Prokariotske stanice: definicija, struktura, funkcija (s primjerima)

Znanstvenici vjeruju da su prokariontske stanice bili neki od prvih oblika života na Zemlji. Te stanice i danas obiluju i mogu se podijeliti na bakterije i arheje.

Klasičan primjer prokariotske stanice je Escherichia coli (E. coli).

Prokariotske stanice su temeljne za savladavanje srednjoškolske biologije stanica. Čitajte dalje da biste saznali više o raznim staničnim komponentama prokariota.

Prokarioti su obično jednostavni, jednostanični organizmi bez membrane organele ili jezgra. Eukarioti imaju ove strukture.

Prije milijardi godina, prokarioti su možda evoluirali iz organskih molekula vezanih za membranu protobionti. Možda su to bili prvi oblici života na planetu.

Prokariote možete podijeliti u dvije domene: Bakterije i Arheje.

(Imajte na umu da kada pišete o domenama, imena trebaju biti napisana velikim slovom. Međutim, možete ih ostaviti malim slovima kada pišete o dvije skupine općenito.)

Obje se skupine sastoje od malih jednostaničnih organizama, ali među njima postoje razlike. Bakterije imaju peptidoglikane u sebi

Neki primjeri uobičajenih bakterija uključuju E. coli i Staphylococcus aureus (poznatiji kao staph). Halofili koji žive u soli primjer su arheja.

Bakterije su jedna od dvije domene koje čine prokariotske stanice. Oni su različiti oblici života i razmnožavaju se binarnom cijepanjem.

Tri su osnovna oblici bakterijskih stanica: koki, bacili i spirilla. Cocci su ovalne ili sferne bakterije, bacili su u obliku štapića, a spirilla su spirale.

Bakterije igraju važnu ulogu u ljudskim bolestima i zdravlju. Neki od ovih mikroba, poput Staphylococcus aureus, može izazvati infekcije kod ljudi. Međutim, korisne su i druge bakterije, kao što su Lactobacillus acidophilus, koji pomaže vašem tijelu da razgradi laktozu koja se nalazi u mliječnim proizvodima.

U početku klasificirane kao drevne bakterije i nazivane "arheobakterijama", arheje sada imaju vlastitu domenu. Mnoge vrste arheja su ekstremofili i žive u ekstremnim uvjetima, kao što su vreli vreli izvori ili kisela voda, koje bakterije ne podnose.

Neki primjeri uključuju hipertermofile koji postoje na temperaturama iznad 176 Celzijevih stupnjeva (80 Celzijevih stupnjeva) i halofile koji mogu živjeti u otopinama soli koje se kreću od 10 do 30 posto. Stanični zidovi arheja pružaju zaštitu i omogućuju im život u ekstremnim uvjetima.

Arheje imaju mnogo različitih oblika i veličina koji se kreću od šipki do spirala. Neki aspekti ponašanja arheja, poput razmnožavanja, slični su bakterijama. Međutim, druga ponašanja, poput ekspresije gena, sliče eukarionima.

Prokarioti se mogu razmnožavati na nekoliko načina. Osnovne vrste razmnožavanja uključuju pupanje, binarna fisija i fragmentacija. Iako neke bakterije stvaraju spore, to se ne smatra reprodukcijom, jer u tom procesu nema potomstva.

Pupljenje događa se kada stanica stvori pupoljak koji izgleda poput mjehurića. Pupoljak nastavlja rasti dok je vezan za roditeljsku stanicu. Na kraju se pupoljak odlomi od roditeljske stanice.

Binarna fisija događa se kada se stanica razdvoji na dvije identične kćerke stanice. Fragmentacija događa se kada se stanica razbije na male komadiće ili fragmente i svaki komad postane nova stanica.

Binarna fisija je uobičajena vrsta razmnožavanja u prokariontskim stanicama. Proces uključuje podjelu roditeljske stanice u dvije identične stanice. Prvi korak u binarnoj fisiji je kopiranje DNA. Zatim se nova DNA pomiče na suprotni kraj stanice.

Dalje, stanica počinje rasti i širiti se. Na kraju, a septuma u sredini se oblikuje prsten i steže ćeliju na dva dijela. Rezultat su dvije identične stanice.

Kada usporedite binarnu fisiju sa diobom stanica u eukariotskim stanicama, mogli biste primijetiti neke male sličnosti. Na primjer, oboje mitoza i binarna fisija stvaraju identične stanice kćeri. Oba procesa također uključuju umnožavanje DNA.

