Поделиться:
Прокариотические характеристики клеток, строение клеток, типы
прокариотические клетки они представляют собой простые структуры без ядра, ограниченного плазматической мембраной. Организмы, связанные с этим типом клеток, являются одноклеточными, хотя они могут быть сгруппированы и образовывать вторичные структуры, такие как цепи.
Из трех областей жизни, предложенных Карлом Возе, прокариоты соответствуют бактериям и археям. Оставшийся домен, Eucarya, состоит из эукариотических клеток, более крупных, более сложных и с разделенным ядром.
Одной из наиболее важных дихотомий в биологических науках является различие между эукариотической клеткой и прокариотической клеткой. Исторически прокариотический организм считается простым, без внутренней организации, без органелл и без цитоскелета. Тем не менее, новые доказательства разрушают эти парадигмы.
Например, у прокариот были идентифицированы структуры, которые потенциально могут рассматриваться как органеллы. Также были обнаружены белки, гомологичные белкам эукариот, которые образуют цитоскелет..
Прокариоты очень разнообразны в своем питании. Они могут использовать свет от солнца и энергию, содержащуюся в химических связях, в качестве источника энергии. Они также могут использовать различные источники углерода, такие как диоксид углерода, глюкоза, аминокислоты, белки и другие..
Прокариоты делятся бесполым путем деления на две части. В этом процессе организм воспроизводит свою кольцевую ДНК, увеличивает ее объем и, наконец, делит ее на две идентичные клетки..
Однако существуют механизмы обмена генетическим материалом, которые вызывают изменчивость бактерий, такие как трансдукция, конъюгация и трансформация..
индекс
- 1 Общая характеристика
- 2 Структура
- 3 типа прокариот
- 4 Морфология прокариот
- 5 Репродукция
- 5.1 Бесполое размножение
- 5.2 Дополнительные источники генетической изменчивости
- 6 Питание
- 6.1 Питательные категории
- 6.2 Фотоавтотрофы
- 6.3 Фотогетеротрофы
- 6.4 Хемоавтотрофы
- 6.5 Хемогетеротрофы
- 7 Метаболизм
- 8 Принципиальные различия с эукариотическими клетками
- 8.1 Размер и сложность
- 8.2 Core
- 8.3 Организация генетического материала
- 8.4 Уплотнение генетического материала
- 8.5 Органеллы
- 8.6 Структура рибосомы
- 8.7 Клеточная стенка
- 8.8 Деление клеток
- 9 Филогения и классификация
- 10 новых перспектив
- 10.1 Органеллы у прокариот
- 10.2 Магнитосомы
- 10.3 Фотосинтетические мембраны
- 10.4. Отделения в планктомицетах
- 10.5 Компоненты цитоскелета
- 11 ссылок
Общие характеристики
Прокариоты - относительно простые одноклеточные организмы. Самая выдающаяся характеристика, которая идентифицирует эту группу, - это отсутствие истинного ядра. Они делятся на две большие ветви: настоящие бактерии или эубактерии и архебактерии.
Они колонизировали почти все мыслимые места обитания, от воды и почвы до других организмов, включая человека. В частности, архебактерии населяют районы с температурой, соленостью и экстремальным pH.
структура
Архитектурная схема типичного прокариота, без сомнения, Кишечная палочка, бактерия, которая обычно живет в нашем желудочно-кишечном тракте.
Форма клетки напоминает трость и имеет 1 мкм в диаметре и 2 мкм в длину. Прокариоты окружены клеточной стенкой, состоящей в основном из полисахаридов и пептидов.
Бактериальная клеточная стенка является очень важной характеристикой и, в соответствии со структурой, позволяет создать систему классификации в двух больших группах: грамположительные и грамотрицательные бактерии..
За клеточной стенкой мы находим мембрану (общий элемент между прокариотами и эукариотами) липидной природы, в которую встроен ряд протезных элементов, отделяющих организм от окружающей его среды..
ДНК представляет собой кольцевую молекулу, расположенную в определенной области, которая не имеет какого-либо типа мембраны или отделения от цитоплазмы.
Цитоплазма имеет грубый вид и содержит около 3000 рибосом - структур, ответственных за синтез белка.
