostuu peptidoglykaani tai mureiini, joka koostuu polysakkaridiketjuista. Soluseinät eroavat kuitenkin gram-positiivisten ja gram-negatiivisten bakteerien välillä.

Grampositiivisilla bakteereilla on paksu soluseinä, kun taas gram-negatiivisilla bakteereilla on ohut. Koska niiden seinät ovat ohuet, gram-negatiivisilla bakteereilla on ylimääräinen kerros lipopolysakkarideja.

Antibiootit ja muut lääkkeet voivat kohdistaa bakteerien soluseinät vahingoittamatta ihmistä, koska ihmisillä ei ole tämäntyyppisiä seinämiä soluissa. Jotkut bakteerit kehittävät kuitenkin antibioottiresistenssiä, ja lääkkeet lakkaavat olemasta tehokkaita.

Antibioottiresistenssi tapahtuu, kun bakteerit kehittyvät, ja ne, joiden mutaatiot antavat heille mahdollisuuden selviytyä lääkkeistä, pystyvät lisääntymään.

Ravinteiden varastointi on tärkeää prokaryooteille, koska jotkut niistä ovat ympäristöissä, jotka vaikeuttavat jatkuvaa ruokaa. Prokaryootit ovat kehittäneet erityisiä rakenteita ravinteiden varastoimiseksi.

Vacuoles toimivat ruokien tai ravinteiden kuplina. Bakteereilla voi myös olla sulkeumat, jotka ovat rakenteita glykogeeni- tai tärkkelysvarastojen pitämiseksi. Mikrolokerot prokaryooteilla on proteiinikuoret ja ne voivat sisältää entsyymejä tai proteiineja. On erikoistuneita mikrokammioita, kuten magnetosomit ja karboksysomit.

Antibioottiresistenssi on lisääntynyt huoli ympäri maailmaa. Antibioottiresistenssi tapahtuu, kun bakteerit voivat kehittyä eivätkä enää reagoi lääkkeisiin, jotka ovat aiemmin tuhonneet ne. Tämä tarkoittaa sitä, että ihmiset, jotka käyttävät antibioottia, eivät voi tappaa bakteereita kehossaan.

Luonnonvalinta edistää bakteerien vastustuskykyä. Joillakin bakteereilla on esimerkiksi satunnaisia ​​mutaatioita, jotka antavat niiden vastustaa antibiootteja. Kun otat lääkettä, se ei toimi näillä resistenteillä bakteereilla. Seuraavaksi nämä bakteerit voivat kasvaa ja lisääntyä.

Ne voivat myös antaa vastustuskykynsä muille bakteereille jakamalla geenejä, luomalla vaikeasti hoidettavia superbugeja. Metisilliiniresistentti Staphylococcus aureus (MRSA) on esimerkki superbugista, joka on vastustuskykyinen antibiooteille.

DNA kopiointi esiintyy nopeammin prokaryooteissa kuin eukaryooteissa, joten bakteerit voivat lisääntyä paljon nopeammin kuin ihmiset. Tarkistuskohtien puute bakteerien replikaation aikana verrattuna eukaryooteihin mahdollistaa myös enemmän satunnaisia ​​mutaatioita. Kaikki nämä tekijät vaikuttavat antibioottiresistenssiin.

Vaikka bakteerit aiheuttavat usein ihmissairauksia, ihmisillä on myös symbioottisia suhteita joihinkin mikrobeihin. Hyödylliset bakteerit ovat tärkeitä ihon, suun ja ruoansulatuskanavan terveydelle.

Esimerkiksi, Bifidobakteerit elää suolistossa ja auttaa sinua hajottamaan ruokaa. Ne ovat terveellisen suoliston tärkeitä osia.

Prebiootit ovat elintarvikkeita, jotka auttavat suolistosi mikroflooraa. Joitakin yleisiä esimerkkejä ovat valkosipuli, sipuli, purjo, banaanit, voikukan vihreät ja parsa. Prebiootit tarjoavat kuituja ja ravinteita, joita hyödyllisten suolistobakteerien on kasvettava.

