W naszym artykule rozważymy budowę prokariontów i eukariontów. Organizmy te różnią się znacznie poziomem organizacji. Powodem tego są osobliwości struktury informacji genetycznej.
Cechy struktury komórek prokariotycznych
Prokariota to wszystkie żywe organizmy, których komórki nie zawierają jądra. Spośród przedstawicieli pięciu współczesnych królestw żywej natury tylko jeden należy do nich - Bakterie. Rozważane przez nas prokarionty to także sinice i archeony.
Pomimo braku uformowanego jądra w ich komórkach, zawierają one materiał genetyczny. Pozwala to na przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznych, ale ogranicza różnorodność metod reprodukcji. Wszystkie prokarionty rozmnażają się, dzieląc swoje komórki na dwie części. Nie są zdolne do mitozy i mejozy.
Struktura prokariontów i eukariontów
Cechy strukturalne prokariontów i eukariontów, które je wyróżniają, są dość znaczące. Oprócz struktury materiału genetycznego dotyczy to również wielu organelli. Eukarionty, które obejmują rośliny, grzyby i zwierzęta, zawierają się w cytoplazmiemitochondria, kompleks Golgiego, retikulum endoplazmatyczne, wiele plastydów. Prokarionty ich nie mają. Ściana komórkowa, którą oba mają, różni się składem chemicznym. W bakteriach składa się z węglowodanów złożonych pektyny lub mureiny, natomiast w roślinach na bazie błonnika, a u grzybów – chityny.
Historia odkryć
Cechy budowy i życia prokariontów stały się znane naukowcom dopiero w XVII wieku. I to pomimo faktu, że te stworzenia istniały na planecie od początku jej istnienia. W 1676 roku zostały po raz pierwszy zbadane pod mikroskopem optycznym przez ich twórcę Anthony'ego van Leeuwenhoeka. Jak wszystkie mikroskopijne organizmy, naukowiec nazwał je „zwierzętami”. Termin „bakterie” pojawił się dopiero na początku XIX wieku. Zaproponował ją słynny niemiecki przyrodnik Christian Ehrenberg. Pojęcie „prokariontów” powstało później, w dobie powstania mikroskopu elektronowego. I na początku naukowcy ustalili fakt różnic w strukturze aparatu genetycznego komórek różnych stworzeń. E. Chatton w 1937 zaproponował połączenie organizmów w dwie grupy zgodnie z tą cechą: pro- i eukariota. Ten podział istnieje do dziś. W drugiej połowie XX wieku wśród samych prokariotów odkryto rozróżnienie: archeony i bakterie.
Cechy aparatu powierzchniowego
Aparat powierzchniowy prokariontów składa się z błony i ściany komórkowej. Każda z tych części ma swoją własną charakterystykę. Ich błonę tworzy podwójna warstwa lipidów i białek. prokariota,których budowa jest dość prymitywna, mają dwa rodzaje budowy ściany komórkowej. Tak więc u bakterii gram-dodatnich składa się głównie z peptydoglikanu, ma grubość do 80 nm i ściśle przylega do błony. Charakterystyczną cechą tej struktury jest obecność w niej porów, przez które przenika szereg cząsteczek. Ściana komórkowa bakterii Gram-ujemnych jest bardzo cienka - maksymalnie do 3 nm. Nie przylega ściśle do membrany. Niektórzy przedstawiciele prokariontów mają również błonę śluzową na zewnątrz. Chroni organizmy przed wysychaniem, uszkodzeniami mechanicznymi oraz tworzy dodatkową barierę osmotyczną.
Organelle prokariotyczne
Struktura komórki prokariontów i eukariontów ma swoje istotne różnice, które polegają przede wszystkim na obecności pewnych organelli. Te trwałe struktury determinują poziom rozwoju organizmów jako całości. Większość z nich nie występuje u prokariontów. Synteza białek w tych komórkach zachodzi przez rybosomy. Prokariota wodne zawierają aerozole. Są to wnęki gazowe, które zapewniają pływalność i regulują stopień zanurzenia organizmów. Tylko prokariota zawierają mezosomy. Te fałdy błony cytoplazmatycznej występują tylko podczas stosowania metod chemicznego wiązania podczas przygotowania komórek prokariotycznych do mikroskopii. Organellami ruchu bakterii i archeonów są rzęski lub wici. A przywiązanie do podłoża odbywa się przez picie. Te struktury utworzone przez cylindry białkowe są również nazywane kosmkami i fimbriami.
