Karakteristike prokariotskih stanica, stanična struktura, tipovi



prokariotske stanice oni su jednostavne strukture i bez jezgre ograničene plazmatskom membranom. Organizmi povezani s ovim tipom stanica su jednoćelijski, iako se mogu grupirati i formirati sekundarne strukture, kao što su lanci.

Od tri domene života koje je predložio Carl Woese, prokarioti odgovaraju bakterijama i arhejama. Preostala domena, Eucarya, sastoji se od eukariotskih stanica, većih, složenijih i s ograničenom jezgrom.

Jedna od najvažnijih dihotomija u biološkim znanostima je razlika između eukariotske stanice i prokariotske stanice. Povijesno gledano, prokariotski organizam se smatra jednostavnim, bez unutarnje organizacije, bez organela i bez citoskeleta. Međutim, novi dokazi uništavaju ove paradigme.

Na primjer, strukture su identificirane u prokariotima koji se potencijalno mogu smatrati organelima. Isto tako, nađeni su proteini homologni proteinima eukariota koji formiraju citoskelet.

Prokarioti su vrlo raznoliki u svojoj prehrani. Mogu koristiti svjetlost sunca i energiju sadržanu u kemijskim vezama kao izvor energije. Također mogu koristiti različite izvore ugljika, kao što su ugljični dioksid, glukoza, aminokiseline, proteini, među ostalima..

Prokariote se aseksualno dijele binarnom fisijom. U tom procesu organizam replicira svoju kružnu DNK, povećava njen volumen i konačno je dijeli u dvije identične stanice.

Međutim, postoje mehanizmi razmjene genetskog materijala koji generiraju varijabilnost u bakterijama, kao što je transdukcija, konjugacija i transformacija.

indeks

  • 1 Opće karakteristike
  • 2 Struktura
  • 3 Vrste prokariota
  • 4 Morfologija prokariota
  • 5 Reprodukcija
    • 5.1 Aseksualna reprodukcija
    • 5.2 Dodatni izvori genetske varijabilnosti
  • 6 Prehrana
    • 6.1 Hranjive kategorije
    • 6.2 Fotoautotrofi
    • 6.3 Fotoheterotrofi
    • 6.4 Chemoautotrofi
    • 6.5 Chemoheterotrofi
  • 7 Metabolizam
  • 8 Temeljne razlike s eukariotskim stanicama
    • 8.1 Veličina i složenost
    • 8.2 Jezgra
    • 8.3 Organizacija genetskog materijala
    • 8.4 Zbijanje genetskog materijala
    • 8.5 Organele
    • 8.6 Struktura ribosoma
    • 8.7 Stanični zid
    • 8.8 Podjela stanica
  • 9 Filogenija i klasifikacija
  • 10 Nove perspektive
    • 10.1 Organele u prokariotima
    • 10.2 Magnetosomi
    • 10.3 Fotosintetske membrane
    • 10.4 Odjeli u planktomicetama
    • 10.5 Komponente citoskeleta
  • 11 Reference

Opće karakteristike

Prokarioti su relativno jednostavni jednostanični organizmi. Najistaknutija karakteristika koja identificira ovu skupinu je odsutnost prave jezgre. Podijeljeni su u dvije velike grane: prave bakterije ili eubakterije i arhebakterije.

Kolonizirali su gotovo sva moguća staništa, od vode i tla do unutrašnjosti drugih organizama, uključujući ljudsko biće. Naime, arheobakterije nastanjuju područja s temperaturama, salinitetom i ekstremnim pH.

struktura

Arhitektonska shema tipičnog prokariota je, bez sumnje, ona Escherichia coli, bakterija koja normalno živi u našem gastrointestinalnom traktu.

Oblik stanice nalikuje trsku i ima 1 um promjera i 2 um duljine. Prokarioti su okruženi staničnom stijenkom, sastavljenom uglavnom od polisaharida i peptida.

Bakterijska stanična stijenka je vrlo važna karakteristika i prema strukturi omogućuje uspostavljanje sustava klasifikacije u dvije velike skupine: gram pozitivne i gram negativne bakterije.

Nakon stanične stijenke nalazimo membranu (zajednički element između prokariota i eukariota) lipidne prirode s nizom protetskih elemenata ugrađenih u njega koji odvaja organizam od okoline.

DNA je kružna molekula smještena u specifičnoj regiji koja nema nikakvu vrstu membrane ili odvajanje s citoplazmom.

Citoplazma pokazuje grubi izgled i ima oko 3000 ribosoma - struktura odgovornih za sintezu proteina.