Типы прокариот
Современные прокариоты состоят из широкого спектра бактерий, которые разделены на два основных домена: Eubacteria и Archaebacteria. Согласно имеющимся данным, эти группы, кажется, разошлись очень рано в эволюции.
Архебактерии представляют собой группу прокариот, которые, как правило, живут в условиях, необычные условия которых, такие как температура или высокая соленость. Эти условия редки в наше время, но они могут быть распространены в примитивной земле.
Например, термоацидофилы живут в областях, где температура достигает максимума 80 ° C и pH 2.
Эубактерии, с другой стороны, живут в общей среде для нас, людей. Они могут обитать в почве, воде или жить в других организмах - как бактерии, которые являются частью нашего пищеварительного тракта.
Морфология прокариот
Бактерии имеют ряд очень разнообразных и разнородных морфологий. Среди самых распространенных у нас есть округлые, которые называются кокосовыми орехами. Они могут быть представлены индивидуально, в парах, в цепочке, в тетрадах и т. Д..
Некоторые бактерии морфологически сходны с тростником и называются бациллами. Так же, как кокосы могут быть найдены в разных композициях с более чем одним человеком. Мы также находим спиралевидные спирохеты и те, которые имеют форму комы или зерна, называемые вибрионами..
Каждая из этих описанных морфологий может различаться у разных видов - например, одна палочка может быть более вытянутой, чем другая, или с более закругленными краями - и полезна при идентификации вида..
воспроизведение
Бесполое размножение
Размножение у бактерий бесполое и происходит через бинарное деление. В этом процессе организм буквально «разбивается на две части», в результате чего образуются клоны исходного организма. Для этого должно быть достаточно ресурсов.
Процесс относительно прост: круговая ДНК реплицируется, образуя две одинаковые двойные спирали. Впоследствии генетический материал размещается в клеточной мембране, и клетка начинает расти, пока она не удвоит свой размер. Клетка окончательно разделяется, и каждая полученная часть обладает круговой копией ДНК..
У некоторых бактерий клетки могут делиться материалом и расти, но они вообще не делятся и образуют некую цепочку.
Дополнительные источники генетической изменчивости
Существуют события обмена генами между бактериями, которые позволяют генетический перенос и рекомбинацию, процесс, подобный тому, что мы знаем как половое размножение. Этими механизмами являются сопряжение, трансформация и трансдукция..
Конъюгация состоит из обмена генетическим материалом между двумя бактериями посредством структуры, подобной тонким волоскам, называемым пили или фимбриями, которая действует как «мост». В этом случае между двумя людьми должна быть физическая близость.
Преобразование включает в себя взятие фрагментов голой ДНК, обнаруженной в окружающей среде. То есть в этом процессе присутствие второго организма не является необходимым.
Наконец, у нас есть перевод, где бактерия приобретает генетический материал посредством вектора, например бактериофагов (вирусы, которые заражают бактерии).
питание
Бактерии нуждаются в веществах, которые гарантируют их выживание и дают им необходимую энергию для клеточных процессов. Клетка будет принимать эти питательные вещества путем поглощения.
В целом мы можем классифицировать питательные вещества как основные или основные (вода, источники углерода и соединения азота), вторичные (как некоторые ионы: калий и магний) и микроэлементы, которые необходимы в минимальных концентрациях (железо, кобальт).
Некоторым бактериям необходимы специфические факторы роста, такие как витамины и аминокислоты, а также стимулирующие факторы, которые, хотя и не являются необходимыми, помогают в процессе роста.
Потребности бактерий в питании варьируются в широких пределах, но их знания необходимы для того, чтобы иметь возможность готовить эффективные питательные среды, которые обеспечивают рост интересующего организма..
Пищевые категории
Бактерии могут быть классифицированы в зависимости от источника углерода, который они используют, органического или неорганического и в зависимости от источника энергии, полученной.
В соответствии с источником углерода у нас есть две группы: автотрофы или литотрофы используют углекислый газ и гетеротрофы или органотрофы, которые требуют органического источника углерода.
