Cikkünkben a prokarióták és eukarióták szerkezetével foglalkozunk. Ezek a szervezetek jelentősen különböznek a szervezettség szintjén. Ennek pedig a genetikai információ szerkezetének sajátosságai az okai.
A prokarióta sejtek szerkezetének jellemzői
A prokarióták minden olyan élő szervezet, amelynek sejtjei nem tartalmaznak magot. Az élő természet öt modern birodalmának képviselői közül csak egy tartozik hozzájuk - a baktériumok. Az általunk vizsgált prokarióták közé tartoznak a kék-zöld algák és az archaeák is.
Annak ellenére, hogy sejtjeikben nincs kialakult sejtmag, genetikai anyagot tartalmaznak. Ez lehetővé teszi az örökletes információk tárolását és továbbítását, de korlátozza a reprodukciós módszerek sokféleségét. Minden prokarióta sejtjeit kettéosztva szaporodik. Nem képesek mitózisra és meiózisra.
A prokarióták és eukarióták szerkezete
A prokarióták és eukarióták szerkezeti jellemzői, amelyek megkülönböztetik őket, meglehetősen jelentősek. Ez a genetikai anyag szerkezetén túl számos organellumra is vonatkozik. Az eukarióták, amelyek magukban foglalják a növényeket, gombákat és állatokat, a citoplazmában találhatókmitokondriumok, Golgi komplexum, endoplazmatikus retikulum, sok plasztid. A prokarióták nem rendelkeznek velük. Mindkettőjük sejtfala kémiai összetételében különbözik. Baktériumokban összetett szénhidrátokból, pektinből vagy mureinból áll, míg növényekben cellulóz, gombákban kitin alapú.
Felfedezési előzmények
A prokarióták felépítésének és életének sajátosságai csak a 17. században váltak ismertté a tudósok előtt. És ez annak ellenére, hogy ezek a lények a kezdetek óta léteznek a bolygón. 1676-ban először optikai mikroszkóppal vizsgálta meg őket annak alkotója, Anthony van Leeuwenhoek. Mint minden mikroszkopikus szervezetet, a tudós "állatoknak" nevezte őket. A "baktériumok" kifejezés csak a 19. század elején jelent meg. A híres német természettudós, Christian Ehrenberg javasolta. A "prokarióták" fogalma később, az elektronmikroszkóp megalkotásának korszakában merült fel. És először a tudósok megállapították a különböző lények sejtjeinek genetikai apparátusának szerkezetében mutatkozó különbségek tényét. E. Chatton 1937-ben azt javasolta, hogy az organizmusokat e tulajdonság szerint két csoportra vonják össze: pro- és eukariótákra. Ez a felosztás a mai napig létezik. A 20. század második felében a prokarióták között különbséget fedeztek fel: archaeákat és baktériumokat.
A felületi berendezés jellemzői
A prokarióták felszíni apparátusa egy membránból és egy sejtfalból áll. Mindegyik résznek megvannak a maga sajátosságai. Membránjukat kettős lipid- és fehérjeréteg alkotja. prokarióták,amelyek szerkezete meglehetősen primitív, kétféle sejtfal szerkezettel rendelkeznek. Így a gram-pozitív baktériumokban főként peptidoglikánból áll, vastagsága eléri a 80 nm-t, és szorosan szomszédos a membránnal. Ennek a szerkezetnek a jellemzője, hogy pórusok vannak benne, amelyeken keresztül számos molekula behatol. A gram-negatív baktériumok sejtfala nagyon vékony - maximum 3 nm-ig. Nem tapad szorosan a membránhoz. A prokarióták egyes képviselőinek kívül is nyálkahártya van. Megvédi az élőlényeket a kiszáradástól, a mechanikai sérülésektől, és további ozmotikus gátat hoz létre.
