Prokariotu šūnas: definīcija, struktūra, funkcija (ar piemēriem)

Zinātnieki uzskata, ka prokariotu šūnas bija dažas no pirmajām dzīvības formām uz Zemes. Šīs šūnas joprojām ir bagātīgas arī mūsdienās, un tās var iedalīt baktērijās un arhejās.

Klasisks prokariotu šūnu piemērs ir Escherichia coli (E. koli).

Prokariotu šūnas ir būtiskas, lai apgūtu vidusskolas šūnu bioloģiju. Lasiet tālāk, lai uzzinātu vairāk par dažādiem prokariotu šūnu komponentiem.

Prokarioti parasti ir vienkārši, vienšūnas organismi, kas nav saistīti ar membrānu organellas vai kodols. Eikarioti ir šīs struktūras.

Pirms miljardiem gadu prokarioti var būt attīstījušies no membrānām saistītām organiskām molekulām, ko sauc protobionti. Tās, iespējams, bija pirmās dzīvības formas uz planētas.

Prokariotus var sadalīt divos domēnos: Baktērijas un Arheja.

(Ņemiet vērā, ka, rakstot par domēniem, nosaukumos jābūt lielajiem burtiem. Tomēr, rakstot par abām grupām kopumā, varat tos atstāt ar mazajiem burtiem.)

Abas grupas sastāv no maziem, vienšūņu organismiem, taču starp tiem ir atšķirības. Baktērijās ir peptidoglikāni

Daži parasto baktēriju piemēri ir E. koli un Staphylococcus aureus (labāk pazīstams kā staph). Sāls dzīvojošie halofili ir arheju piemērs.

Baktērijas ir viens no diviem domēniem, kas veido prokariotu šūnas. Tās ir dažādas dzīvības formas un vairojas ar bināro šķelšanos.

Ir trīs pamata baktēriju šūnu formas: koki, baciļi un spirilla. Koki ir ovālas vai sfēriskas baktērijas, baciļi ir stieņa formas un spirilla ir spirāles.

Baktērijām ir svarīga loma cilvēku slimībās un veselībā. Daži no šiem mikrobiem, piemēram, Staphylococcus aureus, var izraisīt infekcijas cilvēkiem. Tomēr citas baktērijas ir izdevīgas, piemēram, Lactobacillus acidophilus, kas palīdz jūsu ķermenim noārdīt laktozi, kas atrodama piena produktos.

Sākotnēji klasificētas kā senās baktērijas un sauktas par "arheobaktērijām", arhejām tagad ir savs domēns. Daudzas arheju sugas ir ekstremofīli un dzīvo ekstremālos apstākļos, piemēram, karstos avotos vai skābā ūdenī, ko baktērijas nevar panest.

Daži piemēri ietver hipertermofilus, kas pastāv temperatūrā virs 176 grādiem pēc Fārenheita (80 grādi pēc Celsija), un halofilus, kas var dzīvot sāls šķīdumos, kas svārstās no 10 līdz 30 procentiem. Šūnu sienas arhejās piedāvā aizsardzību un ļauj tām dzīvot ekstremālos apstākļos.

Arhejām ir daudz dažādu formu un izmēru, sākot no stieņiem līdz spirālēm. Daži arhejas uzvedības aspekti, piemēram, reprodukcija, ir līdzīgi baktērijām. Tomēr cita uzvedība, piemēram, gēnu ekspresija, atgādina eikariotus.

Prokariotes var vairoties vairākos veidos. Pavairošanas pamatveidi ir sākums, binārā skaldīšana un sadrumstalotība. Lai gan dažām baktērijām ir sporu veidošanās, to neuzskata par reprodukciju, jo šajā procesā nav izveidojušies pēcnācēji.

Budding notiek, kad šūna izveido pumpuru, kas izskatās kā burbulis. Pumpurs turpina augt, kamēr tas ir piesaistīts vecāku šūnai. Galu galā pumpurs atdalās no vecāku šūnas.

Binārā skaldīšana notiek, kad šūna sadalās divās identiskās meitas šūnās. Sadrumstalotība notiek, kad šūna sadalās mazos gabaliņos vai fragmentos, un katrs gabals kļūst par jaunu šūnu.

Binārā šķelšanās ir izplatīts reprodukcijas veids prokariotu šūnās. Process ietver vecāku šūnu sadalīšanu divās identiskās šūnās. Pirmais solis binārā dalīšanās procesā ir DNS kopēšana. Tad jaunā DNS pārvietojas uz šūnas pretējo galu.

Tālāk šūna sāk augt un paplašināties. Galu galā a starpsiena vidū veidojas gredzens, un tas saspiež šūnu divās daļās. Rezultāts ir divas identiskas šūnas.

Salīdzinot bināro dalīšanos ar šūnu dalīšanos eikariotu šūnās, jūs varat pamanīt dažas nelielas līdzības. Piemēram, abi mitoze un binārā šķelšanās rada identiskas meitas šūnas. Abi procesi ietver arī DNS dublēšanos.

