V našem članku bomo obravnavali strukturo prokariotov in evkariontov. Ti organizmi se bistveno razlikujejo po stopnji organiziranosti. In razlog za to so posebnosti strukture genetskih informacij.
Lastnosti strukture prokariotskih celic
Prokarioti so vsi živi organizmi, katerih celice ne vsebujejo jedra. Od predstavnikov petih sodobnih kraljestev žive narave jim pripada le eno - bakterije. Prokarioti, o katerih razmišljamo, vključujejo tudi modro-zelene alge in arheje.
Kljub odsotnosti oblikovanega jedra v njihovih celicah vsebujejo genetski material. To vam omogoča shranjevanje in prenašanje dednih informacij, vendar omejuje raznolikost metod razmnoževanja. Vsi prokarioti se razmnožujejo z delitvijo celic na dva dela. Niso sposobni mitoze in mejoze.
Struktura prokariotov in evkariontov
Strukturne značilnosti prokariotov in evkariontov, ki jih razlikujejo, so precej pomembne. Poleg strukture genskega materiala to velja tudi za številne organele. Evkarioti, ki vključujejo rastline, glive in živali, se nahajajo v citoplazmimitohondrije, Golgijev kompleks, endoplazmatski retikulum, veliko plastidov. Prokarioti jih nimajo. Celična stena, ki jo imata oba, se po kemični sestavi razlikuje. V bakterijah je sestavljen iz kompleksnih ogljikovih hidratov pektina ali mureina, v rastlinah pa na osnovi celuloze, v glivah pa iz hitina.
zgodovina odkritij
Lastnosti strukture in življenja prokariotov so znanstveniki spoznali šele v 17. stoletju. In to kljub dejstvu, da ta bitja obstajajo na planetu že od njegovega nastanka. Leta 1676 jih je z optičnim mikroskopom prvič pregledal njen ustvarjalec Anthony van Leeuwenhoek. Kot vse mikroskopske organizme jih je znanstvenik imenoval "živali". Izraz "bakterije" se je pojavil šele v začetku 19. stoletja. Predlagal ga je slavni nemški naravoslovec Christian Ehrenberg. Koncept "prokariotov" se je pojavil pozneje, v dobi nastanka elektronskega mikroskopa. In sprva so znanstveniki ugotovili dejstvo razlik v strukturi genetskega aparata celic različnih bitij. E. Chatton je leta 1937 predlagal združitev organizmov v dve skupini glede na to lastnost: pro- in evkarionte. Ta delitev obstaja do danes. V drugi polovici 20. stoletja je bilo med samimi prokarioti odkrito razlikovanje: arheje in bakterije.
Lastnosti površinske naprave
Površinski aparat prokariotov je sestavljen iz membrane in celične stene. Vsak od teh delov ima svoje značilnosti. Njihovo membrano tvori dvojna plast lipidov in beljakovin. prokarioti,katerih struktura je precej primitivna, imajo dve vrsti strukture celične stene. Tako je pri gram-pozitivnih bakterijah sestavljen predvsem iz peptidoglikana, ima debelino do 80 nm in je tesno prisoten na membrani. Značilnost te strukture je prisotnost v njej por, skozi katere prodrejo številne molekule. Celična stena gram-negativnih bakterij je zelo tanka – do največ 3 nm. Ne oprijema se tesno na membrano. Nekateri predstavniki prokariotov imajo tudi na zunanji strani sluzasto kapsulo. Ščiti organizme pred izsušitvijo, mehanskimi poškodbami in ustvarja dodatno osmotsko pregrado.
prokariotske organele
Zgradba celice prokariotov in evkariontov ima svoje bistvene razlike, ki so predvsem v prisotnosti določenih organelov. Te trajne strukture določajo stopnjo razvoja organizmov kot celote. Večina jih pri prokariotih ni. Sinteza beljakovin v teh celicah poteka z ribosomi. Vodni prokarioti vsebujejo aerosome. To so plinske votline, ki zagotavljajo plovnost in uravnavajo stopnjo potopitve organizmov. Samo prokarioti vsebujejo mezosome. Te gube citoplazemske membrane se pojavijo le pri uporabi metod kemične fiksacije med pripravo prokariontskih celic za mikroskopijo. Organeli gibanja bakterij in arhej so cilije ali bičice. In pritrditev na substrat se izvaja s pitjem. Te strukture, ki jih tvorijo beljakovinski valji, se imenujejo tudi resice in fimbrije.