В случае источника энергии у нас также есть две категории: фототрофы, использующие энергию солнца или лучистую энергию, и хемиотрофы, которые зависят от энергии химических реакций. Таким образом, объединяя обе категории, бактерии можно классифицировать на:
фотоавтотрофного
Энергия получается из солнечного света - что означает, что они фотосинтетически активны - и их источником углерода является углекислый газ.
photoheterotrophs
Они могут использовать лучистую энергию для своего развития, но не могут включать углекислый газ. Поэтому они используют другие источники углерода, такие как спирты, жирные кислоты, органические кислоты и углеводы..
хемоавтотрофов
Энергия получается из химических реакций, и они могут включать в себя диоксид углерода.
chemoheterotrophs
Они используют энергию, получаемую от химических реакций, а углерод - от органических соединений, таких как глюкоза, которая является наиболее используемой, липидов, а также белков. Обратите внимание, что источник энергии и источник углерода одинаковы в обоих случаях, поэтому различие между ними затруднено.
Как правило, микроорганизмы, которые считаются патогенами человека, относятся к этой последней категории и используют в качестве источника углерода аминокислоты и липидные соединения своих хозяев..
метаболизм
Метаболизм включает в себя все сложные химические реакции, катализируемые ферментами, которые происходят внутри организма, чтобы он мог развиваться и размножаться.
У бактерий эти реакции не отличаются от основных процессов, происходящих у более сложных организмов. На самом деле, у нас есть несколько путей, которые совместно используются обеими линиями организмов, такими как, например, гликолиз.
Реакции метаболизма подразделяются на две основные группы: биосинтез или анаболические реакции и деградационные или катаболические реакции, которые происходят для достижения химической выработки энергии..
Катаболические реакции выделяют в шахматном порядке энергию, которую организм использует для биосинтеза его компонентов..
Принципиальные различия с эукариотическими клетками
Прокариоты отличаются от прокариот в основном структурной сложностью клетки и процессами, происходящими в ней. Далее мы опишем основные различия между двумя линиями:
Размер и сложность
Как правило, прокариотические клетки меньше, чем эукариот. Первые имеют диаметры от 1 до 3 мкм, в отличие от эукариотической клетки, которая может достигать 100 мкм. Однако есть некоторые исключения.
Хотя прокариотические организмы являются одноклеточными, и мы не можем наблюдать их невооруженным глазом (если, например, мы не наблюдаем бактериальные колонии), мы не должны использовать характеристику, чтобы различать обе группы. У эукариот также встречаются одноклеточные организмы..
Фактически, одна из наиболее сложных клеток - это одноклеточные эукариоты, поскольку они должны содержать все структуры, необходимые для их развития, ограниченные клеточной мембраной. Жанры парамеций и Trypanosoma они замечательные примеры этого.
С другой стороны, существуют очень сложные прокариоты, такие как цианобактерии (прокариотическая группа, где произошла эволюция фотосинтетических реакций).
ядро
Слово «прокариот» относится к отсутствию ядра (профессионал = до; ядро клетки = ядро) в то время как эукариоты имеют истинное ядро (Евросоюз = правда). Таким образом, эти две группы разделены присутствием этой важной органеллы.
У прокариот генетический материал распределяется в определенной области клетки, называемой нуклеоидом, и он не является истинным ядром, поскольку он не ограничен липидной мембраной..
Эукариоты имеют определенное ядро и окружены двойной мембраной. Эта структура является чрезвычайно сложной, представляя различные области внутри, такие как, например, ядрышко. Кроме того, эта органелла может взаимодействовать с внутренней средой клетки благодаря наличию ядерных пор.
Организация генетического материала
Прокариоты содержат от 0,6 до 5 миллионов пар оснований в своей ДНК, и, по оценкам, они могут кодировать до 5000 различных белков.
Прокариотические гены организованы в сущности, называемые оперонами - как известная лактоза оперона - в то время как эукариотические гены не.
По генам мы можем различить две «области»: интроны и экзоны. Первыми являются части, которые не кодируют белок и которые нарушают кодирующие области, называемые экзонами. Интроны распространены в эукариотических генах, но не в прокариотах.