Toisaalta probiootit ovat eläviä bakteereja, jotka voivat auttaa ruoansulatusta. Voit myös löytää probioottisia organismeja elintarvikkeista, kuten jogurtista tai kimchistä.

Geenisiirrossa prokaryooteissa on kolme päätyyppiä: transduktio, konjugaatio ja transformaatio. Transduktio on horisontaalinen geenisiirto, joka tapahtuu, kun virus auttaa siirtämään DNA: ta bakteerista toiseen.

Konjugaatio sisältää mikrobien väliaikaisen fuusion DNA: n siirtämiseksi. Tähän prosessiin liittyy yleensä pilus. Transformaatio tapahtuu, kun prokaryootti vie DNA-palasia ympäristöstään.

Geenisiirto on tärkeä sairauden kannalta, koska se antaa mikrobien jakaa DNA: ta ja tulla vastustuskykyisiksi lääkkeille. Esimerkiksi antibiooteille resistentit bakteerit voivat jakaa geenejä muiden bakteerien kanssa. Saatat kohdata geenisiirtoa mikrobien välillä tiedeluokissa, etenkin yliopistolaboratorioissa, koska se on merkittävää tieteelliselle tutkimukselle.

Aineenvaihdunta prokaryooteissa vaihtelee enemmän kuin mitä löydät eukaryooteista. Se antaa prokaryoottien, kuten ekstremofiilien, elää äärimmäisissä ympäristöissä. Jotkut organismit käyttävät fotosynteesiä, mutta toiset voivat saada energiaa epäorgaanisesta polttoaineesta.

Voit luokitella prokaryootit autotrofit ja heterotrofit. Autotrofit saavat hiiltä hiilidioksidista ja valmistavat oman orgaanisen ruoansa epäorgaanisista materiaaleista, mutta heterotrofit saavat hiiltä muista elävistä olennoista eivätkä voi valmistaa omaa luomuruokaa.

Tärkeimmät autotrofien tyypit ovat valotrofit, litotrofit ja organotrofit. Fototrofit käyttävät fotosynteesiä energian saamiseksi ja polttoaineen tuottamiseksi. Kaikki eivät kuitenkaan tee happea kuten kasvisolut prosessin aikana.

Syanobakteerit ovat esimerkkejä fototrofeista. Litotrofit käyttävät epäorgaanisia molekyylejä ruokana, ja ne yleensä tukeutuvat kiviin lähteeksi. Litotrofit eivät kuitenkaan voi saada hiiltä kivistä, joten he tarvitsevat ilmaa tai muuta ainetta, jolla on tämä elementti. Organotrofit käyttävät orgaanisia yhdisteitä ravinteiden saamiseksi.

Prokaryootit ja eukaryootit eivät ole samat, koska niiden solutyypit eroavat suuresti. Prokaryooteilla ei ole kalvoon sitoutuneita organelleja ja ytimiä, jotka löydät eukaryooteista; niiden DNA kelluu sytoplasman sisällä.

Lisäksi prokaryoottien pinta-ala on pienempi kuin eukaryooteilla. Lisäksi prokaryootit ovat yksisoluisia huolimatta siitä, että jotkut organismit pystyvät aggregaatiksi muodostamaan pesäkkeitä.

Prokaryoottisolut ovat vähemmän organisoituneita kuin eukaryoottisolut. Prokaryoottien säätelytasoissa, kuten solukasvussa, on myös eroja. Tämä näkyy bakteerien mutaatioasteissa, koska vähemmän säännöksiä sallii nopeat mutaatiot ja lisääntymisen.

Koska prokaryooteilla ei ole organelleja, niiden aineenvaihdunta on erilaista ja vähemmän tehokasta. Tämä estää heitä kasvamasta suurikokoisiksi ja toisinaan rajoittaa heidän lisääntymiskykyään. Prokaryootit ovat kuitenkin tärkeä osa kaikkia ekosysteemejä. Ihmisten terveydestä tieteelliseen tutkimukseen näillä pienillä organismeilla on merkitystä ja ne voivat vaikuttaa sinuun suuresti.