Prokariotai — kas tai? Apibrėžimas, savybės, bakterijos ir archėjos

Sužinokite viską apie prokariotus: kas tai, savybės, bakterijos ir archėjos — struktūra, dauginimasis, ekstremalios buveinės ir skirtumai nuo eukariotų.

Prokariotai (arba vienaląsčiai) yra vieni paprasčiausių gyvų organizmų: bakterijos ir archėjos. Paprastai jie neturi ląstelės branduolio, branduolio membranos ar ląstelės organelių, tačiau rasta ir nedidelių išimčių. Prokariotai yra vienaląsčiai organizmai.

Kai kurios sudaro bioplėvelę, kuri šiek tiek panaši į daugialąsčius organizmus.

Be branduolio, prokariotai neturi kitų eukariotams (ląstelėms, turinčioms tikrą branduolį) būdingų savybių. Jie dauginasi be lytinių ląstelių susijungimo. Jie neturi membranų ląstelės viduje. Tai reiškia, kad ląstelėje nėra vakuolių, Golgio aparato, endoplazminio tinklo ar kitų organelių. Tačiau jie turi ribosomas, nors jos yra paprastesnės nei eukariotų. Eukariotų ląstelėse yra organelių, kurios kadaise buvo laisvai gyvenantys prokariotai.

1977 m. Carlas Woese'as pasiūlė prokariotus suskirstyti į bakterijas ir archėjas (iš pradžių Eubacteria ir Archaebacteria), nes šių dviejų organizmų grupių struktūra ir genetika labai skiriasi. Toks Eukaryota (dar vadinama Eukarya), Bacteria ir Archaea suskirstymas vadinamas trijų sričių sistema, pakeitusia tradicinę dviejų sričių sistemą.

Archaea - tai paprasti organizmai, kurie pirmą kartą buvo atrasti ekstremalioje aplinkoje. Dauguma jų gali išgyventi labai aukštoje arba labai žemoje temperatūroje. Kai kurie iš jų taip pat gali išgyventi labai sūriame, rūgščiame ar šarminiame vandenyje. Kai kurių jų rasta geizeriuose, juodųjų dūmų ar naftos gręžiniuose.

Savybės ir ląstelės struktūra

Prokariotų ląstelės paprastai yra daug mažesnės nei eukariotų (dažniausiai 0,2–5 µm). Pagrindinės struktūrinės dalys:

• Plazminė membrana – atskiria ląstelės vidų nuo aplinkos; archėjų membranos lipidai skiriasi nuo bakterijų (eteriniai ryšiai archėjose vs esteriniai ryšiai bakterijose).
• Citoplazma su nukleoidu – DNR paprastai yra viena arba keli apskriti viengrandės molekulės, supakuotos į nukleoidą (nėra membranos).
• Plazmidai – nedidelės papildomos DNR grandinės, dažnai koduojančios atsparumą ar kitas funkcijas.
• Ribosomos (70S) – baltymų sintezės aparatas, paprastesnis nei eukariotų ribosomos.
• Įvairesnės išorinės struktūros – ląstelės sienelė (bakterijose dažnai peptidoglikanas), kapsulė, fimbrijos (plaukeliai), plazmidinės ar flagelinės struktūros judėjimui.

Formos, dydis ir organizacija

Prokariotai gali būti įvairių formų: kokai (apvalūs), bacilos (pailgi), spirilės (suktinėtos), vibrios (pusmėnulio formos) arba plėviniai ir siūliniai. Kai kurie sudaro specialias daugialąsčių panašias struktūras arba bioplėveles, kuriose skirtingos ląstelės bendradarbiauja.

Dauginimasis ir genetinė įvairovė

Prokariotai daugėja daugiausia vegetatyviu būdu – dvejinimosi (binarinio) dalijimosi būdu. Nors lytiškas susiliejimas nėra būdingas, genetinė įvairovė plečiama per horizontalaus genų perdavimą:

• Konjugacija – DNR perdavimas tiesioginio ląstelių kontakto metu.
• Transformacija – laisvos DNR įsisavinimas iš aplinkos.
• Transdukcija – genų perdavimas bakteriofagų (virusų) pagalba.

