Клітини прокаріотів: визначення, структура, функція (з прикладами)

Вчені вважають, що прокаріотичні клітини були одними з перших форм життя на Землі. Цих клітин і сьогодні багато і їх можна розділити на бактерії та археї.

Класичним прикладом прокаріотичної клітини є Кишкова паличка (E. coli).

Клітини прокаріотів мають фундаментальне значення для оволодіння біологією клітин середньої школи. Читайте далі, щоб дізнатись про різні клітинні компоненти прокаріотів.

Прокаріоти, як правило, є простими, одноклітинними організмами, не пов’язаними з мембранами органели або ядро. Еукаріоти мають ці структури.

Мільярди років тому прокаріоти могли розвинутися із зв’язаних з мембраною органічних молекул, які називаються протобіоти. Можливо, вони були першими формами життя на планеті.

Ви можете розділити прокаріоти на два домени: Бактерії і Археї.

(Зверніть увагу, що коли ви пишете про домени, імена слід писати з великих літер. Тим не менш, ви можете залишити їх малими літерами, коли пишете про ці дві групи загалом.)

Обидві групи складаються з дрібних одноклітинних організмів, але між ними існують відмінності. У бактеріях є пептидоглікани

Деякі приклади поширених бактерій включають E. coli і Золотистий стафілокок (більш відомий як стафілокок). Галофіли, що живуть у солі, є прикладом архей.

Бактерії - один із двох доменів, що складають прокаріотичні клітини. Вони є різноманітними формами життя і розмножуються шляхом бінарного поділу.

Є три основних форми клітин бактерій: коки, палички і спірілла. Коки - овальні або кулясті бактерії, палички паличкоподібні, а спірілла - спіралі.

Бактерії відіграють важливу роль у захворюваннях та здоров’ї людини. Деякі з цих мікробів, наприклад Золотистий стафілокок, може викликати інфекції у людей. Однак інші бактерії корисні, такі як Lactobacillus acidophilus, який допомагає вашому організму розщеплювати лактозу, що міститься в молочних продуктах.

Спочатку класифікувались як древні бактерії і називались "археобактеріями", археї тепер мають власний домен. Багато видів архей є екстремофіли і живуть в екстремальних умовах, таких як киплячі гарячі джерела або кисла вода, яких бактерії не переносять.

Деякі приклади включають гіпертермофіли, які існують при температурі вище 176 градусів за Фаренгейтом (80 градусів Цельсія), і галофіли, які можуть жити в сольових розчинах, які варіюються від 10 до 30 відсотків. Клітинні стінки архей забезпечують захист і дозволяють їм жити в екстремальних умовах.

Археї мають багато різних форм і розмірів, які варіюються від стрижнів до спіралей. Деякі аспекти поведінки архей, такі як розмноження, подібні до бактерій. Однак інші способи поведінки, такі як експресія генів, нагадують еукаріотів.

Прокаріоти можуть розмножуватися кількома способами. До основних видів розмноження належать бутонізація, поділом та фрагментація. Хоча деякі бактерії мають спороутворення, це не вважається розмноженням, оскільки в цьому процесі немає потомства.

Окулірування трапляється, коли клітина створює бутон, схожий на міхур. Бутон продовжує рости, поки він прикріплений до батьківської клітини. Зрештою, брунька відривається від батьківської клітини.

Поділом трапляється, коли клітина розпадається на дві однакові дочірні клітини. Фрагментація трапляється, коли клітина розпадається на дрібні шматочки або фрагменти, і кожен шматок стає новою клітиною.

Бінарне ділення - це поширений тип розмноження в клітинах прокаріотів. Процес включає розділення батьківської клітини на дві однакові клітини. Першим кроком бінарного поділу є копіювання ДНК. Потім нова ДНК рухається до протилежного кінця клітини.

Далі клітина починає рости і розширюватися. Зрештою, a перегородка кільце утворюється посередині і затискає клітину на дві частини. Результат - дві однакові клітини.

Порівнюючи бінарний поділ із поділом клітин у клітинах еукаріот, ви можете помітити деякі невеликі подібності. Наприклад, обидва мітоз і бінарне ділення створюють однакові дочірні клітини. Обидва процеси також включають розмноження ДНК.

Будова клітин прокаріотів може змінюватися, але більшість організмів має кілька основних компонентів. Прокаріоти мають a клітинна мембрана або плазматична мембрана який діє як захисний чохол. Вони також мають жорстку Клітинна стінка для додаткової підтримки та захисту.

