Prokariotinių ląstelių savybės, ląstelių struktūra, tipai



The prokariotinių ląstelių jos yra paprastos konstrukcijos ir be branduolio, riboto plazmos membranos. Su šiuo ląstelių tipu susiję organizmai yra vienaląsčiai, nors jie gali būti sugrupuoti ir sudaryti antrines struktūras, pvz., Grandines.

Iš trijų Carl Woese siūlomų gyvenimo sričių prokariotai atitinka bakterijas ir architektūrą. Likusį domeną, Eucarya, sudaro eukariotinės ląstelės, didesnės, sudėtingesnės ir su atskirtomis šerdimis.

Viena svarbiausių biologinių mokslų dichotomijų yra skirtumas tarp eukariotinės ląstelės ir prokariotinės ląstelės. Istoriškai prokariotinis organizmas laikomas paprastu, be vidinės struktūros, be organelių ir trūksta citoskeleto. Tačiau nauji įrodymai naikina šias paradigmas.

Pavyzdžiui, prokariotuose buvo identifikuotos struktūros, kurios gali būti laikomos organelėmis. Taip pat buvo surasti baltymai, homologiški eukariotų baltymams, kurie sudaro citoskeletą.

Prokariotai yra labai įvairūs. Jie gali naudoti saulės šviesą ir energiją, esančią cheminiuose ryšiuose, kaip energijos šaltinį. Jie taip pat gali naudoti įvairius anglies šaltinius, tokius kaip anglies dioksidas, gliukozė, amino rūgštys, baltymai..

Prokariotai aseksualiai skirstomi dvejetainiu būdu. Šiame procese organizmas atkartoja savo apykaitinę DNR, padidina jo tūrį ir galiausiai padalina jį į dvi identiškas ląsteles.

Tačiau yra mechanizmų, kuriais keičiamasi genetine medžiaga, sukeliančia bakterijų kintamumą, pvz., Transdukcija, konjugacija ir transformacija.

Indeksas

  • 1 Bendrosios charakteristikos
  • 2 Struktūra
  • 3 Prokariotų tipai
  • 4 Prokariotų morfologija
  • 5 Dauginimas
    • 5.1 Seksualinė reprodukcija
    • 5.2 Papildomi genetinio kintamumo šaltiniai
  • 6 Mityba
    • 6.1 Maistinės kategorijos
    • 6.2. Fotoautotrofai
    • 6.3 Fotoheterotrofai
    • 6.4 Chemoautotrofai
    • 6.5 Chemoheterotrofai
  • 7 Metabolizmas
  • 8 Pagrindiniai skirtumai tarp eukariotinių ląstelių
    • 8.1 Dydis ir sudėtingumas
    • 8.2
    • 8.3. Genetinės medžiagos organizavimas
    • 8.4 Genetinės medžiagos tankinimas
    • 8.5 Organiniai
    • 8.6 Ribosomos struktūra
    • 8.7 Ląstelių sienelė
    • 8.8 Ląstelių padalijimas
  • 9 Filogenija ir klasifikacija
  • 10 Naujos perspektyvos
    • 10.1 Organiniai organai prokariotuose
    • 10.2 Magnetosomos
    • 10.3 Fotosintezės membranos
    • 10.4 Planktomicetų skyriai
    • 10.5 Cytoskeleto komponentai
  • 11 Nuorodos

Bendrosios charakteristikos

Prokariotai yra gana paprasti vienaląsčiai organizmai. Išskirtiniausia šios grupės ypatybė yra tikro branduolio nebuvimas. Jie suskirstyti į dvi dideles šakas: tikras bakterijas ar eubakterijas ir archeobakterijas.

Jie kolonizavo beveik kiekvieną įmanomą buveinę - nuo vandens ir dirvožemio iki kitų organizmų, įskaitant ir žmogų, interjerą. Konkrečiai archaebakterijos gyvena vietovėse, kuriose yra temperatūra, druskingumas ir labai didelis pH.

Struktūra

Tipiško prokarioto architektūrinė schema, be abejo, yra Escherichia coli, bakterija, kuri paprastai gyvena mūsų virškinimo trakte.

