Główna zawartość
Biologia - program rozszerzony
Kurs: Biologia - program rozszerzony > Rozdział 6
Lekcja 1: Struktura DNA i RNABudowa prokariontów
Przegląd prokariontów (bakterie i pierwotniaki). Strukturalne własności komórek prokariontów. Tłumaczenie na polski zrealizowane przez Fundację Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji „HASCO-LEK"
Kluczowe punkty:
- Prokariota są jednokomórkowymi organizmami należącymi do domen Bacteria i Archaea.
- Prokaryotic cells are much smaller than eukaryotic cells, have no nucleus, and lack organelles.
- Wszystkie komórki prokariotyczne otoczone są ścianą komórkową. Wiele posiada także otoczkę lub śluzową macierz utworzoną z polisacharydu.
- Prokariota często posiadają na swojej powierzchni wypustki. Wici oraz niektóre pilewykorzystywane są do przemieszczania się, fimbrie pomagają przytwierdzać się komórkom do powierzchni, zaś pile płciowe służą do wymiany DNA.
- Większość komórek prokariotycznych posiada pojedynczy okrągły chromosom. Mogą też mieć mniejsze kawałki okrągłego DNA nazywane plazmidami.
Wprowadzenie
Bacteria (Bakterie) często mają złą prasę: opisywane są jako niebezpieczne "robaki", które wywołują choroby. Chociaż niektóre rodzaje bakterii faktycznie wywołują choroby (zapewne o tym wiesz, jeśli kiedykolwiek przepisano Ci antybiotyki), natomiast wiele innych bakterii jest nieszkodliwych, a nawet korzystnych.
Bakterie są klasyfikowane jako prokariota wraz z inną grupą organizmów jednokomórkowych, Archaea (Archeony). Mimo, że prokariota są małe, to w bardzo realnym znaczeniu, dominują na Ziemi. Żyją niemal wszędzie - na każdej powierzchni, na lądzie i w wodzie, a nawet wewnątrz naszego ciała.
Dla podkreślenia ostatniego zdania: prawdopodobnie posiadasz w organizmie podobną liczbę własnych komórek, co obcych komórek prokariotycznychstart superscript, 1, end superscript! To może brzmieć brutalnie, ale wiele naszych prokariotycznych "pomocników" odgrywa ważną rolę w utrzymywaniu nas w zdrowiu.
W tym artykule przyjrzymy się temu czym są prokariota oraz co dokładnie różni je od eukariota (czyli od Ciebie, rośliny doniczkowej, czy grzyba). Następnie, przyjrzymy się bliżej strukturom, które te sprawne, wszechobecne, małe organizmy wykorzystują by przetrwać.
Czym są prokariota?
Prokariota są mikroskopijnymi organizmami należącymi do domen Bacteria i Archaea, które są dwiema spośród trzech głównych domen życia. (Eukarya, trzecia, zawiera wszystkie eukariota, włączając zwierzęta, rośliny i grzyby). Bakterie i archeony są organizmami jednokomórkowymi, zaś większość eukariota to organizmy wielokomórkowe.
Skamieniałości pokazują, że prokariota były obecne na Ziemi już 3, comma, 5 miliarda lat temu. Naukowcy uważają, że przodkowie prokariota dali początek wszystkim obecnym formom życia na Ziemistart superscript, 2, comma, 3, end superscript.
Prokariota vs. eukariota
Prokariota i eukariota są do siebie podobne pod określonymi, zasadniczymi względami, odzwierciedlającymi ich wspólne pochodzenie ewolucyjne. Na przykład zarówno Ty, jak i Twoje bakterie jelitowe potraficie dekodować geny na białka poprzez procesy transkrypcji i translacji. Kolejne podobieństwo - zarówno Ty, jak i Twoi prokariotyczni mieszkańcy, macie zdolność przekazywania informacji genetycznej w postaci DNA na swoje potomstwo.
Innymi słowy, prokariota i eukariota są zupełnie różne.
Może to być oczywiste, gdy porównujemy ludzi do bakterii. Jednak sytuacja się komplikuje, gdy porównujemy bakterie do komórek drożdży (które są małymi i jednokomórkowymi ale eukariotycznymi organizmami).
Więc co tak naprawdę oddziela te dwie kategorie organizmów?
