PROKARYOTISK CELL: EGENSKAPER, CELLSTRUKTUR, TYPER - BIOLOGI

De prokaryota cellerna är enkla och utan en kärna begränsad av en plasmamembranstruktur. De organismer som är associerade med denna celltyp är unicellulära, även om de kan gruppera sig och bilda sekundära strukturer, såsom kedjor.

Av de tre livsområdena som föreslagits av Carl Woese, motsvarar prokaryoter Bakterier och Archaea. Den återstående domänen, Eucarya, består av större, mer komplexa eukaryota celler med en avgränsad kärna.

Prokaryotisk cell. Källa: Av Ali Zifan, från Wikimedia Commons

En av de viktigaste dikotomierna i biologiska vetenskaper är skillnaden mellan den eukaryota och den prokaryota cellen. Historiskt anses en prokaryotisk organisme vara enkel, utan intern organisation, utan organeller och saknar ett cytoskelett. Men nya bevis förstör dessa paradigmer.

Till exempel har strukturer identifierats i prokaryoter som potentiellt kan betraktas som organeller. På samma sätt har proteiner som är homologa med proteinerna från eukaryoter som bildar cytoskelettet hittats.

Prokaryoter är mycket varierande när det gäller näring. De kan använda ljuset från solen och energin i kemiska bindningar som energikälla. De kan också använda olika källor till kol, såsom koldioxid, glukos, aminosyror, proteiner, bland andra.

Prokaryoter delar oexuellt med binär klyvning. I denna process replikerar organismen dess cirkulära DNA, ökar dess volym och delas slutligen upp i två identiska celler.

Det finns emellertid mekanismer för utbyte av genetiskt material som genererar variationer i bakterier, såsom transduktion, konjugering och transformation.

Generella egenskaper

Prokaryoter är relativt enkla cellcelliga organismer. Det mest slående kännetecknet som identifierar denna grupp är frånvaron av en sann kärna. De är uppdelade i två stora grenar: sanna bakterier eller eubakterier och archaebacteria.

De har koloniserat nästan alla tänkbara livsmiljöer, från vatten och jord till det inre av andra organismer, inklusive människor. Specifikt bebor archaebacteria områden med extrema temperaturer, salthalt och pH.

Strukturera

Genomsnittlig prokaryotisk cell.

Det arkitektoniska schemat för en typisk prokaryot är utan tvekan det från Escherichia coli, en bakterie som normalt bor i mag-tarmkanalen.

Cellformen påminner om en stav och är 1 um i diameter och 2 um i längd. Prokaryoter omges av en cellvägg, som huvudsakligen består av polysackarider och peptider.

Bakteriecelleväggen är en mycket viktig egenskap och beroende på dess struktur tillåter man att man skapar ett klassificeringssystem i två stora grupper: grampositiva och gramnegativa bakterier.

Följt av cellväggen hittar vi ett membran (ett vanligt element mellan prokaryoter och eukaryoter) av en lipidkaraktär med en serie protetiska element inbäddade i den som skiljer organismen från dess omgivning.

DNA är en cirkulär molekyl lokaliserad i en specifik region som inte har någon typ av membran eller separering med cytoplasman.

Cytoplasman uppvisar ett grovt utseende och har ungefär 3000 ribosomer - strukturer som är ansvariga för proteinsyntes.

Typer av prokaryoter

Nuvarande prokaryoter består av en stor mångfald av bakterier som är indelade i två stora domäner: Eubacteria och Archaebacteria. Enligt bevisen verkar dessa grupper ha avvikit mycket tidigt i evolutionen.

Archaebacteria är en grupp av prokaryoter som i allmänhet lever i miljöer med ovanliga förhållanden, såsom temperaturer eller hög salthalt. Dessa förhållanden är sällsynta idag, men kan ha varit utbredda i tidig jord.

Exempelvis lever termoacidofiler i områden där temperaturen når maximalt 80 ° C och ett pH av 2.

Eubakterier lever för sin del i miljöer som är gemensamma för oss människor. De kan bevara jord, vatten eller leva i andra organismer - som bakterier som är en del av vår matsmältningskanal.

