Prokarióta sejtek jellemzői, sejtstruktúra, típusok

az prokarióta sejtek ezek egyszerű szerkezetek és a plazmamembrán által határolt mag nélkül. Az ehhez a sejttípushoz kapcsolódó szervezetek egysejtűek, bár csoportosíthatók és másodlagos szerkezeteket képezhetnek, például láncokat.

A Carl Woese által javasolt három életterület közül a prokarióták megfelelnek a baktériumoknak és az Archaea-nak. A fennmaradó tartomány, az Eucarya, eukarióta sejtekből áll, nagyobb, bonyolultabb és határolt maggal.

A biológiai tudományok egyik legfontosabb dichotómiája az eukarióta sejt és a prokarióta sejt közötti különbség. Történelmi szempontból egy prokarióta szervezet egyszerű, belső szervezet nélkül, organellák nélkül és citoszkeleton hiányában tekinthető. Az új bizonyítékok azonban elpusztítják ezeket a paradigmákat.

Például a prokariótákban olyan struktúrákat azonosítottak, amelyek potenciálisan organelláknak tekinthetők. Hasonlóképpen, a citoszkeletont alkotó eukarióták fehérjéivel homológ fehérjéket találtak.

A prokarióták nagyon eltérőek a táplálkozásban. Energiaforrásként használhatják a nap fényét és a kémiai kötések energiáját. Különböző szénforrásokat is használhatnak, mint például szén-dioxid, glükóz, aminosavak, fehérjék..

A prokariótákat aszimmetrikusan bináris hasadással osztják fel. Ebben a folyamatban a szervezet replikálja a körkörös DNS-t, növeli annak térfogatát, és végül két azonos sejtbe osztja.

Vannak azonban olyan mechanizmusok a genetikai anyag cseréjére, amelyek a baktériumokban variabilitást hoznak létre, például transzdukció, konjugáció és transzformáció.

index

• 1 Általános jellemzők
• 2 Szerkezet
• 3 A prokarióták típusai
• 4 A prokarióták morfológiája
• 5 Szaporodás
  • 5.1 Szexuális reprodukció
  • 5.2 A genetikai variabilitás további forrásai
• 6 Táplálkozás
  • 6.1 Tápláló kategóriák
  • 6.2 Photoautotrófok
  • 6.3 Fotoheterotrófok
  • 6.4. Chemoautotrophok
  • 6.5. Chemoheterotrofok
• 7 Metabolizmus
• 8 Alapvető különbségek az eukarióta sejtekkel
  • 8.1 Méret és összetettség
  • 8.2
  • 8.3 A genetikai anyag szervezése
  • 8.4 A genetikai anyag tömörítése
  • 8.5 Szervek
  • 8.6 A riboszóma szerkezete
  • 8.7 Sejtfal
  • 8.8 Cellaelosztás
• 9 Filogenizmus és osztályozás
• 10 Új perspektívák
  • 10.1 A prokarióták szervei
  • 10.2 Mágnesoszomok
  • 10.3 A fotoszintetikus membránok
  • 10.4 A Planctomycetesben lévő rekeszek
  • 10.5 A citoszkeleton komponensei
• 11 Hivatkozások

Általános jellemzők

A prokarióták viszonylag egyszerű egysejtű szervezetek. A csoport legismertebb jellemzője a valódi mag hiánya. Két nagy ágra oszlanak: igaz baktériumok vagy eubaktériumok és archaebacteriumok.

Szinte minden elképzelhető élőhelyet, a vizet és a talajtól a többi szervezetbe, beleértve az embert is, kolonizálták. Pontosabban, az archaebaktériumok olyan területeken élnek, ahol hőmérséklet, sótartalom és szélsőséges pH érték van.

struktúra

Egy tipikus prokarióta építészeti rendszere kétségtelenül az Escherichia coli, olyan baktérium, amely általában a gyomor-bélrendszerünkben él.

A sejtforma hasonlít egy nádra, és 1 um átmérőjű és 2 um hosszúságú. A prokariótákat sejtfal veszi körül, amely főleg poliszacharidokból és peptidekből áll.

