Oamenii de știință cred că celulele procariote au fost unele dintre primele forme de viață de pe Pământ. Aceste celule sunt încă abundente astăzi și pot fi împărțite în bacterii și arhee.
Un exemplu clasic de celulă procariotă este Escherichia coli (E. coli).
Celulele procariote sunt fundamentale pentru stăpânirea biologiei celulare a liceului. Citiți mai departe pentru a afla despre diferitele componente celulare ale procariotelor.
Ce sunt procariotele?
Procariotele tind să fie organisme simple, unicelulare, fără legături la membrană organite sau un nucleu. Eucariote au aceste structuri.
Cu miliarde de ani în urmă, procariotele ar fi putut evolua din moleculele organice legate de membrană numite protobionți. Este posibil să fi fost primele forme de viață de pe planetă.
Puteți împărți procariotele în două domenii: Bacterii și Archaea.
(Rețineți că atunci când scrieți despre domenii, numele trebuie să fie cu majuscule. Cu toate acestea, le puteți lăsa cu litere mici când scrieți despre cele două grupuri în general.)
Ambele grupuri sunt formate din organisme mici, unicelulare, dar există diferențe între ele. Bacteriile au peptidoglicanii pereții celulari iar archaea nu. În plus, bacteriile au acizi grași în lipidele lor din membrana plasmatică în timp ce archaea au fitanil grupuri.
Unele exemple de bacterii comune includ E. coli și Staphylococcus aureus (mai bine cunoscut sub numele de stafilococ). Halofilele care locuiesc în sare sunt un exemplu de arhee.
Bacteriile: elementele de bază
Bacteriile sunt unul dintre cele două domenii care alcătuiesc celulele procariote. Sunt diverse forme de viață și se reproduc prin fisiune binară.
Există trei elemente de bază forme de celule bacteriene: cocci, bacili și spirilă. Cocii sunt bacterii ovale sau sferice, bacilii sunt în formă de tijă și spirilele sunt spirale.
Bacteriile joacă un rol important în bolile și sănătatea umană. Unii dintre acești microbi, cum ar fi Staphylococcus aureus, poate provoca infecții la oameni. Cu toate acestea, alte bacterii sunt benefice, cum ar fi Lactobacillus acidophilus, care vă ajută organismul să descompună lactoza din produsele lactate.
Archaea: Bazele
Clasificate inițial ca bacterii antice și numite „arheobacterii”, arheile au acum propriul lor domeniu. Multe specii de archaea sunt extremofili și trăiesc în condiții extreme, precum izvoarele fierbinți fierbinți sau apa acidă, pe care bacteriile nu le pot tolera.
Unele exemple includ hipertermofilii care există la temperaturi de peste 176 grade Fahrenheit (80 grade Celsius) și halofilii care pot trăi în soluții de sare care variază de la 10 la 30 la sută. Pereții celulari din archaea oferă protecție și le permit să trăiască în medii extreme.
Archaea are multe forme și dimensiuni diferite, care variază de la tije la spirale. Unele aspecte ale comportamentului archaea, cum ar fi reproducerea, sunt similare cu bacteriile. Cu toate acestea, alte comportamente, cum ar fi expresia genelor, seamănă cu eucariotele.
Cum se reproduc procariotele?
Procariotele se pot reproduce în mai multe moduri. Tipurile de bază ale reproducerii includ înmugurirea, fisiune binară și fragmentare. Deși unele bacterii au formare de spori, nu este considerată reproducere deoarece nu există descendenți formați prin acest proces.
Care înmugurește se întâmplă atunci când o celulă produce un mugur care arată ca o bulă. Mugurul continuă să crească în timp ce este atașat la celula părinte. În cele din urmă, mugurul se desprinde de celula părinte.
Fisiune binară se întâmplă atunci când o celulă se împarte în două celule fiice identice. Fragmentare se întâmplă atunci când o celulă se rupe în bucăți mici sau fragmente și fiecare piesă devine o celulă nouă.
Ce este fisiunea binară?
Fisiunea binară este un tip comun de reproducere în celulele procariote. Procesul implică divizarea celulei părinte în două celule identice. Primul pas în fisiunea binară este copierea ADN-ului. Apoi, noul ADN se mută la capătul opus al celulei.
Apoi, celula începe să crească și să se extindă. În cele din urmă, a septal inelul se formează în mijloc și ciupeste celula în două bucăți. Rezultatul este două celule identice.
Când comparați fisiunea binară cu diviziunea celulară din celulele eucariote, este posibil să observați câteva mici asemănări. De exemplu, ambele mitoză și fisiunea binară creează celule fiice identice. Ambele procese implică, de asemenea, duplicarea ADN-ului.