Ląstelių forma panaši į cukranendrių skersmenį ir turi 1 mm skersmens ir 2 mm ilgio. Prokariotai yra apsupti ląstelių sienelėmis, daugiausia susidedančiais iš polisacharidų ir peptidų.

Bakterijų ląstelių sienelė yra labai svarbi savybė ir, pagal struktūrą, leidžia sukurti klasifikavimo sistemą dviejose didelėse grupėse: gramteigiamos ir gramnegatyvinės bakterijos..

Po ląstelės sienos randame lipidinio pobūdžio membraną (bendrą elementą tarp prokariotų ir eukariotų) su jame esančiais protezavimo elementais, kurie atskiria organizmą nuo aplinkos.

DNR yra apykaitinė molekulė, esanti tam tikrame regione, kuriame nėra bet kokios rūšies membranos ar atskyrimo su citoplazma..

Citoplazmoje atsiranda šiurkšta išvaizda, jame yra maždaug 3000 ribosomų - už baltymų sintezę atsakingos struktūros.

Prokariotų tipai

Dabartinius prokariotus sudaro įvairios bakterijos, kurios yra suskirstytos į dvi pagrindines sritis: „Eubacteria“ ir „Archaebacteria“. Remiantis įrodymais, šios grupės labai pasikeitė evoliucijoje.

Archaebakterijos yra prokariotų grupė, kuri paprastai gyvena aplinkoje, kurios sąlygos yra neįprastos, pvz., Temperatūra arba didelis druskingumas. Šios sąlygos yra retos, tačiau jos gali būti paplitusios primityvioje žemėje.

Pavyzdžiui, termoacidofilai gyvena tose vietose, kur temperatūra pasiekia maksimalią 80 ° C ir pH 2.

Kita vertus, eubakterijos gyvena mums bendra žmonėms. Jie gali gyventi dirvožemyje, vandenyje arba gyventi kituose organizmuose, pavyzdžiui, bakterijose, kurios yra mūsų virškinimo trakto dalis.

Prokariotų morfologija

Bakterijos būna labai įvairios ir nevienalytės morfologijos. Tarp labiausiai paplitusių turime apvalius, vadinamus kokosais. Jie gali būti pateikiami atskirai, poromis, grandinėje, tetraduose ir pan..

Kai kurios bakterijos yra morfologiškai panašios į cukranendrių ir vadinamos bacilėmis. Kaip ir kokosus galima rasti skirtinguose susitarimuose su daugiau nei vienu asmeniu. Taip pat randame spiralinius spirocetus ir tuos, kurie turi komą ar grūdų formą, vadinamą vibrios.

Kiekviena iš šių aprašytų morfologijų gali skirtis skirtingoms rūšims - pavyzdžiui, vienas bacilus gali būti ilgesnis nei kitas arba su daugiau apvalių briaunų - ir yra naudingos nustatant rūšį.

Dauginti

Seksualinė reprodukcija

Reprodukcija bakterijose yra aseksuali ir atsiranda dvejetainiu dalijimu. Šiame procese organizmas pažodžiui „pertrauka į du“, sukeldamas pradinio organizmo klonus. Kad tai įvyktų, turi būti pakankamai išteklių.

Procesas yra gana paprastas: cirkuliacinės DNR replikacijos, sudarančios du identiškus dvigubus sraigtus. Vėliau genetinė medžiaga yra apgyvendinta ląstelių membranoje, o ląstelė pradeda augti, kol ji padvigubėja. Galiausiai ląstelė yra padalinta ir kiekviena iš jų turi apvalią DNR kopiją.

Kai kuriose bakterijose ląstelės gali padalinti medžiagą ir augti, tačiau jos visai nesiskiria ir sudaro tam tikrą grandinę.

Papildomi genetinio kintamumo šaltiniai

Yra genų mainų įvykių tarp bakterijų, kurios leidžia genetinį perdavimą ir rekombinaciją. Tai procesas, panašus į tai, ką žinome kaip seksualinę reprodukciją. Šie mechanizmai yra konjugacija, transformacija ir transdukcija.

Konjugacija susideda iš genetinės medžiagos mainų tarp dviejų bakterijų, naudojant struktūrą, panašią į smulkius plaukus, vadinamus pili arba fimbrias, kurie veikia kaip „tiltas“. Šiuo atveju turi būti fizinis artumas tarp abiejų asmenų.

