Kjennetegn ved PROCARIOTE-celler: strukturell og funksjonell

De prokaryoter er sett med organismer som inkluderer bakterie eller eubakterier og buer oarkeas. Sammen er de allestedsnærværende organismer (de er overalt). De finnes i alle slags miljøer, alt fra det sure miljøet i magen til de varme kildene under vann. Strukturen er veldig enkel og størrelsen er liten. Selv om buer og bakterier utgjør viktige forskjeller mellom dem, har de en rekke vanlige egenskaper som er typiske for alle prokaryote organismer.

I denne leksjonen fra en LÆRER forklarer vi hva egenskaper av prokaryote celler på strukturnivå og på funksjonsnivå.

Prokaryote organismer er encellede organismer med en enkel struktur, nedenfor ser vi hva som er de viktigste strukturelle egenskapene til prokaryote celler.

• Små celler, mellom 1 og 15 μm når det gjelder archaea og 1 og 30 μm når det gjelder bakterier.
• Ikke-oppdelte cellerdet vil si at det ikke er noen indre inndeling i rom begrenset av membraner. Den eneste membranen i prokaryote celler er plasmamembranen.

Dette betyr at noen av egenskapene til prokaryote celler er:

1. De har ingen kjerne: Som navnet antyder mangler prokaryote celler en kjerne. Det genetiske materialet er nedsenket i cellecytoplasmaet.
2. De har ikke membranøse organeller, som betyr at alle biologiske funksjoner i cellen foregår i cytoplasmas enkeltrom. Imidlertid presenterer plasmamembranen til disse organismer folder som trenger inn i cytoplasma og det inneholder enzymer som regulerer noen metabolske prosesser som ATP-syntese eller fotosyntese i bakterier fotosyntetisk. Disse invaginasjonene i cellemembranen kalles mesosomer.

På nivået av plasmamembranen er det forskjeller mellom arkea og bakterier, de har ulik lipidsammensetning. Archaea har eterlignende bindinger i lipidene som utgjør plasmamembranen, snarere enn esterlignende bindinger som de som finnes i bakterier og eukaryote celler. I tilfelle noen buer består plasmamembranen av et enkelt lipidlag.

Enkel kromosomstruktur

I prokaryote celler er all informasjon som er nødvendig for livet inneholdt i et enkelt molekyl av Naken, dobbeltstrenget og sirkulært DNA, lukket av en kovalent binding, som kalles bakteriekromosom. I tillegg til den genetiske informasjonen som finnes i nevnte kromosomer, har mange prokaryoter ekstrakromosomalt genetisk materiale, også i molekyler av dobbeltstrenget og sirkulært DNA som inneholder genetisk informasjon som ikke er viktig for veksten av organismen under forhold vanlig.

Disse ekstrakromosomale DNA-strukturene kalles plasmider. Plasmider er små molekyler som bare inneholder noen få gener, de har evnen til å replikere uavhengig av bakteriekromosomet og kan overføres mellom forskjellige organismer prokaryoter. Plasmider spiller en viktig rolle i oppkjøpet av antibiotikaresistens av bakterier. Hver prokaryotiske celle produserer vanligvis mange kopier av et plasmid mens den produserer en enkelt kopi av kromosomet.

• Encellede organismer: Prokaryoter er alltid encellede organismer, dette skyldes den strukturelle enkelheten til den prokaryote cellen som forhindrer utseendet til flercellede organismer. Dens struktureringsnivå tillater ikke at koordineringsmekanismer vises og utseendet til celler som er spesialisert i visse funksjoner; slik det skjer i tilfellet med den eukaryote cellen.
• Cellevegg tilstedeværelse: Alle prokaryote organismer har et ytre dekk som beskytter plasmamembranen: celleveggen. Det er en stiv struktur som former mikroorganismen. Det er forskjeller i sammensetningen og strukturen til celleveggen til bakterier og buer. Når det gjelder buer, inneholder ikke celleveggen peptidoglykaner som i bakterier, men molekyler med lignende sammensetning som kalles pseudopeptidoglykaner. I tillegg kan celleveggen i buene også inneholde glykoproteiner eller proteiner. Det er en slekt av archea som ikke har en cellevegg: Termoplasma
• Kapsel tilstedeværelse i mange tilfeller: Selv om det ikke er en struktur som er tilstede i alle prokaryote organismer, er kapselen tilstede i de fleste av dem. Den består av et lag utenfor gelatinøs konsistens fra celleveggen, dannet av proteiner, glykoproteiner og vann; og som gjør det mulig for prokaryoter å feste seg til underlaget og danne kolonier gjennom aggregering av flere individer.
• Fravær av cytoskelett: Prokaryote celler har ikke et cytoskjelett (en cytoplasmisk struktur sammensatt av mikrotubuli), og strukturen som er ansvarlig for å forme disse organismer er deres cellevegg.
• Tilstedeværelse av ribosomer: De eneste organellene som er tilstede i prokaryoter er ribosomer. Ribosomer er ikke-membranformede organeller som består av to underenheter som består av RNA og proteiner. De er organeller som er ansvarlige for syntesen av proteiner fra informasjonen som finnes i messenger RNA-molekylene. Ribosomalt RNA fra archaea og bakterier har en helt annen sammensetning og er en av fylogenetiske kriterier som gjør det mulig å differensiere disse to organismer i separate domener prokaryoter.

