Charakteristika buniek PROCARIOTE: štrukturálne a funkčné

The prokaryoty sú súborom organizmov, ktoré zahŕňajú baktérie alebo eubaktérie a oblúky oarcheas. Spolu sú to všadeprítomné organizmy (sú všade). Možno ich nájsť v najrôznejších prostrediach, od kyslého prostredia žalúdka po podvodné horúce pramene. Jeho štruktúra je veľmi jednoduchá a jeho veľkosť je malá. Aj keď archea a baktérie predstavujú medzi sebou dôležité rozdiely, majú celý rad spoločných charakteristík typických pre všetky prokaryotické organizmy.

V tejto lekcii od UČITEĽA vysvetľujeme, čo vlastnosti prokaryotických buniek na štrukturálnej úrovni a na funkčnej úrovni.

Prokaryotické organizmy sú jednobunkové organizmy s jednoduchou štruktúrou, nižšie uvidíme, aké sú hlavné štrukturálne charakteristiky prokaryotické bunky.

• Malé bunky, medzi 1 a 15 μm v prípade archeaí a 1 až 30 μm v prípade baktérií.
• Nerozdelené bunky, to znamená, že nedochádza k vnútornému rozdeleniu na oddelenia obmedzené membránami. Jedinou membránou v prokaryotických bunkách je plazmatická membrána.

To znamená, že niektoré z charakteristík prokaryotických buniek sú:

1. Nemajú jadro: Ako naznačuje názov, prokaryotickým bunkám chýba jadro. Jeho genetický materiál je ponorený do bunkovej cytoplazmy.
2. Nemajú membránové organely, čo znamená, že všetky biologické funkcie bunky prebiehajú v jednom priestore cytoplazmy. Avšak plazmatická membrána týchto organizmov predstavuje záhyby, ktoré prenikajú do cytoplazmy a tamto obsahujú enzýmy, ktoré regulujú niektoré metabolické procesy, ako je syntéza ATP alebo fotosyntéza v baktériách fotosyntetický. Tieto invaginácie bunkovej membrány sa nazývajú mezozómy.

Na úrovni plazmatickej membrány sú rozdiely medzi archeaami a baktériami, majú odlišné lipidové zloženie. Archaea má éterické väzby v lipidoch, ktoré tvoria plazmatickú membránu, skôr ako esterové väzby podobné tým, ktoré sa nachádzajú v baktériách a eukaryotických bunkách. V prípade niektorých oblúkov je plazmatická membrána tvorená jednou lipidovou vrstvou.

Jednoduchá štruktúra chromozómov

V prokaryotických bunkách sú všetky informácie potrebné pre život obsiahnuté v jednej molekule Nahá, dvojvláknová a kruhová DNA, uzavretý kovalentnou väzbou, ktorá sa nazýva bakteriálny chromozóm. Okrem genetickej informácie obsiahnutej v uvedených chromozómoch má veľa prokaryotov extrachromozomálny genetický materiál aj v molekulách dvojreťazcovej a kruhovej DNA, ktorá obsahuje genetickú informáciu, ktorá nie je nevyhnutná pre rast organizmu za určitých podmienok normálne.

Tieto extrachromozomálne štruktúry DNA sa nazývajú plazmidy. Plazmidy sú malé molekuly, ktoré obsahujú iba niekoľko génov sa replikujú nezávisle od bakteriálneho chromozómu a môžu sa prenášať medzi rôznymi organizmami prokaryoty. Plazmidy zohrávajú dôležitú úlohu pri získavaní rezistencie na antibiotiká baktériami. Každá prokaryotická bunka zvyčajne produkuje veľa kópií plazmidu a produkuje jednu kópiu svojho chromozómu.

• Jednobunkové organizmy: Prokaryoty sú vždy jednobunkové organizmy, je to spôsobené štrukturálnou jednoduchosťou prokaryotickej bunky, ktorá zabraňuje vzhľadu mnohobunkových organizmov. Jeho úroveň štruktúrovania neumožňuje objaviť sa koordinačné mechanizmy a vzhľad buniek špecializovaných na určité funkcie; ako je to v prípade eukaryotickej bunky.
• Prítomnosť bunkovej steny: Všetky prokaryotické organizmy majú vonkajší obal, ktorý chráni plazmatickú membránu: bunkovú stenu. Je to tuhá štruktúra, ktorá formuje mikroorganizmus. Existujú rozdiely v zložení a štruktúre bunkovej steny baktérií a archeasov. V prípade archeas bunková stena neobsahuje peptidoglykány ako v baktériách, ale skôr molekuly podobného zloženia nazývané pseudopeptidoglykány. Okrem toho môže bunková stena archeas obsahovať aj glykoproteíny alebo proteíny. Existuje rod archea, ktorý nemá bunkovú stenu: Termoplazma
• Prítomnosť kapsuly v mnohých prípadoch: Aj keď nejde o štruktúru prítomnú vo všetkých prokaryotických organizmoch, kapsula je prítomná vo väčšine z nich. Skladá sa z vrstvy zvonka bunkovej steny želatínovej konzistencie, tvorenej bielkovinami, glykoproteínmi a vodou; a to umožňuje prokaryotom priľnúť k substrátu a vytvárať kolónie agregáciou niekoľkých jednotlivcov.
• Absencia cytoskeletu: Prokaryotické bunky nemajú cytoskeleton (cytoplazmatickú štruktúru tvorenú mikrotubulmi) a štruktúrou zodpovednou za formovanie týchto organizmov je ich bunková stena.
• Prítomnosť ribozómov: Jediné organely prítomné v prokaryotoch sú ribozómy. Ribozómy sú nemembránové organely zložené z dvoch podjednotiek, ktoré sú tvorené RNA a bielkovinami. Sú to organely, ktoré sú zodpovedné za syntézu proteínov z informácií obsiahnutých v molekulách mediálnej RNA. Ribozomálna RNA archea a baktérií má úplne odlišné zloženie a je jedným z nich fylogenetické kritériá, ktoré umožňujú diferenciáciu týchto dvoch organizmov do samostatných domén prokaryoty.