A bakteriális sejtfal nagyon fontos jellemzője, és a szerkezet szerint lehetővé teszi, hogy két nagy csoportban hozzon létre egy osztályozási rendszert: gram-pozitív és gram-negatív baktériumok.

A sejtfal után egy lipid jellegű membránt (a prokarióták és az eukarióták közötti közös elemet) találunk, amelybe beágyazott protetikai elemek sorozata elválasztja a szervezetet a környezetétől..

A DNS egy olyan körkörös molekula, amely egy adott régióban helyezkedik el, amely nem rendelkezik semmilyen membránnal vagy a citoplazmával való elválasztással..

A citoplazma durva megjelenést mutat, és körülbelül 3000 riboszómával rendelkezik - a fehérjeszintézisért felelős struktúrák.

A prokarióták típusai

A jelenlegi prokarióták baktériumok széles választékából állnak, amelyek két fő területre oszlanak: Eubacteria és Archaebacteria. A bizonyítékok szerint ezek a csoportok az evolúció nagyon korai szakaszaiban látszottak.

Az archaobaktériumok a prokarióták csoportja, amelyek általában olyan környezetben élnek, amelyeknek a körülményei szokatlanok, mint például a hőmérséklet vagy a magas sótartalom. Ezek a körülmények ritkák manapság, de előfordulhatnak a primitív földön.

Például a termoacidofilek olyan területeken élnek, ahol a hőmérséklet eléri a 80 ° C-ot és a pH-értéket 2.

Ezzel szemben az eubaktériumok közös környezetben élnek emberek számára. Talajban, vízben vagy más élőlényekben élhetnek - mint az emésztőrendszerünk részét képező baktériumok.

A prokarióták morfológiája

A baktériumok nagyon változatos és heterogén morfológiákba sorolhatók. A leggyakoribbak között vannak a kerekek, amelyeket kókuszdiának neveznek. Ezeket külön-külön, párokban, láncban, tetrádokban stb. Lehet bemutatni..

Egyes baktériumok morfológiailag hasonlóak a cukornádhoz, és bacillak nevezik. Csakúgy, mint a kókuszdiók különböző elrendezésekben találhatók egynél több egyénnel. Emellett spirális alakú spirocheteket és kómát vagy szemcsés formát is találunk.

Ezek a leírt morfológiák különbözőek lehetnek a különböző fajok között - például az egyik bacillus lehet hosszabb, mint egy másik, vagy több lekerekített széle - és hasznosak a faj azonosítása során..

reprodukció

Szexuális reprodukció

A baktériumok szaporodása asszexuális, és bináris hasadással történik. Ebben a folyamatban a szervezet szó szerint „ketté bomlik”, ami a kezdeti szervezet klónjait eredményezi. Ahhoz, hogy ez megtörténjen, elegendő erőforrás áll rendelkezésre.

Az eljárás viszonylag egyszerű: a körkörös DNS replikálódik, és két azonos dupla hélixet alkot. Ezt követően a genetikai anyagot a sejtmembránba helyezik, és a sejt növekedni kezd, amíg meg nem duplázza a méretét. A cella végül meg van osztva, és minden egyes rész egy körkörös DNS-másolattal rendelkezik.

Egyes baktériumokban a sejtek megoszthatják az anyagot és növekedhetnek, de egyáltalán nem oszlanak meg és nem képeznek láncot.

A genetikai variabilitás további forrásai

A genetikai transzfert és a rekombinációt lehetővé tevő baktériumok között olyan géncsere események találhatók, amelyek hasonlóak a szexuális reprodukciónak. Ezek a mechanizmusok konjugáció, transzformáció és transzdukció.

A konjugáció abból áll, hogy a genetikai anyagot két baktérium között kicseréljük egy, a pili vagy fimbrias nevű finom szőrhöz hasonló szerkezettel, amely "hídként" működik. Ebben az esetben fizikai közelséget kell biztosítani mindkét személy között.

Az átalakulás magában foglalja a környezetben talált meztelen DNS töredékeit. Ez azt jelenti, hogy ebben a folyamatban nem szükséges egy második szervezet jelenléte.