Co to jest nukleoid
Ale najważniejszą różnicą jest struktura genu prokariontów i eukariontów. Wszystkie te organizmy posiadają informacje dziedziczne. U eukariontów znajduje się wewnątrz uformowanego jądra. Ta dwubłonowa organella ma własną macierz zwaną nukleoplazmą, otoczką i chromatyną. Tutaj odbywa się nie tylko przechowywanie informacji genetycznej, ale także synteza cząsteczek RNA. W jąderkach tworzą następnie podjednostki rybosomów - organelli odpowiedzialnych za syntezę białek.
Struktura genów prokariotycznych jest prostsza. Ich materiał dziedziczny jest reprezentowany przez region nukleoidowy lub jądrowy. DNA u prokariontów nie jest upakowane w chromosomach, ale ma zamkniętą, kolistą strukturę. Nukleoid zawiera również cząsteczki RNA i białka. Te ostatnie mają podobną funkcję do histonów eukariotycznych. Są zaangażowane w duplikację DNA, syntezę RNA, naprawę struktury chemicznej i pękanie kwasów nukleinowych.
Cechy aktywności życiowej
Prokariota, których struktura nie jest złożona, przeprowadzają dość złożone procesy życiowe. To jest odżywianie, oddychanie, reprodukcja własnego rodzaju, ruch, metabolizm… I tylko jedna mikroskopijna komórka jest zdolna do tego wszystkiego, której wielkość waha się od 250 mikronów! Tak więc o prymitywizmie można mówić tylko względnie.
Cechy budowy prokariontów determinują mechanizmy ich fizjologii. Na przykład są w stanie otrzymywać energię na trzy sposoby. Pierwszy tofermentacja. Dokonują tego niektóre bakterie. Proces ten opiera się na reakcjach redoks, podczas których syntetyzowane są cząsteczki ATP. Jest to związek chemiczny, podczas którego rozszczepianie uwalnia energię w kilku etapach. Dlatego nie na próżno nazywa się ją „baterią komórkową”. Następnym sposobem jest oddychanie. Istotą tego procesu jest utlenianie substancji organicznych. Niektóre prokariota są zdolne do fotosyntezy. Przykładami są niebiesko-zielone algi i fioletowe bakterie, które zawierają plastydy w swoich komórkach. Ale archeony są zdolne do fotosyntezy wolnej od chlorofilu. Podczas tego procesu dwutlenek węgla nie jest związany, ale bezpośrednio powstają cząsteczki ATP. Tak więc w istocie jest to prawdziwa fotofosforylacja.
Rodzaj posiłku
Bakterie i archeony to prokariota, których budowa pozwala im na różne sposoby żywienia. Niektóre z nich to autotrofy. Organizmy te same syntetyzują substancje organiczne podczas fotosyntezy. Komórki takich prokariotów zawierają chlorofil. Niektóre bakterie pozyskują energię rozkładając pewne związki organiczne. Ich rodzaj żywienia nazywa się chemotroficznym. Przedstawicielami tej grupy są bakterie żelaza i siarki. Inne wchłaniają tylko gotowe związki. Nazywane są heterotrofami. Większość z nich prowadzi pasożytniczy tryb życia i żyje tylko w komórkach innych stworzeń. Odmianą z tej grupy są również saprotrofy. Żywią się produktami odpadowymi lubrozkładająca się materia organiczna. Jak widać, sposób odżywiania się prokariontów jest dość zróżnicowany. Fakt ten przyczynił się do ich szerokiego rozpowszechnienia we wszystkich siedliskach.
