Prokaryotické bunky: definícia, štruktúra, funkcia (s príkladmi)

Vedci sa domnievajú, že prokaryotické bunky boli jednou z prvých foriem života na Zemi. Tieto bunky sú dnes ešte stále hojné a dajú sa rozdeliť na baktérie a archea.

Klasickým príkladom prokaryotickej bunky je Escherichia coli (E. coli).

Prokaryotické bunky sú základom zvládnutia stredoškolskej bunkovej biológie. Čítajte ďalej a dozviete sa viac o rôznych bunkových zložkách prokaryot.

Prokaryoty bývajú jednoduché, jednobunkové organizmy bez membránovej väzby organely alebo jadro. Eukaryoty mať tieto štruktúry.

Pred miliardami rokov sa prokaryoty mohli vyvinúť z organických molekúl viazaných na membránu, ktoré sa nazývajú protobionty. Môžu to byť prvé formy života na planéte.

Prokaryoty môžete rozdeliť do dvoch domén: Baktérie a Archaea.

(Upozorňujeme, že keď píšete o doménach, názvy by mali byť veľké. Pri písaní všeobecne o týchto dvoch skupinách ich však môžete nechať malými písmenami.)

Obe skupiny pozostávajú z malých jednobunkových organizmov, existujú však medzi nimi rozdiely. Baktérie obsahujú peptidoglykány

Niektoré príklady bežných baktérií zahŕňajú E. coli a Staphylococcus aureus (známejšie ako stafylokok). Príkladom archaeí sú halofily obývané soľou.

Baktérie sú jednou z dvoch domén, ktoré tvoria prokaryotické bunky. Sú to rôzne formy života a množia sa binárnym štiepením.

Existujú tri základné tvary bakteriálnych buniek: koky, bacily a spirilla. Koky sú oválne alebo sférické baktérie, bacily majú tvar tyčinky a spirilu tvoria špirály.

Baktérie hrajú dôležitú úlohu pri chorobách a zdraví ľudí. Niektoré z týchto mikróbov, napríklad Staphylococcus aureus, môže spôsobiť infekcie u ľudí. Prospešné sú však aj ďalšie baktérie, ako napr Lactobacillus acidophilus, ktorý pomáha telu rozkladať laktózu nachádzajúcu sa v mliečnych výrobkoch.

Archaea, pôvodne klasifikované ako starodávne baktérie a nazývané „archeobaktérie“, majú teraz svoju vlastnú doménu. Mnoho druhov archaeí je extremofilov a žijú v extrémnych podmienkach, ako sú vriace horúce pramene alebo kyslá voda, na ktoré baktérie nedajú dopustiť.

Niektoré príklady zahŕňajú hypertermofily, ktoré existujú pri teplotách nad 176 stupňov Fahrenheita (80 stupňov Celzia), a halofily, ktoré môžu žiť v soľných roztokoch v rozmedzí od 10 do 30 percent. Bunkové steny v archaei poskytujú ochranu a umožňujú im žiť v extrémnom prostredí.

Archaea má veľa rôznych tvarov a veľkostí, ktoré sa pohybujú od prútov po špirály. Niektoré aspekty správania sa archaea, napríklad reprodukcia, sú podobné baktériám. Iné správanie, ako napríklad génová expresia, sa však podobá na eukaryoty.

Prokaryoty sa môžu množiť niekoľkými spôsobmi. Medzi základné typy reprodukcie patrí pučanie, binárne delenie a fragmentácia. Aj keď niektoré baktérie majú tvorbu spór, nepovažuje sa to za rozmnožovanie, pretože týmto procesom nevznikajú potomkovia.

Pučiace sa stane, keď bunka vytvorí púčik, ktorý vyzerá ako bublina. Púčik naďalej rastie, zatiaľ čo je pripojený k materskej bunke. Nakoniec sa púčik odlomí od rodičovskej bunky.

Binárne delenie sa stane, keď sa bunka rozdelí na dve identické dcérske bunky. Fragmentácia Stáva sa to, keď sa bunka rozpadne na malé kúsky alebo fragmenty a každý kúsok sa stane novou bunkou.

Binárne štiepenie je bežným typom reprodukcie v prokaryotických bunkách. Tento proces spočíva v rozdelení rodičovskej bunky na dve bunky, ktoré sú identické. Prvým krokom pri binárnom štiepení je kopírovanie DNA. Potom sa nová DNA presunie na opačný koniec bunky.

Ďalej začne bunka rásť a expandovať. Nakoniec sa a septal v strede sa vytvorí krúžok a zovrie bunku na dva kusy. Výsledkom sú dve identické bunky.

Keď porovnáte binárne štiepenie s delením buniek v eukaryotických bunkách, môžete si všimnúť niektoré malé podobnosti. Napríklad oboje mitóza a binárne štiepenie vytvára identické dcérske bunky. Oba procesy zahŕňajú aj duplikáciu DNA.

