Prokariotinės ląstelės: apibrėžimas, struktūra, funkcija (su pavyzdžiais)

Mokslininkai mano, kad prokariotinės ląstelės buvo vienos pirmųjų gyvybės formų Žemėje. Šių ląstelių vis dar gausu ir šiandien, jas galima suskirstyti į bakterijas ir archėjas.

Klasikinis prokariotinės ląstelės pavyzdys yra Escherichia coli (E. coli).

Prokariotinės ląstelės yra būtinos norint įvaldyti vidurinės mokyklos ląstelių biologiją. Skaitykite toliau, kad sužinotumėte apie įvairius prokariotų ląstelių komponentus.

Prokariotai paprastai būna paprasti, vienaląsčiai organizmai, nesusiję su membrana organelės arba branduolys. Eukariotai turėti šias struktūras.

Prieš milijardus metų prokariotai galėjo išsivystyti iš membranoje sujungtų organinių molekulių, vadinamų protobiontai. Jie galėjo būti pirmosios gyvybės formos planetoje.

Prokariotus galite suskirstyti į dvi sritis: Bakterijos ir Archėja.

(Atminkite, kad kai rašote apie domenus, vardai turėtų būti rašomi didžiosiomis raidėmis. Tačiau rašydami apie abi grupes apskritai galite juos palikti mažosiomis raidėmis.)

Abi grupės susideda iš mažų vienaląsčių organizmų, tačiau tarp jų yra skirtumų. Bakterijose yra peptidoglikanų

Keletas paplitusių bakterijų pavyzdžių yra E. coli ir Staphylococcus aureus (geriau žinomas kaip staph). Druskoje gyvenantys halofilai yra archėjų pavyzdys.

Bakterijos yra viena iš dviejų sričių, sudarančių prokariotines ląsteles. Jie yra įvairios gyvybės formos ir dauginasi dvejetainiu dalijimusi.

Yra trys pagrindiniai bakterijų ląstelių formos: kokiai, bacilos ir spirilla. Kokai yra ovalios arba sferinės bakterijos, bacilos yra lazdelės formos, o spirilla - spiralės.

Bakterijos vaidina svarbų vaidmenį žmogaus ligoms ir sveikatai. Kai kurie iš šių mikrobų, pavyzdžiui, Staphylococcus aureus, gali sukelti žmonių infekcijas. Tačiau kitos bakterijos yra naudingos, pvz Lactobacillus acidophilus, kuris padeda jūsų kūnui skaidyti pieno produktuose esančią laktozę.

Iš pradžių klasifikuojamos kaip senovės bakterijos ir vadinamos „archeobakterijomis“, archėjos dabar turi savo domeną. Daugelis archajų rūšių yra ekstremofilai ir gyvena ekstremaliomis sąlygomis, tokiomis kaip verdančios karštosios versmės ar rūgštus vanduo, kurio bakterijos netoleruoja.

Kai kurie pavyzdžiai yra hipertermofilai, egzistuojantys aukštesnėje nei 176 laipsnių pagal Celsijų (80 laipsnių Celsijaus) temperatūroje, ir halofilai, kurie gali gyventi druskos tirpaluose, kurie svyruoja nuo 10 iki 30 procentų. Archų ląstelių sienos suteikia apsaugą ir leidžia jiems gyventi ekstremalioje aplinkoje.

Archėjos turi daug įvairių formų ir dydžių, kurios svyruoja nuo strypų iki spiralių. Kai kurie archėjos elgesio aspektai, pavyzdžiui, reprodukcija, yra panašūs į bakterijas. Tačiau kitas elgesys, pavyzdžiui, genų ekspresija, yra panašus į eukariotus.

Prokariotai gali daugintis keliais būdais. Pagrindiniai reprodukcijos tipai yra pumpuravimas, dvejetainis dalijimasis ir susiskaldymas. Nors kai kurios bakterijos turi sporų susidarymą, tai nėra laikoma reprodukcija, nes šiame procese nėra susiformavusių palikuonių.

