პროკარიოტული უჯრედები: განმარტება, სტრუქტურა, ფუნქცია (მაგალითებით)

მეცნიერები თვლიან, რომ პროკარიოტული უჯრედები სიცოცხლის პირველი ფორმებია დედამიწაზე. ეს უჯრედები დღესაც უხვადაა და შეიძლება დაიყოს ბაქტერიებად და არქეებად.

პროკარიოტული უჯრედის კლასიკური მაგალითია ეშერიხია კოლი (ე. კოლი).

პროკარიოტული უჯრედები ფუნდამენტურია საშუალო სკოლის უჯრედების ბიოლოგიის დასაუფლებლად. წაიკითხეთ პროკარიოტების სხვადასხვა ფიჭური კომპონენტის შესახებ.

პროკარიოტები, როგორც წესი, არიან უბრალო, ერთუჯრედიანი ორგანიზმები, რომლებიც გარსით არ არის შეკრული ორგანელები ან ბირთვი. ეუკარიოტები აქვს ეს სტრუქტურები.

მილიარდობით წლის წინ, პროკარიოტები შესაძლოა განვითარდნენ მემბრანისგან შეკრული ორგანული მოლეკულებიდან, ე.წ. პროტბიონტები. ისინი შესაძლოა პლანეტაზე ცხოვრების პირველი ფორმები ყოფილიყო.

პროკარიოტების დაყოფა შეგიძლიათ ორ დომენად: ბაქტერიები და არქეა.

(გაითვალისწინეთ, რომ როდესაც დომენებზე წერთ, სახელები კაპიტალიზირებული უნდა იყოს. ამასთან, თქვენ შეგიძლიათ დატოვოთ ისინი მცირე ასოებით, როდესაც ამ ორ ჯგუფზე წერთ.)

ორივე ჯგუფი შედგება მცირე ზომის, ერთუჯრედიანი ორგანიზმებისგან, მაგრამ მათ შორის განსხვავებებია. ბაქტერიებს აქვთ პეპტიდოგლიკანები

საერთო ბაქტერიების რამდენიმე მაგალითს მოიცავს ე. კოლი და სტაფილოკოკის ბაქტერია (უკეთ ცნობილი როგორც სტაფილოკოლოგია). მარილით დასახლებული ჰალოფილები არქეის მაგალითია.

ბაქტერიები ერთ – ერთია იმ ორი დომენიდან, რომლებიც ქმნიან პროკარიოტულ უჯრედებს. ისინი ცხოვრების მრავალფეროვანი ფორმებია და მრავლდებიან ორობითი გახლეჩით.

არსებობს სამი ძირითადი ბაქტერიული უჯრედების ფორმები: კოკები, ბაცილები და სპირილა. კოკები ოვალური ან სფერული ბაქტერიებია, ბაცილები ჯოხის ფორმისაა, სპირილა კი სპირალები.

ბაქტერიები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ადამიანის დაავადებებსა და ჯანმრთელობაში. ზოგიერთ ამ მიკრობს მოსწონს სტაფილოკოკის ბაქტერია, შეიძლება გამოიწვიოს ინფექციები ადამიანებში. ამასთან, სასარგებლოა სხვა ბაქტერიებიც, მაგალითად ლაქტობაცილი აციდოფილუსი, რაც ხელს უწყობს თქვენს სხეულს რძის პროდუქტებში ნაპოვნი ლაქტოზას.

თავდაპირველად უძველეს ბაქტერიებად იყო კლასიფიცირებული და "არქეობაქტერიებს" უწოდებდნენ, ახლა არქეებს აქვთ საკუთარი სამფლობელო. არქეის მრავალი სახეობაა ექსტრემოფილები და ცხოვრობენ ექსტრემალურ პირობებში, მაგალითად, მდუღარე ცხელი წყლები ან მჟავე წყალი, რომელსაც ბაქტერიები ვერ იტანენ.

ზოგიერთ მაგალითში შედის ჰიპერთერმოფილები, რომლებიც არსებობენ 176 გრადუსი ფარენგეიტის (80 გრადუსი ცელსიუსი) ზემოთ ტემპერატურაზე და ჰალოფილები, რომელთაც შეუძლიათ ცხოვრება მარილის ხსნარებში, რომელთა დიაპაზონი 10-დან 30 პროცენტამდეა. არქეის უჯრედების კედლები იცავს დაცვას და საშუალებას აძლევს მათ იცხოვრონ ექსტრემალურ გარემოში.