Végül megvan a fordítása, ahol a baktérium egy vektor segítségével, például a bakteriofágokkal (baktériumokat fertőző vírusokkal) szerez be a genetikai anyagot.

táplálás

A baktériumok olyan anyagokat igényelnek, amelyek garantálják a túlélést, és amelyek a szükséges energiát adják nekik a sejtes folyamatokhoz. A sejt ezeket a tápanyagokat abszorpcióval veszi át.

Általában a tápanyagokat alapvető vagy bázikus (víz, szénforrás és nitrogénvegyületek) osztályozhatjuk, másodlagos (mint egyes ionok: kálium és magnézium) és nyomelemeket, amelyek minimális koncentrációban szükségesek (vas, kobalt).

Egyes baktériumok specifikus növekedési faktorokat igényelnek, mint például vitaminok és aminosavak, és olyan stimuláló tényezők, amelyek - bár nem nélkülözhetetlenek - segítenek a növekedési folyamatban..

A baktériumok táplálkozási igényei nagyban különböznek, de ismereteik szükségesek ahhoz, hogy hatékony táptalajt állítsanak elő, amely biztosítja az érdekes szervezet növekedését..

Táplálkozási kategóriák

A baktériumokat az általuk használt szénforrás szerint osztályozhatjuk, akár szerves, akár szervetlen és a kapott energiaforrástól függően.

A szénforrás szerint két csoportunk van: az autotrófok vagy a litotrófok szén-dioxidot és heterotrófokat vagy organotrófokat használnak, amelyek szerves szénforrást igényelnek.

Az energiaforrás esetében két kategóriánk van: a fototrófok, amelyek a naptól vagy a sugárzó energiától származó energiát és a kémiai reakciók energiájától függő chemiotrófokat használják. Így mindkét kategória kombinálásával a baktériumokat a következő csoportokba lehet sorolni:

fotoautotróf

Az energiát napfényből nyerik, ami azt jelenti, hogy fotoszintetikusan aktívak, és szénforrásuk szén-dioxid.

photoheterotrophs

Képesek a sugárzó energiát fejleszteni, de nem képesek szén-dioxidot beépíteni. Ezért más szénforrásokat, például alkoholokat, zsírsavat, szerves savakat és szénhidrátokat használnak.

chemoautotrophs

Az energiát kémiai reakciókból nyerik, és szén-dioxidot képesek beépíteni.

chemoheterotrophs

A kémiai reakciókból származó energiát használják, és a szén olyan szerves vegyületekből származik, mint a glükóz, amely a leggyakrabban használt - lipidek és fehérjék. Megjegyezzük, hogy az energiaforrás és a szénforrás mindkét esetben azonos, így a kettő közötti megkülönböztetés nehéz.

Általában az emberi kórokozóknak tekintett mikroorganizmusok ebbe az utolsó kategóriába tartoznak, és szénforrásként használják a gazdaszervezetük aminosavait és lipidvegyületeit..

anyagcsere

Az anyagcsere magában foglal minden olyan összetett kémiai reakciót, amelyet a szervezetben előforduló enzimek katalizálnak, hogy fejlődjön és szaporodhasson.

A baktériumokban ezek a reakciók nem különböznek a bonyolultabb organizmusokban előforduló alapfolyamatoktól. Valójában több útvonalunk van, amelyek mind a két élőlényt megosztják, mint például a glikolízis.

Az anyagcsere reakciói két fő csoportba sorolhatók: bioszintézis vagy anabolikus reakciók, valamint lebomlási vagy katabolikus reakciók, amelyek a kémiai energiatermelés eléréséhez fordulnak elő..

A katabolikus reakciók lépcsőzetesen felszabadulnak, amit a szervezet a komponenseinek bioszintéziséhez használ.

Alapvető különbségek az eukarióta sejtekkel

A prokarióták a prokariótáktól elsősorban a sejt szerkezeti összetettségében és az abban bekövetkező folyamatokban különböznek. Ezután leírjuk a két vonal közötti főbb különbségeket:

Méret és összetettség

Általában a prokarióta sejtek kisebbek, mint az eukarióták. Az előbbiek 1 és 3 μm közötti átmérőjűek, szemben az eukarióta cellával, amely elérheti a 100 μm-t. Van azonban néhány kivétel.