Pradedantis atsitinka, kai ląstelė sukuria pumpurą, kuris atrodo kaip burbulas. Pumpuras toliau auga, kol yra prisijungęs prie tėvinės ląstelės. Galų gale pumpuras atitrūksta nuo tėvų ląstelės.

Dvejetainis dalijimasis atsitinka, kai ląstelė suskaidoma į dvi identiškas dukterines ląsteles. Suskaidymas atsitinka, kai ląstelė suskaidoma į mažus gabalėlius ar fragmentus, ir kiekvienas gabalas tampa nauja ląstele.

Dvejetainis dalijimasis yra įprastas prokariotinių ląstelių reprodukcijos tipas. Procesas apima tėvų ląstelių skaidymąsi į dvi identiškas ląsteles. Pirmasis dvejetainio dalijimosi žingsnis yra nukopijuoti DNR. Tada naujoji DNR juda į priešingą ląstelės galą.

Toliau ląstelė pradeda augti ir plėstis. Galų gale, a pertvara žiedas formuojasi viduryje ir suspaudžia ląstelę į dvi dalis. Rezultatas yra dvi identiškos ląstelės.

Palyginę dvejetainį dalijimąsi su ląstelių dalijimusi eukariotinėse ląstelėse, galite pastebėti nedidelių panašumų. Pavyzdžiui, abu mitozė ir dvejetainis dalijimasis sukuria identiškas dukterines ląsteles. Abu procesai taip pat apima DNR dubliavimąsi.

Prokariotų ląstelių struktūra gali skirtis, tačiau dauguma organizmų turi keletą pagrindinių komponentų. Prokariotai turi a ląstelės membrana arba plazmos membrana kuri veikia kaip apsauginė danga. Jie taip pat turi standų ląstelių sienelės papildoma parama ir apsauga.

Prokariotinės ląstelės turi ribosomos, kurios yra molekulės, gaminančios baltymus. Jų genetinė medžiaga yra nukleoidas, kuris yra regionas, kuriame gyvena DNR. Vadinami papildomi DNR žiedai plazmidės plūduriuoti aplink citoplazma. Svarbu pažymėti, kad prokariotai neturi branduolio membranos.

Be šių vidinių struktūrų, kai kurios prokariotinės ląstelės turi a pilus arba flagellum padėti jiems judėti. Pilas yra į plaukus panašus išorinis bruožas, o karvelis yra visapusiškas išorinis požymis. Kai kurių prokariotų, pavyzdžiui, bakterijų, kapsulė yra už ląstelių sienelių. Maistinių medžiagų saugojimas taip pat gali skirtis, tačiau daugelis prokariotų savo citoplazmoje naudoja saugojimo granules.

Genetinė informacija prokariotuose egzistuoja nukleoido viduje. Skirtingai nuo eukariotų, prokariotai neturi su membrana susijusio branduolio. Vietoj to, žiedinės DNR molekulės gyvena citoplazmos regione. Pavyzdžiui, žiedinė bakterijų chromosoma yra viena didelė kilpa, o ne atskiros chromosomos.

DNR sintezė bakterijose prasideda nuo replikacijos inicijavimo konkrečioje nukleotidų sekoje. Tada atsiranda pailgėjimas, kad būtų pridėti nauji nukleotidai. Tada nutraukimas įvyksta po naujos chromosomos formavimosi.

Prokariotuose genų ekspresija vyksta kitaip. Ir bakterijos, ir archėjos gali būti transkripcijos ir vertimas vienu metu.

Tai reiškia, kad ląstelės gali pagaminti amino rūgštys, kurie yra baltymų statybiniai elementai, bet kuriuo metu.

