Archaea: Štruktúra, charakteristiky a oblasť

Archaea je relatívne nová klasifikácia života, ktorú pôvodne navrhol americký mikrobiológ Carl Woese v roku 1977.

Zistil, že baktérie, ktoré sú prokaryotické bunky bez jadra, by sa dali rozdeliť do dvoch odlišných skupín na základe ich genetického materiálu. Baktérie aj archea sú jednobunkové organizmy, ale archaea má úplne iné bunková membrána štruktúra, ktorá im umožňuje prežiť v extrémnom prostredí.

Woese najskôr navrhol, aby sa život rozdelil do troch domén Eukarya, Baktérie a Archebaktérie. (Môžete vidieť tieto tri mená začínajúce malými písmenami, ale keď hovoríte o konkrétnych doménach, výrazy sú veľké.)

Keď viac výskumov odhalilo, že bunky domény Archaebacteria sa v skutočnosti úplne líšili od baktérií, starý termín bol vypustený. Nové názvy domén sú Bacteria, Archaea a Eukarya, kde Eukarya pozostáva z organizmov, ktorých bunky majú jadro.

Na strome života sú bunky domény archaea umiestnené medzi bunkami baktérií a buniek eukarya, ktoré zahŕňajú mnohobunkové organizmy a vyššie zvieratá.

Archaea sa množia nepohlavne prostredníctvom binárneho štiepenia; bunky sa rozdelia na dve podobné baktérie. Pokiaľ ide o membránu a chemickú štruktúru, bunky archaea majú spoločné znaky eukaryotické bunky. Medzi jedinečné vlastnosti archaea patrí schopnosť žiť v extrémne horúcom alebo chemicky agresívnom prostredí a nachádzajú sa na celej Zemi kdekoľvek. baktérie prežiť.

Tie archaea, ktoré žijú v extrémnych biotopoch, ako sú horúce pramene a hlbokomorské prieduchy, sa nazývajú extremofily. Pretože ich pomerne nedávna identifikácia ako samostatnej domény na strome života, fascinujúce informácie o archeách, ich vývoji, správaní a štruktúre stále existujú objavené.

Archaea sú prokaryoty, čo znamená, že bunky nemajú a jadro alebo inak viazané na membránu organely v ich bunkách.

•••Dana Chen | Vedenie

Rovnako ako baktérie, aj bunky majú stočený kruh DNA a bunková cytoplazma obsahuje ribozómy na produkciu bunkových proteínov a ďalších látok, ktoré bunka potrebuje. Na rozdiel od baktérií, bunková stena a membrána môžu byť tuhé a dodať bunke špecifický tvar, napríklad plochý, tyčový alebo kubický.

Druhy Archaea zdieľajú spoločné vlastnosti ako tvar a metabolizmus a môžu sa množiť prostredníctvom binárneho štiepenia rovnako ako baktérie. Horizontálny prenos génov je však bežný a bunky archea môžu prijímať plazmidy obsahujúce DNA z ich prostredia alebo si DNA vymieňať s inými bunkami.

Vďaka tomu sa druhy archaea môžu rýchlo vyvíjať a meniť.

Základná štruktúra bunkových stien archea je podobná ako u baktérií, pretože táto štruktúra je založená na uhľohydrátových reťazcoch.

Pretože archaea prežíva v rozmanitejšom prostredí ako iné formy života, ich bunková stena a metabolizmus musia byť rovnako rozmanité a prispôsobené ich okoliu.

Výsledkom je, že niektoré bunkové steny archaea obsahujú sacharidy, ktoré sa líšia od bunkových stien bakteriálnych buniek, a niektoré obsahujú proteíny a lipidy, ktoré im dodávajú pevnosť a odolnosť voči chemikáliám.

Niektoré z jedinečných charakteristík buniek archea sú dané zvláštnymi vlastnosťami ich bunkovej membrány.

Bunková membrána leží vo vnútri bunkovej steny a riadi výmenu látok medzi bunkou a jej prostredím. Rovnako ako všetky ostatné živé bunky, bunková membrána archea je tvorená fosfolipidmi s reťazcami mastných kyselín, ale väzby vo fosfolipidoch archea sú jedinečné.

Všetky bunky majú a fosfolipid dvojvrstva, ale v bunkách archaea dvojvrstva má éter väzby, zatiaľ čo bunky baktérií a eukaryotov majú ester dlhopisy.

Éterové väzby sú odolnejšie voči chemickej aktivite a umožňujú bunkám archea prežiť v extrémnych prostrediach, ktoré by zabíjali iné formy života. Zatiaľ čo éterová väzba je kľúčovou rozlišovacou charakteristikou buniek archea, bunková membrána sa tiež líši od membrány iných buniek v podrobnostiach o svojej štruktúre a použití dlhých izoprenoid reťazcov na výrobu svojich jedinečných fosfolipidov s mastnými kyselinami.

Rozdiely v bunkových membránach naznačujú evolučný vzťah, v ktorom sa baktérie a eukaryoty vyvíjali následne po archaeách alebo oddelene od nich.

Rovnako ako všetky živé bunky, aj archaea sa spolieha na replikáciu DNA, aby zabezpečila, že dcérske bunky sú identické s rodičovskými bunkami. Štruktúra DNA archaea je jednoduchšia ako štruktúra eukaryotov a podobná štruktúre bakteriálnych génov. DNA sa nachádza v jednotlivých kruhových plazmidoch, ktoré sa spočiatku stočia a ktoré sa narovnávajú pred bunkovým delením.

Zatiaľ čo tento proces a následné binárne štiepenie buniek je podobné ako pri baktériách, replikácia a translácia sekvencií DNA prebieha rovnako ako u eukaryotov.

Akonáhle je bunková DNA rozvinutá, je enzým RNA polymeráza, ktorý sa používa na kopírovanie génov, viac podobný RNA polymeráze eukaryotu ako zodpovedajúcemu bakteriálnemu enzýmu. Vytvorenie kópie DNA sa tiež líši od bakteriálneho procesu.

Replikácia a translácia DNA je jedným zo spôsobov, ako sa archea podobá skôr bunkám zvierat ako bunkám baktérií.

Rovnako ako pri baktériách, bičíky nechajte archaea pohybovať sa.

Ich štruktúra a prevádzkový mechanizmus sú podobné v prípade archaeí a baktérií, ale to, ako sa vyvinuli a ako sú postavené, sa líši. Tieto rozdiely opäť naznačujú, že archea a baktérie sa vyvinuli osobitne, s bodom diferenciácie na začiatku z evolučného hľadiska.

Podobnosti medzi členmi týchto dvoch domén možno vysledovať pri neskoršej horizontálnej výmene DNA medzi bunkami.

Bičík v archaei je dlhá stonka so základňou, ktorá dokáže vyvinúť rotačný účinok v spojení s bunkovou membránou. Výsledkom rotačného pôsobenia je vírivý pohyb, ktorý môže poháňať bunku dopredu. V archaeách je stopka vyrobená pridaním materiálu na základňu, zatiaľ čo u baktérií je dutá stopka vytvorená presunutím materiálu hore do dutého stredu a jeho uložením na vrch.

Bičíky sú užitočné pri pohybe buniek k jedlu a pri následnom rozširovaní bunkové delenie.

Hlavnou rozlišovacou charakteristikou archaeí je ich schopnosť prežiť v toxickom prostredí a extrémnych biotopoch.

V závislosti na svojom okolí sú archy prispôsobené bunkovej stene, bunkovej membráne a metabolizmu. Archaea môže využívať rôzne zdroje energie vrátane slnečného žiarenia, alkoholu, kyseliny octovej, amoniaku, síry a fixáciu uhlíka z oxidu uhličitého v atmosfére.

Medzi odpadové produkty patrí metán a metánogénna archaea sú jediné bunky schopné produkovať túto chemikáliu.

Bunky archaea schopné žiť v extrémnom prostredí možno klasifikovať v závislosti od ich schopnosti žiť v špecifických podmienkach. Štyri také klasifikácie sú:

• Tolerancia pre vysoké teploty: hypertermofilné.
  
• Schopný prežiť kyslé prostredie: acidofilné.
• Môže prežiť vo vysoko zásaditých tekutinách: alkalifilné.
• Tolerancia pre vysoký obsah solí: halofilný.

Medzi najnepriaznivejšie prostredia na Zemi patria hlbokomorské hydrotermálne prieduchy na dne Tichého oceánu a horúce pramene, aké sa nachádzajú v národnom parku Yellowstone. Vysoké teploty v kombinácii s korozívnymi chemikáliami sú obvykle nepriateľské voči životu, ale archaea, ako napríklad ignicoccus, s týmito miestami nemajú problémy.

Odpor archaeí voči takýmto podmienkam viedol vedcov k tomu, aby skúmali, či archaea alebo podobné organizmy môžu prežiť vo vesmíre alebo na inak nepriateľských planétach, ako je Mars.

Svojimi jedinečnými vlastnosťami a porovnateľne nedávnym objavením sa na výslní to sľubuje doména Archaea odhaliť zaujímavejšie vlastnosti a schopnosti týchto buniek a môže ponúknuť prekvapivé odhalenia v bunkách budúcnosť.