Bár a prokarióta szervezetek egysejtűek, és nem szabad szemükkel megfigyelni őket (kivéve, ha a bakteriális telepeket megfigyeljük), nem szabad a jellemzőket megkülönböztetni a két csoport között. Az eukariótákban egysejtű szervezeteket is találunk.

Valójában az egyik legösszetettebb sejt az egysejtű eukarióták, mivel azoknak minden olyan struktúrát tartalmaznia kell, amely szükséges ahhoz, hogy a sejtmembránra korlátozódjon. A műfajok paramecium és Trypanosoma ezek figyelemre méltó példák erre.

Másrészt igen komplex prokarióták, mint például a cianobaktériumok (prokarióta csoport, ahol a fotoszintetikus reakciók fejlődése történt).

mag

A "prokarióta" szó egy mag hiányára utal (pro = korábban; Karyon = mag), míg az eukariótáknak igazi magja van (eu = igaz). Így e két csoportot e fontos organelle jelenléte választja el egymástól.

A prokariótákban a genetikai anyag a sejt specifikus régiójában van elnevezve, úgynevezett nukleoid - és ez nem igazi mag, mert nem korlátozódik egy lipidmembránra..

Az eukarióták egy meghatározott maggal rendelkeznek, és kettős membrán veszik körül. Ez a szerkezet rendkívül összetett, különböző területeket mutat be, mint például a nukleolus. Ezen túlmenően, ez az organellum kölcsönhatásba léphet a sejt belső környezetével a nukleáris pórusok jelenlétének köszönhetően.

A genetikai anyag szervezése

A prokarióták 0,6-5 millió bázispárot tartalmaznak DNS-ben, és becslések szerint akár 5000 különböző fehérjét is kódolhatnak.. 

A prokarióta gének operonoknak nevezett entitásokba szerveződnek, mint az ismert operon-laktóz, míg az eukarióta gének nem.

A génekben két "régiót" különböztetünk meg: intronok és exonok. Az első azok a részek, amelyek nem kódolják a fehérjét, és amelyek megzavarják az exon nevű kódoló régiókat. Az intronok gyakoriak az eukarióta génekben, de nem a prokariótákban.

A prokarióták általában haploidok (egyetlen genetikai terhelés), és az eukariótáknak haploid és poliploid terhelése is van. Például mi emberek diploidok vagyunk. Hasonlóképpen, a prokarióták egynél több kromoszómával és eukariótákkal rendelkeznek.

A genetikai anyag tömörítése

A sejtmagban az eukarióták a DNS komplex szerveződését mutatják. Egy hosszú DNS-szál (kb. Két méter) olyan módon képes tekercselni, hogy integrálható legyen a magba, és az osztódási folyamatok során a mikroszkóp alatt kromoszómák formájában megjeleníthetők..

Ezt a DNS-tömörítési eljárás magában foglalja egy sor olyan fehérjéket, amelyek képesek kötődni a pászma és a forma szerkezetek emlékeztető egy sor gyöngy, ahol a menet képviseli a DNS-t és a számlák gyöngy. Ezek a fehérjék úgynevezett hisztonok.

A hisztonok az evolúció során széles körben konzerváltak. Ez azt jelenti, hogy hisztonjaink hihetetlenül hasonlítanak egy egéréhoz, vagy tovább mennek egy rovaréhoz. Szerkezetileg nagyszámú pozitív töltésű aminosav van, amelyek kölcsönhatásba lépnek a DNS negatív töltéseivel.

A prokariótákban bizonyos hisztonokkal homológ fehérjéket találtak, amelyeket általában hisztonokként ismertek-mint. Ezek a fehérjék hozzájárulnak a génexpresszió, a DNS rekombináció és a replikáció szabályozásához, és az eukarióták hisztonjaihoz hasonlóan részt vesznek a nukleoid szervezetben..

sejtszervecskék

Az eukarióta sejtekben nagyon összetett szubcelluláris rekeszek sorozata azonosítható, amelyek specifikus funkciókat hajtanak végre.