Ląstelės sienelė prokariotuose turi keletą tikslų. Tai apsaugo ląstelę ir siūlo palaikymą. Be to, tai padeda ląstelei išlaikyti savo formą ir sustabdo jos sprogimą. Už plazmos membranos esanti bendra ląstelės sienelės struktūra yra sudėtingesnė nei augaluose.

Bakterijose ląstelių sienelė susideda iš peptidoglikanas arba mureinas, kurį sudaro polisacharidų grandinės. Tačiau ląstelių sienos skiriasi gramteigiamose ir gramneigiamose bakterijose.

Gramteigiamos bakterijos turi storą ląstelių sienelę, o gramneigiamos - ploną. Kadangi jų sienos yra plonos, gramneigiamos bakterijos turi papildomą lipopolisacharidų sluoksnį.

Antibiotikai ir kiti vaistai gali nukreipti bakterijų ląstelių sieneles, nepakenkdami žmonėms, nes žmonių ląstelėse nėra tokio tipo sienų. Tačiau kai kurioms bakterijoms atsiranda atsparumas antibiotikams, o vaistai nustoja veikti.

Atsparumas antibiotikams atsiranda, kai vystosi bakterijos, o mutacijos, leidžiančios išgyventi vaistus, sugeba daugintis.

Maistinių medžiagų saugojimas yra svarbus prokariotams, nes kai kurie iš jų egzistuoja tokioje aplinkoje, dėl kurios sunku turėti nuolatinį maistą. Prokariotai sukūrė specifines maisto medžiagų laikymo struktūras.

Vacuoles veikia kaip maisto ar maistinių medžiagų burbuliukai. Bakterijos taip pat gali turėti inkliuzai, kurios yra glikogeno ar krakmolo atsargų laikymo struktūros. Mikrokompiuteriai prokariotuose turi baltymų apvalkalus ir juose gali būti fermentų ar baltymų. Yra specializuotų mikrokompiuterių tipų, tokių kaip magnetosomos ir karboksisomos.

Visame pasaulyje didėja susirūpinimas atsparumu antibiotikams. Atsparumas antibiotikams atsiranda tada, kai bakterijos sugeba vystytis ir nebeatsako į vaistus, kurie jas anksčiau sunaikino. Tai reiškia, kad žmonės, vartojantys antibiotiką, negalės sunaikinti savo kūno bakterijų.

Natūrali atranka skatina bakterijų atsparumą. Pavyzdžiui, kai kurios bakterijos turi atsitiktines mutacijas, kurios leidžia joms atsispirti antibiotikams. Kai vartojate vaistą, jis neveiks šioms atsparioms bakterijoms. Toliau šios bakterijos gali augti ir daugintis.

Jie taip pat gali suteikti atsparumą kitoms bakterijoms dalindamiesi genais, sukurdami sunkiai išgydomas super klaidas. Atsparus meticilinui Staphylococcus aureus (MRSA) yra atsparios antibiotikams superblakės pavyzdys.

DNR replikacija pasitaiko greičiau prokariotuose nei eukariotuose, todėl bakterijos gali daugintis daug greičiau nei žmonės. Tikrinimo taškų trūkumas dauginant bakterijas, palyginti su eukariotais, taip pat leidžia atlikti daugiau atsitiktinių mutacijų. Visi šie veiksniai prisideda prie atsparumo antibiotikams.

Nors bakterijos dažnai sukelia žmonių ligas, žmonės taip pat palaiko simbiotinius ryšius su kai kuriais mikrobais. Naudingos bakterijos yra svarbios odos, burnos ir virškinimo sveikatai.

Pavyzdžiui, Bifidobakterijos gyventi žarnyne ir padėti suskaidyti maistą. Jie yra labai svarbios sveikos žarnyno sistemos dalys.

Prebiotikai yra maistas, kuris padeda jūsų žarnyno mikroflorai. Kai kurie įprasti pavyzdžiai yra česnakai, svogūnai, porai, bananai, kiaulpienių žalumynai ir šparagai. Prebiotikai suteikia skaidulų ir maistinių medžiagų, kurių reikia naudingoms žarnyno bakterijoms augti.