Bunková štruktúra prokaryotov sa môže líšiť, ale väčšina organizmov má niekoľko základných zložiek. Prokaryoty majú a bunková membrána alebo plazmatická membrána ktorý funguje ako ochranný kryt. Majú tiež tuhé bunková stena pre väčšiu podporu a ochranu.

Prokaryotické bunky majú ribozómy, čo sú molekuly, ktoré vytvárajú proteíny. Ich genetický materiál je v nukleoid, čo je oblasť, kde žije DNA. Volali ďalšie krúžky DNA plazmidy plávať okolo cytoplazma. Je dôležité si uvedomiť, že prokaryoty nemajú jadrovú membránu.

Okrem týchto vnútorných štruktúr majú niektoré prokaryotické bunky a pilus alebo bičík pomôcť im v pohybe. Pilus je vlasová vonkajšia vlastnosť, zatiaľ čo bičík je vonkajšia vlastnosť podobná bičíku. Niektoré prokaryoty, ako sú baktérie, majú kapsulu mimo svojich bunkových stien. Skladovanie živín sa môže tiež líšiť, ale veľa prokaryotov používa zásobné granule vo svojej cytoplazme.

Genetická informácia u prokaryotov existuje vo vnútri nukleoidu. Na rozdiel od eukaryotov prokaryoty nemajú jadro viazané na membránu. Namiesto toho cirkulárne molekuly DNA žijú v oblasti cytoplazmy. Napríklad kruhový bakteriálny chromozóm je jedna veľká slučka namiesto jednotlivých chromozómov.

Syntéza DNA v baktériách začína zahájením replikácie v špecifickej nukleotidovej sekvencii. Potom nastane predĺženie, aby sa pridali nové nukleotidy. Ďalej dochádza k ukončeniu po vytvorení nových chromozómov.

U prokaryotov sa expresia génov deje iným spôsobom. Baktérie aj archea môžu mať transkripciu a transláciu súčasne.

To znamená, že bunky môžu vytvárať aminokyseliny, ktoré sú stavebnými kameňmi bielkovín, kedykoľvek.

Bunková stena u prokaryot má niekoľko účelov. Chráni bunku a ponúka podporu. Okrem toho pomáha bunke udržiavať tvar a zastavuje jej prasknutie. Nachádza sa mimo plazmatickej membrány a celková štruktúra bunkovej steny je komplikovanejšia ako štruktúra rastlín.

V baktériách sa bunková stena skladá z peptidoglykán alebo mureín, ktorý je tvorený polysacharidovými reťazcami. Avšak bunkové steny sa líšia medzi grampozitívnymi a gramnegatívnymi baktériami.

Grampozitívne baktérie majú silnú bunkovú stenu, zatiaľ čo gramnegatívne baktérie tenkú. Pretože ich steny sú tenké, majú gramnegatívne baktérie ďalšiu vrstvu lipopolysacharidov.

Antibiotiká a iné lieky môžu byť zamerané na bunkové steny baktérií bez toho, aby poškodili človeka, pretože ľudia tieto typy stien vo svojich bunkách nemajú. U niektorých baktérií sa však vyvinie rezistencia na antibiotiká a lieky prestávajú byť účinné.

Antibiotická rezistencia nastáva, keď sa vyvinú baktérie, a tie, ktoré majú mutácie, ktoré im umožňujú prežiť lieky, sa môžu množiť.

Skladovanie živín je pre prokaryotov dôležité, pretože niektoré z nich existujú v prostredí, ktoré sťažuje ich dôsledné zásobovanie potravinami. Prokaryoty vyvinuli špecifické štruktúry pre ukladanie živín.

Vysávače fungujú ako bubliny na skladovanie potravín alebo výživných látok. Baktérie môžu tiež mať inklúzie, čo sú štruktúry na udržiavanie zásob glykogénu alebo škrobov. Mikrokomponenty v prokaryotoch majú proteínové škrupiny a môžu obsahovať enzýmy alebo proteíny. Existujú špecializované typy mikrokomponentov ako napr magnetozómy a karboxysómy.

Po celom svete rastie znepokojenie z rezistencie na antibiotiká. Antibiotická rezistencia nastáva, keď sa baktérie môžu vyvíjať a už nereagujú na lieky, ktoré ich predtým zničili. To znamená, že ľudia užívajúci antibiotikum nebudú schopní zabíjať baktérie vo svojom tele.

Prirodzený výber podporuje odolnosť baktérií. Napríklad niektoré baktérie majú náhodné mutácie, ktoré im umožňujú odolávať antibiotikám. Keď užijete liek, nebude na tieto rezistentné baktérie pôsobiť. Ďalej môžu tieto baktérie rásť a množiť sa.

