Ciri-ciri sel prokariotik, struktur selular, jenis



The sel prokariotik mereka adalah struktur mudah dan tanpa nukleus dibatasi oleh membran plasma. Organisma yang dikaitkan dengan jenis sel ini bersifat uniselular, walaupun mereka dapat dikelompokkan dan membentuk struktur sekunder, seperti rantai.

Daripada tiga domain kehidupan yang dicadangkan oleh Carl Woese, prokariot sesuai dengan Bakteria dan Archaea. Domain yang tersisa, Eucarya, terdiri daripada sel-sel eukariotik, lebih besar, lebih kompleks dan dengan teras terpencil.

Salah satu dikotomi paling penting dalam sains biologi adalah perbezaan antara sel eukariotik dan sel prokariotik. Secara bersejarah, organisma prokariotik dianggap sederhana, tanpa organisasi dalaman, tanpa organel dan kurang cytoskeleton. Walau bagaimanapun, bukti baru memusnahkan paradigma ini.

Sebagai contoh, struktur telah dikenalpasti dalam prokariot yang berpotensi dianggap sebagai organel. Begitu juga, protein homolog dengan protein eukariota yang membentuk sitoskeleton telah dijumpai.

Prokariot sangat bervariasi dalam pemakanan mereka. Mereka boleh menggunakan cahaya dari matahari dan tenaga yang terkandung dalam ikatan kimia sebagai sumber tenaga. Mereka juga boleh menggunakan sumber karbon yang berbeza, seperti karbon dioksida, glukosa, asid amino, protein, dan lain-lain..

Prokariot dibahagi asexually oleh pembelahan binari. Dalam proses ini organisme mereplikasi DNA pekelilingnya, meningkatkan jumlahnya dan akhirnya membahagikannya kepada dua sel yang sama.

Walau bagaimanapun, terdapat mekanisme pertukaran bahan genetik yang menghasilkan kebolehubahan dalam bakteria, seperti transduksi, konjugasi dan transformasi.

Indeks

  • 1 Ciri umum
  • 2 Struktur
  • 3 Jenis prokaryotes
  • 4 Morfologi prokariotik
  • 5 Pengeluaran semula
    • 5.1 Pembiakan aseksual
    • 5.2 Sumber tambahan kebolehubahan genetik
  • 6 Pemakanan
    • 6.1 kategori berkhasiat
    • 6.2 Photoautotrophs
    • 6.3 Photoheterotrophs
    • 6.4 Chemoautotrophs
    • 6.5 Chemoheterotrophs
  • 7 Metabolisme
  • 8 Perbezaan asas dengan sel eukariotik
    • 8.1 Saiz dan kerumitan
    • 8.2 Teras
    • 8.3 Organisasi bahan genetik
    • 8.4 Pemadatan bahan genetik
    • 8.5 Organel
    • 8.6 Struktur ribosom
    • 8.7 Dinding sel
    • 8.8 Pembahagian sel
  • 9 Phylogeny dan klasifikasi
  • 10 perspektif baru
    • 10.1 Organel dalam prokariotik
    • 10.2 Magnetosomes
    • 10.3 Membran fotosintesis
    • 10.4 Compartments in Planctomycetes
    • 10.5 Komponen sitoskeleton
  • 11 Rujukan

Ciri umum

Prokariote adalah organisma uniselular yang agak mudah. Ciri yang paling cemerlang yang mengenal pasti kumpulan ini ialah ketiadaan nukleus sejati. Mereka dibahagikan kepada dua cabang utama: bakteria sebenar atau eubacteria dan archaebacteria.

Mereka telah menjajah hampir semua habitat yang boleh dibayangkan, dari air dan tanah ke pedalaman organisme lain, termasuk manusia. Khususnya, archaebacteria mendiami kawasan dengan suhu, salinitas dan pH yang melampau.

Struktur

Skim seni bina prokaryote tipikal adalah, tanpa ragu, bahawa Escherichia coli, bakteria yang biasanya tinggal di saluran gastrousus kita.

Bentuk sel menyerupai rotan dan mempunyai diameter 1 um dan 2 um panjang. Prokariot dikelilingi oleh dinding sel, yang terdiri terutamanya daripada polisakarida dan peptida.