Kita vertus, probiotikai yra gyvos bakterijos, kurios gali padėti jūsų virškinimui. Taip pat probiotinių organizmų galite rasti tokiuose maisto produktuose kaip jogurtas ar kimči.

Prokariotuose yra trys pagrindiniai genų perkėlimo tipai: transdukcija, konjugacija ir transformacija. Transdukcija yra horizontalus genų perkėlimas, kuris įvyksta, kai virusas padeda perkelti DNR iš vienos bakterijos į kitą.

Konjugacija apima laikiną mikrobų susiliejimą perduodant DNR. Šis procesas paprastai apima pilus. Transformacija įvyksta, kai prokariotas iš savo aplinkos paima DNR gabalėlius.

Genų perdavimas yra svarbus ligai, nes tai leidžia mikrobams dalytis DNR ir tapti atspariais vaistams. Pavyzdžiui, antibiotikams atsparios bakterijos gali dalytis genais su kitomis bakterijomis. Mokslo klasėse, ypač kolegijų laboratorijose, galite susidurti su genų perkėlimu tarp mikrobų, nes tai reikšminga moksliniams tyrimams.

Metabolizmas prokariotuose skiriasi labiau, nei rasite eukariotuose. Tai leidžia tokiems prokariotams kaip ekstremofilai gyventi ekstremalioje aplinkoje. Kai kurie organizmai naudoja fotosintezę, tačiau kiti gali gauti energijos iš neorganinio kuro.

Galite prokariotus klasifikuoti į autotrofai ir heterotrofai. Autotrofai anglį gauna iš anglies dioksido ir patys gamina ekologišką maistą iš neorganinių medžiagų, tačiau heterotrofai anglį gauna iš kitų gyvų būtybių ir patys negali pagaminti ekologiško maisto.

Pagrindiniai autotrofų tipai yra fototrofai, litotrofai ir organotrofai. Fototrofai naudoja fotosintezę energijai gauti ir kurui gaminti. Tačiau ne visi jie gamina deguonį, kaip tai daro augalų ląstelės proceso metu.

Cianobakterijos yra fototrofų pavyzdys. Litotrofai naudoja neorganines molekules kaip maistą, ir jie dažniausiai remiasi uolienomis kaip šaltiniu. Tačiau litotrofai negali gauti anglies iš uolų, todėl jiems reikia oro ar kitų medžiagų, turinčių šį elementą. Organotrofai naudoja organinius junginius maistinėms medžiagoms gauti.

Prokariotai ir eukariotai nėra vienodi, nes jų ląstelių tipai labai skiriasi. Prokariotai neturi su membrana susijusių organelių ir branduolio, kurį randate eukariotuose; jų DNR plūduriuoja citoplazmos viduje.

Be to, prokariotų paviršiaus plotas yra mažesnis, palyginti su eukariotais. Be to, prokariotai yra vienaląsčiai, nepaisant to, kad kai kurie organizmai gali agreguotis ir sudaryti kolonijas.

Prokariotinės ląstelės yra mažiau organizuotos nei eukariotinės ląstelės. Taip pat yra reguliavimo lygių, tokių kaip ląstelių augimas, skirtumų prokariotuose. Tai galite pamatyti bakterijų mutacijų rodikliuose, nes mažiau taisyklių leidžia greitai mutuotis ir daugintis.

Kadangi prokariotai neturi organelių, jų metabolizmas yra kitoks ir ne toks efektyvus. Tai neleidžia jiems išaugti iki didelio dydžio ir kartais apriboja jų galimybes daugintis. Nepaisant to, prokariotai yra svarbi visų ekosistemų dalis. Nuo žmonių sveikatos iki mokslinių tyrimų šie maži organizmai yra svarbūs ir gali jus labai paveikti.