Transformacija apima plika DNR fragmentų, esančių aplinkoje, priėmimą. Tai reiškia, kad šiame procese antrojo organizmo buvimas nėra būtinas.

Galiausiai turime vertimą, kuriame bakterija įgyja genetinę medžiagą vektoriaus, pavyzdžiui, bakteriofagų (virusų, užkrečiančių bakterijų) pagalba..

Mityba

Bakterijoms reikia medžiagų, kurios garantuoja jų išlikimą ir suteikia jiems būtiną energiją ląstelių procesams. Ląstelėje šios maistinės medžiagos bus absorbuotos.

Apskritai mes galime klasifikuoti maistines medžiagas kaip pagrindines arba bazines (vandens, anglies šaltinių ir azoto junginių), antrines (kaip kai kuriuos jonus: kalį ir magnį) ir mikroelementus, kurių reikia minimaliose koncentracijose (geležies, kobalto)..

Kai kurioms bakterijoms reikia specifinių augimo faktorių, pvz., Vitaminų ir amino rūgščių, ir stimuliuojančių veiksnių, kurie, nors ir nebūtini, padeda augimo procese..

Bakterijų mitybos poreikiai labai skiriasi, tačiau jų žinios yra būtinos, kad galėtų paruošti veiksmingas kultūros terpes, užtikrinančias dominančio organizmo augimą.

Maistinės kategorijos

Bakterijos gali būti klasifikuojamos pagal jų naudojamą anglies šaltinį - organines arba neorganines ir priklausomai nuo gauto energijos šaltinio.

Pagal anglies šaltinį turime dvi grupes: autotrofai arba litotrofai naudoja anglies dioksidą ir heterotrofus arba organotrofus, kuriems reikalingas organinis anglies šaltinis.

Energijos šaltinio atveju mes taip pat turime dvi kategorijas: fototrofus, kurie naudoja energiją, gaunamą iš saulės ar spinduliavimo energijos, ir chemiotrofus, kurie priklauso nuo cheminių reakcijų energijos. Taigi, derinant abi kategorijas, bakterijos gali būti skirstomos į:

Fotoautotrofai

Energija gaunama iš saulės spindulių - tai reiškia, kad jie yra fotosintetiniai, o jų anglies šaltinis yra anglies dioksidas.

Fotoheterotrofai

Jie sugeba panaudoti spinduliuotės energiją jų vystymuisi, tačiau nesugeba įtraukti anglies dioksido. Todėl jie naudoja kitus anglies šaltinius, tokius kaip alkoholiai, riebalų rūgštys, organinės rūgštys ir angliavandeniai.

Chemoautotrofai

Energija gaunama iš cheminių reakcijų ir jie gali įtraukti anglies dioksidą.

Chemoheterotrofai

Jie naudoja energiją, gaunamą iš cheminių reakcijų, o anglis gaunama iš organinių junginių, pvz., Gliukozės, kuri yra labiausiai naudojama - lipidai ir baltymai. Atkreipkite dėmesį, kad energijos šaltinis ir anglies šaltinis abiem atvejais yra tokie patys, todėl šių dviejų skirtumų sunku.

Paprastai mikroorganizmai, kurie laikomi žmogaus patogenais, priklauso šiai paskutinei kategorijai ir naudojami kaip anglies šaltinis jų šeimininkų amino rūgštys ir lipidiniai junginiai..

Metabolizmas

Metabolizmas apima visas kompleksines chemines reakcijas, kurias katalizuoja fermentai, atsirandantys organizme, kad jis galėtų vystytis ir daugintis.

Bakterijose šios reakcijos nesiskiria nuo pagrindinių procesų, kurie vyksta sudėtingesniuose organizmuose. Tiesą sakant, mes turime kelis maršrutus, kuriuos dalijasi abi organizmų linijos, pvz., Glikolizė.

Metabolizmo reakcijos skirstomos į dvi pagrindines grupes: biosintezę arba anabolines reakcijas, ir skaidymo ar katabolines reakcijas, kurios atsiranda cheminės energijos gamybai..

Katabolinės reakcijos išskiria energiją, kurią organizmas naudoja savo komponentų biosintezei.