Môžu tiež dať svoju rezistenciu voči iným baktériám zdieľaním génov a vytvárať tak superbugy, ktoré sa ťažko liečia. Rezistentné na meticilín Staphylococcus aureus (MRSA) je príkladom superbugu, ktorý je odolný voči antibiotikám.

Replikácia DNA sa vyskytuje rýchlejšie u prokaryotov ako eukaryotov, takže baktérie sa môžu množiť oveľa rýchlejšie ako ľudia. Nedostatok kontrolných bodov počas replikácie v baktériách v porovnaní s eukaryotmi tiež umožňuje viac náhodných mutácií. Všetky tieto faktory prispievajú k rezistencii na antibiotiká.

Aj keď baktérie často spôsobujú choroby ľudí, ľudia majú tiež symbiotické vzťahy s niektorými mikróbmi. Prospešné baktérie sú dôležité pre zdravie pokožky, ústnej dutiny a zažívacie zdravie.

Napríklad, Bifidobaktérie žiť v črevách a pomôcť vám rozložiť jedlo. Sú rozhodujúcou súčasťou zdravého črevného systému.

Prebiotiká sú potraviny, ktoré pomáhajú mikroflóre vo vašich črevách. Medzi bežné príklady patrí cesnak, cibuľa, pór, banány, púpava a špargľa. Prebiotiká dodávajú vlákninu a živiny, ktoré rastové baktérie potrebujú.

Na druhej strane sú probiotiká živé baktérie, ktoré môžu pomôcť vášmu tráveniu. Probiotické organizmy nájdete aj v potravinách, ako sú jogurty alebo kimči.

U prokaryotov existujú tri hlavné typy prenosu génov: transdukcia, konjugácia a transformácia. Transdukcia je horizontálny prenos génov, ku ktorému dochádza, keď vírus pomáha prenášať DNA z jednej baktérie na druhú.

Konjugácia zahŕňa dočasnú fúziu mikróbov na prenos DNA. Tento proces zvyčajne zahŕňa pilus. Transformácia nastáva, keď prokaryot vezme kúsky DNA zo svojho prostredia.

Prenos génov je dôležitý pre ochorenie, pretože umožňuje mikróbom zdieľať DNA a stať sa rezistentnými na lieky. Napríklad baktérie, ktoré sú rezistentné na antibiotikum, môžu zdieľať gény s inými baktériami. S prenosom génov medzi mikróbmi sa môžete stretnúť na hodinách prírodovedy, najmä v laboratóriách vysokých škôl, pretože je významný pre vedecký výskum.

Metabolizmus u prokaryotov sa líši viac ako to, čo nájdete u eukaryotov. Umožňuje prokaryotom ako extrémofilom žiť v extrémnom prostredí. Niektoré organizmy používajú fotosyntézu, iné však môžu získavať energiu z anorganického paliva.

Prokaryoty môžete klasifikovať do autotrofy a heterotrofy. Autotrofy získavajú uhlík z oxidu uhličitého a vyrábajú si vlastné organické potraviny z anorganických materiálov, ale heterotrofy získavajú uhlík z iných živých vecí a nemôžu si vyrábať vlastné organické potraviny.

Hlavné typy autotrofov sú fototrofy, litotrofy a organotrofy. Fototrofy používajú fotosyntézu na získanie energie a výrobu paliva. Nie všetky však vytvárajú kyslík tak, ako to robia rastlinné bunky počas procesu.

Sinice sú príkladom fototrofov. Litotrofy používajú ako potravu anorganické molekuly a ako zdroj sa zvyčajne spoliehajú na skaly. Litotrofy však nemôžu získavať uhlík z hornín, takže potrebujú vzduch alebo inú hmotu, ktorá má tento prvok. Organotrofy používajú na získanie živín organické zlúčeniny.

Prokaryoty a eukaryoty nie sú rovnaké, pretože typy buniek, ktoré majú, sa veľmi líšia. Prokaryoty nemajú na membránu viazané organely a jadro, ktoré nájdete v eukaryotoch; ich DNA pláva vo vnútri cytoplazmy.

Okrem toho majú prokaryoty v porovnaní s eukaryotmi menší povrch. Prokaryoty sú navyše jednobunkové napriek tomu, že niektoré organizmy sú schopné agregovať a vytvárať kolónie.

Prokaryotické bunky sú menej organizované ako eukaryotické bunky. Existujú tiež rozdiely v úrovniach regulácie, ako je bunkový rast, u prokaryotov. Môžete to vidieť na miere mutácií baktérií, pretože menej predpisov umožňuje rýchle mutácie a množenie.

Pretože prokaryoty nemajú organely, ich metabolizmus je iný a menej efektívny. To im bráni dorásť do veľkých rozmerov a niekedy to obmedzuje ich reprodukčnú schopnosť. Napriek tomu sú prokaryoty dôležitou súčasťou všetkých ekosystémov. Na týchto malých organizmoch záleží od ľudského zdravia až po vedecký výskum a môžu vás výrazne ovplyvniť.