Dinding sel bakteria adalah ciri yang sangat penting dan, mengikut struktur, membolehkan untuk menubuhkan sistem klasifikasi dalam dua kumpulan besar: bakteria gram positif dan gram negatif.

Disusuli oleh dinding sel, kita dapati membran (unsur biasa antara prokariote dan eukariota) sifat lipid dengan beberapa unsur prostetik yang tertanam di dalamnya yang memisahkan organisme dari persekitarannya.

DNA adalah molekul bulat yang terletak di rantau tertentu yang tidak mempunyai sebarang jenis membran atau pemisahan dengan sitoplasma.

Sitoplasma mempamerkan penampilan kasar dan mempunyai kira-kira 3,000 ribosom - struktur yang bertanggungjawab untuk sintesis protein.

Jenis prokariot

Prokariot semasa terdiri daripada pelbagai bakteria yang dibahagikan kepada dua domain utama: Eubacteria dan Archaebacteria. Menurut bukti, kumpulan-kumpulan ini seolah-olah telah menyimpulkan sangat awal dalam evolusi.

Archaebacteria adalah sekumpulan prokariot yang, secara amnya, hidup dalam persekitaran yang keadaannya tidak biasa, seperti suhu atau kemasinan yang tinggi. Keadaan ini jarang berlaku pada masa sekarang, tetapi ia mungkin menjadi lazim di tanah primitif.

Sebagai contoh, thermoacidophiles hidup di kawasan di mana suhu mencapai maksimum 80 ° C dan pH 2.

Eubacteria, sebaliknya, hidup dalam persekitaran yang sama bagi kita manusia. Mereka boleh mendiagnosis tanah, air atau hidup dalam organisme lain seperti bakteria yang merupakan sebahagian daripada saluran penghadaman kita.

Morfologi prokariotik

Bakteria datang dalam satu siri morfologi yang sangat pelbagai dan heterogen. Antara yang paling biasa kita ada yang bulat yang dipanggil kelapa. Ini boleh dibentangkan secara individu, berpasangan, dalam rantai, dalam tetrads, dan lain-lain..

Sesetengah bakteria morfologi serupa dengan tongkat dan dipanggil bacilli. Sama seperti kelapa boleh ditemui dalam perkiraan yang berbeza dengan lebih daripada satu individu. Kami juga mendapati spirochetes berbentuk lingkaran dan mereka yang mempunyai bentuk koma atau bijian yang disebut vibrios.

Setiap morfologi yang digambarkan boleh berbeza-beza antara spesies yang berlainan - contohnya, satu bacillus boleh menjadi lebih panjang daripada yang lain atau dengan lebih banyak bulat - dan berguna apabila mengenal pasti spesies.

Pembiakan

Pembiakan aseksual

Pengeluaran semula bakteria adalah aseksual dan berlaku melalui pembelahan binari. Dalam proses ini organisma secara literal "berpecah menjadi dua", mengakibatkan klon organisme awal. Untuk ini berlaku mesti ada sumber yang mencukupi.

Proses ini agak mudah: DNA bulat mereplikasi, membentuk dua heliks ganda yang serupa. Selanjutnya bahan genetik ditampung di dalam membran sel dan sel mula berkembang, sehingga ia berukuran ganda. Sel akhirnya dibahagikan dan setiap bahagian yang dihasilkan mempunyai salinan DNA bulat.

Dalam sesetengah bakteria, sel-sel boleh membahagikan bahan dan berkembang, tetapi mereka tidak membahagikan sama sekali dan membentuk sejenis rantai.

Sumber tambahan kebolehubahan genetik

Terdapat peristiwa pertukaran gen antara bakteria yang membolehkan pemindahan genetik dan rekombinasi, proses yang serupa dengan apa yang kita ketahui sebagai pembiakan seksual. Mekanisme ini adalah conjugation, transformation dan transduction.

Konjugasi ini terdiri daripada pertukaran bahan genetik antara dua bakteria melalui struktur yang sama dengan rambut halus yang dipanggil pili atau fimbrias, yang bertindak sebagai "jambatan". Dalam kes ini, mestilah kedekatan fizikal antara kedua-dua individu.