Prokariotu šūnu struktūra var būt atšķirīga, taču lielākajai daļai organismu ir vairākas pamatkomponenti. Prokariotiem ir a šūnu membrānu vai plazmas membrāna kas darbojas kā aizsargapvalks. Viņiem ir arī stingrs šūnapvalki papildu atbalstu un aizsardzību.

Prokariotu šūnām ir ribosomas, kas ir molekulas, kas ražo olbaltumvielas. Viņu ģenētiskais materiāls atrodas nukleoīds, kas ir reģions, kurā dzīvo DNS. Izsaukti papildu DNS gredzeni plazmīdas peldēt apkārt citoplazma. Ir svarīgi atzīmēt, ka prokariotiem nav kodola membrānas.

Papildus šīm iekšējām struktūrām dažām prokariotu šūnām ir a pīluss vai flagellum lai palīdzētu viņiem pārvietoties. Pīluss ir matains ārējs elements, bet karodziņš ir visaptveroša ārēja pazīme. Dažiem prokariotiem, piemēram, baktērijām, kapsula atrodas ārpus šūnu sienām. Barības vielu uzglabāšana var arī atšķirties, taču daudzi prokarioti citoplazmā izmanto uzglabāšanas granulas.

Ģenētiskā informācija prokariotos eksistē nukleoīda iekšpusē. Atšķirībā no eikariotiem, prokariotiem nav ar membrānu saistītā kodola. Tā vietā apļveida DNS molekulas dzīvo citoplazmas reģionā. Piemēram, apļveida baktēriju hromosoma ir viena liela cilpa, nevis atsevišķas hromosomas.

DNS sintēze baktērijās sākas ar replikācijas uzsākšanu noteiktā nukleotīdu secībā. Pēc tam notiek pagarinājums, lai pievienotu jaunus nukleotīdus. Pēc tam pārtraukšana notiek pēc jauno hromosomu formām.

Prokariotos gēnu ekspresija notiek citādi. Gan baktērijām, gan arhejai var būt transkripcija un tulkošana vienlaicīgi.

Tas nozīmē, ka šūnas var izveidot aminoskābes, kas ir olbaltumvielu celtniecības bloki, jebkurā laikā.

Šūnu sienai prokariotos ir vairāki mērķi. Tas aizsargā šūnu un piedāvā atbalstu. Turklāt tas palīdz šūnai saglabāt formu un neļauj tai pārsprāgt. Šūnas sienas struktūra, kas atrodas ārpus plazmas membrānas, ir sarežģītāka nekā tā, kas atrodama augos.

Baktērijās šūnu siena sastāv no peptidoglikāns vai mureīns, kas sastāv no polisaharīdu ķēdēm. Tomēr šūnu sienas atšķiras starp grampozitīvām un gramnegatīvām baktērijām.

Grampozitīvām baktērijām ir bieza šūnu siena, savukārt gramnegatīvām baktērijām ir plāna. Tā kā to sienas ir plānas, gramnegatīvām baktērijām ir papildu lipopolisaharīdu slānis.

Antibiotikas un citas zāles var mērķēt uz baktēriju šūnu sienām, nekaitējot cilvēkiem, jo ​​cilvēkiem šūnās nav šāda veida sienu. Tomēr dažām baktērijām rodas antibiotiku rezistence, un zāles pārstāj būt efektīvas.

Antibiotiku rezistence notiek, kad baktērijas attīstās, un tās, kurām ir mutācijas, kas ļauj tām izdzīvot no medikamentiem, spēj vairoties.

Barības vielu uzglabāšana ir svarīga prokariotiem, jo ​​daži no tiem pastāv vidē, kas apgrūtina pastāvīgu pārtikas piegādi. Prokarioti ir izstrādājuši īpašas barības vielu uzglabāšanas struktūras.

Vacuoles darbojas kā pārtikas vai uzturvielu burbuļi. Var būt arī baktērijas ieslēgumi, kas ir struktūras glikogēna vai cietes rezervju uzturēšanai. Mikrodalījumi prokariotos ir olbaltumvielu čaumalas, un tajos var būt fermenti vai olbaltumvielas. Ir specializēti mikrokameru veidi, piemēram, magnetosomas un karboksisomas.

Visā pasaulē pieaug bažas par rezistenci pret antibiotikām. Antibiotiku rezistence notiek, ja baktērijas spēj attīstīties un vairs nereaģē uz zālēm, kas tās iepriekš iznīcināja. Tas nozīmē, ka cilvēki, kuri lieto antibiotiku, nespēs iznīcināt baktērijas, kas atrodas viņu ķermenī.

Dabiskā izlase veicina baktēriju rezistenci. Piemēram, dažām baktērijām ir nejaušas mutācijas, kas ļauj tām pretoties antibiotikām. Lietojot zāles, tas nedarbosies ar šīm rezistentajām baktērijām. Tālāk šīs baktērijas var augt un vairoties.

Viņi var arī dot savu izturību pret citām baktērijām, koplietojot gēnus, radot superbugus, kurus ir grūti ārstēt. Izturīgs pret meticilīnu Staphylococcus aureus (MRSA) ir superbug piemērs, kas ir izturīgs pret antibiotikām.

