Prokaryota cellegenskaper, cellstruktur, typer



den prokaryota celler de är enkla strukturer och utan en kärna avgränsad av ett plasmamembran. De organismer som är associerade med denna celltyp är unicellulära, även om de kan grupperas och bilda sekundära strukturer, såsom kedjor.

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

En av de viktigaste dikotomierna inom biovetenskap är skillnaden mellan den eukaryota cellen och den prokaryota cellen. Historiskt sett anses en prokaryot organism som enkel, utan intern organisation, utan organeller och saknar en 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 mot proteinerna av eukaryoter som bildar cytoskeleten hittats.

Prokaryoter är mycket varierade i deras näring. De kan använda ljus från solen och energin i kemiska bindningar som en energikälla. De kan också använda olika källor till kol, bland annat koldioxid, glukos, aminosyror, proteiner..

Prokaryoter delas asexually av binär fission. I denna process replikerar organismen sitt cirkulära DNA, ökar dess volym och delar upp det till två identiska celler.

Det finns emellertid mekanismer för utbyte av genetiskt material som alstrar variabilitet i bakterier, såsom transduktion, konjugation och transformation.

index

  • 1 Allmänna egenskaper
  • 2 struktur
  • 3 Typer av prokaryoter
  • 4 Morkologi av prokaryoter
  • 5 Reproduktion
    • 5.1 Sexuell reproduktion
    • 5.2 Ytterligare källor till genetisk variation
  • 6 näring
    • 6.1 Näringsrika kategorier
    • 6.2 Photoautotrophs
    • 6.3 Fotoheterotrofer
    • 6.4 kemiautotrofer
    • 6,5 kemiheterotrofer
  • 7 Metabolism
  • 8 Grundläggande skillnader med eukaryota celler
    • 8.1 Storlek och komplexitet
    • 8,2 kärna
    • 8.3 Organisation av genetiskt material
    • 8.4 Komprimering av genetiskt material
    • 8,5 organeller
    • 8.6 Strukturen av ribosomen
    • 8,7 Cellvägg
    • 8,8 celldelning
  • 9 Phylogeny och klassificering
  • 10 Nya perspektiv
    • 10.1 Organeller i prokaryoter
    • 10.2 Magnetosomer
    • 10.3 fotosyntetiska membran
    • 10,4 delar i planktomycetes
    • 10.5 Komponenter av cytoskeletten
  • 11 referenser

Allmänna egenskaper

Prokaryoter är relativt enkla enhälliga organismer. Den mest framstående egenskap som identifierar denna grupp är frånvaron av en sann kärna. De är uppdelade i två stora grenar: sanna bakterier eller eubakterier och archaebakterier.

De har koloniserat nästan alla tänkbara livsmiljöer, från vatten och jord till inre av andra organismer, inklusive människan. Specifikt bevarar archaebakterier områden med temperaturer, salthalt och extremt pH.

struktur

Det arkitektoniska systemet av en typisk prokaryot är utan tvekan den av Escherichia coli, en bakterie som normalt lever i vårt mag-tarmkanal.

Cellformen liknar en sockerrör och har 1 um i diameter och 2 um i längd. Prokaryoter är omgivna av en cellvägg, som huvudsakligen består av polysackarider och peptider.

Den bakteriella cellväggen är en mycket viktig egenskap och enligt strukturen kan man skapa ett klassificeringssystem i två stora grupper: gram positiv och gramnegativ bakterier.

Efterföljande av cellväggen finner vi ett membran (vanligt element mellan prokaryoter och eukaryoter) av en lipid natur med en rad proteselement inbäddade i det som skiljer organismen från sin omgivning.

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

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

Typer av prokaryoter

Nuvarande prokaryoter består av en mängd olika bakterier som är indelade i två huvudområden: Eubacteria och Archaebacteria. Enligt bevisen verkar dessa grupper ha divergerat mycket tidigt i evolutionen.

Archaebacteria är en grupp av prokaryoter som i allmänhet bor i miljöer vars förhållanden är ovanliga, såsom temperaturer eller hög salthalt. Dessa förhållanden är sällsynta nuförtiden, men de kan förekomma i det primitiva landet.

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

Eubacteria, å andra sidan, lever i en gemensam miljö för oss människor. De kan bo i mark, vatten eller leva i andra organismer - som bakterier som ingår i vårt matsmältningssystem.

Morkologi av prokaryoter

Bakterier kommer i en serie mycket varierade och heterogena morfologier. Bland de vanligaste vi har de rundade som kallas kokosnötter. Dessa kan presenteras individuellt, i par, i en kedja, i tetrader etc..