Structura celulelor procariote
Structura celulară a procariotelor poate varia, dar majoritatea organismelor au mai multe componente de bază. Procariotele au un membrana celulara sau membrană plasmatică care acționează ca un capac protector. Au și un rigid perete celular pentru sprijin suplimentar și protecție.
Celulele procariote au ribozomi, care sunt molecule care produc proteine. Materialul lor genetic se află în nucleoid, care este regiunea în care trăiește ADN-ul. Se numesc inele suplimentare de ADN plasmide plutesc în jurul citoplasma. Este important de reținut că procariotele nu au o membrană nucleară.
Pe lângă aceste structuri interne, unele celule procariote au o pilus sau flagel pentru a-i ajuta să se miște. Un pilus este o caracteristică externă de păr, în timp ce un flagel este o caracteristică externă de tip whiplike. Unele procariote precum bacteriile au o capsulă în afara pereților celulari. Depozitarea nutrienților poate varia, de asemenea, dar mulți procariote utilizează granule de depozitare în citoplasma lor.
Informații genetice în procariote
Informațiile genetice din procariote există în interiorul nucleoidului. Spre deosebire de eucariote, procariotele nu au un nucleu legat de membrană. În schimb, moleculele ADN circulare trăiesc într-o regiune a citoplasmei. De exemplu, cromozomul bacterian circular este o buclă mare în loc de cromozomi individuali.
Sinteza ADN-ului în bacterii începe cu inițierea replicării la o secvență de nucleotide specifică. Apoi, alungirea are loc pentru a adăuga noi nucleotide. Apoi, terminarea are loc după formarea noului cromozom.
Expresia genică în procariote
La procariote, expresia genelor se întâmplă într-un mod diferit. Atât bacteriile, cât și archaea pot avea transcripție și traducere se întâmplă în același timp.
Aceasta înseamnă că celulele pot produce aminoacizi, care sunt elementele de bază ale proteinelor, în orice moment.
Peretele celular procariot
Peretele celular din procariote are mai multe scopuri. Protejează celula și oferă suport. În plus, ajută celula să-și mențină forma și o oprește să explodeze. Situată în afara membranei plasmatice, structura generală a peretelui celular este mai complicată decât cea găsită în plante.
La bacterii, peretele celular este format din peptidoglican sau murein, care este alcătuit din lanțuri polizaharidice. Cu toate acestea, pereții celulari diferă între bacteriile gram-pozitive și gram-negative.
Bacteriile gram-pozitive au un perete celular gros, în timp ce bacteriile gram-negative au unul subțire. Deoarece pereții lor sunt subțiri, bacteriile gram-negative au un strat suplimentar de lipopolizaharide.
Antibioticele și alte medicamente pot viza pereții celulari ai bacteriilor fără a afecta oamenii, deoarece oamenii nu au aceste tipuri de pereți în celulele lor. Cu toate acestea, unele bacterii dezvoltă rezistență la antibiotice, iar medicamentele nu mai sunt eficiente.
Rezistența la antibiotice se întâmplă atunci când bacteriile evoluează, iar cele cu mutații care le permit să supraviețuiască medicamentelor se pot înmulți.
Depozitarea nutrienților în procariote
Depozitarea nutrienților este importantă pentru procariote, deoarece unele dintre ele există în medii care fac dificilă aprovizionarea consistentă cu alimente. Procariotele au dezvoltat structuri specifice pentru depozitarea nutrienților.
Vacuole acționează ca bule de depozitare pentru alimente sau nutrienți. Bacteriile pot avea, de asemenea incluziuni, care sunt structuri pentru păstrarea rezervelor de glicogen sau amidon. Microcompartimente la procariote au cochilii proteice și pot conține enzime sau proteine. Există tipuri specializate de microcompartimente precum magnetozomi și carboxizomi.
Ce este rezistența la antibiotice?
Există o îngrijorare tot mai mare cu privire la rezistența la antibiotice în întreaga lume. Rezistența la antibiotice se întâmplă atunci când bacteriile sunt capabile să evolueze și nu mai răspund la medicamentele care le-au distrus anterior. Aceasta înseamnă că persoanele care iau un antibiotic nu vor putea ucide bacteriile din corpul lor.
Selecție naturală favorizează rezistența la bacterii. De exemplu, unele bacterii au mutații aleatorii care le permit să reziste la antibiotice. Când luați un medicament, acesta nu va funcționa pe aceste bacterii rezistente. Apoi, aceste bacterii pot crește și se pot înmulți.
De asemenea, își pot oferi rezistența față de alte bacterii prin partajarea genelor, creând superbugi care sunt dificil de tratat. Rezistent la meticilină Staphylococcus aureus (MRSA) este un exemplu de superbug rezistent la antibiotice.