Vrste prokariota

Trenutni prokarioti su sastavljeni od velikog broja bakterija koje su podijeljene u dvije glavne domene: Eubacteria i Archaebacteria. Prema dokazima, čini se da su se te skupine vrlo rano razišle u evoluciji.

Arheobakterije su skupina prokariota koji općenito žive u okolinama čiji su uvjeti neuobičajeni, kao što su temperature ili visoki salinitet. Danas su ti uvjeti rijetki, ali bi mogli prevladati u primitivnoj zemlji.

Na primjer, termoacidofili žive u područjima gdje temperatura doseže maksimum od 80 ° C i pH od 2.

S druge strane, eubakterije žive u zajedničkom okruženju za nas ljude. Oni mogu naseljavati tlo, vodu ili živjeti u drugim organizmima - poput bakterija koje su dio našeg probavnog trakta.

Morfologija prokariota

Bakterije dolaze u nizu vrlo raznolikih i heterogenih morfologija. Među najčešćim su zaobljeni koji se nazivaju kokos. One se mogu prikazati pojedinačno, u parovima, u lancu, u tetradama itd..

Neke bakterije su morfološki slične štapiću i zovu se bacili. Kao što se kokosi mogu naći u različitim aranžmanima s više od jednog pojedinca. Također nalazimo spirohete u obliku spirale i one koje imaju komu ili oblik zrna zvanu vibrios.

Svaka od ovih opisanih morfologija može varirati između različitih vrsta - na primjer, jedan bacil može biti izduženiji od drugog ili s više zaobljenih rubova - i korisni su pri identificiranju vrste..

reprodukcija

Seksualna reprodukcija

Razmnožavanje u bakterijama je aseksualno i događa se kroz binarnu fisiju. U tom procesu organizam doslovno "razbija na dva", rezultirajući klonovima početnog organizma. Da bi se to dogodilo, mora postojati dovoljno resursa.

Proces je relativno jednostavan: kružna DNA replicira, formirajući dvije identične dvostruke spirale. Nakon toga se genetski materijal smješta u staničnu membranu i stanica počinje rasti, sve dok ne udvostruči svoju veličinu. Stanica je konačno podijeljena i svaki dobiveni dio posjeduje kružnu DNA kopiju.

U nekim bakterijama stanice mogu podijeliti materijal i rasti, ali se uopće ne dijele i formiraju neku vrstu lanca.

Dodatni izvori genetske varijabilnosti

Postoje događaji razmjene gena između bakterija koje omogućuju genetski prijenos i rekombinaciju, proces sličan onome što znamo kao spolnu reprodukciju. Ti mehanizmi su konjugacija, transformacija i transdukcija.

Konjugacija se sastoji od razmjene genetskog materijala između dvije bakterije pomoću strukture slične finim dlakama zvanim pili ili fimbrias, koja djeluje kao "most". U tom slučaju mora postojati fizička bliskost između oba pojedinca.

Transformacija uključuje uzimanje fragmenata gole DNA u okolišu. To jest, u ovom procesu nije potrebno prisustvo drugog organizma.

Konačno imamo prijevod, gdje bakterija stječe genetski materijal pomoću vektora, na primjer bakteriofaga (virusi koji inficiraju bakterije).

ishrana

Bakterijama su potrebne tvari koje jamče njihov opstanak i koje im daju potrebnu energiju za stanične procese. Stanica će uzeti ove hranjive tvari apsorpcijom.

Općenito možemo razvrstati hranjive tvari kao esencijalne ili bazične (voda, izvori ugljika i dušikovi spojevi), sekundarne (kao što su neki ioni: kalij i magnezij) i elemente u tragovima koji su potrebni u minimalnim koncentracijama (željezo, kobalt).

Neke bakterije trebaju specifične faktore rasta, kao što su vitamini i aminokiseline i stimulativni čimbenici koji, iako nisu bitni, pomažu u procesu rasta.

Prehrambene potrebe bakterija su vrlo različite, ali njihovo znanje je potrebno da bi se mogli pripremiti djelotvorni mediji kulture koji osiguravaju rast organizma od interesa..

Nutritivne kategorije

Bakterije se mogu klasificirati prema izvoru ugljika koji koriste, bilo organski ili anorganski, ovisno o izvoru energije.

Prema izvoru ugljika imamo dvije skupine: autotrofi ili litotrofi koriste ugljični dioksid i heterotrofne ili organotrofne koji zahtijevaju izvor organskog ugljika..