Transformasi ini melibatkan mengambil serpihan DNA telanjang yang terdapat di alam sekitar. Iaitu, dalam proses ini kehadiran organisma kedua tidak diperlukan.

Akhirnya kita mempunyai terjemahan, di mana bakteria memperoleh bahan genetik melalui vektor, contohnya bacteriophages (virus yang menjangkiti bakteria).

Pemakanan

Bakteria memerlukan bahan yang menjamin kelangsungan hidup mereka dan memberi mereka tenaga yang diperlukan untuk proses selular. Sel akan mengambil nutrien ini dengan penyerapan.

Secara amnya, kita boleh mengklasifikasikan nutrien sebagai sumber penting atau asas (air, sumber karbon, dan sebatian nitrogen), sekunder (seperti beberapa ion: kalium dan magnesium) dan mengesan unsur-unsur yang diperlukan dalam kepekatan minimum (besi, kobalt).

Sesetengah bakteria memerlukan faktor pertumbuhan tertentu, seperti vitamin dan asid amino dan faktor merangsang yang, walaupun tidak penting, membantu dalam proses pertumbuhan.

Keperluan pemakanan dari bakteria sangat berbeza-beza, namun pengetahuan mereka diperlukan untuk dapat menyediakan media kebudayaan yang efektif untuk memastikan pertumbuhan organisme kepentingan.

Kategori pemakanan

Bakteria boleh dikelaskan mengikut sumber karbon yang mereka gunakan, sama ada organik atau bukan organik dan bergantung kepada sumber tenaga yang diperolehi.

Menurut sumber karbon kita mempunyai dua kumpulan: autotrophs atau lithotrophs menggunakan karbon dioksida dan heterotroph atau organotrop yang memerlukan sumber karbon organik.

Dalam hal sumber tenaga kita juga mempunyai dua kategori: fototrof yang menggunakan tenaga yang berasal dari matahari atau tenaga bersinar dan chemiotrophs yang bergantung kepada tenaga tindak balas kimia. Oleh itu, dengan menggabungkan kedua-dua kategori, bakteria boleh dikelaskan kepada:

Photoautotrophs

Tenaga didapatkan dari cahaya matahari - yang bermaksud mereka aktif secara fotosintesis - dan sumber karbon mereka adalah karbon dioksida.

Photoheterotrophs

Mereka boleh menggunakan tenaga berseri untuk pembangunan mereka tetapi tidak dapat memasukkan karbon dioksida. Oleh itu, mereka menggunakan sumber karbon lain, seperti alkohol, asid lemak, asid organik dan karbohidrat.

Chemoautotrophs

Tenaga diperoleh daripada tindak balas kimia dan mereka boleh memasukkan karbon dioksida.

Chemoheterotrophs

Mereka menggunakan tenaga yang datang dari tindak balas kimia dan karbon berasal dari sebatian organik, seperti glukosa - yang paling banyak digunakan - lipid dan juga protein. Ambil perhatian bahawa sumber tenaga dan sumber karbon adalah sama dalam kedua-dua kes, jadi perbezaan di antara kedua adalah sukar.

Secara amnya, mikroorganisma yang dianggap patogen manusia tergolong dalam kategori terakhir ini dan digunakan sebagai sumber karbon asid amino dan sebatian lipid tuan rumah mereka.

Metabolisme

Metabolisme ini merangkumi semua reaksi kimia yang kompleks yang dikatalisis oleh enzim yang berlaku di dalam organisma supaya ia dapat berkembang dan menghasilkan semula.

Dalam bakteria, tindak balas ini tidak berbeza dengan proses asas yang berlaku dalam organisma yang lebih kompleks. Malah, kami mempunyai banyak laluan yang dikongsi oleh kedua-dua keturunan organisma, seperti contoh glikolisis.

Reaksi metabolisme dikelaskan kepada dua kumpulan utama: biosintesis atau reaksi anabolik, dan tindak balas atau reaksi katabolik, yang berlaku untuk mencapai pengeluaran tenaga kimia.

Reaksi katabolik dilepaskan dalam tenaga cara yang berperingkat-peringkat yang digunakan oleh organisma untuk biosintesis komponennya.