DNS replikācija notiek ātrāk prokariotos nekā eikariotos, tāpēc baktērijas var vairoties daudz ātrāk nekā cilvēki. Kontrolpunktu trūkums baktēriju replikācijas laikā, salīdzinot ar eikariotiem, ļauj veikt arī nejaušākas mutācijas. Visi šie faktori veicina rezistenci pret antibiotikām.

Lai gan baktērijas bieži izraisa cilvēku slimības, cilvēkiem ir simbiotiskas attiecības arī ar dažiem mikrobiem. Labvēlīgās baktērijas ir svarīgas ādas, mutes un gremošanas trakta veselībai.

Piemēram, Bifidobaktērijas dzīvo zarnās un palīdz sadalīt pārtiku. Tās ir veselīgas zarnu sistēmas izšķirošās daļas.

Prebiotikas ir pārtikas produkti, kas palīdz zarnu mikroflorai. Daži izplatīti piemēri ir ķiploki, sīpoli, puravi, banāni, pienenes zaļumi un sparģeļi. Prebiotikas nodrošina šķiedrvielas un barības vielas, kas nepieciešamas labvēlīgo zarnu baktēriju augšanai.

No otras puses, probiotikas ir dzīvas baktērijas, kas var palīdzēt jūsu gremošanai. Probiotiskos organismus var atrast arī tādos pārtikas produktos kā jogurts vai kimči.

Prokariotos ir trīs galvenie gēnu pārneses veidi: transdukcija, konjugācija un transformācija. Transdukcija ir horizontāla gēnu pārnešana, kas notiek, ja vīruss palīdz pārvietot DNS no vienas baktērijas uz otru.

Konjugācija ietver īslaicīgu mikrobu saplūšanu, lai pārnestu DNS. Šis process parasti ietver pilus. Transformācija notiek, kad prokariots no savas vides paņem DNS gabalus.

Gēnu pārnešana ir svarīga slimībām, jo ​​tā ļauj mikrobiem dalīties ar DNS un kļūt izturīgiem pret zālēm. Piemēram, baktērijas, kas ir izturīgas pret antibiotikām, var koplietot gēnus ar citām baktērijām. Savās zinātnes stundās, īpaši koledžas laboratorijās, jūs varat saskarties ar gēnu pārnešanu starp mikrobiem, jo ​​tas ir nozīmīgs zinātniskiem pētījumiem.

Metabolisms prokariotos atšķiras vairāk nekā tas, ko atradīsit eikariotos. Tas ļauj prokariotiem, piemēram, ekstremofiliem, dzīvot ekstremālos apstākļos. Daži organismi izmanto fotosintēzi, bet citi enerģiju var iegūt no neorganiskās degvielas.

Jūs varat klasificēt prokariotus autotrofi un heterotrofi. Autotrofi iegūst oglekli no oglekļa dioksīda un paši ražo bioloģisko pārtiku no neorganiskiem materiāliem, bet heterotrofi iegūst oglekli no citām dzīvām būtnēm un paši nevar izgatavot bioloģisko pārtiku.

Galvenie autotrofu veidi ir fototrofi, litotrofi un organotrofi. Fototrofi izmanto fotosintēzi, lai iegūtu enerģiju un ražotu degvielu. Tomēr ne visi no tiem skābekli ražo tāpat kā augu šūnas procesa laikā.

Cianobaktērijas ir fototrofu piemērs. Litotrofi izmanto neorganiskas molekulas kā pārtiku, un tie parasti paļaujas uz akmeņiem kā avotu. Tomēr litotrofi nevar iegūt oglekli no akmeņiem, tāpēc viņiem ir nepieciešams gaiss vai cita viela, kurai ir šis elements. Organotrofi izmanto organiskos savienojumus, lai iegūtu barības vielas.

Prokarioti un eikarioti nav vienādi, jo to šūnu veidi ir ļoti atšķirīgi. Prokariotiem nav ar membrānu saistītu organellu un kodola, ko atrodat eikariotos; viņu DNS peld citoplazmā.

Turklāt prokariotu virsmas laukums ir mazāks, salīdzinot ar eikariotiem. Turklāt prokariotes ir vienšūnas, neskatoties uz to, ka daži organismi spēj apvienoties, veidojot kolonijas.

Prokariotu šūnas ir mazāk organizētas nekā eikariotu šūnas. Atšķirības ir arī regulācijas līmeņos, piemēram, šūnu augšanā, prokariotos. To var redzēt baktēriju mutāciju ātrumā, jo mazāk noteikumu pieļauj ātras mutācijas un pavairošanu.

Tā kā prokariotiem nav organellu, to vielmaiņa ir atšķirīga un mazāk efektīva. Tas neļauj viņiem izaugt lielos izmēros un dažreiz ierobežo viņu reprodukcijas iespējas. Neskatoties uz to, prokarioti ir svarīga visu ekosistēmu sastāvdaļa. Sākot ar cilvēku veselību un beidzot ar zinātniskiem pētījumiem, šiem mazajiem organismiem ir nozīme un tie var jūs ļoti ietekmēt.