Прокариоты обычно являются гаплоидными (единичная генетическая нагрузка), а эукариоты имеют как гаплоидные, так и полиплоидные нагрузки. Например, мы, люди, являемся диплоидами. Аналогично, прокариоты имеют хромосому и эукариот более чем один.
Уплотнение генетического материала
Внутри клеточного ядра эукариоты проявляют сложную организацию ДНК. Длинная нить ДНК (приблизительно два метра) способна наматываться таким образом, что она может быть интегрирована в ядро и, во время процессов деления, может быть визуализирована под микроскопом в виде хромосом.
Этот процесс уплотнения ДНК включает ряд белков, которые способны связываться с цепью и формировать структуры, напоминающие жемчужное ожерелье, где нить представлена ДНК, а бусы - жемчугом. Эти белки называются гистонами.
Гистоны были широко сохранены на протяжении всей эволюции. То есть наши гистоны невероятно похожи на гистоны мыши или идут дальше, чем у насекомых. Структурно они обладают большим количеством положительно заряженных аминокислот, которые взаимодействуют с отрицательными зарядами ДНК.
У прокариот были обнаружены определенные белки, гомологичные гистонам, которые обычно известны как гистоны.-как. Эти белки способствуют контролю экспрессии генов, рекомбинации и репликации ДНК и, подобно гистонам у эукариот, участвуют в организации нуклеоидов..
органеллы
В эукариотических клетках может быть идентифицирован ряд очень сложных субклеточных компартментов, которые выполняют определенные функции.
Наиболее актуальными являются митохондрии, отвечающие за процессы клеточного дыхания и генерации АТФ, а у растений выделяются хлоропласты с их трехмембранной системой и необходимым механизмом для фотосинтеза..
Кроме того, у нас есть комплекс Гольджи, гладкий и шероховатый эндоплазматический ретикулум, вакуоли, лизосомы, пероксисомы и другие..
Структура рибосомы
Рибосомы представляют собой механизм, необходимый для синтеза белков, поэтому они должны присутствовать как у эукариот, так и у прокариот. Хотя это является необходимой структурой для обоих, она отличается преимущественно по размеру.
Рибосомы состоят из двух субъединиц: одной большой и одной маленькой. Каждая субъединица идентифицируется параметром, называемым коэффициентом седиментации.
У прокариот большая субъединица составляет 50 с, а маленькая субъединица - 30 с. Полная структура называется 70S. Рибосомы разбросаны по цитоплазме, где они выполняют свои задачи.
Эукариоты имеют большие рибосомы, большая субъединица - 60S, маленькая - 40S, и вся рибосома обозначена значением 80S. Они расположены в основном на якоре в грубой эндоплазматической сети.
Клеточная стенка
Клеточная стенка является важным элементом для борьбы с осмотическим стрессом и служит защитным барьером от возможных повреждений. Почти все прокариоты и некоторые группы эукариот имеют клеточную стенку. Разница заключается в его химической природе.
Бактериальная стенка состоит из пептидогликана, полимера, состоящего из двух структурных элементов: N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмураминовой кислоты, связанных вместе связями типа β-1,4..
В пределах эукариотической линии есть также клетки со стенками, в основном у некоторых грибов и у всех растений. Наиболее распространенным соединением в стенке грибов является хитин, а в растениях - целлюлоза, полимер, образованный многими глюкозными единицами..
Деление клеток
Как обсуждалось выше, прокариоты делятся на бинарное деление. Эукариоты имеют сложную систему деления, которая включает в себя различные стадии деления ядра, будь то митоз или мейоз.
Филогения и классификация
Как правило, мы привыкли определять вид в соответствии с биологической концепцией, предложенной Э. Майром в 1989 году: «группы перекрестных природных популяций, которые репродуктивно изолированы от других групп»..
Применение этого понятия к бесполым видам, как и в случае с прокариотами, невозможно. Следовательно, должен существовать другой способ приблизиться к понятию видов для классификации этих организмов..
По словам Росселло-Мора и другие. (2011), филофенетическая концепция хорошо согласуется с этой линией: «монофилетический и геномически согласованный набор отдельных организмов, которые демонстрируют высокую степень общего сходства по многим независимым характеристикам и диагностируются по дискриминационному фенотипическому свойству».