Perbezaan asas dengan sel eukariotik

Prokariot berbeza dari prokariot terutamanya dalam kerumitan struktur sel dan dalam proses yang berlaku di dalamnya. Seterusnya kita akan menerangkan perbezaan utama antara kedua keturunan:

Saiz dan kerumitan

Selalunya, sel prokariotik lebih kecil daripada eukariota. Yang pertama mempunyai diameter antara 1 dan 3 μm, bertentangan dengan sel eukariotik yang dapat mencapai 100 μm. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa pengecualian.

Manakala prokariot adalah unisel dan kami tidak boleh melihat dengan mata kasar, (jika tidak memerhatikan koloni bakteria, sebagai contoh) kita tidak boleh menggunakan ciri-ciri untuk membezakan antara kedua-dua kumpulan. Dalam eukariota kita juga mendapati organisma uniselular.

Malah, salah satu daripada sel yang paling kompleks adalah eukaryote uniselular, kerana ia mesti mengandungi semua struktur yang diperlukan untuk pembangunan mereka yang terbatas kepada membran selular. Genre Paramecium dan Trypanosoma mereka adalah contoh yang luar biasa ini.

Sebaliknya, terdapat prokariot yang sangat kompleks, seperti cyanobacteria (kumpulan prokariotik di mana evolusi reaksi fotosintesis berlaku).

Teras

Perkataan "prokaryote" merujuk kepada ketiadaan nukleus (pro = sebelum; karyon = nukleus) manakala eukariota mempunyai nukleus sejati (eu = benar). Oleh itu, kedua-dua kumpulan ini dipisahkan oleh kehadiran organelle penting ini.

Dalam prokariota, bahan genetik diedarkan di rantau tertentu sel yang dipanggil nukleoid - dan ia bukan nukleus sejati kerana ia tidak dibatasi oleh membran lipid.

Eukariot mempunyai nukleus yang jelas dan dikelilingi oleh membran berganda. Struktur ini sangat rumit, membentangkan kawasan yang berbeza di dalam seperti misalnya nukleolus. Di samping itu, organelle ini dapat berinteraksi dengan persekitaran dalaman sel berkat kehadiran liang nuklear.

Pertubuhan bahan genetik

Prokariote mengandungi antara 0.6 hingga 5 juta pasangan asas dalam DNA mereka dan dianggarkan bahawa mereka boleh menyandarkan sehingga 5000 protein yang berlainan. 

Gen prokaryotik disusun menjadi entiti yang dikenali sebagai operon - seperti lactose operon yang dikenali - sementara gen eukaryotik tidak.

Dalam gen kita boleh membezakan dua "wilayah": introns dan exons. Yang pertama adalah bahagian yang tidak kod untuk protein dan yang mengganggu kawasan pengekodan, dipanggil exons. Intron adalah biasa dalam gen eukariotik tetapi tidak dalam prokariot.

Prokariot secara umumnya haploid (beban genetik tunggal) dan eukariota mempunyai kedua-dua haploid dan beban poliploid. Sebagai contoh, kita manusia adalah diploid. Begitu juga, prokariota mempunyai kromosom dan eukariota lebih daripada satu.

Pemadatan bahan genetik

Di dalam nukleus sel, eukariota mempamerkan sebuah organisasi DNA yang rumit. Sekumpulan DNA panjang (kira-kira dua meter) dapat menggabungkan dengan cara yang dapat disepadukan ke dalam nukleus dan, semasa proses pembahagian, dapat divisualisasikan di bawah mikroskop dalam bentuk kromosom.

Proses pemadatan DNA melibatkan satu siri protein yang mampu mengikat sehelai dan bentuk struktur menyerupai rentetan mutiara, di mana benang diwakili oleh DNA dan akaun mutiara. Protein ini dipanggil histon.

Histon telah banyak dipelihara sepanjang evolusi. Iaitu, histones kita sangat mirip dengan tetikus, atau pergi lebih jauh kepada serangga. Secara strukturnya, mereka mempunyai banyak asid amino yang positif yang berinteraksi dengan tuduhan negatif DNA.