A legfontosabbak a mitokondrium felelős sejtlégzést folyamatok és az ATP-termelés, és a növények állni kloroplasztiszok három membránok rendszer és a gép szükséges a fotoszintézishez.

A Golgi komplex, sima és durva endoplazmatikus retikulum, vacuolák, lizoszómák, peroxiszómák is vannak..

A riboszóma szerkezete

A riboszómák magukban foglalják a fehérjék szintéziséhez szükséges gépeket, így mind eukariótákban, mind prokariótákban jelen kell lenniük. Annak ellenére, hogy mindkettő számára nélkülözhetetlen szerkezete, ez nagymértékben eltérő.

A riboszómák két alegységből állnak: egy nagy és egy kicsi. Minden egyes alegységet egy szedimentációs együtthatónak nevezett paraméter azonosít.

A prokariótákban a nagy alegység 50S, a kis alegység pedig 30S. A teljes szerkezet 70S. A riboszómák szétszóródnak a citoplazmában, ahol elvégzik a feladataikat.

Az eukarióták nagyobb riboszómákkal rendelkeznek, a nagy alegység 60S, a kicsi 40S, és a teljes riboszóma 80S értékkel van jelölve. Ezek elsősorban a durva endoplazmatikus retikulumban vannak rögzítve.

Sejtfal

A sejtfal lényeges eleme az ozmotikus stressz kezelésének, és védőgátaként szolgál a lehetséges károsodások ellen. Szinte minden prokarióta és néhány eukarióták csoportja sejtfal. A különbség abban rejlik, hogy kémiai jellegű.

A sejtfal áll peptidoglikán, tartalmazó polimer két szerkezeti elem: N-acetil-glükózamin és N-acetil-muraminsav, kapcsol össze β-1,4 típusú.

Az eukarióta sejtvonalon belül is vannak falakkal rendelkező sejtek, főleg egyes gombákban és minden növényben. A gombák falában a leggyakoribb vegyület a kitin és a növényekben cellulóz, sok glükózegység által képzett polimer..

Sejtosztás

Amint azt a fentiekben tárgyaltuk, a prokariótákat bináris hasadással osztjuk. Az eukariótáknak komplex divíziórendszere van, amely magában foglalja a nukleáris osztás különböző szakaszait, legyen az mitózis vagy meiózis.

Phylogeny és osztályozás

Általában hozzászokunk ahhoz, hogy meghatározzuk a fajokat az E. Mayr által 1989-ben javasolt biológiai koncepciónak megfelelően: "más csoportokból reproduktívan izolált, kereszt-kereszt-természetes populációk csoportjai".

E fogalom alkalmazása asexual fajokra, mint a prokarióták esetében, lehetetlen. Ezért van egy másik módja annak, hogy megközelítsük a faj fogalmát, hogy ezeket a szervezeteket osztályozzuk.

Rosselló-Mora szerint et al. (2011), a koncepció él-fenetikus jól illeszkedik ez a családfa: „monofiletikus csoportot és genomiális koherens egyedi organizmusok, amelyek azt mutatják nagyfokú általános hasonlósága sok független jellemzők és diagnosztizálható egy diszkriminatív fenotípusos tulajdonság”.

Korábban minden prokariótát egyetlen „tartományba” soroltak, amíg Carl Woese nem javasolta, hogy az életfának három fő ága legyen. Ezt a besorolást követően a prokarióták két domént tartalmaznak: Archaea és Bacteria.

A baktériumokon öt csoportot találunk: proteobaktériumokat, chlamydiákat, spirochetus cianobaktériumokat és gram-pozitív baktériumokat. Hasonlóképpen, négy fő archaea csoportunk van: Euryarchaeota, Grupo TACK, Asgard és Grupo DPANN.