Ir fermentacijos, ir fotosintezės tipai gali būti labai įvairūs: pvz., cianobakterijos atlieka fotosintezę, o kai kurios bakterijos ar archėjos vykdo chemosintezę, naudojant neorganinius cheminius šaltinius energijai.

Bakterijos ir archėjos — pagrindiniai skirtumai

• Genetinė ir filogenetinė sandara: rRNR sekos parodė aiškią archėjų ir bakterijų diferenciaciją (žr. C. Woese idėjas).
• Ląstelės sienelė: daugumai bakterijų būdingas peptidoglikanas; archėjose jo nėra arba jis yra kitokios cheminės struktūros.
• Membranų lipidai: archėjų lipidai turi eterinius ryšius ir izopreno grandines, o bakterijų – esterinius riebalų rūgščių junginius.
• Biochemija ir atsakas į antibiotikus: archėjos paprastai nejautrios daugeliui bakterijoms veikiančių antibiotikų; jų transkripcijos ir translacijos aparatai turi eukariotams būdingų bruožų.

Ekologinė reikšmė ir žmogaus sveikata

Prokariotai atlieka kertinį vaidmenį Žemės biogeocheminiuose cikluose: skaidina organines medžiagas, dalyvauja anglies, azoto, sieros ir kitų elementų apykaitoje. Kai kurie svarbūs vaidmenys:

• Nitrogenazės veikla – azoto fiksacija, kuri aprūpina augalus biologiniu azotu.
• Fotosintezė ir oksidacija – cianobakterijos prisidėjo prie atmosferos deguonies atsiradimo (stromatolitų formavimasis).
• Bioremediacija – teršalų, naftos produktų skaidymas mikroorganizmų pagalba.
• Žmogaus mikrobioma – bakterijos ir archėjos virškinimo trakte, odos ar burnos srityje turi įtakos sveikatai ir ligoms.
• Patogenai – kai kurios bakterijos sukelia infekcines ligas; supratimas apie jų biologiją svarbus medicinai ir antibiotikų vystymuisi.

Išskirtiniai gyvenimo būdai ir ekstremofilai

Kaip minėta, kai kurios archėjos randamos ekstremaliose aplinkose – aukštos ar žemos temperatūros, didelio druskingumo (sūrios terpės), aukštos rūgštingumo (rūgščios) ar aukšto slėgio vietose. Tačiau archėjos ir bakterijos gyvena ir įprastose aplinkose: dirvožemyje, vandenyje, žmogaus kūne ir pan.

Istorija ir tyrimo metodai

Prokariotų pažinimas vystėsi nuo mikroskopijos iki molekulinės taksonomijos. Šiuolaikiniai tyrimai dažnai naudoja genetinį sekvenavimą ir metagenomiką, leidžiančią aptikti ir analizuoti mikroorganizmus, kurių negalima išauginti laboratorijoje. Mikroskopija, kultivavimas, genomų analizė, proteomika ir metabolomika – pagrindiniai metodai.

Praktinis pritaikymas

Prokariotai plačiai naudojami pramonėje ir technologijose: fermentacija maisto pramonėje, vaistų ir antibiotikų gamyba, enzimų ir biokuro sintezė, biotechnologinės inžinerijos sprendimai (rekombinantinių baltymų gamyba) ir kt.

Pabaigai

Prokariotai yra neatsiejama planetos gyvybės dalis: nors ląstelės paprastumas atrodo primityvus, jų biologinė įvairovė, gebėjimas prisitaikyti ir atlikti sudėtingas ekologines funkcijas daro juos vienais svarbiausių organizmų Žemėje.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra prokariotai?

K: Ar prokariotai turi ląstelės branduolį?

K: Kokia yra prokariotų genetinė medžiaga?

K: Kokiai bakterijų rūšiai priklauso cianobakterijos?

K: Kaip dauginasi prokariotai?

K: Ar prokariotų ląstelės turi membranas?

K: Iš kur atsirado eukariotų ląstelės?

Paieška pagal raidę