Pokračujeme v poznávaní charakteristík prokaryotických buniek, aby sme sa zamerali na ich funkciu. The prokaryotické organizmy majú niekoľko funkčných charakteristík, ktoré vysvetľuje jeho ľahkú kolonizáciu všetky druhy prostredí a rýchlo sa prispôsobiť zmenám. Hlavné funkčné charakteristiky prokaryotov sú:

Metabolická rozmanitosť

Extrémna adaptabilita prokaryotov je určená extrémnou flexibilitou ich genómu (skupina génov, ktorá obsahuje genetickú informáciu organizmu). Prokaryotické organizmy majú schopnosť duplikovať, mazať alebo pozmeňovať svoje gény. To znamená, že predstavujú mieru veľmi vysoká mutácia.

Okrem tejto vysokej mutačnej kapacity majú prokaryoty schopnosť výmeny genetického materiálu s inými mikroorganizmami prítomnými v ich prostredí, v procese tzv. horizontálny prenos génov.

Horizontálny prenos génov je obzvlášť dôležitým mechanizmom v prípade archeas. Horizontálny prenos génov umožňuje prokaryotom získať adaptácie na prostredie prítomné v iných mikroorganizmoch, čo im umožňuje rýchlo kolonizovať nové prostredia. Tento horizontálny mechanizmus prenosu génov predstavuje silný mechanizmus dominantná sila vo vývoji prokaryotov a to by vysvetľovalo napríklad rýchly výskyt rezistencie na antibiotiká v baktériách, najmä v archaeách.

Sexuálna a parasexuálna reprodukcia

Asexuálne rozmnožovanie: Prokaryoty sa množia nepohlavným rozmnožovaním.

• Bipartícia alebo reprodukcia bunkovým štiepením: je to najjednoduchší typ reprodukcie, pri ktorej sa jednotlivec (bunka) delí tak, aby vznikli dve bunky alebo jednotlivci. Postupné delenie na dve časti vedie k vytváraniu kolónií klonálnych organizmov (s identickou genetickou informáciou).
• Sporulácia: tento typ nepohlavného rozmnožovania predpokladá tvorbu endospór (foriem rezistencie) v reakcii na nepriaznivé podmienky prostredia. Vyskytuje sa iba v niektorých baktériách, ale nie v archaeách.

Parasexuálna reprodukcia: Genetická rekombinácia u prokaryotov. Parasexuálna reprodukcia je taká, pri ktorej si dva organizmy vymieňajú genetické informácie alebo získavajú nové genetické informácie od iného jedinca. Tieto mechanizmy poskytujú genetickú diverzitu prokaryotickým organizmom, pretože vďaka nim dochádza k rekombinácii genetickú informáciu a umožňuje spolu s vysokou rýchlosťou mutácií výskyt nových variantov druhov organizmov prokaryoty.

U prokaryotov existujú rôzne mechanizmy genetickej rekombinácie.

• Transformácia: Je to proces, ktorým je prokaryotický organizmus schopný inkorporovať exogénnu DNA pochádzajúcu z iných prokaryotických organizmov a ktorá je v prostredí voľná.
• Transdukcia: Je to prechod genetického materiálu od jedného jedinca k druhému cez bakteriofág (vírus, ktorý infikuje baktérie).
• Spojenie: Spočíva v jednosmernej výmene genetického materiálu od darcu k príjemcovi prostredníctvom priameho kontaktu medzi nimi. Plazmidy sú prvky, ktoré sa týmto mechanizmom prenášajú najčastejšie.

Rýchly rast

Väčšina prokaryotických organizmov sa množí veľmi rýchlo, takže čas, ktorý uplynul generačný čas (čas od narodenia jednej generácie do narodenia nasledujúcej) je veľmi krátky. Pre baktériu je priemerný čas generovania 20 minút. Vysoký rast umožňuje rýchlu kolonizáciu nových prostredí.