Stanična struktura prokariota može varirati, ali većina organizama ima nekoliko osnovnih komponenata. Prokarioti imaju stanična membrana ili plazma membrana koja djeluje poput zaštitnog poklopca. Oni također imaju krutu stanične stijenke za dodatnu potporu i zaštitu.

Prokariotske stanice imaju ribosomi, koji su molekule koje stvaraju proteine. Njihov je genetski materijal u nukleoidni, što je regija u kojoj živi DNK. Pozvani su dodatni prstenovi DNA plazmidi plutaju oko citoplazma. Važno je napomenuti da prokarionti nemaju nuklearnu membranu.

Uz ove unutarnje strukture, neke prokariontske stanice imaju i pilus ili bičevac da im pomogne u kretanju. Pilus je vanjsko svojstvo poput dlake, dok je bičevac vanjsko svojstvo poput biča. Neki prokarioti poput bakterija imaju kapsulu izvan svojih staničnih stijenki. Skladištenje hranjivih tvari također se može razlikovati, ali mnogi prokarionti koriste granule za pohranu u svojoj citoplazmi.

Genetske informacije u prokarionima postoje unutar nukleoida. Za razliku od eukariota, prokarionti nemaju jezgru vezanu za membranu. Umjesto toga, kružne molekule DNA žive u području citoplazme. Na primjer, kružni bakterijski kromosom je jedna velika petlja umjesto pojedinačnih kromosoma.

Sinteza DNA u bakterijama započinje započinjanjem replikacije na određenom slijedu nukleotida. Zatim dolazi do produljenja radi dodavanja novih nukleotida. Dalje, prekid se događa nakon stvaranja novih kromosoma.

U prokariota se ekspresija gena događa na drugačiji način. I bakterije i arheje mogu istovremeno imati transkripciju i translaciju.

To znači da stanice mogu stvarati aminokiseline, koji su građevni blokovi proteina, u bilo kojem trenutku.

Stanični zid prokariota ima nekoliko svrha. Štiti stanicu i nudi potporu. Uz to, pomaže ćeliji da održi oblik i zaustavlja je da ne pukne. Smještena izvan plazmatske membrane, ukupna je struktura staničnog zida složenija od one koja se nalazi u biljkama.

U bakterijama se stanični zid sastoji od peptidoglikan ili murein, koji se sastoji od polisaharidnih lanaca. Međutim, stanični se zidovi razlikuju među gram-pozitivnim i gram-negativnim bakterijama.

Gram-pozitivne bakterije imaju debelu staničnu stijenku, dok gram-negativne bakterije imaju tanku. Budući da su im stijenke tanke, gram negativne bakterije imaju dodatni sloj lipopolisaharida.

Antibiotici i drugi lijekovi mogu ciljati stanične stijenke u bakterijama, a da ne naštete ljudima, jer ljudi nemaju ove vrste zidova u svojim stanicama. Međutim, neke bakterije razvijaju rezistenciju na antibiotike, a lijekovi prestaju biti učinkoviti.

Otpornost na antibiotike događa se kad se bakterije razviju, a one s mutacijama koje im omogućuju preživljavanje lijekovi se mogu množiti.

Skladištenje hranjivih sastojaka važno je za prokariote jer neki od njih postoje u okruženjima koja otežavaju dosljednu opskrbu hranom. Prokarioti su razvili specifične strukture za pohranu hranjivih sastojaka.

Vakuole djeluju kao mjehurići za pohranu hrane ili hranjivih sastojaka. Bakterije također mogu imati inkluzije, koji su strukture za čuvanje rezervi glikogena ili škroba. Mikrokomore u prokarionima imaju proteinske ljuske i mogu držati enzime ili proteine. Postoje specijalizirane vrste mikroodjela kao što su magnetosomi i karboksisomi.

Širom svijeta postoji sve veća zabrinutost zbog rezistencije na antibiotike. Otpornost na antibiotike događa se kada su bakterije sposobne evoluirati i više ne reagiraju na lijekove koji su ih prethodno uništili. To znači da ljudi koji uzimaju antibiotik neće moći ubiti bakterije u svom tijelu.

Prirodni odabir potiče rezistenciju kod bakterija. Na primjer, neke bakterije imaju slučajne mutacije koje im omogućavaju da se odupru antibioticima. Kada uzmete lijek, on neće djelovati na ove rezistentne bakterije. Dalje, ove bakterije mogu rasti i razmnožavati se.