Vissa bakterier liknar morfologiskt en sockerrör och kallas baciller. Precis som kokosnötter finns i olika arrangemang med mer än en individ. Vi finner också spiralformade spirocheter och de som har en koma eller kornform som kallas vibrios.

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

reproduktion

Sexuell reproduktion

Reproduktion i bakterier är asexual och uppstår genom binär fission. I denna process bryts organismen bokstavligen i två ", vilket resulterar i kloner i den ursprungliga organismen. För att detta ska ske måste det finnas tillräckliga resurser tillgängliga.

Processen är relativt enkel: det cirkulära DNA replikerar och bildar två identiska dubbla spiraler. Därefter upptages det genetiska materialet i cellmembranet och cellen börjar växa tills den fördubblar dess storlek. Cellen är äntligen uppdelad och varje resulterande del har en cirkulär DNA-kopia.

I vissa bakterier kan cellerna dela upp materialet och växa, men de delar inte alls 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 vad vi vet som sexuell reproduktion. Dessa mekanismer är konjugation, transformation och transduktion.

Konjugationen består av utbyte av genetiskt material mellan två bakterier med hjälp av en struktur som liknar fina hår som kallas pili eller fimbrias, som fungerar som en "bro". I det här fallet måste det finnas en fysisk närhet mellan båda individerna.

Transformationen innefattar att ta fragment av naket DNA som finns i miljön. Det vill säga, i denna process är närvaron av en andra organism inte nödvändig.

Slutligen har vi översättningen, där bakterien förvärvar det genetiska materialet med hjälp av en vektor, till exempel bakteriofagen (virus som infekterar bakterier).

näring

Bakterier behöver ämnen som garanterar deras överlevnad och som ger dem nödvändig energi för cellulära processer. Cellen tar dessa näringsämnen genom absorption.

I allmänhet kan vi klassificera näringsämnena som nödvändiga eller grundläggande (vatten, kolkällor och kväveföreningar), sekundära (som vissa joner: kalium och magnesium) och spårämnen som behövs i minsta koncentrationer (järn, kobolt).

Vissa bakterier behöver specifika tillväxtfaktorer, såsom vitaminer och aminosyror och stimulerande faktorer som, men inte nödvändiga, hjälper till i tillväxtprocessen.

Näringsbehoven hos bakterier varierar mycket, men deras kunskaper är nödvändiga för att kunna förbereda effektiva kulturmedier som säkerställer tillväxten av en organism av intresse.

Näringskategorier

Bakterier kan klassificeras enligt kolkällan de använder, antingen organiska eller oorganiska och beroende på den erhållna energikällan.

Enligt kolkällan har vi två grupper: autotrofer eller litotrofer använder koldioxid och heterotrofer eller organotrofer som kräver en organisk kolkälla.

När det gäller energikällan har vi också två kategorier: de fototrofer som använder den energi som kommer från solen eller strålningsenergin och de kemikalier som beror på energin hos de kemiska reaktionerna. Genom att kombinera båda kategorierna kan bakterierna klassificeras i:

photoautotrophic

Energi erhålls från solljus - vilket innebär att de är fotosyntetiskt aktiva - och deras kolkälla är koldioxid.

photoheterotrophs

De kan använda strålningsenergi för deras utveckling men kan inte ta med koldioxid. Därför använder de andra källor till kol, såsom alkoholer, fettsyror, organiska syror och kolhydrater.

chemoautotrophs

Energi erhålls från kemiska reaktioner och de kan ta med koldioxid.

chemoheterotrophs

De använder den energi som kommer från de kemiska reaktionerna och kolet kommer från organiska föreningar, som glukos - vilket är de mest använda - lipiderna och proteinerna. Observera att energikällan och kolkällan är desamma i båda fallen, så skillnaden mellan de två är svår.

I allmänhet hör mikroorganismerna som anses vara patogener hos människan till denna sista kategori och använder som en kolkälla aminosyrorna och lipidföreningarna hos deras värdar.

metabolism

Metabolismen innefattar alla komplexa kemiska reaktioner som katalyseras av enzymer som förekommer inom en organism så att den kan utvecklas och reproduceras.

I bakterier skiljer sig dessa reaktioner inte från de grundläggande processer som förekommer i mer komplexa organismer. Faktum är att vi har flera linjer som delas av båda organismerna, t.ex. glykolys, till exempel.

Metaboliska reaktioner klassificeras i två huvudgrupper: biosyntetiska reaktioner eller anabola och katabola nedbrytning eller reaktioner som uppstår för att uppnå produktion av kemisk energi.

