Характеристики на клетките PROCARIOTA: структурни и функционални

The прокариоти са съвкупността от организми, които включват бактерии или еубактерии и арки оархеи. Заедно те са вездесъщи организми (те са навсякъде). Те могат да бъдат намерени във всякакви среди, вариращи от киселата среда на стомаха до подводните горещи извори. Структурата му е много проста и размерът му е малък. Въпреки че археите и бактериите имат важни разлики помежду си, те имат редица общи характеристики, характерни за всички прокариотни организми.

В този урок от УЧИТЕЛ обясняваме какво характеристики на прокариотните клетки на структурно ниво и на функционално ниво.

Прокариотните организми са едноклетъчни организми с проста структура, по-долу ще видим кои са основните структурни характеристики на прокариотни клетки.

• Малки клетки, между 1 и 15 μm в случай на архея и 1 и 30 μm в случай на бактерии.
• Не-компартментализирани клетки, тоест няма вътрешно разделение на отделения, ограничени от мембрани. Единствената мембрана в прокариотните клетки е плазмената мембрана.

Това означава, че някои от характеристиките на прокариотните клетки са:

1. Те нямат ядро: Както подсказва името, на прокариотните клетки липсва ядро. Генетичният му материал е потопен в клетъчната цитоплазма.
2. Те нямат ципести органели, което означава, че всички биологични функции на клетката се осъществяват в единното пространство на цитоплазмата. Плазмената мембрана на тези организми обаче представлява гънки, които проникват в цитоплазмата и това съдържат ензими, които регулират някои метаболитни процеси като синтез на АТФ или фотосинтеза в бактериите фотосинтетичен. Тези инвагинации на клетъчната мембрана се наричат мезозоми.

На нивото на плазмената мембрана има разлики между археите и бактериите, те имат различен липиден състав. Archaea имат етер-подобни връзки в липидите, които изграждат плазмената мембрана, а не естероподобни връзки като тези, открити в бактериите и еукариотните клетки. В случай на някои археи, плазмената мембрана е изградена от един липиден слой.

Проста хромозомна структура

В прокариотните клетки цялата информация, необходима за живота, се съдържа в една молекула на Гола, двуверижна и кръгла ДНК, затворена от ковалентна връзка, която се нарича бактериална хромозома. В допълнение към генетичната информация, съдържаща се в споменатите хромозоми, много прокариоти имат екстрахромозомен генетичен материал, също в молекули на двуверижна и кръгова ДНК, която съдържа генетична информация, която не е от съществено значение за растежа на организма при условия нормално.

Тези екстрахромозомни ДНК структури се наричат плазмиди. Плазмидите са малки молекули, които съдържат само няколко гена, те имат способността да репликират се независимо от бактериалната хромозома и могат да се предават между различни организми прокариоти. Плазмидите играят важна роля за придобиването на антибиотична резистентност от бактериите. Всяка прокариотна клетка обикновено произвежда много копия на плазмид, като същевременно произвежда едно копие на своята хромозома.

• Едноклетъчни организми: Прокариотите винаги са едноклетъчни организми, това се дължи на структурната простота на прокариотната клетка, която предотвратява появата на многоклетъчни организми. Нивото на структуриране не позволява да се появят координационни механизми и появата на клетки, специализирани в определени функции; както в случая с еукариотната клетка.
• Наличие на клетъчна стена: Всички прокариотни организми имат външна обвивка, която предпазва плазмената мембрана: клетъчната стена. Това е твърда структура, която оформя микроорганизма. Има разлики в състава и структурата на клетъчната стена на бактериите и археите. В случай на археи, клетъчната стена не съдържа пептидогликани, както при бактериите, а по-скоро молекули от подобен състав, наречени псевдопептидогликани. Освен това клетъчната стена на археите може да съдържа и гликопротеини или протеини. Съществува род архея, който няма клетъчна стена: Термоплазма
• Наличие на капсула в много случаи: Въпреки че не е структура, присъстваща във всички прокариотни организми, капсулата присъства в повечето от тях. Състои се от слой, външен за клетъчната стена с желатинова консистенция, образуван от протеини, гликопротеини и вода; и това позволява на прокариотите да се придържат към субстрата и да образуват колонии чрез агрегацията на няколко индивида.
• Липса на цитоскелет: Прокариотните клетки нямат цитоскелет (цитоплазмена структура, изградена от микротубули) и структурата, отговорна за оформянето на тези организми, е тяхната клетъчна стена.
• Наличие на рибозоми: Единствените органели, присъстващи в прокариотите, са рибозомите. Рибозомите са немембранозни органели, съставени от две субединици, изградени от РНК и протеини. Те са органели, които са отговорни за синтеза на протеини от информацията, съдържаща се в пратените РНК молекули. Рибозомната РНК на археите и бактериите има напълно различен състав и е една от филогенетичните критерии, които позволяват да се разграничат тези два организма в отделни домейни прокариоти.

Ние продължаваме да знаем характеристиките на прокариотните клетки, за да се съсредоточим върху тяхната функция. The прокариотни организми имат редица функционални характеристики, които обяснява лекотата му за колонизиране всякакви среди и се адаптират бързо към промените. Основните функционални характеристики на прокариотите са следните:

Метаболитно разнообразие

Изключителната адаптивност на прокариотите се определя от изключителната гъвкавост на техния геном (набор от гени, който съдържа генетичната информация на организма). Прокариотните организми имат способността да дублират, изтриват или променят своите гени. Тоест те представят процент от много висока мутация.

В допълнение към този висок мутационен капацитет, прокариотите имат способността да обменят генетичен материал с други микроорганизми, присъстващи в тяхната среда, в процес, наречен хоризонтален трансфер на ген.

Хоризонталният генен трансфер е особено важен механизъм в случай на археи. Хоризонталният генен трансфер позволява на прокариотите да придобият адаптации към околната среда, присъстваща в други микроорганизми, което им позволява бързо да колонизират нова среда. Този хоризонтален механизъм за трансфер на гени е мощен доминираща сила в еволюцията на прокариотите и това би обяснило например бързата поява на резистентност към антибиотици в бактериите и особено в археите.

Сексуално и парасексуално размножаване

Безполово размножаване: Прокариотите се размножават чрез безполово размножаване.

• Разделяне или размножаване чрез клетъчно делене: това е най-простият вид размножаване, при което индивид (клетка) се разделя, за да даде началото на две клетки или индивиди. Последователното разделяне чрез разделяне поражда създаването на колонии от клонални организми (с идентична генетична информация).
• Спороношение: Този тип безполово размножаване предполага образуването на ендоспори (форми на резистентност) в отговор на неблагоприятни условия на околната среда. Среща се само при някои бактерии, но не и при археите.

Парасексуално размножаване: Генетична рекомбинация при прокариоти. Парасексуалното размножаване е такова, при което два организма обменят генетична информация или придобиват нова генетична информация от друг индивид. Тези механизми осигуряват генетично разнообразие на прокариотните организми, тъй като благодарение на тях рекомбинацията на генетична информация и позволява, заедно с високата степен на мутация, появата на нови варианти на видовете организми прокариоти.

Съществуват различни механизми на генетична рекомбинация при прокариотите.

• Трансформация: това е процесът, чрез който прокариотният организъм е способен да включи екзогенна ДНК, идваща от други прокариотни организми и който е свободен в околната среда.
• Трансдукция: това е преминаването на генетичен материал от един индивид на друг през бактериофаг (вирус, който заразява бактериите).
• Съчетание: Състои се от еднопосочен обмен на генетичен материал от донор към реципиент чрез пряк контакт между тях. Плазмидите са елементите, които се предават най-често по този механизъм.

Бърз растеж

Повечето прокариотни организми се размножават много бързо, така че времето, което е изтекло време за генериране (време от раждането на едно поколение до раждането на следващото) е много къс. За бактерията средното време за генериране е 20 минути. Високият растеж прави възможна бързата колонизация на новите среди.