A tudósok úgy vélik, hogy a prokarióta sejtek voltak az első életformák a Földön. Ezek a sejtek ma is bőségesek, baktériumokra és archeákra oszthatók.
A prokarióta sejt klasszikus példája Escherichia coli (E. coli).
A prokarióta sejtek alapvető jelentőségűek a középiskolai sejtbiológia elsajátításában. Olvassa el, hogy megismerje a prokarióták különféle sejtkomponenseit.
Mik azok a prokarióták?
A prokarióták általában egyszerű, egysejtű szervezetek, membránhoz nem kötődve sejtszervecskék vagy egy mag. Eukarióták legyenek ezek a struktúrák.
Több milliárd évvel ezelőtt a prokarióták kialakulhattak az úgynevezett membránhoz kötött szerves molekulákból protobiontok. Lehet, hogy ők voltak az első életformák a bolygón.
A prokarióták két területre oszthatók: Baktériumok és Archaea.
(Vegye figyelembe, hogy amikor a domainekről ír, a neveket nagybetűvel kell írni. Azonban hagyhatja őket kisbetűvel, amikor általában a két csoportról ír.)
Mindkét csoport kicsi, egysejtű szervezetekből áll, de vannak különbségek közöttük. A baktériumok peptidoglikánokat tartalmaznak
Néhány példa a gyakori baktériumokra E. coli és Staphylococcus aureus (ismertebb nevén staph). A sólakó halofilek példák az archeákra.
Baktériumok: Az alapok
A baktériumok a prokarióta sejteket alkotó két domén egyike. Különböző életformák és bináris hasadással szaporodnak.
Három alapvető baktériumsejtek: cocci, bacilusok és spirilla. A kokszok ovális vagy gömb alakú baktériumok, a bacilusok rúd alakúak és a spirilla spirál alakúak.
A baktériumok fontos szerepet játszanak az emberi betegségekben és az egészségben. Néhány ilyen mikroba, mint például Staphylococcus aureus, fertőzéseket okozhat az emberekben. Más baktériumok azonban hasznosak, mint pl Lactobacillus acidophilus, amely segíti a testedet a tejtermékekben található laktóz lebontásában.
Archaea: Az alapok
Kezdetben az ősi baktériumok közé sorolták és "archeobaktériumoknak" hívták, az archeáknak ma már saját tartományuk van. Az archaea számos faja szélsőségesek és extrém körülmények között élnek, például forrásban lévő forró forrásokban vagy savas vízben, amelyeket a baktériumok nem tudnak elviselni.
Néhány példa a hipertermofilek, amelyek 176 Fahrenheit-fok (80 Celsius-fok) fölötti hőmérsékleten léteznek, és a halofilek, amelyek 10 és 30 százalék közötti sóoldatokban élhetnek. Az archeák sejtfalai védelmet nyújtanak, és lehetővé teszik számukra, hogy extrém körülmények között éljenek.
Az archeáknak sokféle alakja és mérete van, a rudaktól a spirálokig. Az archeák viselkedésének bizonyos aspektusai, például a szaporodás, hasonlóak a baktériumokhoz. Más viselkedésmódok, például a génexpresszió, hasonlítanak az eukariótákra.
Hogyan szaporodnak a prokarióták?
A prokarióták többféle módon képesek szaporodni. A szaporodás alapvető típusai közé tartozik a bimbózás, bináris hasadás és a töredezettség. Noha egyes baktériumok spóraképződnek, ez nem tekinthető szaporodásnak, mert ebben a folyamatban nincsenek utódok.
Bimbózó akkor történik, amikor egy sejt buboréknak látszó rügyet készít. A rügy tovább növekszik, miközben a szülősejthez kapcsolódik. Végül a rügy elszakad a szülősejttől.
Bináris hasadás akkor történik, amikor egy sejt két azonos leánysejtre oszlik. Töredezettség akkor történik, amikor egy sejt apró darabokra vagy töredékekre bomlik, és minden darab új cellává válik.
Mi a bináris hasadás?
A bináris hasadás a prokarióta sejtekben a reprodukció általános típusa. A folyamat során a szülősejt két azonos cellára oszlik. A bináris hasadás első lépése a DNS másolása. Ezután az új DNS a sejt ellentétes végére mozog.
Ezután a sejt növekszik és tágulni kezd. Végül a septum gyűrű képződik középen, és két darabra szorítja a sejtet. Az eredmény két egyforma sejt.
Ha összehasonlítja a bináris hasadást az eukarióta sejtek sejtosztódásával, észrevehet néhány apró hasonlóságot. Például mindkettő mitózis és a bináris hasadás azonos leánysejteket hoz létre. Mindkét folyamat magában foglalja a DNS duplikációját is.
Prokarióta sejtek szerkezete
A prokarióták sejtszerkezete változhat, de a legtöbb organizmusnak több alapvető összetevője van. A prokariótáknak van egy sejt membrán vagy plazma membrán amely védőburkolatként működik. Nekik is van egy merev sejtfal a további támogatásért és védelemért.