Prokarióta organellumok
A prokarióták és eukarióták sejtjeinek szerkezetében megvannak a maga jelentős különbségei, amelyek elsősorban bizonyos organellumok jelenlétében rejlenek. Ezek az állandó struktúrák határozzák meg az élőlények egészének fejlettségi szintjét. Legtöbbjük hiányzik a prokariótákban. Ezekben a sejtekben a fehérjeszintézis a riboszómákon keresztül megy végbe. A vízi prokarióták aeroszómákat tartalmaznak. Ezek olyan gázüregek, amelyek felhajtóerőt biztosítanak és szabályozzák az élőlények bemerülésének mértékét. Csak a prokarióták tartalmaznak mezoszómákat. A citoplazma membrán ezen redői csak kémiai rögzítési módszerek alkalmazásakor fordulnak elő a prokarióta sejtek mikroszkópos előkészítése során. A baktériumok és archaeák mozgásszervei csillók vagy flagellák. Az aljzathoz való rögzítés pedig ivással történik. Ezeket a fehérjehengerek által alkotott struktúrákat bolyhoknak és fimbriáknak is nevezik.
Mi az a nukleoid
A legjelentősebb különbség azonban a prokarióták és eukarióták génjének szerkezete. Mindezek az organizmusok örökletes információkkal rendelkeznek. Az eukariótákban a kialakult mag belsejében található. Ennek a két membránból álló organellumnak van saját mátrixa, az úgynevezett nukleoplazma, burok és kromatin. Itt nemcsak a genetikai információk tárolását végzik, hanem az RNS-molekulák szintézisét is. A sejtmagokban ezt követően riboszómák alegységeit képezik, amelyek a fehérjeszintézisért felelős organellák.
A prokarióta gének szerkezete egyszerűbb. Az örökítőanyagukat a nukleoid vagy a nukleáris régió képviseli. A prokarióták DNS-e nincs kromoszómákba csomagolva, hanem körkörös zárt szerkezetű. A nukleoid RNS-t és fehérjemolekulákat is tartalmaz. Ez utóbbiak funkciójukban hasonlóak az eukarióta hisztonokhoz. Részt vesznek a DNS megkettőződésében, az RNS-szintézisben, a kémiai szerkezet javításában és a nukleinsavak lebontásában.
Az élettevékenység jellemzői
A nem bonyolult szerkezetű prokarióták meglehetősen összetett életfolyamatokat hajtanak végre. Ez a táplálkozás, a légzés, a maguk fajtájának szaporodása, mozgás, anyagcsere… És minderre egyetlen mikroszkopikus sejt képes, melynek mérete 250 mikronig terjed! Tehát primitívségről csak viszonylagosan lehet beszélni.
A prokarióták szerkezetének sajátosságai meghatározzák fiziológiájuk mechanizmusait. Például háromféleképpen képesek energiát fogadni. Az első azerjesztés. Egyes baktériumok végzik. Ez a folyamat redox reakciókon alapul, amelyek során ATP molekulák szintetizálódnak. Ez egy kémiai vegyület, melynek hasadása során több szakaszban energia szabadul fel. Ezért nem hiába hívják "cella akkumulátornak". A következő módszer a légzés. Ennek a folyamatnak a lényege a szerves anyagok oxidációja. Néhány prokarióta képes a fotoszintézisre. Ilyenek például a kék-zöld algák és a lila baktériumok, amelyek sejtjeiben plasztidokat tartalmaznak. De az archaea képes klorofillmentes fotoszintézisre. A folyamat során a szén-dioxid nem rögzül, hanem közvetlenül ATP-molekulák képződnek. Tehát lényegében ez az igazi fotofoszforiláció.
Étkezés típusa
A baktériumok és az archaeák prokarióták, amelyek szerkezete lehetővé teszi számukra, hogy különböző táplálkozási módokat hajtsanak végre. Némelyikük autotróf. Ezek a szervezetek maguk is szintetizálnak szerves anyagokat a fotoszintézis során. Az ilyen prokarióták sejtjei klorofillt tartalmaznak. Egyes baktériumok bizonyos szerves vegyületek lebontásával nyernek energiát. Táplálkozási típusukat kemotrófnak nevezik. Ennek a csoportnak a képviselői a vas- és kénbaktériumok. Mások csak kész vegyületeket szívnak fel. Heterotrófoknak nevezik őket. Legtöbbjük parazita életmódot folytat, és csak más lények sejtjeiben él. E csoport egy része szaprotróf is. Táplálkoznak salakanyagokból illbomló szerves anyag. Amint láthatja, a prokarióták táplálkozási módja meglehetősen változatos. Ez a tény hozzájárult ahhoz, hogy minden élőhelyen széles körben elterjedtek.