Ранее все прокариоты были классифицированы в единый «домен», пока Карл Вуес не предложил, чтобы древо жизни имело три основные ветви. В соответствии с этой классификацией, прокариоты охватывают два домена: археи и бактерии.
Внутри бактерий мы находим пять групп: протеобактерии, хламидии, спирохеты, цианобактерии и грамположительные бактерии. Точно так же у нас есть четыре основные группы архей: Euryarchaeota, Grupo TACK, Asgard и Grupo DPANN..
Новые перспективы
Одним из наиболее распространенных понятий в биологии является простота прокариотического цитозоля. Тем не менее, новые данные свидетельствуют о потенциальной организации прокариотических клеток. В настоящее время ученые пытаются разрушить догму об отсутствии органелл, цитоскелета и других характеристик в этой одноклеточной линии..
Органеллы у прокариот
Авторы этого предложения, так и новые спорное утверждение, что есть уровни раздробленности в эукариотических клетках, особенно в закрытых структурах белков и внутриклеточных липидов.
По мнению защитников этой идеи, органелла представляет собой компартмент, окруженный биологической мембраной с определенной биохимической функцией. Среди этих "органелл", которые соответствуют этому определению, у нас есть липидные тела, карбоксисомы, газовые вакуоли и другие..
магнетосомы
Одним из самых интересных отсеков бактерий являются магнитосомы. Эти структуры связаны с возможностями определенных бактерий, таких как Magnetospirillum или Magnetococcus - использования магнитных полей для ориентации.
Конструктивно они представляют собой небольшое тело размером 50 нанометров, окруженное липидной мембраной, внутренняя часть которой состоит из магнитных минералов..
Фотосинтетические мембраны
Кроме того, некоторые прокариоты имеют «фотосинтетические мембраны», которые являются наиболее изученными компартментами у этих организмов..
Эти системы работают, чтобы максимизировать эффективность фотосинтеза, увеличивая количество доступного фотосинтетического белка и максимизируя поверхность мембраны, которая подвергается воздействию света.
Отделения в planctomycetes
Было невозможно проследить правдоподобный эволюционный путь от упомянутых выше компартментов к очень сложным органеллам эукариот..
Тем не менее, жанр planctomycetes Он имеет ряд отделений внутри, которые напоминают сами органеллы и могут быть предложены в качестве бактериального предка эукариот. В жанре Pirellula есть хромосомы и рибосомы, окруженные биологическими мембранами.
Компоненты цитоскелета
Точно так же существуют определенные белки, которые исторически считались уникальными для эукариот, в том числе незаменимые филаменты, входящие в состав цитоскелета: тубулин, актин и промежуточные филаменты..
Недавние исследования позволили идентифицировать белки, гомологичные тубулину (FtsZ, BtuA, BtuB и др.), Актину (MreB и Mb1) и промежуточным филаментам (CfoA)..
ссылки
- Купер, Г. М. (2000). Клетка: Молекулярный подход. Sinauer Associates.
- Dorman, C.J. & Deighan, P. (2003). Регуляция экспрессии генов гистоноподобными белками в бактериях. Современное мнение в области генетики и развития, 13(2), 179-184.
- Герреро Р. & Берланга М. (2007). Скрытая сторона прокариотической клетки: переоткрытие микробного мира. Международная микробиология, 10(3), 157-168.
- Мурат Д., Бирн М. и Комейли А. (2010). Клеточная биология прокариотических органелл. Перспективы Колд Спринг Харбор в биологии, a000422.
- Rosselló-Mora, R. & Amann, R. (2001). Видовая концепция прокариот. FEMS микробиологические обзоры, 25(1), 39-67.
- Слесарев А.И., Белова Г.И., Козявкин С.А., Лейк, Дж.А. (1998). Доказательства раннего прокариотического происхождения гистонов H2A и H4 до появления эукариот. Исследование нуклеиновых кислот, 26(2), 427-430.
- Souza, W. D. (2012). Прокариотические клетки: структурная организация цитоскелета и органелл. Воспоминания об институте Освальдо Крус, 107(3), 283-293.