Prokariontske celice: opredelitev, zgradba, funkcija (s primeri)

Znanstveniki verjamejo, da so bile prokariontske celice nekatere od prvih oblik življenja na Zemlji. Teh celic je še danes veliko in jih lahko razdelimo na bakterije in arheje.

Klasičen primer prokariontske celice je Escherichia coli (E. coli).

Prokariontske celice so bistvenega pomena za obvladovanje srednješolske celične biologije. Preberite, če želite izvedeti več o različnih celičnih sestavinah prokariontov.

Prokarionti so ponavadi preprosti enocelični organizmi, ki niso vezani na membrano organele ali jedro. Evkarionti imajo te strukture.

Pred milijardami let so se prokarionti morda razvili iz imenovanih organskih molekul, vezanih na membrano protobiontov. Morda so bile prve oblike življenja na planetu.

Prokarionte lahko razdelite na dve domeni: Bakterije in Arheje.

(Upoštevajte, da je treba, ko pišete o domenah, imena napisati z veliko začetnico. Lahko pa jih pustite z malimi črkami, če pišete o obeh skupinah na splošno.)

Obe skupini sestavljata majhni enocelični organizmi, vendar obstajajo razlike med njima. Bakterije imajo v sebi peptidoglikane

Nekateri primeri pogostih bakterij vključujejo E. coli in zlati stafilokok (bolj znan kot staph). Halofili, ki prebivajo v soli, so primer arhej.

Bakterije so ena od dveh domen, ki tvorita prokariontske celice. So raznolike življenjske oblike in se razmnožujejo z binarno cepitvijo.

Obstajajo trije osnovni oblike bakterijskih celic: koki, bacili in spirilla. Koki so ovalne ali sferične bakterije, bacili so paličasti, spiril pa spirale.

Bakterije igrajo pomembno vlogo pri človekovih boleznih in zdravju. Nekateri od teh mikrobov, na primer zlati stafilokok, lahko povzroči okužbe pri ljudeh. Koristne pa so druge bakterije, kot npr Lactobacillus acidophilus, ki telesu pomaga razgraditi laktozo, ki jo najdemo v mlečnih izdelkih.

Arheje, ki so bile sprva uvrščene med starodavne bakterije in so jih imenovali "arheobakterije", imajo zdaj svojo domeno. Mnoge vrste arhej so ekstremofili in živijo v ekstremnih razmerah, kot so vreli vrelci ali kisla voda, ki je bakterije ne morejo prenašati.

Nekateri primeri vključujejo hipertermofile, ki obstajajo pri temperaturah nad 176 stopinj Celzija (80 stopinj Celzija), in halofile, ki lahko živijo v solnih raztopinah, ki se gibljejo med 10 in 30 odstotki. Celične stene arhej nudijo zaščito in jim omogočajo življenje v ekstremnih okoljih.

Arheje imajo veliko različnih oblik in velikosti, ki segajo od palic do spirale. Nekateri vidiki vedenja arhej, na primer razmnoževanje, so podobni bakterijam. Vendar druga vedenja, kot je izražanje genov, spominjajo na evkarionte.

Prokarionti se lahko razmnožujejo na več načinov. Osnovne vrste razmnoževanja vključujejo brstenje, binarna fisija in razdrobljenosti. Čeprav nekatere bakterije tvorijo spore, se to ne šteje za razmnoževanje, ker v tem procesu ni potomcev.

Brstenje se zgodi, ko celica naredi brst, ki je videti kot mehurček. Popek še naprej raste, medtem ko je pritrjen na nadrejeno celico. Sčasoma se brst odlomi od nadrejene celice.

Binarna fisija zgodi, ko se celica razdeli na dve enaki hčerinski celici. Razdrobljenost se zgodi, ko se celica razbije na majhne koščke ali drobce in vsak kos postane nova celica.

Binarna fisija je pogosta vrsta razmnoževanja v prokariontskih celicah. Postopek vključuje delitev starševske celice na dve enaki celici. Prvi korak pri binarni cepitvi je kopiranje DNA. Nato se nova DNA premakne na nasprotni konec celice.

Nato začne celica rasti in se širiti. Sčasoma a septal na sredini se tvori obroč in celico stisne na dva kosa. Rezultat sta dve enaki celici.

Ko primerjate binarno cepitev z delitvijo celic v evkariontskih celicah, boste morda opazili nekaj majhnih podobnosti. Na primer oboje mitoza in binarna cepitev ustvarita enake hčerinske celice. Oba procesa vključujeta tudi podvajanje DNA.

