Charakteristika buněk PROCARIOTA: strukturální a funkční

The prokaryoty jsou souborem organismů, které zahrnují bakterie nebo eubakterie a oblouky oarcheas. Spolu jsou to všudypřítomné organismy (jsou všude). Mohou se vyskytovat ve všech druzích prostředí, od kyselého prostředí žaludku po podvodní horké prameny. Jeho struktura je velmi jednoduchá a jeho velikost je malá. Ačkoli archea a bakterie představují mezi nimi důležité rozdíly, mají řadu společných charakteristik typických pro všechny prokaryotické organismy.

V této lekci od UČITELE vysvětlíme, co vlastnosti prokaryotických buněk na strukturální úrovni a na funkční úrovni.

Prokaryotické organismy jsou jednobuněčné organismy s jednoduchou strukturou, níže uvidíme, jaké jsou hlavní strukturní charakteristiky prokaryotické buňky.

• Malé buňky, mezi 1 a 15 μm v případě archea a 1 až 30 μm v případě bakterií.
• Neoddělené buňky, to znamená, že neexistuje žádné vnitřní rozdělení na oddíly omezené membránami. Jedinou membránou v prokaryotických buňkách je plazmatická membrána.

To znamená, že některé z charakteristik prokaryotických buněk jsou:

1. Nemají jádro: Jak název napovídá, prokaryotickým buňkám chybí jádro. Jeho genetický materiál je ponořen do buněčné cytoplazmy.
2. Nemají membránové organely, což znamená, že všechny biologické funkce buňky probíhají v jediném prostoru cytoplazmy. Plazmatická membrána těchto organismů však představuje záhyby, které pronikají do cytoplazmy a tamto obsahují enzymy, které regulují některé metabolické procesy, jako je syntéza ATP nebo fotosyntéza v bakteriích fotosyntetický. Tyto invaginace buněčné membrány se nazývají mezosomy.

Na úrovni plazmatické membrány existují rozdíly mezi archeaou a bakteriemi, mají odlišné lipidové složení. Archaea má v lipidech, které tvoří plazmatickou membránu, vazby podobné éteru, spíše než vazby podobné esterům, jaké se nacházejí v bakteriích a eukaryotických buňkách. V případě některých archeas je plazmatická membrána tvořena jedinou lipidovou vrstvou.

Jednoduchá struktura chromozomů

V prokaryotických buňkách jsou všechny informace nezbytné pro život obsaženy v jedné molekule Nahá, dvouvláknová a kruhová DNA, uzavřený kovalentní vazbou, která se nazývá bakteriální chromozom. Kromě genetické informace obsažené v uvedených chromozomech má mnoho prokaryot extrachromozomální genetický materiál, také v molekulách dvouvláknové a kruhové DNA, která obsahuje genetickou informaci, která není nezbytná pro růst organismu za určitých podmínek normální.

Tyto extrachromozomální struktury DNA se nazývají plazmidy. Plazmidy jsou malé molekuly, které obsahují jen několik genů, mají schopnost replikují se nezávisle na bakteriálním chromozomu a mohou být přenášeny mezi různými organismy prokaryoty. Plazmidy hrají důležitou roli při získávání rezistence na antibiotika bakteriemi. Každá prokaryotická buňka obvykle produkuje mnoho kopií plazmidu, zatímco produkuje jednu kopii svého chromozomu.

• Jednobuněčné organismy: Prokaryoty jsou vždy jednobuněčné organismy, je to způsobeno strukturální jednoduchostí prokaryotické buňky, která brání vzniku mnohobuněčných organismů. Jeho úroveň strukturování neumožňuje objevit koordinační mechanismy a vzhled buněk specializovaných na určité funkce; jako je tomu v případě eukaryotické buňky.
• Přítomnost buněčné stěny: Všechny prokaryotické organismy mají vnější obal, který chrání plazmatickou membránu: buněčnou stěnu. Jedná se o tuhou strukturu, která formuje mikroorganismus. Existují rozdíly ve složení a struktuře buněčné stěny bakterií a archeas. V případě archeas buněčná stěna neobsahuje peptidoglykany jako v bakteriích, ale spíše molekuly podobného složení zvané pseudopeptidoglykany. Kromě toho může buněčná stěna archeas také obsahovat glykoproteiny nebo proteiny. Existuje rod archea, který nemá buněčnou stěnu: Termoplazma
• Přítomnost kapsle v mnoha případech: Ačkoli to není struktura přítomná ve všech prokaryotických organismech, kapsle je přítomna ve většině z nich. Skládá se z vrstvy vně buněčné stěny želatinové konzistence, tvořené bílkovinami, glykoproteiny a vodou; a to umožňuje prokaryotům přilnout k substrátu a tvořit kolonie agregací několika jedinců.
• Absence cytoskeletu: Prokaryotické buňky nemají cytoskelet (cytoplazmatickou strukturu tvořenou mikrotubuly) a strukturou odpovědnou za formování těchto organismů je jejich buněčná stěna.
• Přítomnost ribozomů: Jediné organely přítomné v prokaryotech jsou ribozomy. Ribozomy jsou nemembranózní organely složené ze dvou podjednotek, které jsou tvořeny RNA a bílkovinami. Jsou to organely, které jsou zodpovědné za syntézu proteinů z informací obsažených v molekulách messengerové RNA. Ribozomální RNA archea a bakterií má zcela odlišné složení a je jedním z fylogenetická kritéria, která umožňují diferenciaci těchto dvou organismů do samostatných domén prokaryoty.