Pagrindiniai skirtumai su eukariotinėmis ląstelėmis

Prokariotai skiriasi nuo prokariotų, daugiausia struktūrinio ląstelės sudėtingumo ir jo viduje vykstančių procesų. Toliau aprašysime pagrindinius skirtumus tarp abiejų linijų:

Dydis ir sudėtingumas

Paprastai prokariotinės ląstelės yra mažesnės nei eukariotų. Pirmoji skersmuo yra nuo 1 iki 3 μm, priešingai nei eukariotinė ląstelė, kuri gali pasiekti 100 μm. Tačiau yra keletas išimčių.

Nors prokariotiniai organizmai yra vienaląsčiai ir mes negalime jų stebėti plika akimi (išskyrus atvejus, kai stebime bakterijų kolonijas), neturėtume naudoti savybių, kad būtų galima atskirti abi grupes. Eukariotuose taip pat randame vienaląsčius organizmus.

Tiesą sakant, viena iš sudėtingiausių ląstelių yra vienaląsčiai eukariotai, nes jie turi turėti visas struktūras, būtinas jų vystymuisi, apsiribojančioms ląstelių membrana. Žanrai Paramecium ir Trypanosoma jie yra puikus pavyzdys.

Kita vertus, yra labai sudėtingų prokariotų, tokių kaip cianobakterijos (prokariotinė grupė, kurioje vyko fotosintezės reakcijos)..

Pagrindinė

Žodis „prokariotas“ reiškia branduolio nebuvimą (pro = anksčiau; karyonas = branduolys), o eukariotai turi tikrą branduolį (eu = tiesa). Taigi šios dvi grupės yra atskiriamos šio svarbaus organelio buvimu.

Prokariotuose genetinė medžiaga yra pasiskirstyta konkrečiame ląstelių, vadinamų nukleoidais, regione, ir tai nėra tikras branduolys, nes jis nėra apribotas lipidų membrana..

Eukariotai turi apibrėžtą branduolį ir juos supa dviguba membrana. Ši struktūra yra labai sudėtinga, nes jame yra įvairių sričių, pavyzdžiui, branduolio. Be to, šis organelis gali sąveikauti su ląstelės vidine aplinka dėl branduolinių porų buvimo.

Genetinės medžiagos organizavimas

Prokariotai DNR sudaro nuo 0,6 iki 5 milijonų bazinių porų, ir manoma, kad jie gali koduoti iki 5000 skirtingų baltymų. 

Prokariotiniai genai yra suskirstyti į subjektus, vadinamus operonais, kaip ir žinoma operono laktozė, o eukariotiniai genai nėra.

Genuose galime išskirti du „regionus“: intronus ir eksonus. Pirmosios yra dalys, kurios neapkoduoja baltymų ir kurios trikdo koduojančius regionus, vadinamus eksonais. Intronai yra dažni eukariotiniuose genuose, bet ne prokariotuose.

Prokariotai paprastai yra haploidai (viena genetinė apkrova), o eukariotai turi ir haploidinių, ir polipoidinių apkrovų. Pavyzdžiui, mes, žmonės, yra diploidai. Taip pat prokariotai turi daugiau nei vieną chromosomą ir eukariotų.

Genetinės medžiagos sutankinimas

Ląstelių branduolyje eukariotai turi sudėtingą DNR organizaciją. Ilga DNR kryptis (apytiksliai du metrai) gali sukti taip, kad ją būtų galima integruoti į branduolį, o skaidymo procesų metu juos galima vizualizuoti mikroskopu chromosomų pavidalu..

Šis DNR sutankinimo procesas apima baltymų seriją, galinčią surišti prie krypties ir formuoti struktūras, panašias į perlų karolį, kur siūlas yra vaizduojamas DNR ir perlų perlų. Šie baltymai vadinami histonais.

Histonai evoliucijos metu buvo plačiai išsaugoti. Tai reiškia, kad mūsų histonai yra neįtikėtinai panašūs į pelę arba eiti toliau nuo vabzdžio. Struktūriškai jie turi daug teigiamai įkrautų aminorūgščių, kurios sąveikauja su neigiamais DNR krūviais.

Prokariotuose aptikti tam tikri baltymai, homologiški histonams, kurie paprastai žinomi kaip histonai-patinka. Šie baltymai prisideda prie genų ekspresijos, DNR rekombinacijos ir replikacijos kontrolės, ir, kaip ir histonai eukariotuose, dalyvauja nukleoidiniame organizme..

Organiniai

Eukariotinėse ląstelėse galima nustatyti labai sudėtingų subcelluliarinių skyrių seriją, kuri atlieka specifines funkcijas.

Svarbiausia yra mitochondrija, atsakinga už ląstelių kvėpavimo procesus ir ATP susidarymą, o augaluose išsiskiria chloroplastai su trijų membranų sistema ir reikalinga fotosintezės technika..

Be to, mes turime „Golgi“ sudėtingą, sklandų ir šiurkštų endoplazminį retikulą, vakuolus, lizosomas, peroksisomus..

Ribosomos struktūra

Ribosomos sudaro mašinas, būtinas baltymų sintezei, todėl jos turi būti tiek eukariotuose, tiek prokariotuose. Nors tai yra nepakeičiama abiejų struktūrų struktūra, ji iš esmės skiriasi.

Ribosomas susideda iš dviejų subvienetų: vienas didelis ir vienas mažas. Kiekvienas subvienetas identifikuojamas parametru, vadinamu sedimentacijos koeficientu.

Prokariotuose didelis subvienetas yra 50S, o mažas subvienetas - 30S. Visa struktūra vadinama 70S. Ribosomos yra išsklaidytos citoplazmoje, kur jos atlieka savo užduotis.

Eukariotams yra didesnės ribosomos, didelis subvienetas yra 60S, mažas yra 40S, o visas ribosomas žymimas 80S verte. Jos yra daugiausia įtvirtintos neapdorotame endoplazminiame tinklelyje.

Ląstelių sienelė

Ląstelės sienelė yra esminis elementas, skirtas susidoroti su osmotiniu stresu ir tarnauja kaip apsauginė barjeras nuo galimų pažeidimų. Beveik visi prokariotai ir kai kurios eukariotų grupės turi ląstelių sienelę. Skirtumas kyla dėl cheminio jo pobūdžio.

Bakterinė siena susideda iš peptidoglikano, polimero, sudaryto iš dviejų struktūrinių elementų: N-acetil-gliukozamino ir N-acetiluramano rūgšties, susietos β-1,4 tipo ryšiais.

Eukariotinėje linijoje taip pat yra ląstelių su sienomis, daugiausia kai kuriuose grybuose ir visuose augaluose. Didžiausias grybų sienelės junginys yra chitinas ir augaluose - celiuliozė, daugelio gliukozės vienetų sudarytas polimeras..

Ląstelių padalijimas

Kaip aptarta aukščiau, prokariotai yra padalinti iš dvejetainio dalijimosi. Eukariotai turi sudėtingą padalijimo sistemą, apimančią skirtingus branduolinio suskirstymo etapus, ar tai būtų mitozė, ar miozė.

Filogenija ir klasifikacija

Paprastai esame įpratę apibrėžti rūšį pagal E. Mayr 1989 m. Pasiūlytą biologinę koncepciją: „krikščionių kryžminių natūralių populiacijų grupės, kurios yra reprodukciškai izoliuotos nuo kitų grupių“.

Šios sąvokos taikymas aseksualinėms rūšims, kaip ir prokariotų atveju, yra neįmanomas. Todėl, siekiant klasifikuoti šiuos organizmus, turi būti dar vienas būdas priartėti prie rūšies sampratos.

Pasak Rosselló-Mora et al. (2011), phylo-phenetic koncepcija puikiai tinka šiai linijai: „monofilinis ir genomiškai nuoseklus atskirų organizmų rinkinys, kuriame yra didelis bendras panašumas daugelyje nepriklausomų savybių, ir yra diagnozuojamas diskriminacine fenotipine savybe“..

Anksčiau visi prokariotai buvo suskirstyti į vieną „domeną“, kol Carl Woese pasiūlė, kad gyvenimo medis turėtų turėti tris pagrindines šakas. Pagal šią klasifikaciją prokariotai apima du domenus: Archaea ir Bacteria.

Bakterijose randame penkias grupes: proteobakterijas, chlamidijas, spirocetus, cianobakterijas ir gramteigiamas bakterijas. Taip pat turime keturias pagrindines grupes: Euryarchaeota, Grupo TACK, Asgard ir Grupo DPANN.

Naujos perspektyvos

Viena iš labiausiai paplitusių sąvokų biologijoje yra prokariotinio citozolio paprastumas. Tačiau nauji įrodymai rodo, kad yra potenciali organizacija prokariotinėse ląstelėse. Šiuo metu mokslininkai bando nugriauti organinių, citoskeletinių ir kitų savybių nebuvimą šioje vienaląsčioje linijoje.

Organiniai organai prokariotuose

Šio naujojo ir prieštaringo pasiūlymo autoriai užtikrina, kad eukariotinėse ląstelėse yra suskirstymo lygiai, daugiausia baltymų ir ląstelių ląstelių ribose..

Pasak šios idėjos gynėjų, organelis yra skyrius, apsuptas biologinės membranos, turinčios nustatytą biocheminę funkciją. Tarp šių "organelių", kurie atitinka šį apibrėžimą, turime, be kita ko, lipidų kūnus, karboksisomas, dujų vakuolus..

Magnetosomos

Vienas iš įdomiausių bakterijų skyrių yra magnetosomos. Šios struktūros yra susijusios su tam tikrų bakterijų panašumu Magnetospirilumas o Magnetokokas - naudoti magnetinius laukus orientacijai.

Struktūriškai jie yra nedideli 50 nanometrų korpusai, apsupti lipidų membranos, kurios interjerą sudaro magnetiniai mineralai.

Fotosintezės membranos

Be to, kai kurie prokariotai turi „fotosintetines membranas“, kurios yra labiausiai ištirtos šių organizmų skyriai.

Šios sistemos maksimaliai padidina fotosintezės efektyvumą, padidina prieinamų fotosintezės baltymų skaičių ir maksimaliai padidina šviesos paviršių..

Padaliniai Planktomicetai

Nebuvo įmanoma surasti patikimo evoliucinio kelio iš šių minėtų skyrių į labai sudėtingus eukariotų organelius.

Tačiau žanras Planktomicetai Jame yra viduje viduje esančių skyrių, kurie primena patys organelius ir gali būti pasiūlyti kaip eukariotų bakterinis protėvis. Žanre Pirellula yra chromosomų ir ribosomų, apsuptų biologinių membranų.

Cytoskeleto komponentai

Panašiai yra ir tam tikrų baltymų, kurie istoriškai buvo laikomi unikaliais eukariotams, įskaitant pagrindinius gijų, kurie yra cytoskeleto dalis: tubulinas, aktinas ir tarpiniai gijos.

Naujausi tyrimai pavyko nustatyti tubulino homologinius baltymus (FtsZ, BtuA, BtuB ir kt.), Aktino (MreB ir Mb1) ir tarpinių gijų (CfoA)..

Nuorodos

  1. Cooper, G. M. (2000). Ląstelė: molekulinis metodas. „Sinauer Associates“.
  2. Dorman, C. J., ir Deighan, P. (2003). Genų ekspresijos reguliavimas pagal histono tipo baltymus bakterijose. Dabartinė nuomonė dėl genetikos ir vystymosi, 13(2), 179-184.
  3. Guerrero, R., ir Berlanga, M. (2007). Paslėpta prokariotinės ląstelės pusė: iš naujo atrasti mikrobų pasaulį. Tarptautinė mikrobiologija, 10(3), 157-168.
  4. Murat, D., Byrne, M., & Komeili, A. (2010). Prokariotinių organelių ląstelių biologija. Cold Spring Harbor perspektyvos biologijoje, a000422.
  5. Rosselló-Mora, R., & Amann, R. (2001). Prokariotų rūšis. FEMS mikrobiologijos apžvalgos, 25(1), 39-67.
  6. Slesarevas, A.I., Belova, G.I., Kozyavkin, S.A., & Lake, J.A. (1998). Ankstyvosios histonų H2A ir H4 prokariotinės kilmės įrodymai prieš eukariotų atsiradimą. Nukleino rūgščių tyrimai, 26(2), 427-430.
  7. Souza, W. D. (2012). Prokariotinės ląstelės. „Oswaldo Cruz“ instituto prisiminimai, 107(3), 283-293.