Najważniejsze różnice pomiędzy prokariota a eukarionta dotyczą tego, jak zbudowane są ich komórki. Konkretnie:
- Komórki eukariotyczne, w przeciwieństwie do prokariotycznych, posiadają jądro, komorę otoczoną błoną, w której przechowywane jest DNA. Jest to główna cecha, która rozróżnia formalnie obie grupy.
- Eukariota, poza jądrem, zwykle zawierają dodatkowe organella otoczone błoną, których prokariota nie posiadają.
- Ogólnie rzecz biorąc, komórki są małe, natomiast komórki prokariotyczne są naprawdę małe. Średnica typowych komórek prokariotycznych waha się od 0, point, 2
Wiele komórek prokariotycznych ma kształt kuli, pręta lub spirali (jak pokazano poniżej). W kolejnych sekcjach, omówimy strukturę komórki prokariotycznej, zaczynając od jej zewnętrznej części, a następnie przechodząc do jej wnętrza.
Otoczka
Wiele z komórek prokariota ma lepką, zewnętrzną warstwę, nazywaną otoczką, która zazwyczaj zbudowana jest z polisacharydów (polimerów cukrowych).
Otoczka ta, pomaga prokariota przylegać do siebie nawzajem oraz do różnych powierzchni w swoim otoczeniu, a także zapobiega wysychaniu komórki. W przypadku prokariota wywołujących choroby, które skolonizowały organizm gospodarza, otoczka bądź warstwa śluzowa może także chronić komórki przed układem immunologicznym gospodarza.
Czy pamiętasz o eksperymencie Griffith'a, który wykazał istnienie "zjawiska transformacji" (DNA) - które jest w stanie przekształcić szorstkie, nieszkodliwe bakterie w gładkie, patogenne bakterie? Gładkie bakterie były gładkie (i zdolne do wywoływania choroby), właśnie dlatego, że posiadały otoczkę!
Ściana komórkowa
Wszystkie komórki prokariotyczne mają sztywną ścianę komórkową, znajdującą się pod otoczką (jeśli ją posiadają). Struktura ta utrzymuje kształt komórki, chroni jej wnętrze i zapobiega pękaniu, gdy ta pobierze wodę.
Ściana komórkowa większości bakterii zawiera peptydoglikan, polimer zbudowany z połączonych ze sobą cukrów i polipeptydów. Peptydoglikan jest nietypowy, ponieważ zawiera nie tylko L-aminokwasy, które zazwyczaj budują białka, ale także D-aminokwasy ("odbicia lustrzane" L-aminokwasów). Ściany komórkowe Archaea nie zawierają peptydoglikanu, ale niektóre zawierają podobną cząsteczkę o nazwie pseudopeptydoglikan, podczas gdy inne są zbudowane z białek, bądź innych typów polimerówstart superscript, 5, comma, 6, end superscript.
Niektóre antybiotyki stosowane w leczeniu zakażeń bakteryjnych u ludzi i zwierząt działają na ścianę bakteryjną. Na przykład, niektóre antybiotyki zawierają D-aminokwasy podobne do tych wykorzystywanych do syntezy peptydoglikanu, "oszukując" w ten sposób enzymy budujące ścianę komórek bakteryjnych (ale nie wpływają na ludzkie komórki, które nie mają ściany komórkowej lub wykorzystują D-aminokwasy do wytwarzania polipeptydów)start superscript, 5, comma, 7, end superscript.
Błona komórkowa
Pod ścianą komórkową zlokalizowana jest błona komórkowa. Podstawowym materiałem budulcowym plasma membrane jest fosfolipid, lipid zbudowany z cząsteczki glicerolu do której przyczepiona jest hydrofilowa (przyciągająca wodę) głowa fosforanowa oraz dwa hydrofobowe (odpychające wodę) ogony utworzone z kwasów tłuszczowych. Fosfolipidy błon komórek eukariotycznych lub bakteryjnych są zorganizowane w dwie warstwy, tworzące strukturę nazywaną dwuwarstwą fosfolipidową.
The plasma membranes of archaea have some unique properties, different from those of both bacteria and eukaryotes. For instance, in some species, the opposing phospholipid tails are joined into a single tail, forming a monolayer instead of a bilayer (as shown below). This modification may stabilize the membrane at high temperatures, allowing the archaea to live happily in boiling hot springs.