A prokarióta sejtek rendelkeznek riboszómák, amelyek fehérjéket előállító molekulák. Genetikai anyaguk a nukleoid, amely az a régió, ahol a DNS él. További DNS gyűrűket nevezünk plazmidok lebegnek a citoplazma. Fontos megjegyezni, hogy a prokariótáknak nincs magmembránja.
Ezen belső struktúrák mellett néhány prokarióta sejtnek van egy pilus vagy flagellum hogy segítsen nekik mozogni. A pilus egy szőrszerű külső jellemző, míg a flagellum egy whiplike külső jellemző. Néhány prokarióta, például baktérium kapszulája van a sejtfalon kívül. A tápanyagok tárolása is változhat, de sok prokarióta tároló granulátumot használ a citoplazmájában.
Genetikai információk prokariótákban
A prokariótákban található genetikai információ a nukleoid belsejében létezik. Az eukariótáktól eltérően a prokariótáknak nincs membránhoz kötött magja. Ehelyett a kör alakú DNS-molekulák a citoplazma egy régiójában élnek. Például a körkörös bakteriális kromoszóma egy nagy hurok az egyes kromoszómák helyett.
A baktériumok DNS-szintézise a replikáció megindulásával kezdődik egy adott nukleotidszekvenciánál. Ezután megnyúlás következik be új nukleotidok hozzáadásához. Ezután a felmondás az új kromoszóma kialakulása után következik be.
Gén expresszió prokariótákban
A prokariótákban a génexpresszió más módon történik. A baktériumok és az archeák egyaránt átíródhatnak és transzlálódhatnak.
Ez azt jelenti, hogy a sejtek képesek előállítani aminosavak, amelyek a fehérjék építőkövei, bármikor.
A prokarióta sejtfal
A prokarióták sejtfalának több célja van. Védi a cellát és támogatást nyújt. Ezenkívül elősegíti a sejt formájának fenntartását, és megakadályozza a repedését. A plazmamembránon kívül található sejtfal általános szerkezete bonyolultabb, mint a növényekben található.
A baktériumoknál a sejtfal áll peptidoglikán vagy murein, amely poliszacharid-láncokból áll. A sejtfalak azonban különböznek a gram-pozitív és a gram-negatív baktériumok között.
A gram-pozitív baktériumok vastag, míg a gram-negatív baktériumok vékonyak. Mivel faluk vékony, a gram-negatív baktériumok extra réteg lipopoliszacharidokkal rendelkeznek.
Az antibiotikumok és más gyógyszerek megcélozhatják a baktériumok sejtfalait anélkül, hogy károsítanák az embereket, mert az emberek sejtjeiben nincs ilyen típusú fal. Egyes baktériumok azonban kialakítják az antibiotikumokkal szembeni rezisztenciát, és a gyógyszerek már nem hatékonyak.
Az antibiotikum-rezisztencia akkor fordul elő, amikor a baktériumok fejlődnek, és azok a mutációk, amelyek lehetővé teszik számukra a gyógyszerek túlélését, képesek szaporodni.
Tápanyag-tárolás prokariótákban
A tápanyagok tárolása azért fontos a prokarióták számára, mert némelyik olyan környezetben létezik, amely megnehezíti az állandó élelmiszer-ellátást. A prokarióták sajátos struktúrákat fejlesztettek ki a tápanyagok tárolására.
Vacuoles táplálék vagy tápanyagok tároló buborékjaiként működnek. A baktériumok is lehetnek zárványok, amelyek a glikogén vagy keményítők tartalékának megőrzésére szolgáló struktúrák. Mikrokamrák a prokariótákban fehérjehéjak vannak, és képesek enzimeket vagy fehérjéket befogadni. Vannak speciális típusú mikrokamrák, mint pl magnetoszómák és karboxiszómák.
Mi az antibiotikum rezisztencia?
Világszerte egyre nagyobb az aggodalom az antibiotikumokkal szembeni rezisztencia miatt. Az antibiotikum-rezisztencia akkor következik be, amikor a baktériumok képesek fejlődni, és már nem reagálnak azokra a gyógyszerekre, amelyek korábban elpusztították őket. Ez azt jelenti, hogy az antibiotikumot szedő emberek nem képesek elpusztítani a testükben lévő baktériumokat.
Természetes kiválasztódás elősegíti a baktériumok rezisztenciáját. Például egyes baktériumok véletlenszerű mutációkkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik, hogy ellenálljanak az antibiotikumoknak. Ha szed egy gyógyszert, az nem fog működni ezeken a rezisztens baktériumokon. Ezután ezek a baktériumok szaporodhatnak és szaporodhatnak.
A gének megosztásával olyan baktériumokkal szemben is ellenállhatnak, amelyek nehezen kezelhetők. Meticillin-rezisztens Staphylococcus aureus (MRSA) egy példa az antibiotikumokkal szemben rezisztens szuperbugra.