Клітини прокаріотів мають рибосоми, які є молекулами, що утворюють білки. Їх генетичний матеріал знаходиться в нуклеоїд, що є регіоном, де мешкає ДНК. Додаткові кільця ДНК називаються плазміди плавати навколо цитоплазма. Важливо відзначити, що прокаріоти не мають ядерної мембрани.

На додаток до цих внутрішніх структур, деякі прокаріотичні клітини мають a pilus або джгутик щоб допомогти їм рухатися. Пілюс - зовнішня риса, схожа на волосся, а джгутик - зовнішня характеристика, схожа на батоги. Деякі прокаріоти, як бактерії, мають капсулу поза клітинними стінками. Зберігання поживних речовин також може змінюватися, але багато прокаріоти використовують гранули для зберігання у своїй цитоплазмі.

Генетична інформація у прокаріотів існує всередині нуклеоїда. На відміну від еукаріотів, прокаріоти не мають ядра, зв’язаного з мембраною. Натомість кругові молекули ДНК живуть в області цитоплазми. Наприклад, кругова бактеріальна хромосома - це одна велика петля замість окремих хромосом.

Синтез ДНК у бактерій починається з ініціювання реплікації у певній послідовності нуклеотидів. Потім відбувається подовження, щоб додати нові нуклеотиди. Далі припинення відбувається після нових форм хромосом.

У прокаріотів експресія генів відбувається по-іншому. Як бактерії, так і археї можуть мати транскрипцію і трансляцію відбуватися одночасно.

Це означає, що клітини можуть виробляти амінокислоти, які є будівельними елементами білків, у будь-який час.

Клітинна стінка у прокаріотів має кілька цілей. Він захищає клітину і пропонує підтримку. Крім того, це допомагає клітині підтримувати свою форму і зупиняє її від розриву. Розташована поза плазматичної мембрани, загальна структура клітинної стінки складніша, ніж та, що міститься у рослин.

У бактерій клітинна стінка складається з пептидоглікан або муреїн, який складається з полісахаридних ланцюгів. Однак клітинні стінки відрізняються між грампозитивними та грамнегативними бактеріями.

Грампозитивні бактерії мають товсту клітинну стінку, а грамнегативні - тонку. Оскільки їх стінки тонкі, грамнегативні бактерії мають додатковий шар ліпополісахаридів.

Антибіотики та інші ліки можуть націлювати клітинні стінки в бактеріях, не завдаючи шкоди людині, оскільки у людей немає таких типів стінок у своїх клітинах. Однак у деяких бактерій розвивається стійкість до антибіотиків, і препарати перестають бути ефективними.

Стійкість до антибіотиків трапляється, коли бактерії еволюціонують, а ті, що мають мутації, що дозволяють їм вижити, ліки здатні розмножуватися.

Зберігання поживних речовин важливо для прокаріотів, оскільки деякі з них існують в середовищах, які ускладнюють постійне забезпечення продуктами харчування. Прокаріоти розробили специфічні структури для зберігання поживних речовин.

Вакуолі виступають як бульбашки для зберігання їжі або поживних речовин. Бактерії також можуть бути включення, які є структурами для зберігання запасів глікогену або крохмалів. Мікровідсіки у прокаріотів є білкові оболонки і можуть утримувати ферменти або білки. Існують спеціалізовані типи мікровідділень, такі як магнітосоми і карбоксисоми.

У всьому світі зростає занепокоєння щодо стійкості до антибіотиків. Стійкість до антибіотиків трапляється, коли бактерії здатні еволюціонувати і більше не реагують на препарати, які їх раніше знищили. Це означає, що люди, які приймають антибіотик, не зможуть знищити бактерії всередині свого організму.

Природний відбір підвищує стійкість бактерій. Наприклад, деякі бактерії мають випадкові мутації, які дозволяють їм протистояти антибіотикам. Коли ви приймаєте препарат, він не спрацює на ці стійкі бактерії. Далі ці бактерії можуть рости і розмножуватися.

Вони також можуть надати стійкість до інших бактерій, обмінюючись генами, створюючи надмішні помилки, які важко піддаються лікуванню. Метицилін стійкий Золотистий стафілокок (MRSA) - приклад супербактерій, стійких до антибіотиків.