Celična struktura prokariontov se lahko razlikuje, vendar ima večina organizmov več osnovnih sestavin. Prokarionti imajo a celična membrana ali plazemska membrana ki deluje kot zaščitni pokrov. Imajo tudi togo celične stene za dodatno podporo in zaščito.

Prokariontske celice imajo ribosomi, ki so molekule, ki tvorijo beljakovine. Njihov genski material je v nukleoid, ki je regija, v kateri živi DNK. Dodatni obroči DNA se imenujejo plazmidi plavajo okoli citoplazmi. Pomembno je omeniti, da prokarionti nimajo jedrske membrane.

Nekatere prokariontske celice imajo poleg teh notranjih struktur še pilus ali flagellum jim pomagati pri premikanju. Pilus je zunanja značilnost, podobna dlaki, medtem ko je bič zunanja značilnost. Nekateri prokarionti, kot so bakterije, imajo kapsulo zunaj celičnih sten. Tudi shranjevanje hranil se lahko razlikuje, vendar mnogi prokarionti v svoji citoplazmi uporabljajo granule za shranjevanje.

Genetske informacije v prokariontih obstajajo znotraj nukleoida. Za razliko od evkariontov prokarionti nimajo membransko vezanega jedra. Namesto tega krožne molekule DNA živijo v območju citoplazme. Na primer, krožni bakterijski kromosom je ena velika zanka namesto posameznih kromosomov.

Sinteza DNA pri bakterijah se začne z začetkom replikacije na določenem nukleotidnem zaporedju. Nato pride do raztezanja, da dodamo nove nukleotide. Nato se zaključek zgodi po novih oblikah kromosomov.

Pri prokariontih se izražanje genov zgodi na drugačen način. Tako pri bakterijah kot pri arhejah se lahko istočasno prepisujeta in prevajata.

To pomeni, da lahko celice tvorijo amino kisline, ki so gradniki beljakovin, kadar koli.

Celična stena pri prokariontih ima več namenov. Ščiti celico in nudi podporo. Poleg tega celici pomaga ohranjati obliko in preprečuje, da bi počila. Celotna struktura celične stene, ki se nahaja zunaj plazemske membrane, je bolj zapletena od tiste v rastlinah.

V bakterijah je celična stena sestavljena iz peptidoglikan ali murein, ki je sestavljen iz polisaharidnih verig. Vendar se celične stene med gram pozitivnimi in gram negativnimi bakterijami razlikujejo.

Gram-pozitivne bakterije imajo debelo celično steno, gram-negativne pa tanko. Ker so njihove stene tanke, imajo gram negativne bakterije dodaten sloj lipopolisaharidov.

Antibiotiki in druga zdravila lahko ciljajo na celične stene bakterij, ne da bi škodovali ljudem, ker ljudje nimajo tovrstnih sten v svojih celicah. Vendar nekatere bakterije razvijejo odpornost na antibiotike in zdravila prenehajo biti učinkovita.

Odpornost na antibiotike se zgodi, ko se bakterije razvijejo, in tiste z mutacijami, ki jim omogočajo, da preživijo, se zdravila lahko množijo.

Shranjevanje hranil je za prokarionte pomembno, ker nekateri od njih obstajajo v okoljih, ki otežujejo stalno oskrbo s hrano. Prokarionti so razvili posebne strukture za shranjevanje hranil.

Vakuole delujejo kot mehurčki za shranjevanje hrane ali hranil. Lahko imajo tudi bakterije vključkov, ki so strukture za zadrževanje zalog glikogena ali škroba. Mikropredelki v prokariontih imajo beljakovinske lupine in lahko vsebujejo encime ali beljakovine. Obstajajo specializirane vrste mikropredelkov, kot so magnetosomi in karboksisomi.

Po vsem svetu narašča zaskrbljenost zaradi odpornosti na antibiotike. Odpornost na antibiotike se zgodi, ko se bakterije lahko razvijejo in se ne odzovejo več na zdravila, ki so jih prej uničila. To pomeni, da ljudje, ki jemljejo antibiotik, ne bodo mogli ubiti bakterij v svojem telesu.

Naravna selekcija spodbuja odpornost bakterij. Na primer, nekatere bakterije imajo naključne mutacije, ki jim omogočajo, da se uprejo antibiotikom. Ko vzamete zdravilo, to ne deluje na te odporne bakterije. Nato lahko te bakterije rastejo in se razmnožujejo.

Odpornost na druge bakterije lahko dajo tudi z izmenjavo genov in ustvarjajo super hrošče, ki jih je težko zdraviti. Odporen na meticilin zlati stafilokok (MRSA) je primer superbuga, ki je odporen na antibiotike.