Pokračujeme ve znalostech charakteristik prokaryotických buněk, abychom se zaměřili na jejich funkci. The prokaryotické organismy mají řadu funkčních charakteristik, které vysvětluje jeho snadnost kolonizovat všechny druhy prostředí a rychle se přizpůsobit změnám. Hlavní funkční vlastnosti prokaryot jsou:

Metabolická rozmanitost

Extrémní přizpůsobivost prokaryot je dána extrémní flexibilitou jejich genomu (soubor genů, který obsahuje genetickou informaci organismu). Prokaryotické organismy mají schopnost duplikovat, mazat nebo pozměňovat své geny. To znamená, že představují míru velmi vysoká mutace.

Kromě této vysoké mutační kapacity mají prokaryoty schopnost vyměňovat genetický materiál s jinými mikroorganismy přítomnými v jejich prostředí, v procesu zvaném horizontální přenos genů.

Horizontální přenos genů je zvláště důležitým mechanismem v případě archeas. Horizontální přenos genů umožňuje prokaryotům získat adaptace na prostředí přítomné v jiných mikroorganismech, což jim umožňuje rychle kolonizovat nová prostředí. Tento horizontální mechanismus přenosu genů je silný dominantní síla ve vývoji prokaryot a vysvětlovalo by to například rychlý výskyt rezistence na antibiotika v bakteriích, zejména v archaeách.

Sexuální a parasexuální reprodukce

Nepohlavní reprodukce: Prokaryoty se množí nepohlavním rozmnožováním.

• Bipartice nebo reprodukce buněčným štěpením: je to nejjednodušší typ reprodukce, při kterém se jedinec (buňka) dělí, aby vznikly dvě buňky nebo jednotlivci. Postupné dělení na dvě části vede ke vzniku kolonií klonálních organismů (se stejnou genetickou informací).
• Sporulace: Tento typ nepohlavní reprodukce implikuje vznik endospór (forem rezistence) v reakci na nepříznivé podmínky prostředí. Vyskytuje se pouze u některých bakterií, ale ne u archaeí.

Parasexuální reprodukce: Genetická rekombinace u prokaryot. Parasexuální reprodukce je taková, ve které si dva organismy vyměňují genetickou informaci nebo získávají novou genetickou informaci od jiného jedince. Tyto mechanismy poskytují genetickou rozmanitost prokaryotickým organismům, protože díky nim dochází k rekombinaci genetické informace a umožňuje, spolu s vysokou rychlostí mutací, výskyt nových variant druhů organismů prokaryoty.

U prokaryot existují různé mechanismy genetické rekombinace.

• Proměna: je to proces, kterým je prokaryotický organismus schopen inkorporovat exogenní DNA pocházející z jiných prokaryotických organismů a který je volný v životním prostředí.
• Transdukce: Jedná se o průchod genetického materiálu z jednoho jedince na druhého bakteriofágem (virus, který infikuje bakterie).
• Spojení: Spočívá v jednosměrné výměně genetického materiálu od dárce k příjemci, prostřednictvím přímého kontaktu mezi nimi. Plazmidy jsou prvky, které jsou tímto mechanismem nejčastěji přenášeny.

Rychlý růst

Většina prokaryotických organismů se množí velmi rychle, takže doba, která uplynula generační čas (čas od narození jedné generace do narození další) je velmi krátké. U bakterie je průměrná doba generování 20 minut. Vysoký růst umožňuje rychlou kolonizaci nových prostředí.