Profaryoter

Bakterier finns i en serie av mycket varierande och heterogena morfologier. Bland de vanligaste har vi de avrundade som kallas kokosnötter. Dessa kan uppstå individuellt, i par, i en kedja, i tetrader etc.

Vissa bakterier liknar morfologiskt en stav och kallas baciller. Liksom kokosnötter finns de i olika arrangemang med mer än en individ. Vi hittar också spiralformade spirocheter och de med komma eller kornform som kallas vibrios.

Var och en av dessa beskrivna morfologier kan variera mellan olika arter - till exempel kan en bacillus vara mer långsträckt än en annan eller med mer rundade kanter - och är användbara för att identifiera arten.

Fortplantning

Asexuell fortplantning

Reproduktion i bakterier är asexuell och sker med binär klyvning. I denna process "delas organismen bokstavligen i två", vilket resulterar i kloner av den initiala organismen. Det måste finnas tillräckliga resurser för att detta ska kunna inträffa.

Processen är relativt enkel: cirkulärt DNA replikeras och bildar två identiska dubbla spiraler. Senare rymmer det genetiska materialet i cellmembranet och cellen börjar växa tills den fördubblas i storlek. Cellen delar sig så småningom och varje resulterande del har en cirkulär DNA-kopia.

I vissa bakterier kan cellerna dela upp materialet och växa, men de delar sig inte helt och bildar en slags kedja.

Ytterligare källor till genetisk variation

Det finns genutbyteshändelser mellan bakterier som tillåter genetisk överföring och rekombination, en process som liknar det vi känner som sexuell reproduktion. Dessa mekanismer är konjugering, transformation och transduktion.

Konjugering består av utbyte av genetiskt material mellan två bakterier genom en struktur som liknar fina hårstrå kallade pili eller fimbriae, som fungerar som en "bro". I detta fall måste det finnas en fysisk närhet mellan båda individer.

Transformation innebär att man tar naken DNA-fragment som finns i miljön. Det vill säga, i denna process är närvaron av en andra organisme inte nödvändig.

Slutligen har vi översättning, där bakterien förvärvar det genetiska materialet genom en vektor, till exempel bakteriofager (virus som infekterar bakterier).

Näring

Bakterier behöver ämnen som garanterar deras överlevnad och som ger dem den energi som krävs för cellprocesser. Cellen tar upp dessa näringsämnen genom absorption.

På ett generellt sätt kan vi klassificera näringsämnen som viktiga eller basiska (vatten, kolkällor och kvävehaltiga föreningar), sekundära (som vissa joner: kalium och magnesium) och spårelement som behövs i minimala koncentrationer (järn, kobolt).

Vissa bakterier behöver specifika tillväxtfaktorer, såsom vitaminer och aminosyror och stimulerande faktorer som, även om de inte är nödvändiga, hjälper till tillväxtprocessen.

Näringsbehovet hos bakterier varierar mycket, men deras kunskap är nödvändig för att kunna förbereda effektiva kulturmedier för att säkerställa tillväxten av en intressant organisme.

Näringskategorier

Bakterier kan klassificeras enligt kolkällan som de använder, antingen organiska eller oorganiska och beroende på energiproduktionskällan.

Enligt kolkällan har vi två grupper: autotroferna eller litotroferna använder koldioxid och heterotroferna eller organotroferna som kräver en organisk kolkälla.

När det gäller energikällan har vi också två kategorier: fototrofer som använder energi från solen eller strålningsenergi och kemotrofer som beror på energin i kemiska reaktioner. Genom att kombinera båda kategorierna kan bakterier klassificeras i:

Photoautotrophs

De får sin energi från solljus - vilket betyder att de är fotosyntetiskt aktiva - och deras källkälla är koldioxid.

Photoheterotrophs

De kan använda strålningsenergi för sin utveckling men de kan inte införliva koldioxid. Därför använder de andra kolkällor, som alkoholer, fettsyror, organiska syror och kolhydrater.

Chemoautotrophs

De erhåller energi från kemiska reaktioner och kan införliva koldioxid.