არქეებს აქვთ მრავალი განსხვავებული ფორმა და ზომა, რომლებიც წნელებიდან სპირალებამდეა. არქეას ქცევის ზოგიერთი ასპექტი, როგორიცაა გამრავლება, ბაქტერიების მსგავსია. ამასთან, სხვა ქცევა, მაგალითად, გენის გამოხატვა, ევკარიოტებს წააგავს.

პროკარიოტებს შეუძლიათ მრავლობითი გზით გამრავლება. რეპროდუქციის ძირითადი ტიპები მოიცავს დაწყებას, ორობითი დაშლა და ფრაგმენტაცია. მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთ ბაქტერიას აქვს სპორის წარმოქმნა, ის არ განიხილება გამრავლება, რადგან ამ პროცესის შედეგად არ არსებობს შთამომავლები.

დაწყებული ხდება, როდესაც უჯრედი ქმნის კვირტს, რომელიც ბუშტს ჰგავს. კვირტი აგრძელებს ზრდას, სანამ ის ერთვის მშობელ უჯრედს. საბოლოოდ, კვირტი წყდება მშობლის უჯრედს.

Ორობითი დაშლა ხდება, როდესაც უჯრედი გაყოფილია ორ ერთნაირ ქალიშვილ უჯრედად. ფრაგმენტაცია ხდება, როდესაც უჯრედი იშლება პატარა ნაჭრებად ან ფრაგმენტებად და თითოეული ნაჭერი ხდება ახალი უჯრედი.

ორობითი განხეთქილება პროკარიოტულ უჯრედებში გამრავლების გავრცელებული სახეობაა. პროცესი მოიცავს მშობლის უჯრედის გაყოფას ორ უჯრედში, რომლებიც იდენტურია. ბინარული გახლეჩის პირველი ნაბიჯი არის დნმ-ის კოპირება. შემდეგ, ახალი დნმ გადადის უჯრედის საპირისპირო ბოლოში.

შემდეგ, უჯრედი იწყებს ზრდას და გაფართოებას. საბოლოოდ, ა ძგიდის ბეჭედი შუაში იქმნება და უჯრედს ორ ნაწილად აქცევს. შედეგი არის ორი იდენტური უჯრედი.

როდესაც შეადარებთ ორობით განხეთქილებას ევკარიოტულ უჯრედებში უჯრედების დაყოფასთან, შეიძლება შეამჩნიოთ მცირედი მსგავსება. მაგალითად, ორივე მიტოზი და ორობითი განხეთქილება ქმნის იდენტურ ქალიშვილ უჯრედებს. ორივე პროცესი ასევე მოიცავს დნმ-ს დუბლირებას.

პროკარიოტების უჯრედების სტრუქტურა შეიძლება განსხვავდებოდეს, მაგრამ ორგანიზმების უმეტესობას აქვს რამდენიმე ძირითადი კომპონენტი. პროკარიოტებს აქვთ ა უჯრედის მემბრანა ან პლაზმური მემბრანა რომელიც მოქმედებს როგორც დამცავი საფარი. მათ ასევე აქვთ ხისტი უჯრედის კედელი დამატებითი მხარდაჭერისა და დაცვის მიზნით.

პროკარიოტულ უჯრედებს აქვთ რიბოსომები, რომლებიც წარმოადგენენ ცილებს წარმოქმნილ მოლეკულას. მათი გენეტიკური მასალაა ნუკლეოიდი, რომელიც არის რეგიონი, სადაც დნმ ცხოვრობს. დნმ-ის დამატებითი რგოლები ე.წ. პლაზმიდები ათწილადი გარშემო ციტოპლაზმა. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ პროკარიოტებს არ აქვთ ბირთვული მემბრანა.

ამ შინაგანი სტრუქტურების გარდა, ზოგიერთ პროკარიოტულ უჯრედს აქვს ა პილუსი ან flagellum მათ გადაადგილებაში დასახმარებლად. Pilus თმის მსგავსი გარეგანი თვისებაა, ხოლო flagellum - მათრახის მსგავსი გარეგანი თვისება. ზოგიერთ პროკარიოტს, როგორიცაა ბაქტერია, უჯრედის კედლებს გარეთ აქვს კაფსულა. საკვები ნივთიერებების შენახვა შეიძლება ასევე განსხვავდებოდეს, მაგრამ ბევრი პროკარიოტი იყენებს ციტოპლაზმაში შემნახველ გრანულებს.