Vi fortsetter å kjenne egenskapene til prokaryote celler for å fokusere på deres funksjon. De prokaryote organismer har en rekke funksjonelle egenskaper som forklarer at det er enkelt å kolonisere alle slags miljøer og tilpasse seg raskt til endringer. De viktigste funksjonelle egenskapene til prokaryoter er følgende:

Metabolsk mangfold

Den ekstreme tilpasningsevnen til prokaryoter bestemmes av den ekstreme fleksibiliteten til deres genom (sett med gener som inneholder den genetiske informasjonen til en organisme). Prokaryote organismer har evnen til å duplisere, slette eller endre gener. Det vil si at de presenterer en hastighet på veldig høy mutasjon.

I tillegg til denne høye mutasjonskapasiteten, har prokaryoter muligheten til å utveksle genetisk materiale med andre mikroorganismer som er tilstede i miljøet, i en prosess som kalles horisontal genoverføring.

Horisontal genoverføring er en spesielt viktig mekanisme når det gjelder buer. Horisontal genoverføring tillater prokaryoter å tilegne seg tilpasninger til miljøet i andre mikroorganismer, noe som gjør at de raskt kan kolonisere nye miljøer. Denne horisontale genoverføringsmekanismen er en kraftig dominerende kraft i evolusjonen av prokaryoter og det vil for eksempel forklare det raske utseendet på resistens mot antibiotika i bakterier og spesielt i archaea.

Seksuell og paraseksuell reproduksjon

Aseksuell reproduksjon: Prokaryoter reproduserer ved aseksuell reproduksjon.

• Bipartisjon eller reproduksjon ved cellulær fisjon: det er den enkleste typen reproduksjon, der et individ (celle) deler seg for å gi opphav til to celler eller individer. Den suksessive inndelingen ved todeling gir opphav til dannelse av kolonier av klonale organismer (med identisk genetisk informasjon).
• Sporulasjon: denne typen aseksuell reproduksjon innebærer dannelse av endosporer (former for motstand) som respons på ugunstige miljøforhold. Det forekommer bare i noen bakterier, men ikke i archaea.

Parasexual reproduksjon: Genetisk rekombinasjon i prokaryoter. Parasexual reproduksjon er en der to organismer utveksler genetisk informasjon eller tilegner seg ny genetisk informasjon fra et annet individ. Disse mekanismene gir genetisk mangfold til prokaryote organismer, siden takket være dem rekombinasjonen av genetisk informasjon og tillater, sammen med den høye mutasjonshastigheten, utseendet til nye varianter av arten av organismer prokaryoter.

Det er forskjellige mekanismer for genetisk rekombinasjon i prokaryoter.

• Transformasjon: det er prosessen der en prokaryot organisme er i stand til å inkorporere eksogent DNA, som kommer fra andre prokaryote organismer og som er gratis i miljøet.
• Transduksjon: Det er passering av genetisk materiale fra ett individ til et annet gjennom en bakteriofag (virus som infiserer bakterier).
• Konjunksjon: Den består av ensrettet utveksling av genetisk materiale fra et donorindivid til et mottakerindivid, gjennom direkte kontakt mellom dem. Plasmider er de elementene som oftest overføres av denne mekanismen.

Hurtig vekst

De fleste prokaryote organismer reproduserer veldig raskt, så tiden som har gått generasjonstid (tid fra fødselen av en generasjon til fødselen av den neste) er veldig kort. For en bakterie er gjennomsnittlig generasjonstid 20 minutter. Den høye veksten muliggjør rask kolonisering av nye miljøer.