Također mogu pružiti otpor drugim bakterijama dijeljenjem gena, stvarajući superbube koje je teško liječiti. Otporan na meticilin Staphylococcus aureus (MRSA) je primjer superbug otpornog na antibiotike.

Replikacija DNA javlja se brže u prokariota nego u eukariota, pa se bakterije mogu razmnožavati mnogo brže nego što to mogu ljudi. Nedostatak kontrolnih točaka tijekom replikacije kod bakterija u usporedbi s eukariotima također omogućuje više slučajnih mutacija. Svi ovi čimbenici doprinose rezistenciji na antibiotike.

Iako bakterije često uzrokuju ljudske bolesti, ljudi također imaju simbiotičke odnose s nekim mikrobima. Korisne bakterije važne su za zdravlje kože, usne šupljine i probavnog sustava.

Na primjer, Bifidobakterije živite u crijevima i pomažu vam u razgradnji hrane. Oni su presudni dijelovi zdravog crijevnog sustava.

Prebiotici su hrana koja pomaže mikroflori u vašim crijevima. Neki uobičajeni primjeri uključuju češnjak, luk, poriluk, banane, zelje maslačka i šparoge. Prebiotici osiguravaju vlakna i hranjive sastojke koji su potrebni za rast korisnih crijevnih bakterija.

S druge strane, probiotici su žive bakterije koje mogu pomoći vašoj probavi. Probiotičke organizme možete pronaći i u namirnicama kao što su jogurt ili kimchi.

Tri su glavne vrste prijenosa gena u prokariota: transdukcija, konjugacija i transformacija. Transdukcija je vodoravni prijenos gena koji se događa kada virus pomaže u premještanju DNA s jedne bakterije na drugu.

Konjugacija uključuje privremenu fuziju mikroba za prijenos DNA. Ovaj postupak obično uključuje pilus. Transformacija se događa kada prokariot uzima komade DNA iz svoje okoline.

Prijenos gena važan je za bolest jer omogućava mikrobima da dijele DNA i postanu otporni na lijekove. Na primjer, bakterije otporne na antibiotik mogu dijeliti gene s drugim bakterijama. Prijenos gena među mikrobima možete naići na svojim predavanjima u prirodoslovlju, posebno u laboratorijima fakulteta, jer je to važno za znanstvena istraživanja.

Metabolizam u prokariota varira više od onoga što ćete naći u eukariota. Omogućuje prokarionima poput ekstremofila da žive u ekstremnim okruženjima. Neki se organizmi koriste fotosintezom, ali drugi energiju mogu dobivati ​​iz anorganskog goriva.

Prokariote možete svrstati u autotrofi i heterotrofi. Autotrofi dobivaju ugljik iz ugljičnog dioksida i vlastitu organsku hranu proizvode od anorganskih materijala, ali heterotrofi dobivaju ugljik od drugih živih bića i ne mogu sami stvoriti organsku hranu.

Glavne vrste autotrofa su fototrofi, litotrofi i organotrofi. Fototrofi koriste fotosintezu za dobivanje energije i stvaranje goriva. Međutim, ne stvaraju svi kisik poput biljnih stanica tijekom procesa.

Cijanobakterije su primjer fototrofa. Litotrofi koriste anorganske molekule kao hranu, a obično se oslanjaju na stijene kao izvor. Međutim, litotrofi ne mogu dobiti ugljik iz stijena, pa im je potreban zrak ili druga materija koja sadrži taj element. Organotrofi organskim spojevima dobivaju hranjive sastojke.

Prokarioti i eukarioti nisu isto jer se vrste stanica koje imaju uvelike razlikuju. Prokarioti nemaju organele i jezgru vezanu za membranu koje nalazite u eukariota; njihova DNA pluta unutar citoplazme.

Uz to, prokarionti imaju manju površinu u odnosu na eukariote. Štoviše, prokarioti su jednostanični, unatoč tome što se neki organizmi mogu agregirati i formirati kolonije.

Prokariotske stanice su manje organizirane od eukariotskih stanica. Također postoje razlike u razinama regulacije, poput rasta stanica, kod prokariota. To možete vidjeti u stopi mutacija bakterija jer manje propisa omogućava brze mutacije i razmnožavanje.

Budući da prokarioti nemaju organele, njihov je metabolizam drugačiji i manje učinkovit. To ih sprječava da narastu do velike veličine, a ponekad ograničava njihovu sposobnost razmnožavanja. Unatoč tome, prokarioti su važan dio svih ekosustava. Od ljudskog zdravlja do znanstvenih istraživanja, ti su mali organizmi važni i mogu vam jako utjecati.