Реплікація ДНК У прокаріотів відбувається швидше, ніж у еукаріотів, тому бактерії можуть розмножуватися набагато швидше, ніж люди. Відсутність контрольних пунктів під час реплікації у бактерій у порівнянні з еукаріотами також дозволяє отримати більш випадкові мутації. Всі ці фактори сприяють стійкості до антибіотиків.

Хоча бактерії часто викликають захворювання людей, люди також мають симбіотичні стосунки з деякими мікробами. Корисні бактерії важливі для здоров'я шкіри, порожнини рота та травлення.

Наприклад, Біфідобактерії жити в кишечнику і допомагати розщеплювати їжу. Вони є найважливішими частинами здорової системи кишечника.

Пребіотики - це продукти, які допомагають мікрофлорі в кишечнику. Деякі загальні приклади включають часник, цибулю, цибулю-порей, банани, зелень кульбаби та спаржу. Пребіотики забезпечують клітковину та поживні речовини, необхідні для росту корисних кишкових бактерій.

З іншого боку, пробіотики - це живі бактерії, які можуть допомогти вашому травленню. Ви також можете знайти пробіотичні організми в таких продуктах, як йогурт або кімчі.

Існує три основних типи передачі генів у прокаріотів: трансдукція, кон’югація та трансформація. Трансдукція - це горизонтальна передача генів, яка відбувається, коли вірус допомагає переміщувати ДНК від однієї бактерії до іншої.

Спряження передбачає тимчасове злиття мікробів для передачі ДНК. Зазвичай цей процес включає пілюс. Трансформація відбувається, коли прокаріот забирає шматочки ДНК із свого середовища.

Передача генів важлива для захворювання, оскільки вона дозволяє мікробам ділитися ДНК і ставати стійкими до наркотиків. Наприклад, бактерії, стійкі до антибіотика, можуть ділитися генами з іншими бактеріями. Ви можете зіткнутися з передачею генів серед мікробів на своїх уроках природознавства, особливо в лабораторіях коледжів, оскільки це є важливим для наукових досліджень.

Метаболізм у прокаріотів відрізняється більше, ніж у еукаріотів. Це дозволяє прокаріоти, як екстремофіли, жити в екстремальних умовах. Деякі організми використовують фотосинтез, але інші можуть отримувати енергію з неорганічного палива.

Ви можете класифікувати прокаріоти на автотрофи і гетеротрофи. Автотрофи отримують вуглець з вуглекислого газу і виробляють власну органічну їжу з неорганічних матеріалів, але гетеротрофи отримують вуглець з інших живих істот і не можуть виробляти власну органічну їжу.

Основними типами автотрофів є фототрофи, літотрофи і органотрофи. Фототрофи використовують фотосинтез для отримання енергії та отримання палива. Однак не всі з них виробляють кисень, як рослинні клітини під час процесу.

Ціанобактерії є прикладом фототрофів. Літотрофи використовують неорганічні молекули як їжу, і вони зазвичай покладаються на гірські породи як джерело. Однак літотрофи не можуть отримувати вуглець із гірських порід, тому їм потрібне повітря або інша речовина, що містить цей елемент. Органотрофи використовують органічні сполуки для отримання поживних речовин.

Прокаріоти та еукаріоти не однакові, оскільки типи клітин, які вони мають, сильно відрізняються. Прокаріоти не мають мембранно зв’язаних органел та ядра, які ви знайдете у еукаріотів; їх ДНК плаває всередині цитоплазми.

Крім того, прокаріоти мають меншу площу поверхні в порівнянні з еукаріотами. Більше того, прокаріоти одноклітинні, незважаючи на те, що деякі організми здатні агрегуватися, утворюючи колонії.

Клітини прокаріотів менш організовані, ніж клітини еукаріотів. Існують також відмінності в рівнях регуляції, таких як ріст клітин, у прокаріотів. Це видно в швидкості мутації бактерій, оскільки менша кількість норм дозволяє швидкі мутації та розмноження.

Оскільки прокаріоти не мають органел, їх метаболізм відрізняється і менш ефективний. Це перешкоджає їх зростанню до великих розмірів, а іноді обмежує їх здатність до розмноження. Тим не менше, прокаріоти є важливою частиною всіх екосистем. Від здоров’я людини до наукових досліджень ці дрібні організми мають значення і можуть сильно вплинути на вас.