De kataboliska reaktionerna släpper på en förskjuten vägergi som organismen använder för biosyntesen av dess komponenter.

Grundläggande skillnader med eukaryota celler

Prokaryoter skiljer sig från prokaryoter, huvudsakligen i cellens strukturella komplexitet och i de processer som förekommer inom den. Därefter kommer vi att beskriva de viktigaste skillnaderna mellan båda linjerna:

Storlek och komplexitet

Generellt är prokaryota celler mindre än eukaryoter. Den förra har diametrar mellan 1 och 3 μm, i motsats till en eukaryot cell som kan nå 100 μm. Det finns emellertid några undantag.

Medan prokaryoter är encelliga och vi kan inte observera med blotta ögat (om vi observerar bakteriekolonier, till exempel) skulle vi inte funktionen använder för att skilja mellan de två grupperna. I eukaryoter finner vi också unicellulära organismer.

Faktum är att en av de mest komplexa cellerna är unicellulära eukaryoter, eftersom de måste innehålla alla strukturer som är nödvändiga för deras utveckling begränsad till ett cellulärt membran. Genrerna toffel och Trypanosoma de är anmärkningsvärda exempel på detta.

Å andra sidan finns det mycket komplexa prokaryoter såsom cyanobakterier (prokaryot grupp där utvecklingen av fotosyntetiska reaktioner inträffade).

kärna

Ordet "prokaryot" avser fravaron av en kärna (pro = förut Karyon = kärnan) medan eukaryoter har en sann kärna (eu = sant). Sålunda separeras dessa två grupper genom närvaron av denna viktiga organell.

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

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

Organisation av genetiskt material

Prokaryoter innehåller från 0,6 till 5 miljoner baspar i deras DNA och det uppskattas att de kan koda upp till 5000 olika proteiner. 

Prokaryotiska gener är organiserade i enheter som kallas operoner - som den kända operonlaktosen - medan eukaryota gener inte.

I gener kan vi skilja mellan två "regioner": introner och exoner. Den första är delar som inte kodar för proteinet och som stör de kodande regionerna, kallade exoner. Introns är vanliga i eukaryota gener men inte i prokaryoter.

Prokaryoter är generellt haploida (enda genetisk belastning) och eukaryoter har båda haploida laster såsom polyploida. Till exempel är vi människor diploider. Likaså har prokaryoter en kromosom och eukaryoter mer än en.

Komprimering av genetiskt material

Inuti cellkärnan uppvisar eukaryoter en komplex organisation av DNA. En långkedjig DNA (ca två meter) är i stånd att lindas sådant som kan integreras in i kärnan och under delningsprocessen kan visualiseras under mikroskop såsom kromosomer.

Denna DNA komprimeringsprocessen involverar en serie av proteiner som har förmåga att binda till de sträng och formstrukturer som liknar ett pärlband, där tråden representeras av DNA och konton pärlor. Dessa proteiner kallas histoner.

Histoner har varit brett bevarade under hela evolutionen. Det vill säga, våra histoner är otroligt lik musen, eller att gå vidare till en insekts. Strukturellt har de ett stort antal positivt laddade aminosyror som interagerar med de negativa laddningarna av DNA.

I prokaryoter har vissa proteiner som är homologa mot histoner som är allmänt kända som histoner hittats-som. Dessa proteiner bidrar till kontrollen av genuttryck, DNA-rekombination och replikation och, liksom histon i eukaryoter, delta i nukleoidorganisation.

organeller

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

De viktigaste är mitokondrierna, som ansvarar för cellandningen processer och ATP generation, och växter står kloroplaster med tre membran systemet och maskiner som behövs för fotosyntesen.

Vi har också Golgi komplexa, slät och grov endoplasmatiska retiklet, vakuoler, lysosomer, peroxisomer, bland annat.

Strukturen av ribosomen

Ribosomer innefattar den maskin som är nödvändig för syntesen av proteiner, så de måste vara närvarande i både eukaryoter och prokaryoter. Även om det är en oumbärlig struktur för båda, skiljer den sig övervägande i storlek.

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

I prokaryoter är den stora underenheten 50S och den lilla underenheten är 30S. Den fullständiga strukturen heter 70S. Ribosomer sprids i cytoplasman, där de utför sina uppgifter.

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

Cellvägg

Cellväggen är ett viktigt element för att klara osmotisk stress och fungerar som en skyddande barriär mot eventuell skada. Nästan alla prokaryoter och några grupper av eukaryoter har en cellvägg. Skillnaden ligger i dess kemiska natur.