Replikacija DNA pri prokariontih se pojavi hitreje kot pri evkariontih, zato se lahko bakterije razmnožujejo veliko hitreje kot ljudje. Pomanjkanje kontrolnih točk med razmnoževanjem pri bakterijah v primerjavi z evkarionti omogoča tudi bolj naključne mutacije. Vsi ti dejavniki prispevajo k odpornosti na antibiotike.

Čeprav bakterije pogosto povzročajo človeške bolezni, imajo ljudje tudi simbiotične odnose z nekaterimi mikrobi. Koristne bakterije so pomembne za zdravje kože, ustne votline in prebave.

Na primer Bifidobakterije živijo v črevesju in vam pomagajo razgraditi hrano. So ključni deli zdravega črevesnega sistema.

Prebiotiki so živila, ki pomagajo mikroflori v črevesju. Nekateri pogosti primeri vključujejo česen, čebulo, por, banane, zelenjavo regrata in šparglje. Prebiotiki zagotavljajo vlaknine in hranila, ki jih potrebujejo za rast koristnih črevesnih bakterij.

Po drugi strani pa so probiotiki žive bakterije, ki vam lahko pomagajo pri prebavi. Probiotične organizme lahko najdete tudi v živilih, kot so jogurt ali kimchi.

V prokariontih obstajajo tri glavne vrste prenosa genov: transdukcija, konjugacija in transformacija. Transdukcija je horizontalni prenos genov, ki se zgodi, ko virus pomaga premakniti DNA iz ene bakterije v drugo.

Konjugacija vključuje začasno fuzijo mikrobov za prenos DNA. Ta postopek običajno vključuje pilus. Transformacija se zgodi, ko prokarion vzame koščke DNA iz svojega okolja.

Prenos genov je pomemben za bolezen, ker omogoča mikrobom, da si delijo DNK in postanejo odporni na zdravila. Na primer, bakterije, ki so odporne na antibiotik, si lahko delijo gene z drugimi bakterijami. Prenos genov med mikrobi lahko naletite v predavanjih, zlasti v univerzitetnih laboratorijih, ker je to pomembno za znanstvene raziskave.

Presnova pri prokariontih se razlikuje bolj kot pri evkariontih. Prokarionom, kot so ekstremofili, omogoča življenje v ekstremnih okoljih. Nekateri organizmi uporabljajo fotosintezo, drugi pa energijo lahko pridobivajo iz anorganskega goriva.

Prokarionte lahko razvrstite med avtotrofi in heterotrofi. Avtotrofi pridobivajo ogljik iz ogljikovega dioksida in si iz organskih živil izdelujejo organsko hrano, toda heterotrofi pridobivajo ogljik iz drugih živih bitij in si ne morejo pripraviti lastne organske hrane.

Glavne vrste avtotrofov so fototrofi, litotrofi in organotrofi. Fototrofi uporabljajo fotosintezo za pridobivanje energije in pridobivanje goriva. Vendar pa vsi med postopkom ne proizvajajo kisika, kot to počnejo rastlinske celice.

Cianobakterije so primer fototrofov. Litotrofi uporabljajo anorganske molekule kot hrano, običajno pa se kot vir zanašajo na kamnine. Vendar litotrofi ne morejo dobiti ogljika iz kamnin, zato potrebujejo zrak ali drugo snov, ki vsebuje ta element. Organotrofi uporabljajo organske spojine za pridobivanje hranil.

Prokarionti in evkarionti niso enaki, ker se vrste celic, ki jih imajo, močno razlikujejo. Prokarionti nimajo na membrano vezanih organelov in jedra, ki jih najdete pri evkariontih; njihova DNK plava znotraj citoplazme.

Poleg tega imajo prokarionti manjšo površino v primerjavi z evkarionti. Poleg tega so prokarionti enocelični, kljub temu da se nekateri organizmi lahko agregirajo in tvorijo kolonije.

Prokariontske celice so manj organizirane kot evkariontske celice. Razlike so tudi v stopnjah regulacije, kot je rast celic, pri prokariontih. To lahko vidite pri stopnjah mutacij bakterij, ker manj predpisov omogoča hitre mutacije in razmnoževanje.

Ker prokarionti nimajo organelov, je njihov metabolizem drugačen in manj učinkovit. To jim preprečuje veliko rast in včasih omejuje njihovo sposobnost razmnoževanja. Kljub temu so prokarionti pomemben del vseh ekosistemov. Od človekovega zdravja do znanstvenih raziskav so ti majhni organizmi pomembni in lahko močno vplivajo na vas.