Komórki prokariotyczne: definicja, struktura, funkcja (z przykładami)

Naukowcy uważają, że komórki prokariotyczne były jednymi z pierwszych form życia na Ziemi. Te komórki są nadal liczne i można je podzielić na bakterie i archeony.

Klasycznym przykładem komórki prokariotycznej jest Escherichia coli (E. coli).

Komórki prokariotyczne są podstawą do opanowania biologii komórki w szkole średniej. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się o różnych składnikach komórkowych prokariontów.

Prokariota wydają się być prostymi, jednokomórkowymi organizmami bez związanymi z błoną organelle lub jądro. Eukarionty mieć te struktury.

Miliardy lat temu prokariota mogły wyewoluować z cząsteczek organicznych związanych z błoną, zwanych protobionty. Mogły być pierwszymi formami życia na planecie.

Prokariota można podzielić na dwie domeny: Bakteria i Archea.

(Pamiętaj, że kiedy piszesz o domenach, nazwy powinny być pisane wielkimi literami. Możesz jednak zostawić je małymi literami, pisząc ogólnie o dwóch grupach).

Obie grupy składają się z małych, jednokomórkowych organizmów, ale istnieją między nimi różnice. Bakterie mają w swoim składzie peptydoglikany

Niektóre przykłady powszechnych bakterii obejmują MI. coli i Staphylococcus aureus (lepiej znany jako staph). Halofile zamieszkujące sól są przykładem archeonów.

Bakterie są jedną z dwóch domen tworzących komórki prokariotyczne. Są to różnorodne formy życia i rozmnażają się przez rozszczepienie binarne.

Istnieją trzy podstawowe kształty komórek bakteryjnych: kokcy, pałeczka i spirilla. Cocci są bakteriami owalnymi lub kulistymi, pałeczki mają kształt pręcików, a spiryla spirale.

Bakterie odgrywają ważną rolę w chorobach i zdrowiu człowieka. Niektóre z tych drobnoustrojów, jak Staphylococcus aureus, może powodować infekcje u ludzi. Jednak inne bakterie są korzystne, takie jak: Lactobacillus acidophilus, który pomaga organizmowi rozkładać laktozę znajdującą się w produktach mlecznych.

Pierwotnie sklasyfikowane jako pradawne bakterie i zwane „archeobakterie”, archeony mają teraz własną domenę. Wiele gatunków archeonów jest ekstremofile i żyją w ekstremalnych warunkach, takich jak wrzące gorące źródła lub kwaśna woda, których bakterie nie tolerują.

Niektóre przykłady obejmują hipertermofile, które istnieją w temperaturach powyżej 176 stopni Fahrenheita (80 stopni Celsjusza) i halofile, które mogą żyć w roztworach soli w zakresie od 10 do 30 procent. Ściany komórkowe w archeonach zapewniają ochronę i pozwalają żyć w ekstremalnych warunkach.

Archeony mają wiele różnych kształtów i rozmiarów, od prętów po spirale. Niektóre aspekty zachowania archeonów, takie jak rozmnażanie, są podobne do bakterii. Jednak inne zachowania, takie jak ekspresja genów, przypominają eukarionty.

Prokarionty mogą się rozmnażać na kilka sposobów. Do podstawowych rodzajów rozmnażania należą pączkowanie, binarne rozczepienie i fragmentacja. Chociaż niektóre bakterie tworzą zarodniki, nie jest to uważane za rozmnażanie, ponieważ w tym procesie nie powstaje potomstwo.

Początkujący dzieje się, gdy komórka tworzy pączek, który wygląda jak bańka. Pączek nadal rośnie, gdy jest przyczepiony do komórki rodzicielskiej. W końcu pączek odrywa się od komórki rodzicielskiej.

Binarne rozczepienie dzieje się, gdy komórka dzieli się na dwie identyczne komórki potomne. Podział Dzieje się tak, gdy komórka rozpada się na małe kawałki lub fragmenty, a każdy kawałek staje się nową komórką.

Rozszczepienie binarne jest powszechnym rodzajem reprodukcji w komórkach prokariotycznych. Proces obejmuje podział komórki rodzicielskiej na dwie identyczne komórki. Pierwszym krokiem w rozszczepieniu binarnym jest skopiowanie DNA. Następnie nowe DNA przesuwa się na przeciwległy koniec komórki.

Następnie komórka zaczyna rosnąć i rozszerzać się. W końcu a przegroda pierścień tworzy się pośrodku i ściska komórkę na dwie części. Rezultatem są dwie identyczne komórki.

Porównując rozszczepienie binarne z podziałem komórkowym w komórkach eukariotycznych, można zauważyć pewne małe podobieństwa. Na przykład oba mitoza a rozszczepienie binarne tworzy identyczne komórki potomne. Oba procesy obejmują również duplikację DNA.

Struktura komórkowa prokariotów może się różnić, ale większość organizmów ma kilka podstawowych składników. Prokarionty mają Błona komórkowa lub błona plazmatyczna która działa jak osłona ochronna. Mają też sztywną Ściana komórkowa dla dodatkowego wsparcia i ochrony.

Komórki prokariotyczne mają rybosomy, które są cząsteczkami tworzącymi białka. Ich materiał genetyczny znajduje się w nukleoid, czyli region, w którym żyje DNA. Dodatkowe pierścienie DNA zwane plazmidy unosić się wokół cytoplazma. Należy zauważyć, że prokariota nie mają błony jądrowej.

Oprócz tych wewnętrznych struktur niektóre komórki prokariotyczne mają pilus lub rozłóg aby pomóc im się poruszać. Pilus to cecha zewnętrzna podobna do włosa, podczas gdy wić to cecha zewnętrzna przypominająca bicz. Niektóre prokariota, takie jak bakterie, mają kapsułę poza ścianami komórkowymi. Magazynowanie składników odżywczych może się również różnić, ale wiele prokariontów wykorzystuje granulki magazynujące w swojej cytoplazmie.

Informacja genetyczna u prokariontów znajduje się wewnątrz nukleoidu. W przeciwieństwie do eukariontów, prokarionty nie mają jądra związanego z błoną. Zamiast tego koliste cząsteczki DNA żyją w regionie cytoplazmy. Na przykład okrągły chromosom bakteryjny to jedna duża pętla zamiast pojedynczych chromosomów.

Synteza DNA w bakteriach rozpoczyna się od rozpoczęcia replikacji w określonej sekwencji nukleotydowej. Następnie następuje wydłużenie w celu dodania nowych nukleotydów. Następnie zakończenie następuje po uformowaniu się nowego chromosomu.

U prokariontów ekspresja genów przebiega w inny sposób. Zarówno bakterie, jak i archeony mogą mieć jednocześnie transkrypcję i translację.

Oznacza to, że komórki mogą tworzyć aminokwasy, które są budulcem białek, w dowolnym momencie.

Ściana komórkowa u prokariontów ma kilka celów. Chroni komórkę i zapewnia wsparcie. Dodatkowo pomaga komórce zachować kształt i zapobiega jej pękaniu. Położona poza błoną komórkową, ogólna struktura ściany komórkowej jest bardziej skomplikowana niż ta występująca w roślinach.

U bakterii ściana komórkowa składa się z peptydoglikan lub murein, który składa się z łańcuchów polisacharydowych. Jednak ściany komórkowe różnią się u bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych.

Bakterie Gram-dodatnie mają grubą ścianę komórkową, podczas gdy bakterie Gram-ujemne mają cienką. Ponieważ ich ściany są cienkie, bakterie Gram-ujemne mają dodatkową warstwę lipopolisacharydów.

Antybiotyki i inne leki mogą atakować ściany komórkowe bakterii bez szkody dla ludzi, ponieważ ludzie nie mają tego typu ścian w swoich komórkach. Jednak niektóre bakterie rozwijają oporność na antybiotyki, a leki przestają być skuteczne.

Oporność na antybiotyki pojawia się, gdy bakterie ewoluują, a te z mutacjami, które pozwalają im przetrwać leki, są w stanie się namnażać.

Przechowywanie składników odżywczych jest ważne dla prokariontów, ponieważ niektóre z nich występują w środowiskach, które utrudniają stałe zaopatrzenie w żywność. Prokarionty opracowały specyficzne struktury do przechowywania składników odżywczych.

Wakuole działają jak bańki do przechowywania żywności lub składników odżywczych. Bakterie również mogą mieć inkluzje, które są strukturami do przechowywania rezerw glikogenu lub skrobi. Mikroprzedziały u prokariontów mają otoczki białkowe i mogą zawierać enzymy lub białka. Istnieją wyspecjalizowane rodzaje mikroprzedziałów, takie jak magnetosomy i karboksysomy.

Na całym świecie narastają obawy dotyczące oporności na antybiotyki. Oporność na antybiotyki występuje, gdy bakterie są w stanie ewoluować i przestają reagować na leki, które wcześniej je zniszczyły. Oznacza to, że osoby przyjmujące antybiotyki nie będą w stanie zabić bakterii znajdujących się w ich ciele.

Naturalna selekcja promuje odporność u bakterii. Na przykład niektóre bakterie mają losowe mutacje, które pozwalają im oprzeć się antybiotykom. Kiedy bierzesz lek, nie działa on na te oporne bakterie. Następnie te bakterie mogą rosnąć i rozmnażać się.

Mogą również uodpornić się na inne bakterie, dzieląc geny, tworząc superbakterie, które są trudne do wyleczenia. Odporny na metycylinę Staphylococcus aureus (MRSA) jest przykładem superbakterii odpornej na antybiotyki.

replikacja DNA występuje szybciej u prokariontów niż eukariontów, więc bakterie mogą się rozmnażać znacznie szybciej niż ludzie. Brak punktów kontrolnych podczas replikacji u bakterii w porównaniu z eukariontami pozwala również na bardziej losowe mutacje. Wszystkie te czynniki przyczyniają się do oporności na antybiotyki.

Chociaż bakterie często powodują choroby u ludzi, ludzie mają również symbiotyczne relacje z niektórymi drobnoustrojami. Pożyteczne bakterie są ważne dla zdrowia skóry, jamy ustnej i przewodu pokarmowego.

Na przykład, Bifidobakterie żyją w twoich jelitach i pomagają rozkładać jedzenie. Są kluczowymi elementami zdrowego układu jelitowego.

Prebiotyki to pokarmy, które pomagają mikroflorze w jelitach. Niektóre typowe przykłady to czosnek, cebula, pory, banany, zielone liście mniszka lekarskiego i szparagi. Prebiotyki dostarczają błonnika i składników odżywczych, których potrzebują do rozwoju pożyteczne bakterie jelitowe.

Z drugiej strony probiotyki to żywe bakterie, które mogą pomóc w trawieniu. Organizmy probiotyczne można również znaleźć w produktach spożywczych, takich jak jogurt czy kimchi.

Istnieją trzy główne typy transferu genów u prokariontów: transdukcja, koniugacja i transformacja. Transdukcja to horyzontalny transfer genów, który ma miejsce, gdy wirus pomaga przenieść DNA z jednej bakterii do drugiej.

Koniugacja obejmuje tymczasową fuzję drobnoustrojów w celu przeniesienia DNA. Ten proces zwykle obejmuje pilus. Transformacja zachodzi, gdy prokariota pobiera fragmenty DNA ze swojego otoczenia.

Transfer genów jest ważny dla choroby, ponieważ pozwala drobnoustrojom dzielić DNA i stać się odpornymi na leki. Na przykład bakterie odporne na antybiotyki mogą dzielić geny z innymi bakteriami. Możesz spotkać się z transferem genów między drobnoustrojami na zajęciach z nauk ścisłych, zwłaszcza w laboratoriach uniwersyteckich, ponieważ ma to znaczenie dla badań naukowych.

Metabolizm u prokariontów różni się bardziej niż u eukariontów. Pozwala prokariontom, takim jak ekstremofile, żyć w ekstremalnych warunkach. Niektóre organizmy wykorzystują fotosyntezę, ale inne mogą czerpać energię z nieorganicznego paliwa.

Możesz podzielić prokariota na autotrofy i heterotrofy. Autotrofy pozyskują węgiel z dwutlenku węgla i wytwarzają własną żywność organiczną z materiałów nieorganicznych, ale heterotrofy pozyskują węgiel z innych żywych istot i nie mogą wytwarzać własnej żywności organicznej.

Główne rodzaje autotrofów to fototrofy, litotrofy i organotrofy. Fototrofy wykorzystują fotosyntezę do pozyskiwania energii i wytwarzania paliwa. Jednak nie wszystkie z nich wytwarzają tlen, tak jak robią to komórki roślinne podczas tego procesu.

Cyjanobakteria są przykładem fototrofów. Litotrofy wykorzystują molekuły nieorganiczne jako pożywienie i zwykle polegają na skałach jako źródle. Jednak litotrofy nie mogą pozyskiwać węgla ze skał, więc potrzebują powietrza lub innej materii zawierającej ten pierwiastek. Organotrofy wykorzystują związki organiczne, aby uzyskać składniki odżywcze.

Prokarionty i eukarionty nie są takie same, ponieważ typy komórek, które mają, znacznie się różnią. Prokariota nie mają organelli i jądra związanych z błoną, które można znaleźć u eukariontów; ich DNA unosi się w cytoplazmie.

Ponadto prokarionty mają mniejszą powierzchnię w porównaniu do eukariontów. Co więcej, prokariota są jednokomórkowe, mimo że niektóre organizmy są w stanie agregować, tworząc kolonie.

Komórki prokariotyczne są mniej zorganizowane niż komórki eukariotyczne. Istnieją również różnice w poziomach regulacji, takich jak wzrost komórek, u prokariotów. Widać to w częstości mutacji bakterii, ponieważ mniej regulacji pozwala na szybkie mutacje i namnażanie.

Ponieważ prokariota nie mają organelli, ich metabolizm jest inny i mniej wydajny. To uniemożliwia im wzrost do dużych rozmiarów, a czasami ogranicza ich zdolność do rozmnażania. Niemniej jednak prokariota są ważną częścią wszystkich ekosystemów. Od zdrowia ludzkiego po badania naukowe, te małe organizmy mają duże znaczenie i mogą mieć na ciebie ogromny wpływ.