Reprodukciós űrlapok
A prokarióták, amelyek szerkezetét egy sejt képviseli, két részre osztva vagy bimbózással szaporodnak. Ez a tulajdonság genetikai apparátusuk szerkezetének is köszönhető. A bináris hasadás folyamatát duplikáció, vagyis DNS-replikáció előzi meg. Ebben az esetben a nukleinsav molekulát először letekerjük, majd minden egyes szálat megkettőzünk a komplementaritás elve szerint. Az ennek eredményeként képződött kromoszómák a pólusok felé eltérnek. A sejtek megnövekednek, szűkület alakul ki közöttük, majd megtörténik a végső izolációjuk. Egyes baktériumok ivartalanul szaporodó sejteket – spórákat – is képesek létrehozni.
Baktériumok és archaeák: megkülönböztető jellemzők
Az archaea a baktériumokkal együtt sokáig a Drobyanka Királyság képviselői voltak. Valójában sok hasonló szerkezeti jellemzőjük van. Ez elsősorban a sejtjeik mérete és alakja. A biokémiai vizsgálatok azonban kimutatták, hogy számos hasonlóságot mutatnak az eukariótákkal. Ez az enzimek természete, amelyek hatására az RNS és a fehérjemolekulák szintézisének folyamatai végbemennek.
A táplálkozás módja szerint legtöbbjük kemotróf. Sőt, az archaeák által az energiaszerzés során lebomló anyagok változatosabbak. Ezek egyaránt összetett szénhidrátok ésammónia és fémvegyületek. Az archaeák között vannak autotrófok is. Nagyon gyakran lépnek szimbiotikus kapcsolatba. Az archaeák között nincsenek paraziták. Leggyakrabban a természetben találkozhatunk kommenzálisokkal és kölcsönösségekkel. Az első esetben az archaea a gazdaszervezet anyagaival táplálkozik, de nem károsítja azt. Az ilyen típusú szimbiózissal ellentétben a kölcsönös kapcsolatban mindkét organizmus előnyös. Némelyikük metagének. Az ilyen archaeák az emberek és a kérődző emlősök emésztőrendszerében élnek, túlzott gázképződést okozva a belekben. Ezek az élőlények bináris hasadással, bimbózással vagy fragmentálással szaporodnak.
Az archaea szinte minden élőhelyet elsajátított. Különösen változatosak a plankton összetételében. Kezdetben minden archaeát extremofilnek minősítettek, mivel meleg forrásokban, magas sótartalmú víztestekben és jelentős nyomású mélységekben is képesek megélni.
A prokarióták jelentősége a természetben és az emberi életben
A prokarióták szerepe a természetben jelentős. Először is, ők az első élő szervezetek, amelyek a bolygón keletkeztek. A tudósok azt találták, hogy a baktériumok és az archeák körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt keletkeztek. A szimbiogenezis elmélete azt sugallja, hogy egyes eukarióta sejtszervecskék is belőlük származtak. Különösen a plasztidokról és a mitokondriumokról beszélünk.
Sok prokariótát használnak a biotechnológiában gyógyszerek, antibiotikumok, enzimek, hormonok, műtrágyák és gyomirtó szerek előállítására. Az ember régóta használja a jótékony tulajdonságokattejsavbaktériumok sajtok, kefir, joghurt, fermentált termékek gyártásához. Ezen organizmusok segítségével a víztestek és talajok tisztítását, a különféle fémek érceinek dúsítását végzik. A baktériumok alkotják az ember és számos állat bélmikroflóráját. Az archaeákkal együtt számos anyagot keringenek: nitrogént, vasat, ként, hidrogént.
Másrészt sok baktérium veszélyes betegségek kórokozója, és számos növény- és állatfaj populációját szabályozza. Ide tartozik a pestis, a szifilisz, a kolera, a lépfene, a diftéria.
Tehát a prokariótákat olyan organizmusoknak nevezzük, amelyek sejtjeiben nincs kialakult sejtmag. Genetikai anyagukat egy nukleoid képviseli, amely egy kör alakú DNS-molekulából áll. A modern élőlények közül a baktériumok és az archaeák a prokariótákhoz tartoznak.
