Χαρακτηριστικά προκαρυωτικών κυττάρων, κυτταρική δομή, τύποι

Το προκαρυωτικά κύτταρα είναι απλές δομές και χωρίς πυρήνα που οριοθετείται από μεμβράνη πλάσματος. Οι οργανισμοί που σχετίζονται με αυτόν τον κυτταρικό τύπο είναι μονοκύτταροι, αν και μπορούν να ομαδοποιηθούν και να σχηματίσουν δευτερογενείς δομές, όπως αλυσίδες.

Από τους τρεις τομείς ζωής που προτείνει ο Carl Woese, οι προκαρυώτες αντιστοιχούν στα βακτήρια και τα Archaea. Ο υπόλοιπος τομέας, Eucarya, αποτελείται από ευκαρυωτικά κύτταρα, μεγαλύτερα, πιο σύνθετα και με οριοθετημένο πυρήνα.

Μία από τις σημαντικότερες διχοτομίες στις βιολογικές επιστήμες είναι η διάκριση μεταξύ του ευκαρυωτικού κυττάρου και του προκαρυωτικού κυττάρου. Ιστορικά, ένας προκαρυωτικός οργανισμός θεωρείται απλός, χωρίς εσωτερική οργάνωση, χωρίς οργανίδια και χωρίς κυτταροσκελετό. Ωστόσο, νέα στοιχεία καταστρέφουν αυτά τα παραδείγματα.

Για παράδειγμα, εντοπίστηκαν δομές σε προκαρυωτικά που μπορούν ενδεχομένως να θεωρηθούν οργανίδια. Παρομοίως, έχουν βρεθεί πρωτεΐνες ομόλογες με τις πρωτεΐνες των ευκαρυωτικών που σχηματίζουν τον κυτταροσκελετό.

Οι προκαρυώτες είναι πολύ ποικίλοι στη διατροφή τους. Μπορούν να χρησιμοποιήσουν το φως από τον ήλιο και την ενέργεια που περιέχεται στους χημικούς δεσμούς ως πηγή ενέργειας. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιούν διαφορετικές πηγές άνθρακα, όπως διοξείδιο του άνθρακα, γλυκόζη, αμινοξέα, πρωτεΐνες, μεταξύ άλλων..

Οι προκαρυώτες διαιρούνται asexually με δυαδική σχάση. Σε αυτή τη διαδικασία ο οργανισμός αναπαράγει το κυκλικό του DNA, αυξάνει τον όγκο του και τελικά το χωρίζει σε δύο πανομοιότυπα κύτταρα.

Ωστόσο, υπάρχουν μηχανισμοί ανταλλαγής γενετικού υλικού που δημιουργούν μεταβλητότητα στα βακτήρια, όπως η μεταγωγή, η σύζευξη και ο μετασχηματισμός.

Ευρετήριο

• 1 Γενικά χαρακτηριστικά
• 2 Δομή
• 3 Τύποι προκαρυωτικών
• 4 Μορφολογία των προκαρυωτικών
• 5 Αναπαραγωγή
  • 5.1 Asexual αναπαραγωγή
  • 5.2 Πρόσθετες πηγές γενετικής μεταβλητότητας
• 6 Διατροφή
  • 6.1 Διατροφικές κατηγορίες
  • 6.2 Φωτοαυτότροφα
  • 6.3 Φωτοετεροτροπές
  • 6.4 Χημειοτροτρόφια
  • 6.5 Χημειοετεροτρόφη
• 7 Μεταβολισμός
• 8 Βασικές διαφορές με ευκαρυωτικά κύτταρα
  • 8.1 Μέγεθος και πολυπλοκότητα
  • 8.2 Core
  • 8.3 Οργάνωση γενετικού υλικού
  • 8.4 Συμπίεση γενετικού υλικού
  • 8.5 Organelles
  • 8.6 Δομή του ριβοσώματος
  • 8.7 Κυτταρικό τοίχωμα
  • 8.8 Διαίρεση κυττάρων
• 9 Φυλλογένεση και ταξινόμηση
• 10 Νέες προοπτικές
  • 10.1 Organelles σε προκαρυώτες
  • 10.2 Μαγνητοσώματα
  • 10.3 Φωτοσυνθετικές μεμβράνες
  • 10.4 Τμήματα σε Planctomycetes
  • 10.5 Εξαρτήματα του κυτταροσκελετού
• 11 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

Οι προκαρυώτες είναι σχετικά απλοί μονοκύτταροι οργανισμοί. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό που αναγνωρίζει αυτή την ομάδα είναι η απουσία ενός πραγματικού πυρήνα. Διαιρούνται σε δύο μεγάλους κλάδους: αληθινά βακτήρια ή ευβακτήρια και αρχαεβακτήρια.

Έχουν αποικίσει σχεδόν κάθε πιθανό βιότοπο, από το νερό και το έδαφος στο εσωτερικό άλλων οργανισμών, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Συγκεκριμένα, τα αρχαία βακτήρια κατοικούν σε περιοχές με θερμοκρασίες, αλατότητα και ακραία pH.

Δομή

Το αρχιτεκτονικό σχέδιο ενός τυπικού προκαρυωτικού είναι, χωρίς αμφιβολία, αυτό του Escherichia coli, ένα βακτήριο που ζει κανονικά στο γαστρεντερικό μας σωλήνα.

Το σχήμα του κυττάρου μοιάζει με ένα καλάμι και έχει διάμετρο 1 μm και μήκος 2 μ. Οι προκαρυώτες περιβάλλονται από ένα κυτταρικό τοίχωμα, αποτελούμενο κυρίως από πολυσακχαρίτες και πεπτίδια.

Το βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα είναι ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό και, σύμφωνα με τη δομή, επιτρέπει την καθιέρωση ενός συστήματος ταξινόμησης σε δύο μεγάλες ομάδες: gram θετικά και gram αρνητικά βακτήρια.

Ακολουθούμενη από το κυτταρικό τοίχωμα, ένα εύρημα μεμβράνη (κοινό στοιχείο μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών) της λιπιδικής φύσης με μια σειρά προσθετικών στοιχείων ενσωματωμένων σε αυτό που χωρίζει τον οργανισμό από το περιβάλλον του.

Το DNA είναι ένα κυκλικό μόριο που βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη περιοχή που δεν έχει κανένα τύπο μεμβράνης ή διαχωρισμό με το κυτταρόπλασμα.

Το κυτταρόπλασμα παρουσιάζει μια τραχιά εμφάνιση και διαθέτει περίπου 3.000 ριβοσώματα - δομές υπεύθυνες για τη σύνθεση πρωτεϊνών.

Τύποι προκαρυωτικών

Οι τρέχοντες προκαρυώτες αποτελούνται από μια ευρεία ποικιλία βακτηριδίων που χωρίζονται σε δύο βασικούς τομείς: τα ευβακτήρια και τα αρχαϊκά βακτήρια. Σύμφωνα με τα στοιχεία, αυτές οι ομάδες φαίνεται να έχουν αποκλίνει πολύ νωρίς στην εξέλιξη.

Τα αρχαϊκά βακτήρια είναι μια ομάδα προκαρυωτικών που γενικά ζουν σε περιβάλλοντα των οποίων οι συνθήκες είναι ασυνήθιστες, όπως οι θερμοκρασίες ή η υψηλή αλατότητα. Αυτές οι συνθήκες είναι σπάνιες στις μέρες μας, αλλά θα μπορούσαν να είναι διαδεδομένες στην πρωτόγονη γη.

Για παράδειγμα, τα θερμοαξιόφιλα ζουν σε περιοχές όπου η θερμοκρασία φτάνει το μέγιστο στους 80 ° C και στο pH 2.

Τα Eubacteria, από την άλλη πλευρά, ζουν σε ένα κοινό περιβάλλον για εμάς τους ανθρώπους. Μπορούν να κατοικούν στο έδαφος, στο νερό ή να ζουν σε άλλους οργανισμούς - όπως τα βακτήρια που αποτελούν μέρος του πεπτικού μας συστήματος.

Μορφολογία των προκαρυωτικών

Τα βακτήρια έρχονται σε μια σειρά από πολύ ποικίλες και ετερογενείς μορφολογίες. Μεταξύ των πιο κοινών έχουμε τις στρογγυλεμένες που ονομάζονται καρύδες. Αυτά μπορούν να παρουσιαστούν μεμονωμένα, σε ζεύγη, σε μια αλυσίδα, σε τετράδες, κλπ..

Ορισμένα βακτήρια είναι μορφολογικά παρόμοια με ένα ζαχαροκάλαμο και ονομάζονται μπακάλια. Ακριβώς όπως οι καρύδες μπορούν να βρεθούν σε διαφορετικές ρυθμίσεις με περισσότερα από ένα άτομα. Βρίσκουμε επίσης σπειροειδείς σπειροχαιτίες και εκείνους που έχουν κώμα ή σχήμα κόκκων που ονομάζονται vibrios.

Κάθε ένα από αυτά μορφολογιών που περιγράφονται μπορεί να διαφέρει μεταξύ των ειδών - για παράδειγμα, ένας βάκιλλος μπορεί να είναι πιο επιμήκης από ό, τι μια άλλη ή με τις στρογγυλεμένες άκρες - και είναι χρήσιμα για τον προσδιορισμό των ειδών.

Αναπαραγωγή

Ασεξουαλική αναπαραγωγή

Η αναπαραγωγή στα βακτήρια είναι ασεξουαλική και συμβαίνει μέσω δυαδικής σχάσης. Σε αυτή τη διαδικασία ο οργανισμός κυριολεκτικά "διασπάται σε δύο", με αποτέλεσμα κλώνοι του αρχικού οργανισμού. Για να συμβεί αυτό, πρέπει να υπάρχουν επαρκείς πόροι.

Η διαδικασία είναι σχετικά απλή: το κυκλικό DNA αντιγράφεται, σχηματίζοντας δύο πανομοιότυπες διπλές έλικες. Ακολούθως το γενετικό υλικό προσαρμόζεται στην κυτταρική μεμβράνη και το κύτταρο αρχίζει να αναπτύσσεται, έως ότου διπλασιάσει το μέγεθός του. Το κύτταρο τελικά διαιρείται και κάθε προκύπτον τμήμα διαθέτει κυκλικό αντίγραφο DNA.

Σε ορισμένα βακτηρίδια, τα κύτταρα μπορούν να χωρίσουν το υλικό και να αναπτυχθούν, αλλά δεν χωρίζουν καθόλου και δεν σχηματίζουν ένα είδος αλυσίδας.

Πρόσθετες πηγές γενετικής μεταβλητότητας

Υπάρχουν συμβάντα γονιδιακής ανταλλαγής μεταξύ βακτηρίων που επιτρέπουν γενετική μεταφορά και ανασυνδυασμό, μια διαδικασία παρόμοια με αυτή που γνωρίζουμε ως σεξουαλική αναπαραγωγή. Αυτοί οι μηχανισμοί είναι η σύζευξη, ο μετασχηματισμός και η μεταγωγή.

Σύζευξη περιλαμβάνει την ανταλλαγή γενετικού υλικού μεταξύ των δύο βακτηριακών με μια παρόμοια δομή με τριχίδια ή κροσσούς λεπτές τρίχες καλέσει, το οποίο δρα ως «γέφυρα». Σε αυτή την περίπτωση, πρέπει να υπάρχει μια φυσική εγγύτητα μεταξύ των δύο ατόμων.

Ο μετασχηματισμός περιλαμβάνει τη λήψη θραυσμάτων γυμνού DNA που βρίσκονται στο περιβάλλον. Δηλαδή, σε αυτή τη διαδικασία δεν είναι απαραίτητη η παρουσία ενός δεύτερου οργανισμού.

Τέλος, έχουμε τη μετάφραση, όπου το βακτηρίδιο αποκτά το γενετικό υλικό μέσω ενός φορέα, για παράδειγμα οι βακτηριοφάγοι (ιοί που μολύνουν βακτήρια).

Διατροφή

Τα βακτήρια χρειάζονται ουσίες που εγγυώνται την επιβίωσή τους και που τους δίνουν την απαραίτητη ενέργεια για κυτταρικές διεργασίες. Το κύτταρο θα πάρει αυτά τα θρεπτικά συστατικά με απορρόφηση.

Γενικά μπορούμε να κατατάξει θρεπτικές ουσίες απαραίτητες ή βασικές (νερό, πηγές άνθρακα, και ενώσεις του αζώτου), δευτεροταγείς (όπως ορισμένες ιόντα: καλίου και μαγνησίου) είναι και ιχνοστοιχεία που απαιτούνται σε συγκεντρώσεις ίχνος (σίδηρος, κοβάλτιο).

Ορισμένα βακτήρια χρειάζονται ειδικούς αυξητικούς παράγοντες, όπως βιταμίνες και αμινοξέα, και παράγοντες τόνωσης που, αν και όχι απαραίτητα, βοηθούν στη διαδικασία ανάπτυξης.

Οι διατροφικές απαιτήσεις των βακτηρίων ποικίλλουν ευρέως, αλλά οι γνώσεις τους είναι απαραίτητες για να είναι σε θέση να προετοιμάσουν αποτελεσματικά μέσα καλλιέργειας που εξασφαλίζουν την ανάπτυξη ενός οργανισμού που μας ενδιαφέρει.

Διατροφικές κατηγορίες

Τα βακτήρια μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με την πηγή άνθρακα που χρησιμοποιούν, είτε οργανικά είτε ανόργανα και ανάλογα με την πηγή ενέργειας που λαμβάνεται.

Σύμφωνα με την πηγή άνθρακα να έχει δύο ομάδες: αυτοτροφική ή litótrofas χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακα και η ετερότροφα ή organótrofasque απαιτούν μια πηγή οργανικού άνθρακα.

Για παροχή ηλεκτρικού ρεύματος έχουμε επίσης δύο κατηγορίες: φωτότροφα χρησιμοποιώντας ενέργεια από τον ήλιο ή ακτινοβόλο ενέργεια και quimiótrofas ενέργειας εξαρτάται από χημικές αντιδράσεις. Έτσι, συνδυάζοντας και τις δύο κατηγορίες, τα βακτηρίδια μπορούν να ταξινομηθούν σε:

Φωτοαυτότροφα

Η ενέργεια αποκτάται από το ηλιακό φως - που σημαίνει ότι είναι φωτοσυνθετικά ενεργό - και η πηγή άνθρακα είναι το διοξείδιο του άνθρακα.

Φωτοετεροτροπές

Είναι σε θέση να χρησιμοποιούν ενέργεια ακτινοβολίας για την ανάπτυξή τους αλλά δεν είναι σε θέση να ενσωματώνουν διοξείδιο του άνθρακα. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούν άλλες πηγές άνθρακα, όπως αλκοόλες, λιπαρά οξέα, οργανικά οξέα και υδατάνθρακες.

Chemoautotrophs

Η ενέργεια λαμβάνεται από χημικές αντιδράσεις και είναι ικανή να ενσωματώνει διοξείδιο του άνθρακα.

Χημειοετεροτρόφους

Χρησιμοποιούν την ενέργεια που προέρχεται από τις χημικές αντιδράσεις και ο άνθρακας προέρχεται από οργανικές ενώσεις, όπως η γλυκόζη - η οποία είναι η πλέον χρησιμοποιούμενη - λιπίδια και πρωτεΐνες. Σημειώστε ότι η πηγή ενέργειας και η πηγή άνθρακα είναι οι ίδιες και στις δύο περιπτώσεις, έτσι η διαφοροποίηση μεταξύ των δύο είναι δύσκολη.

Γενικά, οι μικροοργανισμοί που θεωρούνται παθογόνα του ανθρώπινου όντος ανήκουν στην τελευταία αυτή κατηγορία και χρησιμοποιούν ως πηγή άνθρακα τα αμινοξέα και τις λιπιδικές ενώσεις των ξενιστών τους.

Μεταβολισμός

Ο μεταβολισμός περιλαμβάνει όλες τις περίπλοκες χημικές αντιδράσεις που καταλύονται από ένζυμα που εμφανίζονται μέσα σε έναν οργανισμό, ώστε να αναπτυχθούν και να αναπαραχθούν.

Στα βακτήρια, αυτές οι αντιδράσεις δεν διαφέρουν από τις βασικές διεργασίες που εμφανίζονται σε πιο σύνθετους οργανισμούς. Στην πραγματικότητα, έχουμε πολλαπλές διαδρομές που μοιράζονται και οι δύο γενεές οργανισμών, όπως για παράδειγμα η γλυκόλυση.

Μεταβολικές αντιδράσεις ταξινομούνται σε δύο κύριες ομάδες: βιοσυνθετικών αντιδράσεων ή αναβολικές και καταβολικές αποικοδόμηση ή αντιδράσεις που συμβαίνουν για να επιτευχθεί η παραγωγή χημικής ενέργειας.

Οι καταβολικές αντιδράσεις απελευθερώνουν με κλιμακωτό τρόπο την ενέργεια που χρησιμοποιεί ο οργανισμός για τη βιοσύνθεση των συστατικών του.

Θεμελιώδεις διαφορές με ευκαρυωτικά κύτταρα

Οι προκαρυώτες διαφέρουν από τους προκαρυώτες κυρίως στη δομική πολυπλοκότητα του κυττάρου και στις διεργασίες που συμβαίνουν μέσα του. Στη συνέχεια θα περιγράψουμε τις κύριες διαφορές μεταξύ των δύο γραμμών:

Μέγεθος και πολυπλοκότητα

Γενικά, τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι μικρότερα από τα ευκαρυωτικά. Οι πρώτες έχουν διαμέτρους μεταξύ 1 και 3 μm, σε αντίθεση με ένα ευκαρυωτικό κύτταρο που μπορεί να φτάσει τα 100 μm. Ωστόσο, υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις.

Αν και τα προκαρυωτικά είναι μονοκύτταροι και δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε με γυμνό μάτι (εκτός και αν είμαστε παρατηρώντας βακτηριακές αποικίες, για παράδειγμα) δεν θα πρέπει να χρησιμοποιούν τη δυνατότητα να γίνει διάκριση μεταξύ των δύο ομάδων. Στα ευκαρυωτικά βρίσκουμε επίσης και μονοκύτταρους οργανισμούς.

Στην πραγματικότητα, ένα από τα πιο πολύπλοκα κύτταρα είναι οι μονοκύτταροι ευκαρυώτες, αφού πρέπει να περιέχουν όλες τις δομές που είναι απαραίτητες για την ανάπτυξή τους, οι οποίες περιορίζονται σε κυτταρική μεμβράνη. Τα είδη Paramecium και Trypanosoma είναι αξιοσημείωτα παραδείγματα.

Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν πολύ περίπλοκοι προκαρυώτες, όπως τα κυανοβακτήρια (προκαρυωτική ομάδα όπου έλαβε χώρα η εξέλιξη των φωτοσυνθετικών αντιδράσεων).

Core

Η λέξη "προκαρυώτης" αναφέρεται στην απουσία πυρήνα (pro = πριν. karyon = πυρήνας) ενώ οι ευκαρυώτες έχουν έναν πραγματικό πυρήνα (eu = αληθής). Έτσι, αυτές οι δύο ομάδες διαχωρίζονται από την παρουσία αυτού του σημαντικού οργανιδίου.

Στα προκαρυωτικά, το γενετικό υλικό κατανέμεται σε μια συγκεκριμένη περιοχή του κυττάρου που ονομάζεται νουκλεοειδές - και δεν είναι ένας πραγματικός πυρήνας επειδή δεν περιορίζεται από μια λιπιδική μεμβράνη.

Οι ευκαρυώτες έχουν έναν καθορισμένο πυρήνα και περιβάλλονται από μια διπλή μεμβράνη. Αυτή η δομή είναι εξαιρετικά πολύπλοκη, παρουσιάζοντας διαφορετικές περιοχές εντός, όπως για παράδειγμα τον πυρήνα. Επιπλέον, αυτό το οργανίδιο μπορεί να αλληλεπιδράσει με το εσωτερικό περιβάλλον του κυττάρου χάρη στην παρουσία πυρηνικών πόρων.

Οργάνωση γενετικού υλικού

Οι προκαρυώτες περιέχουν από το 0,6 έως 5 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων στο DNA τους και εκτιμάται ότι μπορούν να κωδικοποιήσουν έως και 5000 διαφορετικές πρωτεΐνες. 

Τα προκαρυωτικά γονίδια είναι οργανωμένα σε οντότητες που ονομάζονται οπερόνια - όπως το γνωστό οπερόνιο λακτόζη - ενώ τα ευκαρυωτικά γονίδια δεν.

Στα γονίδια μπορούμε να διακρίνουμε δύο "περιοχές": ιντρόνια και εξόνια. Τα πρώτα είναι τμήματα που δεν κωδικοποιούν την πρωτεΐνη και που διαταράσσουν τις περιοχές κωδικοποίησης, που ονομάζονται εξόνια. Τα ιντρόνια είναι κοινά στα ευκαρυωτικά γονίδια αλλά όχι στα προκαρυωτικά.

Τα προκαρυωτικά είναι γενικά απλοειδή (ένα απλό γενετικό φορτίο) και τα ευκαρυωτικά έχουν αμφότερα φορτία απλοειδούς και πολυπολικού. Για παράδειγμα, εμείς οι άνθρωποι είναι διπλοειδή. Ομοίως, οι προκαρυώτες έχουν ένα χρωμόσωμα και ευκαρυωτικά περισσότερα από ένα.

