Celice so temeljne enote življenja in kot take so najmanjši ločeni elementi živih bitij, ki ohranjajo vse ključne lastnosti, povezane z živimi bitji, vključno z metabolizmom, sposobnost razmnoževanja in sredstvo za vzdrževanje kemikalij ravnovesje. Celice so bodisi prokariontski, izraz, ki se nanaša na bakterije in drobljenje enoceličnih organizmov, ali evkariontski, kar se nanaša na rastline, glive in živali.
Bakterijske in druge prokariontske celice so v skoraj vseh pogledih veliko preprostejše kot njihovi evkariontski kolegi. Vse celice vključujejo najmanj plazemsko membrano, citoplazmo in genski material v obliki DNA. Medtem ko evkariontske celice vsebujejo široko paleto elementov, ki presegajo te bistvene elemente, te tri stvari predstavljajo skoraj celotno celico bakterij. Bakterijske celice pa vsebujejo nekaj lastnosti, ki jih evkariontske celice ne, predvsem celično steno.
Osnove celic
En sam evkariontski organizem ima lahko bilijone celic, čeprav je kvas enocelični; bakterijske celice pa imajo samo eno celico. Ker evkariontske celice vključujejo različne z membrano vezane organele, kot so jedro, mitohondriji (pri živalih), kloroplasti (odgovor rastlin na mitohondrije), Golgijeva telesa, endoplazemski retikulum in lizosomi, bakterijske celice nimajo organele. Tako evkarionti kot prokarionti vključujejo ribosome, drobne strukture, odgovorne za sintezo beljakovin, vendar so te ponavadi lažje vizualizirati pri evkariontih, ker se jih toliko združi vzdolž linearne, traku podobne endoplazmične retikulum.
Zaradi večje njihove evolucijske starosti (približno 3,5 milijarde let v primerjavi z bakterijami) je bakterije in same bakterije lahko »primitivne«. približno 1,5 milijarde za prokarionte) in njihova enostavnost. To pa je iz več razlogov zavajajoče. Ena od njih je, da s samega vidika preživetja vrst bolj zapleteno ne pomeni nujno tudi močnejšega; po vsej verjetnosti bodo bakterije kot skupina preživele ljudi in druge "višje" organizme, ko se bodo razmere na Zemlji dovolj spremenile. Drugi razlog je, da so bakterijske celice, čeprav preproste, razvile vrsto močnih mehanizmov preživetja, ki jih evkarionti niso.
Primer za bakterijske celice
Bakterijske celice so v treh osnovnih oblikah: paličaste (bacili), okrogle (koki) in spiralne (spirilli). Te morfološke značilnosti bakterijskih celic so lahko priročne pri diagnosticiranju nalezljivih bolezni, ki jih povzročajo znane bakterije. Na primer, "strep v grlu" povzročajo vrste Streptokoki, ki so, kot že ime pove, okrogle, kot tudi Stafilokoki. Antraks povzroča velik bacil, boreliozo pa spiroheta, ki je v obliki spirale. Poleg različnih oblik posameznih celic najdemo tudi bakterijske celice v grozdih, katerih struktura se razlikuje glede na zadevno vrsto. Nekatere palice in koki rastejo v dolgih verigah, nekatere druge koke pa najdemo v grozdih, ki nekoliko spominjajo na obliko posameznih celic.
Večina bakterijskih celic lahko, za razliko od virusov, živi neodvisno od drugih organizmov in ni odvisna od drugih živih bitij za presnovne ali reproduktivne potrebe. Izjeme pa obstajajo; nekatere vrste Rickettsiae in Klamidije so obvezno znotrajcelični, kar pomeni, da jim ni preostalo drugega, kot da naselijo celice živih bitij, da preživijo.
Pomanjkanje jedra bakterijskih celic je razlog, da so bile prvotno ločene prokariontske celice evkariontskih celic, saj je ta razlika očitna tudi pod mikroskopi s sorazmerno majhno povečavo moč. Bakterijska DNA, čeprav ni obdana z jedrsko membrano, kot je evkariontov, se kljub temu nagiba k tesnemu združevanju in nastala groba tvorba se imenuje nukleoid. V bakterijskih celicah je na splošno bistveno manj DNA kot v evkariontskih celicah; če bi ga raztegnili od konca do konca, bi se ena kopija genskega materiala tipičnega evkariorota ali kromatin raztegnila do približno 1 milimeter, medtem ko bi bakterija obsegala približno 1 do 2 mikrometra - 500 do 1000-krat Razlika. Genetski material evkariontov vključuje tako DNK sam kot beljakovine, imenovane histoni, medtem ko ima prokariontska DNA nekaj poliaminov (dušikovih spojin) in magnezijevih ionov, povezanih z njo.
Bakterijska celična stena
Morda je najbolj očitna strukturna razlika med bakterijskimi celicami in drugimi celicami dejstvo, da imajo bakterije celične stene. Te stene, narejene iz peptidoglikan molekule ležijo tik pred celično membrano, ki jo imajo celice vseh vrst. Peptidoglikani so sestavljeni iz kombinacije polisaharidnih sladkorjev in beljakovinskih komponent; njihova glavna naloga je dodati zaščito in togost bakterijam ter ponuditi pritrdilno točko za strukture, kot so pili in bičevi, ki izvirajo iz celične membrane in segajo skozi celično steno do zunanjega okolja.
Če bi bili mikrobiolog, ki je deloval v preteklem stoletju in bi želeli ustvariti zdravilo, ki bi bilo nevarno za bakterijske celice, hkrati pa večinoma neškodljivo za človeške celice, in bi imeli znanje o ustrezne strukture celične sestave teh organizmov, lahko to storite tako, da oblikujete ali najdete snovi, ki so strupene za celične stene, medtem ko druge celice varčujejo sestavnih delov. Pravzaprav natanko tako deluje veliko antibiotikov: ciljajo in uničujejo celične stene bakterij, zato bakterije ubijejo. Penicilini, ki so se pojavili v začetku 40. let prejšnjega stoletja kot prvi razred antibiotikov, delujejo tako, da zavirajo sintezo peptidoglikanov, ki tvorijo celične stene nekaterih, vendar ne vseh bakterij. To storijo tako, da inaktivirajo encim, ki katalizira postopek, imenovan zamreženje pri občutljivih bakterijah. V preteklih letih je dajanje antibiotikov izbralo bakterije, ki proizvajajo snovi, imenovane beta-laktamaze, ki so usmerjene v "invazivne" peniciline. Tako med antibiotiki in njihovimi drobnimi tarčami, ki povzročajo bolezni, ostaja v veljavi dolgotrajna in neskončna "dirka v orožju".
Bičevje, Pili in endospore
Nekatere bakterije imajo zunanje strukture, ki jim pomagajo pri navigaciji po fizičnem svetu. Na primer bičkov (v ednini: flagellum) so biči podobni dodatki, ki zagotavljajo gibanje bakterijam, ki jih imajo, podobno kot pri paglavcih. Včasih jih najdemo na enem koncu bakterijske celice; nekatere bakterije jih imajo na obeh koncih. Bičevje "bije" podobno kot propeler, kar omogoča bakterijam, da "lovijo" hranila, "pobegnejo" pred strupenimi kemikalijami ali se premaknejo proti svetlobi (nekatere bakterije, imenovane cianobakterijese zanašajo na fotosintezo za energijo kot rastline in zato zahtevajo redno izpostavljenost svetlobi).
Pili (v ednini: pilus) so strukturno podobni bičevom, saj so lasasti štrlini, ki segajo navzven od površine bakterijske celice. Njihova funkcija pa je drugačna. Namesto da pomagajo pri gibanju, pili pomagajo bakterijam, da se pritrdijo na druge celice in površine različnih sestav, vključno s kamenjem, črevesjem in celo sklenino zob. Z drugimi besedami, bakterijam nudijo "lepljivost" na način, kot značilne lupine gobcev omogočajo, da se ti organizmi oprimejo kamnin. Brez pilijev veliko patogenih (tj. Povzročiteljev bolezni) bakterij ni nalezljivih, ker se ne morejo držati gostiteljskih tkiv. Specializirana vrsta pili se uporablja za postopek, imenovan konjugacija, pri katerem si dve bakteriji izmenjata dele DNA.
Precej diabolični konstrukt nekaterih bakterij so endospore. Bacil in Clostridium vrste lahko proizvajajo te spore, ki so zelo odporne na vročino, dehidrirane in neaktivne različice običajnih bakterijskih celic, ki nastanejo znotraj celic. Vsebujejo svoj popolni genom in vse presnovne encime. Ključna značilnost endospore je njena zapletena zaščitna plašč iz spor. Botulizem bolezen povzroča a Clostridium botulinum endospore, ki izloča smrtonosno snov, imenovano endotoksin.
Razmnoževanje bakterij
Bakterije nastajajo s postopkom, imenovanim binarna cepitev, kar preprosto pomeni razdelitev na polovico in ustvarjanje para celic, ki so genetsko enake matični celici. Ta nespolna oblika razmnoževanja je v ostrem nasprotju z razmnoževanjem evkariontov, ki je spolno v da gre za dva nadrejena organizma, ki prispevata enako količino genskega materiala za ustvarjanje potomci. Čeprav se spolno razmnoževanje na površju morda zdi okorno - zakaj bi navsezadnje uvedli ta energetsko drag korak, če se celice namesto tega lahko samo razdelijo na polovico? - je absolutno zagotovilo genetske raznovrstnosti in je ta vrsta raznolikosti bistvena za preživetje vrst.
Pomislite: če bi bili vsi ljudje genetsko enaki ali celo blizu, še posebej na ravni encimov in beljakovin, ki jih ne morete videti toda tiste, ki služijo vitalnim presnovnim funkcijam, bi bila ena vrsta biološkega nasprotnika dovolj, da bi lahko uničila vse človeštvo. Že veste, da se ljudje razlikujejo po svoji genetski dovzetnosti za nekatere stvari, od glavnih (nekateri ljudje lahko umrejo zaradi majhne izpostavljenosti alergenom, vključno z arašidi) strup) do razmeroma nepomembnega (nekateri ljudje ne morejo prebaviti sladkorne laktaze, zaradi česar ne morejo uživati mlečnih izdelkov brez resnih motenj v prebavilih sistemi). Vrsta, ki uživa veliko genske raznolikosti, je v veliki meri zaščitena pred izumrtjem, saj ta raznolikost ponuja surovino, na katero lahko delujejo ugodni naravni selekcijski pritiski. Če je 10 odstotkov populacije dane vrste imuno na določen virus, ki ga vrsta še ni doživela, je to zgolj muhastost. Če pa se po drugi strani virus pokaže v tej populaciji, bo kmalu pred tem 10 odstotkov predstavljalo 100 odstotkov preživelih organizmov te vrste.
Zaradi tega so bakterije razvile številne metode za zagotavljanje genske raznolikosti. Tej vključujejo transformacija, konjugacija in transdukcija. Vseh bakterijskih celic ne morejo uporabiti vseh teh procesov, vendar med njimi omogočajo, da vse bakterijske vrste preživijo v veliko večji meri, kot bi sicer.
Transformacija je postopek odvzema DNK iz okolja in je razdeljena na naravne in umetne oblike. Pri naravni preobrazbi se DNK odmrlih bakterij ponotranji skozi celično membrano v obliki odstranjevalca in vključi v DNK preživelih bakterij. Pri umetni preobrazbi znanstveniki pogosto namerno vnašajo DNK v gostiteljsko bakterijo E. coli (ker ima ta vrsta majhen, preprost genom, s katerim je enostavno manipulirati), da bi preučili te organizme ali ustvarili želeni bakterijski produkt. Pogosto je uvedena DNA iz a plazmid, naravni obroč bakterijske DNA.
Konjugacija je postopek, pri katerem ena bakterija z pilusom ali pilijem "vbrizga" DNA v drugo bakterijo z neposrednim stikom. Prenesena DNA je lahko, tako kot pri umetni transformaciji, plazmid ali pa je drugačen fragment. Novo uvedena DNA lahko vključuje vitalni gen, ki kodira beljakovine, kar omogoča odpornost na antibiotike.
Končno, transdukcija temelji na prisotnosti napadalnega virusa, imenovanega bakteriofag. Virusi se pri razmnoževanju zanašajo na žive celice, ker čeprav imajo genetski material, nimajo strojev za njegovo kopiranje. Ti bakteriofagi dajo svoj lastni genski material v DNA bakterij, ki jih napadajo, in jih usmerjajo bakterije, da tvorijo več fagov, katerih genomi nato vsebujejo mešanico prvotne bakterijske DNA in DNA bakteriofaga. Ko ti novi bakteriofagi zapustijo celico, lahko napadejo druge bakterije in prenesejo DNA, pridobljeno od prejšnjega gostitelja, v novo bakterijsko celico.