პროკარიოტებში გენეტიკური ინფორმაცია არსებობს ნუკლეოიდის შიგნით. ეუკარიოტებისგან განსხვავებით, პროკარიოტებს არ აქვთ გარსით შეკრული ბირთვი. ამის ნაცვლად, მრგვალი დნმ-ის მოლეკულები ცხოვრობენ ციტოპლაზმის რეგიონში. მაგალითად, წრიული ბაქტერიული ქრომოსომა ცალკეული ქრომოსომების ნაცვლად არის ერთი დიდი მარყუჟი.

ბაქტერიებში დნმ-ის სინთეზი იწყება რეპლიკაციის დაწყებით კონკრეტული ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობით. ამის შემდეგ ხდება დრეკადობა ახალი ნუკლეოტიდების დამატების მიზნით. შემდეგი, შეწყვეტა ხდება ახალი ქრომოსომის ფორმირების შემდეგ.

პროკარიოტებში, გენის გამოხატვა ხდება სხვაგვარად. ბაქტერიებსაც და არქეებსაც შეიძლება ერთდროულად ჰქონდეთ ტრანსკრიფცია და თარგმანი.

ეს ნიშნავს, რომ უჯრედებს შეუძლიათ შექმნან ამინომჟავების, რომლებიც წარმოადგენენ ცილებს, ნებისმიერ დროს.

პროკარიოტებში უჯრედის კედელს რამდენიმე დანიშნულება აქვს. ის იცავს უჯრედს და გთავაზობთ მხარდაჭერას. გარდა ამისა, ის უჯრედს ეხმარება ფორმის შენარჩუნებაში და აჩერებს მას. პლაზმის მემბრანის გარეთ მდებარეობს და უჯრედის კედლის საერთო სტრუქტურა უფრო რთულია, ვიდრე მცენარეებში.

ბაქტერიებში, უჯრედის კედელი შედგება პეპტიდოგლიკანი ან მურეინი, რომელიც შედგება პოლისაქარიდული ჯაჭვებისგან. ამასთან, უჯრედის კედლები განსხვავდება გრამდადებითი და გრამუარყოფითი ბაქტერიების შორის.

გრამდადებითი ბაქტერიას აქვს სქელი უჯრედის კედელი, გრამუარყოფით ბაქტერიას - თხელი. ვინაიდან მათი კედლები თხელია, გრამუარყოფით ბაქტერიებს აქვთ ლიპოპოლისაქარიდების დამატებითი ფენა.

ანტიბიოტიკებსა და სხვა წამლებს შეუძლიათ უჯრედის კედლების დამიზნება ბაქტერიებში, ადამიანისთვის ზიანის მიყენების გარეშე, რადგან ადამიანებს ამ ტიპის კედლები არ აქვთ უჯრედებში. ამასთან, ზოგიერთ ბაქტერიას უვითარდება ანტიბიოტიკებისადმი გამძლეობა, ხოლო წამლები წყვეტენ ეფექტურობას.

ანტიბიოტიკებისადმი რეზისტენტობა ხდება მაშინ, როდესაც ბაქტერიები ვითარდება და მათ, ვისაც მუტაცია აქვთ, მედიკამენტების გადარჩენის საშუალება აქვთ.

საკვებ ნივთიერებების შენახვა მნიშვნელოვანია პროკარიოტებისთვის, რადგან ზოგიერთი მათგანი არსებობს გარემოში, რაც ართულებს მუდმივი საკვების მარაგს. პროკარიოტებმა შეიმუშავეს საკვები ნივთიერებების შენახვის სპეციფიკური სტრუქტურები.

ვაკუოლები საკვების ან საკვები ნივთიერებების შენახვის ბუშტების როლს ასრულებს. ბაქტერიას შეიძლება ჰქონდეს ჩანართები, რომლებიც წარმოადგენს გლიკოგენის ან სახამებლის რეზერვების შესანარჩუნებლად. მიკროკომერტები პროკარიოტებში აქვთ ცილოვანი გარსი და იტევს ფერმენტებს ან ცილებს. არსებობს სპეციალიზებული ტიპის მიკროკომერციები, როგორიცაა მაგნიტოზომები და კარბოქსიომები.