Cellväggen består av peptidoglykan, en polymer innefattande två strukturella element: N-acetylglukosamin och N-acetylmuraminsyra, sammanlänkade med β-1,4 typ.

Inom den eukaryota linjen finns också celler med väggar, främst i vissa svampar och i alla växter. Den mest rikliga föreningen i svampväggen är kitin och i växter är den cellulosa, en polymer som bildas av många glukosenheter.

Celldelning

Som diskuterats ovan divideras prokaryoter med binär fission. Eukaryoter har ett komplext divisionssystem som involverar olika stadier av kärndelning, vare sig det är mitos eller meios.

Fylogeni och klassificering

Vi är i allmänhet används för att definiera en art enligt den biologiska koncept föreslagits av E. Mayr i 1989: "tvärbindbara grupper av naturliga populationer som reproduktivt är isolerade från andra grupper".

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

Enligt Rosselló-Mora et al. (2011), passar konceptet kant phenetisk bra med denna härstamning: "en monophyletic grupp och genomiskt sammanhängande individuella organismer som uppvisar en hög grad av total likhet i många oberoende egenskaper, och är diagnostiseras av en diskriminerande fenotypisk egenskap".

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

Bakterier som finns i fem grupper: proteobakterier, chlamydia, spiroketer cyanobakterier och grampositiva bakterier. På samma sätt har vi fyra huvudgrupper av arkea: Euryarchaeota, Grupo TACK, Asgard och Grupo DPANN.

Nya perspektiv

En av de mest utbredda begreppen i biologi är enkelheten hos den prokaryota cytosolen. Nya bevis tyder dock på att det finns en potentiell organisation i prokaryota celler. För närvarande försöker forskare att riva ner dogmen om frånvaron av organeller, cytoskelett och andra egenskaper i denna unicellulära släktskap.

Organeller i prokaryoter

Författarna till detta förslag så att nya och kontroversiella påståendet att det finns nivåer av uppdelning i eukaryota celler, särskilt i slutna strukturer av proteiner och intracellulära lipider.

Enligt försvararna av denna idé är en organel ett fack omgivet av ett biologiskt membran med en bestämd biokemisk funktion. Bland dessa "organeller" som överensstämmer med denna definition har vi lipidkropparna, karboxysomerna, gasvakuolen, bland andra.

magnetosomer

Ett av de mest fascinerande facken av bakterier är magnetosomer. Dessa strukturer är relaterade till vissa bakteriers egenskaper Magnetospirillum eller Magnetococcus - att använda magnetiska fält för orientering.

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

Fotosyntetiska membran

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

Dessa system arbetar för att maximera effektiviteten av fotosyntes, öka antalet tillgängliga fotosyntetiska proteiner och maximera membranytan som exponeras för ljus.

Rum i planctomycetes

Det har inte varit möjligt att spåra en trovärdig utvecklingsväg från dessa fack som nämns ovan till de högkomplexa organellerna av eukaryoter.

Men genren planctomycetes Den har en serie av fack inuti som påminner organellerna själva och kan föreslås som eukaryotens bakteriefader. I genren Pirellula Det finns kromosomer och ribosomer omgivna av biologiska membran.

Cytoskelets komponenter

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

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

referenser

  1. Cooper, G. M. (2000). Cellen: Molekylär tillvägagångssätt. Sinauer Associates.
  2. Dorman, C.J. & Deighan, P. (2003). Reglering av genuttryck av histon-liknande proteiner i bakterier. Nuvarande åsikt i genetik och utveckling, 13(2), 179-184.
  3. Guerrero, R., & Berlanga, M. (2007). Den dolda sidan av den prokaryota cellen: återupptäckar den mikrobiella världen. Internationell mikrobiologi, 10(3), 157-168.
  4. Murat, D., Byrne, M., & Komeili, A. (2010). Cellbiologi av prokaryota organeller. Cold Spring Harbor perspektiv inom biologi, a000422.
  5. Rosselló-Mora, R., & Amann, R. (2001). Artkonceptet för prokaryoter. FEMS mikrobiologi recensioner, 25(1), 39-67.
  6. Slesarev, A.I., Belova, G.I., Kozyavkin, S.A., och Lake, J.A. (1998). Bevis för ett tidigt prokaryotiskt ursprung av histon H2A och H4 före framväxten av eukaryoter. Nukleinsyror forskning, 26(2), 427-430.
  7. Souza, W. D. (2012). Prokaryota celler: strukturell organisering av cytoskelet och organeller. Memories of the Oswaldo Cruz Institute, 107(3), 283-293.