Kaj je nukleoid
Toda najpomembnejša razlika je struktura gena prokariotov in evkariontov. Vsi ti organizmi imajo dedne informacije. Pri evkariontih se nahaja znotraj oblikovanega jedra. Ta dvomembranska organela ima lastno matriko, imenovano nukleoplazma, ovojnica in kromatin. Tu se ne izvaja samo shranjevanje genetskih informacij, ampak tudi sinteza molekul RNA. V jedrcih nato tvorijo podenote ribosomov - organelov, odgovornih za sintezo beljakovin.
Struktura prokariontskih genov je enostavnejša. Njihov dedni material predstavlja nukleoid ali jedrska regija. DNK pri prokariotih ni pakirana v kromosome, ampak ima krožno zaprto strukturo. Nukleoid vsebuje tudi RNA in beljakovinske molekule. Slednji so po funkciji podobni evkariontskim histonom. Sodelujejo pri podvajanju DNK, sintezi RNA, popravljanju kemične strukture in razpadu nukleinske kisline.
Značilnosti življenjske dejavnosti
Prokarioti, katerih struktura ni zapletena, izvajajo precej zapletene življenjske procese. To je prehrana, dihanje, razmnoževanje svoje vrste, gibanje, metabolizem … In vsega tega je sposobna le ena mikroskopska celica, katere velikost se giblje od 250 mikronov! Torej o primitivnosti lahko govorimo le relativno.
Značilnosti strukture prokariotov določajo mehanizme njihove fiziologije. Energijo so na primer sposobni sprejemati na tri načine. Prvi jefermentacija. Izvajajo ga nekatere bakterije. Ta proces temelji na redoks reakcijah, med katerimi se sintetizirajo molekule ATP. To je kemična spojina, pri cepljenju katere se energija sprošča v več fazah. Zato se ne zaman imenuje "celična baterija". Naslednji način je dihanje. Bistvo tega procesa je oksidacija organskih snovi. Nekateri prokarioti so sposobni fotosinteze. Primeri so modro-zelene alge in vijolične bakterije, ki vsebujejo plastide v svojih celicah. Toda arheje so sposobne fotosinteze brez klorofila. Med tem procesom se ogljikov dioksid ne fiksira, ampak neposredno nastanejo molekule ATP. Torej, v bistvu je to prava fotofosforilacija.
Vrsta obroka
Bakterije in arheje so prokarioti, katerih zgradba jim omogoča različne načine hranjenja. Nekateri med njimi so avtotrofi. Ti organizmi sami sintetizirajo organske snovi med fotosintezo. Celice takšnih prokariotov vsebujejo klorofil. Nekatere bakterije pridobivajo energijo z razgradnjo določenih organskih spojin. Njihova vrsta prehrane se imenuje kemotrofna. Predstavniki te skupine so bakterije železa in žvepla. Drugi absorbirajo samo že pripravljene spojine. Imenujejo se heterotrofi. Večina jih vodi parazitski način življenja in živi le v celicah drugih bitij. Raznolikost te skupine so tudi saprotrofi. Hranijo se z odpadnimi proizvodi ozrazpadajoče organske snovi. Kot lahko vidite, je način prehranjevanja prokariotov precej raznolik. To dejstvo je prispevalo k njihovi široki razširjenosti v vseh habitatih.
Obrazci za reprodukcijo
Prokarioti, katerih strukturo predstavlja ena celica, se razmnožujejo z delitvijo na dva dela ali z brstenjem. Ta lastnost je tudi posledica strukture njihovega genskega aparata. Pred procesom binarne cepitve pride podvajanje ali replikacija DNK. V tem primeru se najprej odvije molekula nukleinske kisline, nato pa se vsaka veriga podvoji po principu komplementarnosti. Kromosomi, ki nastanejo zaradi tega, se razhajajo proti polom. Celice se povečajo, med njimi nastane zožitev, nato pa pride do njihove končne izolacije. Nekatere bakterije so sposobne tvoriti tudi nespolno razmnožene celice – spore.
Bakterije in arheje: značilnosti
Dolgo časa so bile arheje, skupaj z bakterijami, predstavniki Kraljevine Drobyanka. Dejansko imajo številne podobne strukturne značilnosti. To je predvsem velikost in oblika njihovih celic. Vendar pa so biokemične študije pokazale, da imajo številne podobnosti z evkarionti. To je narava encimov, pod vplivom katerih potekajo procesi sinteze RNA in beljakovinskih molekul.
Glede na način hranjenja je večina kemotrofov. Poleg tega so snovi, ki jih arheje razgradijo v procesu pridobivanja energije, bolj raznolike. To so tako zapleteni ogljikovi hidrati inamoniak in kovinske spojine. Med arhejami so tudi avtotrofi. Zelo pogosto vstopijo v simbiotično razmerje. Med arhejami ni parazitov. Najpogosteje v naravi najdemo komensale in mutualiste. V prvem primeru se arheje hranijo s snovmi gostiteljevega telesa, vendar mu ne škodujejo. V nasprotju s to vrsto simbioze imata v medsebojnem odnosu oba organizma koristi. Nekateri med njimi so metageni. Takšne arheje naseljujejo prebavni sistem ljudi in sesalcev prežvekovalcev, kar povzroča prekomerno nastajanje plinov v črevesju. Ti organizmi se razmnožujejo z binarno cepljenjem, brstenjem ali drobljenjem.
Arheje so obvladale skoraj vse habitate. Še posebej raznoliki so v sestavi planktona. Sprva so bile vse arheje razvrščene kot ekstremofile, saj lahko živijo v vročih izvirih, vodnih telesih z visoko slanostjo in v globinah z znatnim pritiskom.
Pomen prokariotov v naravi in človeškem življenju
Vloga prokariotov v naravi je pomembna. Prvič, to so prvi živi organizmi, ki so nastali na planetu. Znanstveniki so ugotovili, da so bakterije in arheje nastale pred približno 3,5 milijarde let. Teorija simbiogeneze namiguje, da iz njih izvirajo tudi nekateri organeli evkariontskih celic. Zlasti govorimo o plastidih in mitohondrijih.
Veliko prokariotov se uporablja v biotehnologiji za proizvodnjo zdravil, antibiotikov, encimov, hormonov, gnojil, herbicidov. Človek že dolgo uporablja koristne lastnostimlečnokislinske bakterije za proizvodnjo sira, kefirja, jogurta, fermentiranih izdelkov. S pomočjo teh organizmov se izvaja čiščenje vodnih teles in tal, obogatitev rud različnih kovin. Bakterije tvorijo črevesno mikrofloro ljudi in mnogih živali. Skupaj z arhejami krožijo številne snovi: dušik, železo, žveplo, vodik.
Po drugi strani pa so številne bakterije povzročitelji nevarnih bolezni, ki uravnavajo populacijo številnih rastlinskih in živalskih vrst. Sem spadajo kuga, sifilis, kolera, antraks, davica.
Prokarioti se torej imenujejo organizmi, katerih celice so brez oblikovanega jedra. Njihov genetski material predstavlja nukleoid, sestavljen iz krožne molekule DNK. Od sodobnih organizmov bakterije in arheje spadajo med prokariote.