Replicarea ADN-ului apare mai repede la procariote decât la eucariote, astfel încât bacteriile se pot reproduce într-un ritm mult mai rapid decât pot oamenii. Lipsa punctelor de control în timpul replicării în bacterii în comparație cu eucariotele permite, de asemenea, mai multe mutații aleatorii. Toți acești factori contribuie la rezistența la antibiotice.
Probiotice și bacterii prietenoase
Deși bacteriile cauzează adesea boli umane, oamenii au și relații simbiotice cu unii microbi. Bacteriile benefice sunt importante pentru sănătatea pielii, orale și digestive.
De exemplu, Bifidobacterii trăiește în intestinele tale și te ajută să descompune mâncarea. Sunt părți cruciale ale unui sistem intestinal sănătos.
Prebioticele sunt alimente care ajută microflora din intestin. Unele exemple obișnuite includ usturoiul, ceapa, prazul, bananele, verdeața de păpădie și sparanghelul. Prebioticele oferă fibrele și nutrienții de care au nevoie bacteriile intestinale benefice pentru a crește.
Pe de altă parte, probioticele sunt bacterii vii care vă pot ajuta la digestie. De asemenea, puteți găsi organisme probiotice în alimente precum iaurtul sau kimchi-ul.
Transferul genelor în procariote
Există trei tipuri principale de transfer de gene în procariote: transducție, conjugare și transformare. Transducția este un transfer orizontal de gene care se întâmplă atunci când un virus ajută la mutarea ADN-ului de la o bacterie la alta.
Conjugare presupune fuziunea temporară a microbilor pentru a transfera ADN-ul. Acest proces implică de obicei un pilus. Transformarea are loc atunci când un procariot preia bucăți de ADN din mediul său.
Transferul genetic este important pentru boli, deoarece permite microbilor să împartă ADN-ul și să devină rezistenți la medicamente. De exemplu, bacteriile rezistente la un antibiotic pot împărtăși genele cu alte bacterii. Este posibil să întâlniți transferul de gene între microbi în clasele dvs. de știință, în special în laboratoarele universitare, deoarece este semnificativ pentru cercetarea științifică.
Metabolism procariot
Metabolismul în procariote variază mai mult decât ceea ce veți găsi în eucariote. Permite procariotelor ca extremofilii să trăiască în medii extreme. Unele organisme folosesc fotosinteza, dar altele pot obține energie din combustibil anorganic.
Puteți clasifica procariotele în autotrofe și heterotrofe. Autotrofii obțin carbon din dioxid de carbon și își produc propriile alimente organice din materiale anorganice, dar heterotrofii obțin carbon din alte ființe vii și nu își pot produce propriile alimente organice.
Principalele tipuri de autotrofe sunt fototrofe, litotrofe și organotrofe. Fototrofii folosesc fotosinteza pentru a obține energie și a produce combustibil. Cu toate acestea, nu toate produc oxigen, așa cum fac celulele vegetale în timpul procesului.
Cianobacterii sunt un exemplu de fototrofe. Litotrofii folosesc molecule anorganice ca hrană și se bazează de obicei pe roci ca sursă. Cu toate acestea, litotrofii nu pot obține carbon din roci, așa că au nevoie de aer sau alte materii care au acest element. Organotrofii folosesc compuși organici pentru a obține substanțe nutritive.
Procariote vs. Eucariote
Procariotele și eucariotele nu sunt aceleași, deoarece tipurile de celule pe care le au diferă foarte mult. Procariotele nu au organele și nucleul legate de membrană pe care le găsești în eucariote; ADN-ul lor pluteste în interiorul citoplasmei.
În plus, procariotele au o suprafață mai mică comparativ cu eucariotele. Mai mult, procariotele sunt unicelulare, deși unele organisme sunt capabile să se agregeze pentru a forma colonii.
Celulele procariote sunt mai puțin organizate decât celulele eucariote. Există, de asemenea, diferențe în nivelurile de reglare, cum ar fi creșterea celulară, la procariote. Puteți vedea acest lucru în ratele de mutație ale bacteriilor, deoarece mai puține reglementări permit mutații rapide și multiplicarea.
Deoarece procariotele nu au organite, metabolismul lor este diferit și mai puțin eficient. Acest lucru îi împiedică să crească la o dimensiune mare și uneori le limitează capacitatea de reproducere. Cu toate acestea, procariotele sunt o parte importantă a tuturor ecosistemelor. De la sănătatea umană la cercetarea științifică, aceste organisme mici contează și vă pot afecta foarte mult.