Formy reprodukcji
Prokariota, których strukturę reprezentuje jedna komórka, rozmnażają się dzieląc ją na dwie części lub pączkując. Ta cecha wynika również ze struktury ich aparatu genetycznego. Proces rozszczepienia binarnego poprzedza duplikacja, czyli replikacja DNA. W tym przypadku cząsteczka kwasu nukleinowego jest najpierw rozwijana, po czym każda nić jest powielana zgodnie z zasadą komplementarności. Powstałe w wyniku tego chromosomy rozchodzą się w kierunku biegunów. Komórki powiększają się, tworzy się między nimi zwężenie, a następnie następuje ich ostateczna izolacja. Niektóre bakterie są również zdolne do tworzenia komórek rozmnażających się bezpłciowo – zarodników.
Bakterie i archeony: cechy wyróżniające
Przez długi czas archeony wraz z bakteriami były przedstawicielami Królestwa Drobyanki. Rzeczywiście, mają wiele podobnych cech strukturalnych. To przede wszystkim wielkość i kształt ich komórek. Jednak badania biochemiczne wykazały, że mają wiele podobieństw do eukariontów. Taka jest natura enzymów, pod wpływem których zachodzą procesy syntezy cząsteczek RNA i białek.
Zgodnie ze sposobem żywienia większość z nich to chemotrofy. Ponadto substancje rozkładane w procesie pozyskiwania energii przez archeony są bardziej zróżnicowane. Są to zarówno węglowodany złożone, jak iamoniak i związki metali. Wśród archeonów są też autotrofy. Bardzo często wchodzą w symbiotyczny związek. Wśród archeonów nie ma pasożytów. Najczęściej w naturze znajdują się komensale i mutualiści. W pierwszym przypadku archeony żywią się substancjami ciała żywiciela, ale nie szkodzą mu. W przeciwieństwie do tego typu symbiozy, w relacji mutualistycznej obydwa organizmy odnoszą korzyści. Niektóre z nich to metageny. Takie archeony zasiedlają układ pokarmowy ludzi i ssaków przeżuwających, powodując nadmierne tworzenie się gazów w jelitach. Organizmy te rozmnażają się przez podział binarny, pączkowanie lub fragmentację.
Archaea opanowały prawie wszystkie siedliska. Są szczególnie zróżnicowane pod względem składu planktonu. Początkowo wszystkie archeony zostały sklasyfikowane jako ekstremofile, ponieważ mogą żyć w gorących źródłach, zbiornikach wodnych o dużym zasoleniu i na głębokościach o znacznym ciśnieniu.
Znaczenie prokariontów w przyrodzie i życiu człowieka
Rola prokariontów w przyrodzie jest znacząca. Przede wszystkim są pierwszymi żywymi organizmami, które powstały na planecie. Naukowcy odkryli, że bakterie i archeony powstały około 3,5 miliarda lat temu. Teoria symbiogenezy sugeruje, że wywodzą się z nich także niektóre organelle komórek eukariotycznych. W szczególności mówimy o plastydach i mitochondriach.
Wiele prokariontów jest wykorzystywanych w biotechnologii do produkcji leków, antybiotyków, enzymów, hormonów, nawozów, herbicydów. Człowiek od dawna wykorzystuje dobroczynne właściwościbakterie kwasu mlekowego do produkcji serów, kefirów, jogurtów, produktów fermentowanych. Za pomocą tych organizmów przeprowadza się oczyszczanie zbiorników wodnych i gleb, wzbogacanie rud różnych metali. Bakterie tworzą mikroflorę jelitową ludzi i wielu zwierząt. Wraz z archeonami krążą w obiegu wiele substancji: azot, żelazo, siarka, wodór.
Z drugiej strony wiele bakterii jest przyczyną groźnych chorób, regulując populację wielu gatunków roślin i zwierząt. Należą do nich dżuma, kiła, cholera, wąglik, błonica.
Tak więc prokarionty nazywane są organizmami, których komórki są pozbawione uformowanego jądra. Ich materiał genetyczny reprezentuje nukleoid składający się z okrągłej cząsteczki DNA. Spośród współczesnych organizmów bakterie i archeony należą do prokariontów.