მთელ მსოფლიოში იზრდება შეშფოთება ანტიბიოტიკების მიმართ რეზისტენტობასთან დაკავშირებით. ანტიბიოტიკებისადმი რეზისტენტობა ხდება მაშინ, როდესაც ბაქტერიებს შეუძლიათ განვითარდნენ და აღარ რეაგირებენ წამლებზე, რომლებმაც ადრე გაანადგურეს ისინი. ეს ნიშნავს, რომ ადამიანები, რომლებიც ანტიბიოტიკს ღებულობენ, ვერ შეძლებენ სხეულის შიგნით არსებული ბაქტერიების განადგურებას.

Ბუნებრივი გადარჩევა ხელს უწყობს ბაქტერიების წინააღმდეგობას. მაგალითად, ზოგიერთ ბაქტერიას აქვს შემთხვევითი მუტაცია, რაც საშუალებას აძლევს მათ წინააღმდეგობა გაუწიონ ანტიბიოტიკებს. პრეპარატის მიღებისას ის არ იმუშავებს ამ რეზისტენტულ ბაქტერიებზე. შემდეგი, ამ ბაქტერიებს შეუძლიათ გაიზარდონ და გამრავლდნენ.

მათ ასევე შეუძლიათ თავიანთი წინააღმდეგობა სხვა ბაქტერიების მიმართ, გენების გაზიარებით, ძნელად სამკურნალო სუპერბაგების შექმნით. მეთიცილინის მიმართ მდგრადია სტაფილოკოკის ბაქტერია (MRSA) არის სუპერმწვავის მაგალითი, რომელიც მდგრადია ანტიბიოტიკების მიმართ.

დნმ-ის რეპლიკაცია პროკარიოტებში უფრო სწრაფად გვხვდება, ვიდრე ეუკარიოტებს, ამიტომ ბაქტერიას შეუძლია გამრავდეს გაცილებით სწრაფად, ვიდრე ადამიანს შეუძლია. ეუკარიოტებთან შედარებით ბაქტერიებში რეპლიკაციის დროს საგუშაგოების ნაკლებობა ასევე უფრო შემთხვევითი მუტაციების შესაძლებლობას იძლევა. ყველა ეს ფაქტორი ხელს უწყობს ანტიბიოტიკების რეზისტენტობას.

მიუხედავად იმისა, რომ ბაქტერიები ხშირად იწვევს ადამიანის დაავადებებს, ადამიანებს ასევე აქვთ სიმბიოტიკური ურთიერთობა ზოგიერთ მიკრობთან. სასარგებლო ბაქტერიები მნიშვნელოვანია კანის, პირის ღრუს და საჭმლის მომნელებელი ჯანმრთელობისთვის.

Მაგალითად, ბიფიდობაქტერიები იცხოვრეთ თქვენს ნაწლავებში და დაგეხმარებათ საკვების დაშლაში. ისინი ჯანმრთელი ნაწლავის სისტემის გადამწყვეტი ნაწილებია.

პრებიოტიკები არის საკვები, რომელიც ეხმარება მიკროფლორას თქვენს ნაწლავში. ზოგიერთი გავრცელებული მაგალითია ნიორი, ხახვი, პრასი, ბანანი, dandelion მწვანილი და asparagus. პრებიოტიკები უზრუნველყოფენ ბოჭკოსა და საკვებ ნივთიერებებს, რომლებიც საჭიროა ნაწლავის სასარგებლო ბაქტერიების გასაზრდელად.

მეორეს მხრივ, პრობიოტიკები ცოცხალი ბაქტერიებია, რომლებიც ხელს უწყობენ საჭმლის მონელებას. პრობიოტიკური ორგანიზმები ასევე შეგიძლიათ იპოვოთ საკვებში, როგორიცაა იოგურტი ან კიმჩი.

პროკარიოტებში არსებობს გენების გადაცემის სამი ძირითადი ტიპი: ტრანსდუქცია, კონიუგაცია და ტრანსფორმაცია. ტრანსდუქცია არის ჰორიზონტალური გენის გადაცემა, რაც ხდება მაშინ, როდესაც ვირუსი ეხმარება დნმ – ის გადაადგილებას ერთი ბაქტერიიდან მეორეში.

უღლება გულისხმობს მიკრობების დროებით შერწყმას დნმ-ის გადასაცემად. ეს პროცესი ჩვეულებრივ მოიცავს პილუსს. გარდაქმნა ხდება მაშინ, როდესაც პროკარიოტი დნმ-ის ნაწილებს იღებს თავისი გარემოდან.