Dalam prokariot, protein tertentu homolog ke histones yang umumnya dikenali sebagai histones telah dijumpai-seperti. Protein ini menyumbang kepada kawalan ekspresi gen, penggabungan dan replikasi DNA dan, seperti histones dalam eukariota, menyertai organisasi nucleoid.

Organel

Dalam sel eukariotik, satu siri ruang subselular yang sangat kompleks dapat dikenalpasti yang melaksanakan fungsi tertentu.

Yang paling penting adalah mitokondria, yang bertanggungjawab untuk proses respirasi sel dan penjanaan ATP, dan tumbuh-tumbuhan berdiri kloroplas dengan tiga membran sistem dan peralatan yang diperlukan untuk fotosintesis.

Juga, kita mempunyai kompleks Golgi, reticulum endoplasma yang lancar dan kasar, vakum, lisosom, peroksisom, antara lain.

Struktur ribosom

Ribosom terdiri daripada jentera yang diperlukan untuk sintesis protein, jadi ia mesti hadir dalam kedua-dua eukariota dan prokariot. Walaupun ia adalah struktur yang sangat diperlukan untuk kedua-duanya, ia berbeza secara besar-besaran.

Ribosom terdiri daripada dua subunit: satu besar dan satu kecil. Setiap subunit dikenal pasti dengan parameter yang dipanggil pekali sedimentasi.

Dalam prokariot, subunit besar ialah 50S dan subunit kecil ialah 30S. Struktur lengkap dipanggil 70S. Ribosom bertaburan di sitoplasma, di mana mereka melakukan tugas mereka.

Eukariota mempunyai ribosom yang lebih besar, subunit besar ialah 60S, yang kecil ialah 40S dan keseluruhan ribosom ditetapkan dengan nilai 80S. Ini terletak terutamanya berlabuh di reticulum endoplasma kasar.

Dinding sel

Dinding sel adalah elemen penting untuk menanggulangi tekanan osmotik dan berfungsi sebagai penghalang perlindungan terhadap kemungkinan kerusakan. Hampir semua prokariotik dan beberapa kumpulan eukariota mempunyai dinding sel. Perbezaannya terletak pada sifat kimia itu.

Dinding sel terdiri daripada peptidoglycan, polimer yang terdiri daripada dua elemen struktur: N-acetylglucosamine dan asid N-acetylmuramic, dihubungkan oleh β-1,4 jenis.

Di dalam garis keturunan eukaryotic terdapat juga sel-sel dengan dinding, terutamanya di beberapa kulat dan di dalam semua tumbuhan. Kompaun yang paling banyak di dinding kulat adalah kitin dan dalam tumbuhan ia adalah selulosa, polimer yang terbentuk oleh banyak unit glukosa.

Bahagian sel

Seperti yang dibincangkan di atas, prokariot dibahagikan dengan pembelahan binari. Eukariota mempunyai sistem pembahagian kompleks yang melibatkan pelbagai peringkat pembahagian nuklear, sama ada mitosis atau meiosis.

Phylogeny dan klasifikasi

Kami biasanya terbiasa dengan mendefinisikan spesies sesuai dengan konsep biologi yang dicadangkan oleh E. Mayr pada tahun 1989: "kumpulan populasi semula jadi silang yang bersifat reproduktif dari kumpulan lain".

Memohon konsep ini kepada spesies aseksual, seperti kes prokariot, adalah mustahil. Oleh itu, perlu ada cara lain untuk mendekati konsep spesies untuk mengklasifikasikan organisma ini.

Menurut Rosselló-Mora et al. (2011), konsep edge-phenetic bersesuaian dengan keturunan ini: "sekumpulan monophyletic dan organisma individu genomically koheren yang menunjukkan tahap yang tinggi persamaan keseluruhan dalam banyak ciri-ciri bebas, dan didiagnosis oleh hartanah fenotip yang diskriminatif".

Sebelum ini, semua prokariot telah diklasifikasikan menjadi "domain" tunggal, sehingga Carl Woese mencadangkan bahawa pokok kehidupan harus mempunyai tiga cabang utama. Mengikut klasifikasi ini, prokariot merangkumi dua domain: Archaea dan Bakteria.

Di dalam bakteria kita dapati lima kumpulan: proteobakteria, chlamydias, spirochetes cyanobacteria dan bakteria gram-positif. Begitu juga, kami mempunyai empat kumpulan utama arkaea: Euryarchaeota, Grupo TACK, Asgard dan Grupo DPANN.