DNS replikáció a prokariótáknál gyorsabban fordul elő, mint az eukariótáknál, így a baktériumok sokkal gyorsabban képesek szaporodni, mint az ember. Az ellenőrző pontok hiánya a baktériumok replikációja során az eukariótákhoz képest több véletlenszerű mutációt is lehetővé tesz. Mindezek a tényezők hozzájárulnak az antibiotikum-rezisztenciához.
Probiotikumok és barátságos baktériumok
Noha a baktériumok gyakran emberi betegségeket okoznak, az emberek szimbiózisban állnak kapcsolatban egyes mikrobákkal. A hasznos baktériumok fontosak a bőr, a száj és az emésztés egészsége szempontjából.
Például, Bifidobaktériumok éljen a belében, és segítsen az étel lebontásában. Ezek az egészséges bélrendszer döntő részei.
A prebiotikumok olyan élelmiszerek, amelyek segítik a bél mikroflóráját. Néhány gyakori példa: fokhagyma, hagyma, póréhagyma, banán, pitypangzöld és spárga. A prebiotikumok biztosítják azokat a rostokat és tápanyagokat, amelyekre a hasznos bélbaktériumok növekedéséhez szükség van.
Másrészt a probiotikumok élő baktériumok, amelyek elősegíthetik az emésztést. Élelmiszerekben, például joghurtban vagy kimchiben probiotikus organizmusokat is találhat.
Géntranszfer prokariótákban
A prokariótákban a géntranszfernek három fő típusa van: transzdukció, konjugáció és transzformáció. A transzdukció egy horizontális géntranszfer, amely akkor következik be, amikor a vírus segít a DNS egyik baktériumról a másikra történő elmozdulásában.
Konjugáció magában foglalja a mikrobák ideiglenes fúzióját a DNS átvitelére. Ez a folyamat általában pilust foglal magában. Az átalakulás akkor következik be, amikor a prokarióta DNS-darabokat vesz fel a környezetéből.
A géntranszfer azért fontos a betegség szempontjából, mert lehetővé teszi a mikrobák számára, hogy megosszák a DNS-t és ellenállóvá váljanak a gyógyszerekkel szemben. Például az antibiotikumokkal szemben rezisztens baktériumok megoszthatják a géneket más baktériumokkal. Géntranszferrel találkozhat a mikrobák között a tudományos osztályaiban, különösen az egyetemi laboratóriumokban, mert ez jelentős a tudományos kutatás szempontjából.
Prokarióta anyagcsere
Az anyagcsere a prokariótákban jobban változik, mint amit az eukariótákban talál. Lehetővé teszi, hogy a prokarióták, mint az extrémofilok, extrém környezetben éljenek. Egyes szervezetek fotoszintézist alkalmaznak, mások azonban szervetlen üzemanyagból nyerhetnek energiát.
A prokarióták osztályba sorolhatók autotrófok és heterotrófok. Az autotrófok szén-dioxidból nyernek szenet, és szervetlen anyagokból készítik el saját bioélelmiszerüket, de a heterotrófok más élőlényektől nyernek szenet, és nem tudnak saját biotáplálékot készíteni.
Az autotrófok fő típusai: fototrófok, litotrófok és organotrófok. A fototrófok fotoszintézist használnak energiához és üzemanyag előállításához. Azonban nem mindegyikük gyárt oxigént, mint a növényi sejtek a folyamat során.
Cianobaktériumok a fototrófok példái. A litotrófok szervetlen molekulákat használnak táplálékként, és általában a kőzetekre támaszkodnak. A litotrófok azonban nem tudnak szénből származni a kőzetekből, ezért levegőre vagy más anyagra van szükségük, amely rendelkezik ezzel az elemgel. Az organotrófok szerves vegyületeket használnak a tápanyagok megszerzéséhez.
Prokarióták vs. Eukarióták
A prokarióták és az eukarióták nem azonosak, mivel a sejtjeik nagyon eltérnek egymástól. A prokariótákban nincsenek membránhoz kötött organellumok és sejtmagok, amelyeket az eukariótákban talál; DNS-e a citoplazmában belül lebeg.
Ezenkívül a prokarióták felülete kisebb, mint az eukariótáké. Sőt, a prokarióták egysejtűek, annak ellenére, hogy egyes szervezetek képesek aggregálódni kolóniákat képezve.
A prokarióta sejtek kevésbé szervezettek, mint az eukarióta sejtek. Különbségek vannak a szabályozás szintjeiben is, például a sejtek növekedésében a prokariótákban. Láthatja ezt a baktériumok mutációs arányában, mert kevesebb szabályozás teszi lehetővé a gyors mutációkat és a szaporodást.
Mivel a prokariótáknak nincsenek organellái, anyagcseréjük más és kevésbé hatékony. Ez megakadályozza, hogy nagyra nőjenek, és néha korlátozza a szaporodás képességét. Ennek ellenére a prokarióták minden ökoszisztéma fontos részét képezik. Az emberi egészségtől a tudományos kutatásig ezek a kis organizmusok számítanak, és nagy hatással lehetnek rád.