გენების გადაცემა დაავადებისთვის მნიშვნელოვანია, რადგან ის მიკრობებს დნმ-ის გაზიარების და წამლების მიმართ გამძლეობის საშუალებას აძლევს. მაგალითად, ბაქტერიებს, რომლებიც მდგრადია ანტიბიოტიკის მიმართ, შეუძლიათ გენების სხვა ბაქტერიების გაზიარება. თქვენს სამეცნიერო კლასებში, განსაკუთრებით კოლეჯის ლაბორატორიებში, მიკრობებს შორის შეიძლება გენების გადაცემა შეგხვდეთ, რადგან ეს მნიშვნელოვანია სამეცნიერო კვლევებისთვის.

მეტაბოლიზმი პროკარიოტებში უფრო განსხვავდება, ვიდრე ის, რასაც ნახავთ ეუკარიოტებში. ის საშუალებას აძლევს ექსტრემოფილებს, მაგალითად, პროკარიოტებს ექსტრემალურ გარემოში იცხოვრონ. ზოგი ორგანიზმი იყენებს ფოტოსინთეზს, მაგრამ ზოგს შეუძლია არაორგანული საწვავიდან მიიღოს ენერგია.

პროკარიოტების კლასიფიკაცია შეგიძლიათ ავტოტროფები და ჰეტეროტროფები. ავტოტროფები ნახშირბადის დიოქსიდისგან ნახშირბადს იღებენ და არაორგანული მასალებისგან ამზადებენ საკუთარ ორგანულ საკვებს, მაგრამ ჰეტეროტროფები ნახშირბადს იღებენ სხვა ცოცხალი არსებებისგან და არ შეუძლიათ საკუთარი ორგანული საკვების დამზადება.

აუტოტროფების ძირითადი ტიპებია ფოტოტროფები, ლითოტროფები და ორგანოტროფები. ფოტოტროფები იყენებენ ფოტოსინთეზს ენერგიის მისაღებად და საწვავის მისაღებად. ამასთან, ყველა მათგანი არ ქმნის ჟანგბადს, ისევე როგორც მცენარეთა უჯრედები ამ პროცესის დროს.

ციანობაქტერიები ფოტოტროფების მაგალითია. ლითოტროფები არაორგანულ მოლეკულებს საკვებად იყენებენ და ისინი, როგორც წყარო, ქანებს ეყრდნობიან. ამასთან, ლითოტროფებს არ შეუძლიათ ნახშირბადის მიღება კლდეებიდან, ამიტომ მათ სჭირდებათ ჰაერი ან სხვა ნივთიერება, რომელსაც აქვს ეს ელემენტი. Organotrophs იყენებენ ორგანულ ნაერთებს საკვები ნივთიერებების მისაღებად.

პროკარიოტები და ეუკარიოტები არ არის ერთი და იგივე, რადგან უჯრედების ტიპები მათ მნიშვნელოვნად განსხვავდება. პროკარიოტებს არ აქვთ მემბრანასთან შეკავშირებული ორგანელები და ბირთვი, რომელსაც ნახავთ ეუკარიოტებში; მათი დნმ ციტოპლაზმის შიგნით მოძრაობს.

გარდა ამისა, პროკარიოტებს უფრო მცირე ზედაპირი აქვთ, ვიდრე ეუკარიოტებს. უფრო მეტიც, პროკარიოტები ერთუჯრედიანია, მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთ ორგანიზმს შეუძლია გაერთიანდეს და შექმნას კოლონიები.

პროკარიოტული უჯრედები ნაკლებად ორგანიზებულია, ვიდრე ეუკარიოტული უჯრედები. პროკარიოტებში ასევე არსებობს განსხვავებები რეგულირების დონებში, მაგალითად, უჯრედების ზრდა. ამის დანახვა შეგიძლიათ ბაქტერიების მუტაციის სიჩქარეში, რადგან ნაკლები რეგულაციები იძლევა სწრაფ მუტაციებსა და გამრავლებას.

ვინაიდან პროკარიოტებს არ აქვთ ორგანელი, მათი მეტაბოლიზმი განსხვავებულია და ნაკლებად ეფექტურია. ეს ხელს უშლის მათ დიდ ზომას და ზოგჯერ ზღუდავს გამრავლების უნარს. ამის მიუხედავად, პროკარიოტები ყველა ეკოსისტემის მნიშვნელოვანი ნაწილია. ადამიანის ჯანმრთელობიდან სამეცნიერო კვლევებამდე, ამ მცირე ორგანიზმებს აქვს მნიშვნელობა და შეიძლება დიდ გავლენა მოახდინოს თქვენზე.