Συμπίεση γενετικού υλικού

Μέσα στον πυρήνα των κυττάρων, οι ευκαρυώτες εμφανίζουν μια πολύπλοκη οργάνωση του DNA. Ένας μακρύς κλώνος DNA (περίπου δύο μέτρα) είναι ικανός να σπείρει με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να ενσωματωθεί στον πυρήνα και κατά τη διάρκεια των διαδικασιών διαίρεσης να μπορεί να οπτικοποιηθεί κάτω από το μικροσκόπιο με τη μορφή χρωμοσωμάτων.

Αυτή η διαδικασία συμπύκνωσης DNA περιλαμβάνει μια σειρά πρωτεϊνών που είναι ικανές σύνδεσης προς τις δομές κλώνο και μορφή που θυμίζει σειρά από μαργαριτάρια, όπου το νήμα αντιπροσωπεύεται από το DNA και τους λογαριασμούς μαργαριτάρια. Αυτές οι πρωτεΐνες ονομάζονται ιστόνες.

Οι Histones έχουν διατηρηθεί ευρέως σε όλη την εξέλιξη. Δηλαδή, οι ιστόνες μας είναι απίστευτα παρόμοιες με εκείνες ενός ποντικιού, ή να προχωρήσουμε περισσότερο σε αυτό ενός εντόμου. Δομικά, διαθέτουν ένα μεγάλο αριθμό θετικά φορτισμένων αμινοξέων που αλληλεπιδρούν με τα αρνητικά φορτία του DNA.

Σε προκαρυώτες, βρέθηκαν ορισμένες πρωτεΐνες ομόλογες με τις ιστόνες που είναι γενικά γνωστές ως ιστόνες-όπως. Αυτές οι πρωτεΐνες συμβάλλουν στον έλεγχο της γονιδιακής έκφρασης, του ανασυνδυασμού και του αναδιπλασιασμού του DNA και, όπως οι ιστόνες στα ευκαρυωτικά, συμμετέχουν στη νουκλεοειδική οργάνωση.

Organelles

Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, μπορεί να αναγνωριστεί μια σειρά πολύ πολύπλοκων υποκυτταρικών διαμερισμάτων που εκτελούν ειδικές λειτουργίες.

Το πιο σημαντικό είναι τα μιτοχόνδρια, υπεύθυνες για κυτταρικές διεργασίες αναπνοή και ΑΤΡ γενιάς, και τα φυτά να σταθεί χλωροπλάστες με τρεις σύστημα μεμβράνες και τα μηχανήματα που απαιτούνται για τη φωτοσύνθεση.

Επίσης, έχουμε το σύμπλεγμα Golgi, λείο και τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο, κενοτόπια, λυσοσώματα, υπεροξυσώματα, μεταξύ άλλων.

Δομή του ριβοσώματος

Τα ριβοσώματα περιλαμβάνουν τα μηχανήματα που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση των πρωτεϊνών, έτσι πρέπει να είναι παρόντα τόσο στους ευκαρυώτες όσο και στους προκαρυώτες. Αν και είναι μια απαραίτητη δομή και για τα δύο, διαφέρει κυρίως σε μέγεθος.

Τα ριβοσώματα αποτελούνται από δύο υπομονάδες: ένα μεγάλο και ένα μικρό. Κάθε υπομονάδα αναγνωρίζεται από μια παράμετρο που ονομάζεται συντελεστής καθίζησης.

Στα προκαρυωτικά, η μεγάλη υπομονάδα είναι 50S και η μικρή υπομονάδα είναι 30S. Η πλήρης δομή ονομάζεται 70S. Τα ριβοσώματα διασκορπίζονται στο κυτταρόπλασμα, όπου εκτελούν τα καθήκοντά τους.

Οι ευκαρυώτες έχουν μεγαλύτερα ριβοσώματα, η μεγάλη υπομονάδα είναι 60S, η μικρή είναι 40S και ολόκληρο το ριβόσωμα ορίζεται με την τιμή 80S. Αυτά βρίσκονται κυρίως αγκυρωμένα στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο.

Κυτταρικό τοίχωμα

Το κυτταρικό τοίχωμα αποτελεί βασικό στοιχείο για την αντιμετώπιση της οσμωτικής τάσης και χρησιμεύει ως προστατευτικό φράγμα έναντι ενδεχόμενης βλάβης. Σχεδόν όλοι οι προκαρυώτες και ορισμένες ομάδες ευκαρυωτών έχουν κυτταρικό τοίχωμα. Η διαφορά έγκειται στη χημική φύση της.

Το κυτταρικό τοίχωμα αποτελείται από πεπτιδογλυκάνη, ένα πολυμερές που περιλαμβάνει δύο δομικά στοιχεία: Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη και Ν-ακετυλομουραμικού οξέος, συνδέονται μεταξύ τους με β-1,4 τύπου.

Μέσα στην ευκαρυωτική γενεά υπάρχουν επίσης κύτταρα με τοίχους, κυρίως σε μερικούς μύκητες και σε όλα τα φυτά. Η πιο άφθονη ένωση στο τοίχωμα των μυκήτων είναι η χιτίνη και στα φυτά είναι κυτταρίνη, ένα πολυμερές που σχηματίζεται από πολλές μονάδες γλυκόζης.

Κυτταρική διαίρεση

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, οι προκαρυώτες διαιρούνται με δυαδική σχάση. Οι ευκαρυώτες έχουν ένα σύνθετο σύστημα διαίρεσης που περιλαμβάνει διαφορετικά στάδια πυρηνικής διαίρεσης, είτε πρόκειται για μίτωση είτε για μείοζία.

Φυλογενία και ταξινόμηση

Είμαστε γενικά εξοικειωμένοι με τον ορισμό ενός είδους σύμφωνα με την βιολογική έννοια που πρότεινε ο Ε. Mayr το 1989: "ομάδες φυσικών πληθυσμών που διασχίζουν διασταυρούμενα από άλλες ομάδες".

Η εφαρμογή αυτής της έννοιας στα ασφυκτικά είδη, όπως συμβαίνει με τους προκαρυώτες, είναι αδύνατη. Επομένως, πρέπει να υπάρξει ένας άλλος τρόπος προσέγγισης της έννοιας των ειδών προκειμένου να ταξινομηθούν αυτοί οι οργανισμοί.

Σύμφωνα με τον Rosselló-Mora et αϊ. (2011), η έννοια άκρη-φαινετικά ταιριάζει καλά με αυτή τη γενεαλογία: «μονοφυλετικός ομάδα και γονιδιωματικά συνεκτική επιμέρους οργανισμούς που δείχνουν υψηλό βαθμό συνολική ομοιότητα σε πολλές ανεξάρτητες χαρακτηριστικά, και είναι διαγνώσιμες από έναν διακριτική φαινοτυπική ιδιότητα».

Προηγουμένως, όλοι οι προκαρυώτες κατατάχθηκαν σε ένα μόνο "πεδίο", μέχρι ο Carl Woese πρότεινε ότι το δέντρο της ζωής θα έπρεπε να έχει τρεις κύριους κλάδους. Μετά την ταξινόμηση αυτή, τα προκαρυωτικά περιλαμβάνουν δύο περιοχές: Αρχαία και Βακτήρια.

Στα βακτήρια υπάρχουν πέντε ομάδες: προσταοβακτηρίδια, χλαμύδια, σπιροχείτα κυανοβακτήρια και θετικά κατά Gram βακτηρίδια. Ομοίως, έχουμε τέσσερις κύριες ομάδες αρχαίων: Euryarchaeota, Grupo TACK, Asgard και Grupo DPANN.

Νέες προοπτικές

Μία από τις πιο διαδεδομένες έννοιες στη βιολογία είναι η απλότητα του προκαρυωτικού κυτοσολίου. Ωστόσο, νέα στοιχεία υποδηλώνουν ότι υπάρχει πιθανή οργάνωση σε προκαρυωτικά κύτταρα. Σήμερα, οι επιστήμονες προσπαθούν να σπάσουν το δόγμα της απουσίας οργανιδίων, κυτταροσκελετού και άλλων χαρακτηριστικών σε αυτή την μονοκύτταρη γενεαλογία.

Organelles σε προκαρυώτες

Οι συγγραφείς αυτής της νέας και αμφιλεγόμενης πρότασης βεβαιώνουν ότι υπάρχουν επίπεδα διαμερισματοποίησης σε ευκαρυωτικά κύτταρα, κυρίως σε δομές που οριοθετούνται από πρωτεΐνες και από ενδοκυτταρικά λιπίδια.

Σύμφωνα με τους υπερασπιστές αυτής της ιδέας, ένα οργανίδιο είναι ένα διαμέρισμα που περιβάλλεται από μια βιολογική μεμβράνη με καθορισμένη βιοχημική λειτουργία. Μεταξύ αυτών των "οργανιδίων" που συμμορφώνονται με αυτόν τον ορισμό, έχουμε τα λιπιδικά σώματα, τα καρβοξυσύμματα, τα κενοτόπια αερίου, μεταξύ άλλων.

Μαγνητοσώματα

Ένα από τα πιο συναρπαστικά διαμερίσματα των βακτηριδίων είναι τα μαγνητοσώματα. Αυτές οι δομές σχετίζονται με την ικανότητα ορισμένων βακτηρίων Magnetospirillum o Magnetococcus - χρήση μαγνητικών πεδίων για προσανατολισμό.

Δομικά είναι ένα μικρό σώμα 50 νανόμετρων που περιβάλλεται από λιπιδική μεμβράνη, το εσωτερικό της οποίας αποτελείται από μαγνητικά ορυκτά.

Φωτοσυνθετικές μεμβράνες

Επιπλέον, μερικοί προκαρυωτικοί έχουν "φωτοσυνθετικές μεμβράνες", οι οποίοι είναι τα πλέον μελετημένα διαμερίσματα σε αυτούς τους οργανισμούς.

Αυτά τα συστήματα λειτουργούν για να μεγιστοποιήσουν την αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης, αυξάνοντας τον αριθμό διαθέσιμων φωτοσυνθετικών πρωτεϊνών και μεγιστοποιώντας την επιφάνεια της μεμβράνης που είναι εκτεθειμένη στο φως.

Διαμερίσματα σε Planktomycetes

Δεν ήταν δυνατόν να ανιχνευθεί μια πιθανή εξελικτική πορεία από αυτά τα διαμερίσματα που αναφέρθηκαν παραπάνω στα πολύπλοκα οργανίδια των ευκαρυωτικών.

Ωστόσο, το είδος Planktomycetes Έχει μια σειρά εσωτερικών διαμερισμάτων που θυμίζουν τα ίδια τα οργανίδια και μπορούν να προταθούν ως βακτηριακός πρόγονος των ευκαρυωτών. Στο είδος Pirellula υπάρχουν χρωμοσώματα και ριβοσώματα που περιβάλλουν βιολογικές μεμβράνες.

Συστατικά του κυτταροσκελετού

Παρομοίως, υπάρχουν ορισμένες πρωτεΐνες οι οποίες ιστορικά θεωρήθηκαν μοναδικές για τους ευκαρυώτες, συμπεριλαμβανομένων των βασικών νηματίων που αποτελούν μέρος του κυτταροσκελετού: τουμπουλίνη, ακτίνη και ενδιάμεσα νημάτια.

Πρόσφατες έρευνες έχουν κατορθώσει να αναγνωρίσουν πρωτεΐνες ομόλογες με την τουμπουλίνη (FtsZ, BtuA, BtuB και άλλες), στην ακτίνη (MreB και Mb1) και στα ενδιάμεσα νημάτια (CfoA).

Αναφορές

1. Cooper, G. Μ. (2000). Το κελί: Μοριακή προσέγγιση. Sinauer Associates.
2. Dorman, C.J., & Deighan, Ρ. (2003). Ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης από πρωτεΐνες τύπου ιστόνης σε βακτήρια. Η τρέχουσα γνώμη για τη γενετική και την ανάπτυξη, 13(2), 179-184.
3. Guerrero, R., & Berlanga, Μ. (2007). Η κρυφή πλευρά του προκαρυωτικών κυττάρων: Ανακαλύπτοντας ξανά το μικροβιακό κόσμο. Διεθνής Μικροβιολογία, 10(3), 157-168.
4. Murat, D., Byrne, Μ., & Komeili, Α. (2010). Κυτταρική βιολογία προκαρυωτικών οργανιδίων. Cold Spring Harbor προοπτικές στη βιολογία, a000422.
5. Rossello-Mora, R., & Amann, R. (2001). Η έννοια των ειδών για τους προκαρυώτες. Ανασκοπήσεις μικροβιολογίας FEMS, 25(1), 39-67.
6. Slesarev, Α.Ι., Belova, G.I., Kozyavkin, S.A., & Lake, J.A. (1998). Στοιχεία για μια πρώιμη προκαρυωτική προέλευση των ιστονών H2A και H4 πριν από την εμφάνιση των ευκαρυωτικών. Έρευνα νουκλεϊκών οξέων, 26(2), 427-430.
7. Souza, W. D. (2012). Προκαρυωτικά κύτταρα: δομική οργάνωση του κυτταροσκελετού και των οργανιδίων. Μνήμες του Ινστιτούτου Oswaldo Cruz, 107(3), 283-293.