U slučaju izvora energije imamo i dvije kategorije: fototrofi koji koriste energiju koja dolazi od sunca ili energiju zračenja i kemotrofe koji ovise o energiji kemijskih reakcija. Dakle, kombiniranjem obje kategorije bakterije se mogu svrstati u:

photoautotrophic

Energija se dobiva iz sunčeve svjetlosti - što znači da su fotosintetski aktivne - a njihov izvor ugljika je ugljični dioksid.

photoheterotrophs

Oni mogu koristiti zračnu energiju za svoj razvoj, ali ne mogu ugrađivati ​​ugljični dioksid. Stoga koriste druge izvore ugljika, kao što su alkoholi, masne kiseline, organske kiseline i ugljikohidrati.

chemoautotrophs

Energija se dobiva iz kemijskih reakcija i oni mogu ugraditi ugljični dioksid.

chemoheterotrophs

Oni koriste energiju koja dolazi iz kemijskih reakcija, a ugljik dolazi od organskih spojeva, kao što su glukoza - koja je najčešće korištena - lipidi i proteini. Imajte na umu da su izvor energije i izvor ugljika isti u oba slučaja, tako da je teško razlikovati to dvoje.

Općenito, mikroorganizmi koji se smatraju patogenima ljudskog bića pripadaju ovoj posljednjoj kategoriji i koriste kao izvor ugljika aminokiseline i lipidne spojeve njihovih domaćina.

metabolizam

Metabolizam uključuje sve složene kemijske reakcije koje kataliziraju enzimi koji se javljaju unutar organizma tako da se može razviti i reproducirati.

U bakterijama se te reakcije ne razlikuju od osnovnih procesa koji se javljaju u složenijim organizmima. Zapravo, imamo više putova koje dijele obje linije organizama, kao što je npr. Glikoliza.

Reakcije metabolizma svrstane su u dvije glavne skupine: biosinteza ili anaboličke reakcije, te degradacija ili kataboličke reakcije koje se događaju kako bi se postigla proizvodnja kemijske energije..

Kataboličke reakcije oslobađaju energiju koju organizam koristi za biosintezu svojih komponenti.

Temeljne razlike s eukariotskim stanicama

Prokarioti se razlikuju od prokariota uglavnom u strukturalnoj složenosti stanice i u procesima koji se u njoj pojavljuju. Zatim ćemo opisati glavne razlike između oba roda:

Veličina i složenost

Općenito, prokariotske stanice su manje od eukariota. Prvi imaju promjere između 1 i 3 μm, za razliku od eukariotske stanice koja može doseći 100 μm. Međutim, postoje neke iznimke.

Iako su prokariotski organizmi jednoćelični i ne možemo ih promatrati golim okom (osim ako ne promatramo, na primjer, bakterijske kolonije), ne bismo trebali koristiti obilježja za razlikovanje između obje skupine. Kod eukariota nalazimo i jednoćelijske organizme.

Zapravo, jedna od najsloženijih stanica su jednoćelijski eukarioti, jer moraju sadržavati sve strukture potrebne za njihov razvoj ograničene na staničnu membranu. Žanrovi papučica i Trypanosoma oni su izvanredni primjeri ovoga.

S druge strane, postoje vrlo složeni prokarioti, kao što su cijanobakterije (prokariotska skupina u kojoj se odvija evolucija fotosintetskih reakcija)..

srž

Riječ "prokariot" odnosi se na odsutnost jezgre (profesionalac = prije; karyon = jezgra) dok eukarioti imaju pravu jezgru (eu = true). Stoga su ove dvije skupine odvojene prisutnošću ove važne organele.

U prokariotima je genetski materijal raspodijeljen u specifičnoj regiji stanice koja se naziva nukleoid - i nije prava jezgra jer nije ograničena lipidnom membranom..

Eukarioti imaju definiranu jezgru i okruženi dvostrukom membranom. Ova struktura je iznimno složena i predstavlja različita područja u unutrašnjosti kao što je npr. Nukleolus. Osim toga, ova organela može stupiti u interakciju s unutarnjom okolinom stanice zahvaljujući prisutnosti nuklearnih pora.

Organizacija genetskog materijala

Prokarioti sadrže od 0,6 do 5 milijuna parova baza u njihovoj DNA i procjenjuje se da mogu kodirati do 5000 različitih proteina. 

Prokariotski geni organizirani su u entitete koji se nazivaju operoni - kao i poznati operon laktoza - dok eukariotski geni ne.

U genima možemo razlikovati dvije "regije": introne i egzone. Prvi su dijelovi koji ne kodiraju protein i koji ometaju kodirajuće regije, koje se nazivaju egzoni. Introni su česti u eukariotskim genima, ali ne u prokariotima.

Prokarioti su općenito haploidni (jedno genetsko opterećenje), a eukarioti imaju i haploidna i poliploidna opterećenja. Na primjer, mi ljudi smo diploidi. Isto tako, prokarioti imaju više od jednog kromosoma i eukariota.

Zbijanje genetskog materijala

Unutar stanične jezgre eukarioti pokazuju složenu organizaciju DNA. Dugi pramen DNA (približno dva metra) može se namotati na takav način da se može integrirati u jezgru i, tijekom procesa podjele, može se vizualizirati pod mikroskopom u obliku kromosoma..

Ovaj proces zbijanja DNA uključuje niz proteina koji se mogu vezati za traku i oblikovati strukture koje nalikuju bisernoj ogrlici, gdje je nit predstavljena DNA i perlicama od bisera. Ovi proteini nazivaju se histoni.

Histoni su široko konzervirani tijekom evolucije. To jest, naši histoni su nevjerojatno slični onima miša, ili idu dalje od insekata. Strukturno, oni posjeduju veliki broj pozitivno nabijenih aminokiselina koje djeluju u interakciji s negativnim nabojem DNA.

U prokariotima su pronađeni određeni proteini homologni histonima koji su općenito poznati kao histoni-kao. Ovi proteini doprinose kontroli ekspresije gena, rekombinaciji i replikaciji DNA i, poput histona u eukariota, sudjeluju u organizaciji nukleoida.

organele

U eukariotskim stanicama može se identificirati niz vrlo složenih podstaničnih odjeljaka koji obavljaju specifične funkcije.

Najznačajniji su mitohondriji, odgovorni za procese staničnog disanja i generacije ATP-a, au biljkama se ističu kloroplasti, sa svojim tri-membranskim sustavom i potrebnim strojevima za fotosintezu..

Također, imamo i Golgijev kompleks, glatke i grube endoplazmatske retikulume, vakuole, lizosome, peroksizome,.

Struktura ribosoma

Ribosomi obuhvaćaju strojeve potrebne za sintezu proteina, tako da moraju biti prisutni i kod eukariota i kod prokariota. Iako je za oba dijela prijeko potrebna, razlikuje se pretežno po veličini.

Ribosomi se sastoje od dvije podjedinice: jedna velika i jedna mala. Svaka podjedinica je identificirana parametrom koji se naziva koeficijent sedimentacije.

U prokariotima, velika podjedinica je 50S, a mala podjedinica je 30S. Cjelokupna struktura naziva se 70S. Ribosomi su raspršeni u citoplazmi, gdje obavljaju svoje zadatke.

Eukarioti imaju veće ribosome, velika podjedinica je 60S, mala je 40S, a cijeli ribosom je označen vrijednošću 80S. Nalaze se uglavnom usidrenim u grubi endoplazmatski retikulum.

Stanični zid

Stanična stijenka je bitan element za rješavanje osmotskog stresa i služi kao zaštitna barijera protiv mogućih oštećenja. Gotovo svi prokarioti i neke skupine eukariota imaju staničnu stijenku. Razlika leži u njezinoj kemijskoj prirodi.

Bakterijska stijenka sastoji se od peptidoglikana, polimera sastavljenog od dva strukturna elementa: N-acetil-glukozamina i N-acetilmuramske kiseline, međusobno povezanih vezama tipa β-1,4..

Unutar eukariotske loze nalaze se i stanice sa zidovima, uglavnom u nekim gljivama iu svim biljkama. Najzastupljeniji sastojak u stijenkama gljiva je hitin, au biljkama celuloza, polimer koji se formira od mnogih jedinica glukoze.

Podjela stanica

Kao što je gore razmotreno, prokarioti su podijeljeni binarnom fisijom. Eukarioti imaju složen sustav podjele koji uključuje različite faze nuklearnog dijeljenja, bilo mitoze ili mejoze.

Filogenija i klasifikacija

Općenito smo navikli na određivanje vrste u skladu s biološkim konceptom koji je E. Mayr predložio 1989. godine: "skupine isprepletenih prirodnih populacija koje su reproduktivno izolirane od drugih skupina".

Primjena ovog koncepta na aseksualne vrste, kao što je slučaj s prokariotima, nije moguća. Stoga mora postojati drugi način pristupa konceptu vrsta kako bi se ti organizmi klasificirali.

Prema Rosselló-Mora i sur. (2011), filofenetski koncept dobro se uklapa u ovu liniju: "monofiletički i genomski koherentan skup pojedinačnih organizama koji pokazuju visok stupanj opće sličnosti u mnogim nezavisnim karakteristikama i dijagnosticira se diskriminativnim fenotipskim svojstvom".

Prije su se svi prokarioti svrstali u jednu "domenu", sve dok Carl Woese nije predložio da drvo života ima tri glavne grane. Slijedeći ovu klasifikaciju, prokarioti obuhvaćaju dvije domene: Archaea i Bacteria.

Unutar bakterija nalazimo pet skupina: proteobakterije, klamide, spirohete cijanobakterije i gram-pozitivne bakterije. Isto tako, imamo četiri glavne skupine arhea: Euryarchaeota, Grupo TACK, Asgard i Grupo DPANN.

Nove perspektive

Jedan od najrasprostranjenijih pojmova u biologiji je jednostavnost prokariotskog citosola. Međutim, novi dokazi sugeriraju da postoji potencijalna organizacija u prokariotskim stanicama. Trenutno, znanstvenici pokušavaju srušiti dogmu o odsustvu organela, citoskeleta i drugih obilježja u ovoj jednoćelijskoj liniji.

Organele u prokariotima

Autori ovog novog i kontroverznog prijedloga uvjeravaju da postoje razine kompartmentalizacije u eukariotskim stanicama, uglavnom u strukturama razgraničenim proteinima i unutarstaničnim lipidima..

Prema braniteljima ove ideje, organele je odjeljak okružen biološkom membranom s određenom biokemijskom funkcijom. Među tim "organelama" koje odgovaraju ovoj definiciji imamo lipidna tijela, karboksisome, vakuole plina, između ostalih.

magnetosomes

Jedan od najfascinantnijih odjeljaka bakterija su magnetosomi. Ove su strukture povezane s kapacitetom određenih bakterija Magnetospirillum ili Magnetococcus - korištenja magnetskih polja za orijentaciju.

Strukturno oni predstavljaju malo tijelo od 50 nanometara okruženo lipidnom membranom, čija se unutrašnjost sastoji od magnetskih minerala.

Fotosintetske membrane

Osim toga, neki prokarioti imaju "fotosintetske membrane", koje su najčešće proučavani odjeljci u tim organizmima..

Ovi sustavi rade na maksimiziranju učinkovitosti fotosinteze, povećanju dostupnog broja fotosintetskih proteina i maksimiziranju površine membrane koja je izložena svjetlu.

Odjeli u planctomycetes

Nije bilo moguće pratiti uvjerljivi evolucijski put od gore spomenutih odjeljaka do vrlo složenih organela eukariota.

Međutim, žanr planctomycetes U njemu se nalazi niz odjeljaka koji podsjećaju same organele i mogu se predložiti kao bakterijski predak eukariota. U žanru Pirellula postoje kromosomi i ribosomi okruženi biološkim membranama.

Komponente citoskeleta

Slično tome, postoje određeni proteini koji su se povijesno smatrali jedinstvenim za eukariote, uključujući esencijalne filamente koji su dio citoskeleta: tubulin, aktin i intermedijerni filamenti.

Novija istraživanja su uspjela identificirati bjelančevine homologne tubulinu (FtsZ, BtuA, BtuB i druge), aktinu (MreB i Mb1) i intermedijernim filamentima (CfoA).

reference

  1. Cooper, G. M. (2000). Stanica: Molekularni pristup. Sinauer Associates.
  2. Dorman, C.J., & Deighan, P. (2003). Regulacija ekspresije gena proteina nalik histonima u bakterijama. Aktualno mišljenje o genetici i razvoju, 13(2), 179-184.
  3. Guerrero, R., i Berlanga, M. (2007). Skrivena strana prokariotske stanice: ponovno otkrivanje mikrobnog svijeta. Međunarodna mikrobiologija, 10(3), 157-168.
  4. Murat, D., Byrne, M., i Komeili, A. (2010). Biologija stanica prokariotskih organela. Cold Spring Harbor perspektive u biologiji, a000422.
  5. Rosselló-Mora, R., i Amann, R. (2001). Koncept vrsta za prokariote. FEMS recenzije mikrobiologije, 25(1), 39-67.
  6. Slesarev, A.I., Belova G.I., Kozyavkin, S.A., & Lake, J.A. (1998). Dokazi za rano prokariotsko podrijetlo histona H2A i H4 prije pojave eukariota. Istraživanje nukleinskih kiselina, 26(2), 427-430.
  7. Souza, W.D. (2012). Prokariotske stanice: strukturna organizacija citoskeleta i organela. Sjećanja na Institut Oswaldo Cruz, 107(3), 283-293.