Perspektif baru

Salah satu konsep yang paling meluas dalam biologi adalah kesederhanaan cytosol prokaryotik. Walau bagaimanapun, bukti baru menunjukkan bahawa ada organisasi yang berpotensi dalam sel-sel prokariotik. Pada masa ini, para saintis cuba meruntuhkan dogma ketiadaan organel, sitoskeleton dan ciri-ciri lain dalam keturunan uniselular ini.

Organel dalam prokariot

Penulis novel ini dan cadangan kontroversial meyakinkan bahawa terdapat tahap penggabungan dalam sel eukariotik, terutama dalam struktur yang dibatasi oleh protein dan oleh lipid intrasel.

Menurut pembela idea ini, organelle adalah kompartemen yang dikelilingi oleh membran biologi dengan fungsi biokimia yang ditentukan. Di antara "organel" ini yang mematuhi definisi ini, kita mempunyai badan lipid, carboxysomes, vakum gas, antara lain.

Magnetosomes

Salah satu daripada bakteria paling menarik ialah magnetosom. Struktur ini berkaitan dengan keupayaan bakteria tertentu Magnetospirillum o Magnetococcus - menggunakan medan magnet untuk orientasi.

Secara struktural mereka adalah badan kecil 50 nanometer yang dikelilingi oleh membran lipid, yang dalamannya terdiri daripada mineral magnetik.

Membran fotosintesis

Di samping itu, sesetengah prokariot mempunyai "membran fotosintesis", yang merupakan petak paling banyak dikaji dalam organisma ini.

Sistem ini berfungsi untuk memaksimumkan kecekapan fotosintesis, meningkatkan jumlah protein fotosintesis yang tersedia dan memaksimumkan permukaan membran yang terdedah kepada cahaya.

Kompartmen di Planctomycetes

Ia tidak mungkin untuk mengesan jalan evolusi yang munasabah dari petak-petak ini yang disebutkan di atas kepada organel eukariot yang sangat kompleks.

Bagaimanapun, genre itu Planctomycetes Ia mempunyai serangkaian ruang dalam yang mengingatkan organel sendiri dan boleh dicadangkan sebagai nukleus bakteria eukariota. Dalam genre itu Pirellula terdapat kromosom dan ribosom yang dikelilingi oleh membran biologi.

Komponen sitoskeleton

Begitu juga, terdapat protein tertentu bahawa sejarah dianggap unik untuk eukariot, termasuk filamen penting yang menjadi sebahagian Sitoskeleton: tubulin, aktin dan filamen pertengahan.

Penyelidikan terkini telah mengenal pasti protein homolog kepada tubulin (FtsZ, BtuA, BtuB dan lain-lain), actin (MreB dan Mb1) dan filamen perantaraan (CFOA).

Rujukan

  1. Cooper, G. M. (2000). Sel: pendekatan molekul. Sinauer Associates.
  2. Dorman, C. J., & Deighan, P. (2003). Peraturan ekspresi gen oleh protein seperti histone dalam bakteria. Pendapat semasa dalam genetik & pembangunan, 13(2), 179-184.
  3. Guerrero, R., & Berlanga, M. (2007). Sisi tersembunyi sel prokariotik: menemui semula dunia mikroba. Mikrobiologi Antarabangsa, 10(3), 157-168.
  4. Murat, D., Byrne, M., & Komeili, A. (2010). Biologi sel organel prokariotik. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi, a000422.
  5. Rosselló-Mora, R., & Amann, R. (2001). Konsep spesies untuk prokariotik. Kajian mikrobiologi FEMS, 25(1), 39-67.
  6. Slesarev, A.I., Belova, G.I., Kozyavkin, S.A., & Lake, J.A. (1998). Bukti untuk asal usul prokariotik h2 H2A dan H4 sebelum kemunculan eukariota. Kajian asid nukleik, 26(2), 427-430.
  7. Souza, W. D. (2012). Sel prokariotik: organisasi struktur sitoskeleton dan organel. Kenangan Institut Oswaldo Cruz, 107(3), 283-293.