Wypustki
Komórki prokariota często zaopatrzone są w wypustki (struktury znajdujące się na powierzchni komórek), które pozwalają komórce na przyleganie do powierzchni, poruszanie się lub transfer DNA do innych komórek.
Cienkie włókna określane jako fimbrie (l. pojedyncza: fimbria ), jak te pokazane na poniższym rysunku, są stosowane do adhezji - pomagają komórkom w przytwierdzaniu się do powierzchni przedmiotów znajdujących się w ich otoczeniu.
Dłuższe wypustki, określane jako pilusy (l.pojedyncza: pilus), występują w kilku typach, które pełnią różne role. Na przykład pilusy płciowe utrzymują w kontakcie dwie komórki bakteryjne, co umożliwia transfer DNA pomiędzy komórkami w procesie zwanym koniugacją. Inny typ pilusów bakteryjnych, nazywany IV typem pilusów, pomaga bakteriom poruszać się w środowisku, w którym funkcjonująstart superscript, 10, end superscript.
Najczęściej spotykanymi wypustkami, wykorzystywanymi do poruszania się są jednak wici (l.pojedyncza: wić). Te struktury przypominające ogon, obracają się niczym śruba napędowa, pomagając w przemieszczaniu się komórki w środowisku wodnym.
Chromosom i plazmidy
Większość prokariota posiada jeden chromosom kolisty, a tym samym jedną kopię materiału genetycznego. Organizmy eukariotyczne takie jak człowiek, w przeciwieństwie do prokariota, mają zazwyczaj wiele chromosomów przypominających kształtem pręty i dwie kopie materiału genetycznego (na homologicznych chromosomach).
Ponadto, genomy prokariota są na ogół znacznie mniejsze niż genomy eukariota. Na przykład genom E. coli jest mniejszy niż połowa wielkości genomu drożdży (prostego, jednokomórkowego eukariota) i niemal 700 razy mniejszy niż ludzki genomstart superscript, 13, end superscript!
Z definicji prokariota nie posiadają jądra otoczonego błoną, które utrzymywałoby chromosomy. W zamian, chromosom prokariota znajduje się w części cytoplazmy zwanej nukleoidem.
Oprócz chromosomu, wiele prokariota posiada również plazmidy, które są małymi pierścieniami dwuniciowego pozachromosomalnego ("na zewnątrz chromosomu") DNA. Plazmidy posiadają małą liczbę nieistotnych genów (nie są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania komórki), które są kopiowane niezależnie od chromosomu wewnątrz komórki. Mogą być przenoszone do innych prokariota w populacji, czasami rozprzestrzeniając geny, które są korzystne dla przeżycia.
Na przykład, niektóre plazmidy zawierają geny, które czynią bakterie opornymi na antybiotyki. (Geny te nazywane są R genami.) Gdy plazmidy zawierające geny R zostaną wymienione w obrębie populacji komórek bakteryjnych, w krótkim czasie populacja stanie się oporna na antybiotyki. Proces ten, choć korzystny dla bakterii, utrudnia znacznie lekarzom leczenie niebezpiecznych dla zdrowia infekcji bakteryjnych.
Przedziały wewnętrzne komórki
Prokariota w większości przypadków nie posiadają wewnętrznych przedziałów takich jak organella u eukariota. Jednakże, komórki prokariotyczne czasami muszą zwiększać powierzchnię swojej błony w celu prowadzenia różnorodnych reakcji lub zwiększania stężenia substratu wokół enzymu, podobnie jak komórki eukariotyczne. Z tego powodu niektóre prokariota posiadają pofałdowane błony lub przedziały, funkcjonalnie podobne do tych występujących u eukariota.
Na przykład, bakterie fotosyntetyczne posiadają często, rozległe, pofałdowane błony, w celu zwiększenia powierzchni dla reakcji zależnych od światła, podobne do błon thylakoidu komórki roślinnej. Bakterie te mogą również posiadać karboksysomy, struktury posiadające otoczkę białkową, w których dwutlenek węgla jest zatężany do procesu asymilacji w cyklu Calvinastart superscript, 14, end superscript.
Sprawdź, czy rozumiesz!
- Patrzysz na niedawno odkryty organizm jednokomórkowy przy użyciu profesjonalnego mikroskopu.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji