Kenmerken van PROCARIOTA-cellen: structureel en functioneel

De prokaryoten zijn de verzameling organismen die de bevatten bacteriën of eubacteriën en bogen oorschelpen. Samen zijn het alomtegenwoordige organismen (ze zijn overal). Ze zijn te vinden in allerlei omgevingen, variërend van de zure omgeving van de maag tot warmwaterbronnen onder water. De structuur is heel eenvoudig en de grootte is klein. Hoewel archea's en bacteriën belangrijke onderlinge verschillen vertonen, hebben ze een reeks gemeenschappelijke kenmerken die kenmerkend zijn voor alle prokaryotische organismen.

In deze les van een LERAAR leggen we uit wat de kenmerken van prokaryotische cellen op structureel niveau en op functioneel niveau.

Prokaryote organismen zijn eencellige organismen met een eenvoudige structuur, hieronder zullen we zien wat de belangrijkste structurele kenmerken zijn van de prokaryotische cellen.

• kleine cellen, tussen 1 en 15 m in het geval van archaea en 1 en 30 m in het geval van bacteriën.
• Niet-gecompartimenteerde cellen, dat wil zeggen, er is geen interne verdeling in compartimenten die worden begrensd door membranen. Het enige membraan in prokaryote cellen is het plasmamembraan.
  instagram story viewer

Dit betekent dat enkele van de kenmerken van prokaryotische cellen zijn:

1. Ze hebben geen kern: Zoals de naam al doet vermoeden, missen prokaryotische cellen een kern. Het genetische materiaal is ondergedompeld in het celcytoplasma.
2. Ze hebben geen vliezige organellen, wat betekent dat alle biologische functies van de cel plaatsvinden in de enkele ruimte van het cytoplasma. Het plasmamembraan van deze organismen vertoont echter plooien die doordringen in het cytoplasma en die enzymen bevatten die sommige metabolische processen reguleren, zoals ATP-synthese of fotosynthese in bacteriën fotosynthetisch. Deze invaginaties van het celmembraan worden genoemd mesosomen.

Op het niveau van het plasmamembraan zijn er verschillen tussen archaea en bacteriën, ze hebben een verschillende lipidesamenstelling. Archaea heeft etherachtige bindingen in de lipiden waaruit het plasmamembraan bestaat, in plaats van esterachtige bindingen zoals die worden aangetroffen in bacteriën en eukaryote cellen. Bij sommige archea's bestaat het plasmamembraan uit een enkele lipidelaag.

Eenvoudige chromosoomstructuur

In prokaryotische cellen zit alle informatie die nodig is voor het leven in een enkele molecule van Naakt, dubbelstrengs en circulair DNA, gesloten door een covalente binding, die wordt genoemd bacterieel chromosoom. Naast de genetische informatie in genoemde chromosomen, hebben veel prokaryoten extrachromosomaal genetisch materiaal, ook in moleculen van dubbelstrengs en circulair DNA dat genetische informatie bevat die onder omstandigheden niet essentieel is voor de groei van het organisme normaal.

Deze extrachromosomale DNA-structuren worden genoemd plasmiden. Plasmiden zijn kleine moleculen die slechts een paar genen bevatten, ze hebben het vermogen om repliceren onafhankelijk van het bacteriële chromosoom en kunnen worden overgedragen tussen verschillende organismen prokaryoten. Plasmiden spelen een belangrijke rol bij het verwerven van antibioticaresistentie door bacteriën. Elke prokaryotische cel produceert gewoonlijk veel kopieën van een plasmide, terwijl het een enkele kopie van zijn chromosoom produceert.

• Eencellige organismen: Prokaryoten zijn altijd eencellige organismen, dit komt door de structurele eenvoud van de prokaryotische cel die het verschijnen van meercellige organismen voorkomt. Het niveau van structurering laat geen coördinatiemechanismen toe en het verschijnen van cellen die gespecialiseerd zijn in bepaalde functies; zoals in het geval van de eukaryote cel.
• Aanwezigheid celwand: Alle prokaryotische organismen hebben een buitenste laag die het plasmamembraan beschermt: de celwand. Het is een rigide structuur die het micro-organisme vormt. Er zijn verschillen in de samenstelling en structuur van de celwand van bacteriën en archea's. In het geval van archea's bevat de celwand geen peptidoglycanen zoals in bacteriën, maar eerder moleculen met een vergelijkbare samenstelling die pseudopeptidoglycanen worden genoemd. Daarnaast kan de celwand van de archea's ook glycoproteïnen of eiwitten bevatten. Er is een geslacht van archea dat geen celwand heeft: Thermoplasma
• Capsule-aanwezigheid in veel gevallen: Hoewel het geen structuur is die in alle prokaryotische organismen aanwezig is, is de capsule in de meeste wel aanwezig. Het bestaat uit een laag buiten de celwand met een gelatineuze consistentie, gevormd door eiwitten, glycoproteïnen en water; en dat maakt het mogelijk dat prokaryoten zich aan het substraat hechten en kolonies vormen door de aggregatie van verschillende individuen.
• Afwezigheid van cytoskelet: Prokaryote cellen hebben geen cytoskelet (een cytoplasmatische structuur bestaande uit microtubuli) en de structuur die verantwoordelijk is voor het vormen van deze organismen is hun celwand.
• Aanwezigheid van ribosomen: De enige organellen die aanwezig zijn in prokaryoten zijn ribosomen. Ribosomen zijn niet-membraneuze organellen die zijn samengesteld uit twee subeenheden die zijn opgebouwd uit RNA en eiwitten. Het zijn organellen die verantwoordelijk zijn voor de synthese van eiwitten uit de informatie in de boodschapper-RNA-moleculen. Het ribosomale RNA van archaea en bacteriën heeft een totaal andere samenstelling en is er een van de fylogenetische criteria waarmee deze twee organismen in afzonderlijke domeinen kunnen worden onderscheiden prokaryoten.

We blijven de kenmerken van prokaryotische cellen kennen om ons op hun functie te concentreren. De prokaryotische organismen een aantal functionele kenmerken hebben die: verklaart het gemak om te koloniseren allerlei omgevingen en passen zich snel aan veranderingen aan. De belangrijkste functionele kenmerken van prokaryoten zijn de volgende:

Metabolische diversiteit

Het extreme aanpassingsvermogen van prokaryoten wordt bepaald door de extreme flexibiliteit van hun genoom (reeks genen die de genetische informatie van een organisme bevat). Prokaryote organismen hebben het vermogen om hun genen te dupliceren, te verwijderen of te veranderen. Dat wil zeggen, ze presenteren een snelheid van zeer hoge mutatie.

Naast deze hoge mutatiecapaciteit hebben prokaryoten het vermogen om genetisch materiaal uit te wisselen met andere micro-organismen die in hun omgeving aanwezig zijn, in een proces dat horizontale genoverdracht.

Horizontale genoverdracht is een bijzonder belangrijk mechanisme in het geval van archea's. Horizontale genoverdracht stelt prokaryoten in staat zich aan te passen aan de omgeving die aanwezig is in andere micro-organismen, waardoor ze snel nieuwe omgevingen kunnen koloniseren. Dit horizontale mechanisme voor genoverdracht is een krachtig dominante kracht in de evolutie van prokaryoten en het zou bijvoorbeeld het snelle optreden van antibioticaresistentie bij bacteriën en vooral bij archaea verklaren.

Seksuele en paraseksuele voortplanting

Aseksuele voortplanting: Prokaryoten planten zich voort door ongeslachtelijke voortplanting.

• Bipartitie of reproductie door cellulaire splijting: het is het eenvoudigste type reproductie, waarbij een individu (cel) zich deelt om twee cellen of individuen voort te brengen. De opeenvolgende deling door bipartitie geeft aanleiding tot het ontstaan ​​van kolonies van klonale organismen (met identieke genetische informatie).
• sporulatie: dit type ongeslachtelijke voortplanting impliceert de vorming van endosporen (vormen van resistentie) als reactie op ongunstige omgevingscondities. Het komt alleen voor in sommige bacteriën, maar niet in archaea.

Paraseksuele voortplanting: Genetische recombinatie in prokaryoten. Paraseksuele reproductie is er een waarbij twee organismen genetische informatie uitwisselen of nieuwe genetische informatie van een ander individu verwerven. Deze mechanismen zorgen voor genetische diversiteit aan prokaryotische organismen, omdat dankzij hen de recombinatie van de genetische informatie en maakt, samen met de hoge mutatiesnelheid, het verschijnen van nieuwe varianten van de soorten organismen mogelijk prokaryoten.

Er zijn verschillende mechanismen van genetische recombinatie in prokaryoten.

• transformatie: het is het proces waarbij een prokaryotisch organisme in staat is om exogeen DNA op te nemen, afkomstig van andere prokaryotische organismen en dat vrij is in het milieu.
• Transductie: Het is de overdracht van genetisch materiaal van het ene individu naar het andere via een bacteriofaag (virus dat bacteriën infecteert).
• Conjunctie: Het bestaat uit de unidirectionele uitwisseling van genetisch materiaal van een donorindividu naar een ontvangende persoon, door direct contact tussen hen. Plasmiden zijn de elementen die het vaakst door dit mechanisme worden overgedragen.

Snelle groei

De meeste prokaryotische organismen planten zich zeer snel voort, dus de tijd die is verstreken generatie tijd (tijd vanaf de geboorte van de ene generatie tot de geboorte van de volgende) is heel kort. Voor een bacterie is de gemiddelde generatietijd 20 minuten. De hoge groei maakt de snelle kolonisatie van nieuwe omgevingen mogelijk.