Chemoheterotrophs

De använder energi från kemiska reaktioner och kol kommer från organiska föreningar, såsom glukos - som är den mest använda - lipider och även proteiner. Observera att energikällan och kolkällan är densamma i båda fallen, därför är differentieringen mellan de två svår.

Generellt hör mikroorganismer som anses vara mänskliga patogener till denna sista kategori och använder aminosyror och lipidföreningar från deras värdar som en kolkälla.

Ämnesomsättning

Metabolism omfattar alla komplexa, enzymkatalyserade kemiska reaktioner som äger rum i en organisme så att den kan utvecklas och reproducera sig.

Hos bakterier skiljer sig dessa reaktioner inte från de grundläggande processerna som förekommer i mer komplexa organismer. I själva verket har vi flera vägar som delas av båda linjer av organismer, till exempel glykolys.

Reaktionerna i ämnesomsättningen klassificeras i två stora grupper: biosyntetiska eller anabola reaktioner och nedbrytning eller kataboliska reaktioner, som uppstår för att erhålla kemisk energi.

Kataboliska reaktioner frigör energi på ett överväldigt sätt som kroppen använder för biosyntes av dess komponenter.

Grundläggande skillnader från eukaryota celler

Prokaryoter skiljer sig från prokaryoter främst i cellens strukturella komplexitet och de processer som sker inom den. Nedan beskriver vi de viktigaste skillnaderna mellan de två linjerna:

Storlek och komplexitet

I allmänhet är prokaryota celler mindre än eukaryota celler. De förstnämnda har diametrar mellan 1 och 3 um, i motsats till en eukaryotisk cell som kan nå 100 um. Det finns dock några undantag.

Även om prokaryota organismer är encelliga och vi inte kan observera dem med blotta ögat (såvida vi inte observerar bakteriekolonier, till exempel), bör vi inte använda karakteristika för att skilja mellan båda grupperna. I eukaryoter hittar vi också encelliga organismer.

I själva verket är en av de mest komplexa cellerna unicellulära eukaryoter, eftersom de måste innehålla alla strukturer som är nödvändiga för deras utveckling inneslutna i ett cellmembran. Släkten Paramecium och Trypanosoma är anmärkningsvärda exempel på detta.

Å andra sidan finns det mycket komplexa prokaryoter, såsom cyanobakterier (en prokaryotisk grupp där utvecklingen av fotosyntetiska reaktioner ägde rum).

Kärna

Ordet "prokaryot" hänvisar till frånvaron av en kärna (pro = före; karyon = kärna) medan eukaryoter har en sann kärna (eu = true). Således separeras dessa två grupper genom närvaron av denna viktiga organell.

I prokaryoter finns det genetiska materialet distribuerat i en specifik region i cellen som kallas nukleoid - och det är inte en sann kärna eftersom det inte avgränsas av ett lipidmembran.

Eukaryoter har en definierad kärna och omgiven av ett dubbelmembran. Denna struktur är extremt komplex och presenterar olika områden inuti, till exempel kärnan. Dessutom kan denna organell interagera med cellens inre miljö tack vare närvaron av kärnporer.

Organisering av genetiskt material

Prokaryoter innehåller från 0,6 till 5 miljoner baspar i sitt DNA och det uppskattas att de kan koda för upp till 5 000 olika proteiner.

Prokaryotiska gener organiserar sig i enheter som kallas operoner - som den välkända laktosoperonen - medan eukaryota gener inte gör det.

I gener kan vi skilja två "regioner": introner och exoner. Det förstnämnda är delar som inte kodar för proteinet och som avbryter de kodande regionerna, kallade exoner. Introner är vanliga i eukaryota gener men inte i prokaryoter.

Prokaryoter är vanligtvis haploida (en enda genetisk belastning) och eukaryoter har både haploida och polyploida belastningar. Till exempel är vi människor diploida. På liknande sätt har prokaryoter en kromosom och eukaryoter mer än en.

Komprimering av genetiskt material

Inuti cellkärnan uppvisar eukaryoter en komplex DNA-organisation. En lång DNA-kedja (ungefär två meter lång) kan vridas på ett sådant sätt att den kan integreras i kärnan och under delningsprocesserna kan den visualiseras under mikroskopet i form av kromosomer.

Denna DNA-komprimeringsprocess involverar en serie proteiner som kan binda till strängen och bilda strukturer som liknar ett pärlhalsband, där strängen representeras av DNA och pärlorna av pärlor. Dessa proteiner kallas histoner.

Histoner har bevarats i stor utsträckning under hela evolutionen. Med andra ord, våra histoner är oerhört lika dem som en mus, eller för att gå vidare till en insekt. Strukturellt sett har de ett stort antal positivt laddade aminosyror som interagerar med de negativa laddningarna av DNA.

I prokaryoter har vissa proteiner homologa med histoner hittats, vilka vanligtvis är kända som histonliknande. Dessa proteiner bidrar till kontrollen av genuttryck, rekombination och DNA-replikation och, liksom histoner i eukaryoter, deltar i organisationen av nukleoid.

organeller

I eukaryota celler kan en serie mycket komplexa subcellulära fack identifieras som utför specifika funktioner.

De mest relevanta är mitokondrierna, som ansvarar för processerna för cellulär andning och generering av ATP, och i växter sticker klorplaster ut, med deras tremembransystem och med de maskiner som är nödvändiga för fotosyntes.

På samma sätt har vi Golgi-komplexet, slät och grov endoplasmatisk retikulum, vakuoler, lysosomer, peroxisomer, bland andra.

Ribosomstruktur

ribosomer

Ribosomer innefattar maskinerna som är nödvändiga för proteinsyntes, så de måste vara närvarande i både eukaryoter och prokaryoter. Även om det är en oundgänglig struktur för båda, skiljer det sig främst i storlek.

Ribosomer består av två underenheter: en stor och en liten. Varje underenhet identifieras av en parameter som kallas sedimentationskoefficienten.

I prokaryoter är den stora underenheten 50S och den lilla underenheten är 30S. Hela strukturen kallas 70S. Ribosomer är spridda över cytoplasma, där de utför sina uppgifter.

Eukaryoter har större ribosomer, den stora underenheten är 60S, den lilla underenheten är 40S, och hela ribosomen betecknas 80S. Dessa är huvudsakligen förankrade i den grova endoplasmatiska retikulum.

Cellvägg

Cellväggen är ett väsentligt element för att möta osmotisk stress och fungerar som en skyddande barriär mot möjliga skador. Nästan alla prokaryoter och vissa grupper av eukaryoter har en cellvägg. Skillnaden ligger i den kemiska beskaffenheten.

Bakterieväggen består av peptidoglycan, en polymer som består av två strukturella element: N-acetyl-glukosamin och N-acetylmuraminsyra, kopplade ihop med bindningar av ß-1,4-typ.

Inom den eukaryota linjen finns det också väggceller, främst i vissa svampar och i alla växter. Den vanligaste föreningen i svampväggen är kitin och i växter är det cellulosa, en polymer som består av många glukosenheter.

Cellavdelning

Som diskuterats tidigare delar prokaryoter med binär klyvning. Eukaryoter har ett komplext divisionssystem som involverar olika stadier i kärnkraftsdelning, antingen mitos eller meios.

Filogeni och klassificering

I allmänhet är vi vana vid att definiera en art enligt det biologiska konceptet som föreslagits av E. Mayr 1989: "grupper av avelande naturliga populationer som är reproduktivt isolerade från andra grupper".

Det är omöjligt att tillämpa detta begrepp på aseksuella arter, som är fallet med prokaryoter. Därför måste det finnas ett annat sätt att närma sig begreppet art för att klassificera dessa organismer.

Enligt Rosselló-Mora et al. (2011) passar det phylo-fenetiska konceptet bra till denna avstamning: ”en monofyletisk och genomiskt sammanhängande uppsättning av enskilda organismer som visar en hög grad av allmän likhet i många oberoende egenskaper och kan diagnostiseras med en urskiljande fenotypisk egenskap”.

Tidigare klassificerades alla prokaryoter i en enda "domän", tills Carl Woese föreslog att livets träd skulle ha tre huvudgrenar. Efter denna klassificering inkluderar prokaryoter två domäner: Archaea och Bacteria.

Inom bakterierna hittar vi fem grupper: proteobacteria, klamydia, cyanobacterial spirochetes och grampositiva bakterier. På liknande sätt har vi fyra huvudgrupper av archaea: Euryarchaeota, TACK Group, Asgard och DPANN Group.

Nya insikter

Ett av de mest utbredda begreppen inom biologi är enkelheten hos den prokaryota cytosolen. Emellertid tyder nya bevis på att det finns en potentiell organisation i prokaryota celler. För närvarande försöker forskare att bryta ned dogmen om frånvaron av organeller, cytoskelett och andra egenskaper i denna encelliga avstamning.

Organeller i prokaryoter

Författarna till detta mycket nya och kontroversiella förslag försäkrar att det finns nivåer av avdelning i eukaryota celler, främst i strukturer avgränsade av proteiner och intracellulära lipider.

Enligt försvararna av denna idé är en organell ett fack omgiven av ett biologiskt membran med en specifik biokemisk funktion. Bland dessa "organeller" som passar denna definition har vi lipidkroppar, karboxi-somes, gasvakuoler, bland andra.

magnetosomer

Ett av de mest fascinerande facken med bakterier är magnetosomer. Dessa strukturer är relaterade till förmågan hos vissa bakterier - såsom Magnetospirillum eller Magnetococcus - att använda magnetfält för orientering.

Strukturellt sett är de en liten kropp på 50 nanometer omgiven av ett lipidmembran, vars inre består av magnetiska mineraler.

Fotosyntetiska membran

Dessutom har vissa prokaryoter "fotosyntetiska membran", som är de mest studerade facken i dessa organismer.

Dessa system arbetar för att maximera effektiviteten för fotosyntesen, öka antalet tillgängliga fotosyntetiska proteiner och maximera den membranyta som utsätts för ljus.

Fack i

Det har inte varit möjligt att spåra en trolig evolutionär väg från dessa tidigare nämnda fack till de mycket komplexa organellerna av eukaryoter.

Släktet Planctomycetes har emellertid en serie fack inuti som påminner om organellerna själva och kan föreslås som bakteriefäder till eukaryoter. I släktet Pirellula finns kromosomer och ribosomer omgiven av biologiska membran.

Komponenter i cytoskeletten

På liknande sätt finns det vissa proteiner som historiskt sett ansågs unika för eukaryoter, inklusive de väsentliga filamenten som ingår i cytoskeletten: tubulin, aktin och mellanliggande filament.

Nyligen genomförda undersökningar har lyckats identifiera proteiner som är homologa med tubulin (FtsZ, BtuA, BtuB och andra), att aktin (MreB och Mb1) och med mellanliggande filament (CfoA).

referenser

Cooper, GM (2000). Cellen: Molekylär inställning. Sinauer Associates.
Dorman, CJ, & Deighan, P. (2003). Reglering av genuttryck med histonliknande proteiner i bakterier. Aktuellt yttrande inom genetik och utveckling, 13 (2), 179-184.
Guerrero, R., & Berlanga, M. (2007). Den dolda sidan av den prokaryota cellen: återupptäcker den mikrobiella världen. International Microbiology, 10 (3), 157-168.
Murat, D., Byrne, M., & Komeili, A. (2010). Cellbiologi av prokaryota organeller. Cold Spring Harbor-perspektiv i biologi, a000422.
Rosselló-Mora, R., & Amann, R. (2001). Artskonceptet för prokaryoter. FEMS mikrobiologi recensioner, 25 (1), 39-67.
Slesarev, AI, Belova, GI, Kozyavkin, SA, & Lake, JA (1998). Bevis för ett tidigt prokaryot ursprung för histonerna H2A och H4 före uppkomsten av eukaryoter. Nukleinsyraforskning, 26 (2), 427-430.
Souza, WD (2012). Prokaryotiska celler: strukturell organisation av cytoskelettet och organellerna. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz, 107 (3), 283-293.

PROKARYOTISK CELL: EGENSKAPER, CELLSTRUKTUR, TYPER - BIOLOGI - 2025