Új perspektívák

A biológia egyik legelterjedtebb fogalma a prokarióta citoszol egyszerűsége. Azonban új bizonyítékok arra utalnak, hogy a prokarióta sejtekben potenciális szervezet létezik. Jelenleg a tudósok megpróbálják lerombolni az organikusok, a citoszkeleton és más jellemzők hiányának dogmáját ebben az egysejtű vonalban.

Organok a prokariótákban

Ennek az új és ellentmondásos javaslatnak a szerzői biztosítják, hogy az eukarióta sejtekben szétosztási szintek vannak, főként a fehérjék által határolt struktúrákban és az intracelluláris lipidekben..

Ennek az ötletnek a védelmezői szerint egy organelle egy meghatározott biokémiai funkcióval rendelkező biológiai membrán által körülvett rekesz. Ezen "organellák" közül, amelyek megfelelnek ennek a definíciónak, többek között a lipidtestek, a karboxiszomok, a gázvakuolok is vannak..

magnetoszómák

A baktériumok egyik legérdekesebb része a magnetoszómák. Ezek a struktúrák bizonyos baktériumokhoz hasonlóak Magnetospirillum vagy Magnetococcus - mágneses mezők használata orientációhoz.

Szerkezetileg egy 50 nanométeres, egy lipid membránnal körülvett test, amelynek belső része mágneses ásványokból áll.

Fotoszintetikus membránok

Ezenkívül néhány prokarióta rendelkezik "fotoszintetikus membránokkal", amelyek ezekben a szervezetekben a leginkább vizsgált rekeszek.

Ezek a rendszerek a fotoszintézis hatékonyságának maximalizálására szolgálnak, növelve a rendelkezésre álló fotoszintetikus fehérjék számát és maximalizálva a fénynek kitett membránfelületet.

Rekeszek planctomycetes

Nem volt lehetséges nyomon követni a fent említett rekeszekből származó hihetetlen evolúciós utat az eukarióták rendkívül összetett szerveihez..

Azonban a műfaj planctomycetes Van benne egy sor belsejében lévő rekeszek, amelyek magukra emlékeztetnek az organellákra, és javasolhatók az eukarióták bakteriális ősének. A műfajban Pirellula vannak biológiai membránokkal körülvett kromoszómák és riboszómák.

A citoszkeleton komponensei

Hasonlóképpen vannak olyan fehérjék is, amelyek történelmileg egyedülállóak voltak az eukarióták számára, beleértve az alapvető filamentumokat, amelyek a citoszkeleton részét képezik: tubulin, aktin és közbenső szálak.

A legújabb vizsgálatok során sikerült azonosítani a tubulinhoz homológ fehérjéket (FtsZ, BtuA, BtuB és mások), az aktint (MreB és Mb1) és a közbenső szálakat (CfoA)..

referenciák

1. Cooper, G. M. (2000). A sejt: Molekuláris megközelítés. Sinauer Associates.
2. Dorman, C. J. és Deighan, P. (2003). A gén expressziójának szabályozása hisztonszerű fehérjékkel a baktériumokban. Jelenlegi vélemény a genetikában és a fejlődésben, 13(2), 179-184.
3. Guerrero, R. és Berlanga, M. (2007). A prokarióta sejt rejtett oldala: újra felfedezi a mikrobiális világot. Nemzetközi mikrobiológia, 10(3), 157-168.
4. Murat, D., Byrne, M. és Komeili, A. (2010). Prokarióta organellák sejtbiológiája. Hideg tavaszi kikötő perspektívái a biológiában, a000422.
5. Rosselló-Mora, R., és Amann, R. (2001). A prokarióták fajkoncepciója. FEMS mikrobiológiai vélemények, 25(1), 39-67.
6. Slesarev, A.I., Belova, G.I., Kozyavkin, S. A., & Lake, J. A. (1998). A hisztonok H2A és H4 korai prokarióta eredetének bizonyítéka az eukarióták megjelenése előtt. Nukleinsavak kutatása, 26(2), 427-430.
7. Souza, W. D. (2012). Prokarióta sejtek: a citoszkeleton és az organellák szerkezeti szervezete. Az Oswaldo Cruz Intézet emlékei, 107(3), 283-293.