V našom článku sa budeme zaoberať štruktúrou prokaryotov a eukaryotov. Tieto organizmy sa výrazne líšia úrovňou organizácie. A dôvodom sú zvláštnosti štruktúry genetickej informácie.
Vlastnosti štruktúry prokaryotických buniek
Prokaryoty sú všetky živé organizmy, ktorých bunky neobsahujú jadro. Zo zástupcov piatich moderných kráľovstiev živej prírody k nim patrí len jedno – Baktérie. Medzi prokaryoty, o ktorých uvažujeme, patria aj modrozelené riasy a archaea.
Napriek absencii vytvoreného jadra v ich bunkách obsahujú genetický materiál. To vám umožňuje ukladať a prenášať dedičné informácie, ale obmedzuje rozmanitosť metód reprodukcie. Všetky prokaryoty sa rozmnožujú rozdelením svojich buniek na dve časti. Nie sú schopné mitózy a meiózy.
Štruktúra prokaryotov a eukaryotov
Štrukturálne znaky prokaryotov a eukaryotov, ktoré ich odlišujú, sú dosť významné. Okrem štruktúry genetického materiálu to platí aj pre mnohé organely. Eukaryoty, ktoré zahŕňajú rastliny, huby a živočíchy, obsahujú v cytoplazmemitochondrie, Golgiho komplex, endoplazmatické retikulum, mnohé plastidy. Prokaryoty ich nemajú. Bunková stena, ktorú majú obe, sa líši chemickým zložením. V baktériách sa skladá z komplexných sacharidov pektín alebo mureín, zatiaľ čo v rastlinách je založený na celulóze a v hubách - chitín.
História objavov
Vlastnosti štruktúry a života prokaryotov sa vedcom dozvedeli až v 17. storočí. A to aj napriek tomu, že tieto tvory existujú na planéte od jej vzniku. V roku 1676 ich prvýkrát preskúmal cez optický mikroskop jeho tvorca Anthony van Leeuwenhoek. Ako všetky mikroskopické organizmy ich vedec nazval „zvieratá“. Pojem „baktéria“sa objavil až začiatkom 19. storočia. Navrhol to slávny nemecký prírodovedec Christian Ehrenberg. Pojem „prokaryoty“vznikol neskôr, v ére vytvorenia elektrónového mikroskopu. A najprv vedci zistili skutočnosť rozdielov v štruktúre genetického aparátu buniek rôznych tvorov. E. Chatton v roku 1937 navrhol spojiť organizmy do dvoch skupín podľa tohto znaku: pro- a eukaryoty. Toto rozdelenie existuje dodnes. V druhej polovici 20. storočia bol objavený rozdiel medzi samotnými prokaryotmi: archaea a baktérie.
Funkcie povrchového zariadenia
Povrchový aparát prokaryotov pozostáva z membrány a bunkovej steny. Každá z týchto častí má svoje vlastné charakteristiky. Ich membrána je tvorená dvojitou vrstvou lipidov a bielkovín. prokaryoty,ktorých štruktúra je dosť primitívna, majú dva typy štruktúry bunkovej steny. V grampozitívnych baktériách teda pozostáva hlavne z peptidoglykánu, má hrúbku až 80 nm a tesne prilieha k membráne. Charakteristickým znakom tejto štruktúry je prítomnosť pórov, cez ktoré preniká množstvo molekúl. Bunková stena gramnegatívnych baktérií je veľmi tenká – maximálne do 3 nm. Nepriľne tesne k membráne. Niektorí zástupcovia prokaryotov majú na vonkajšej strane aj hlienovú kapsulu. Chráni organizmy pred vysychaním, mechanickým poškodením a vytvára dodatočnú osmotickú bariéru.
Prokaryotické organely
Štruktúra bunky prokaryotov a eukaryotov má svoje vlastné významné rozdiely, ktoré spočívajú predovšetkým v prítomnosti určitých organel. Tieto trvalé štruktúry určujú úroveň vývoja organizmov ako celku. Väčšina z nich v prokaryotoch chýba. Syntéza proteínov v týchto bunkách prebieha prostredníctvom ribozómov. Vodné prokaryoty obsahujú aerozómy. Sú to plynové dutiny, ktoré poskytujú vztlak a regulujú stupeň ponorenia organizmov. Iba prokaryoty obsahujú mezozómy. Tieto záhyby cytoplazmatickej membrány sa vyskytujú iba pri použití metód chemickej fixácie pri príprave prokaryotických buniek na mikroskopiu. Organely pohybu baktérií a archaea sú riasinky alebo bičíky. A pripevnenie k substrátu sa vykonáva pitím. Tieto štruktúry tvorené proteínovými valcami sa tiež nazývajú klky a fimbrie.
Čo je nukleoid
Najvýznamnejším rozdielom je však štruktúra génu prokaryotov a eukaryotov. Všetky tieto organizmy majú dedičnú informáciu. V eukaryotoch sa nachádza vo vnútri vytvoreného jadra. Táto dvojmembránová organela má svoju vlastnú matricu nazývanú nukleoplazma, obal a chromatín. Tu sa uskutočňuje nielen ukladanie genetickej informácie, ale aj syntéza molekúl RNA. V jadierkach následne tvoria podjednotky ribozómov – organely zodpovedné za syntézu bielkovín.
Štruktúra prokaryotických génov je jednoduchšia. Ich dedičný materiál je reprezentovaný nukleoidnou alebo jadrovou oblasťou. DNA v prokaryotoch nie je zabalená do chromozómov, ale má kruhovú uzavretú štruktúru. Nukleoid tiež obsahuje RNA a proteínové molekuly. Posledne menované majú podobnú funkciu ako eukaryotické históny. Podieľajú sa na duplikácii DNA, syntéze RNA, oprave chemickej štruktúry a zlomoch nukleových kyselín.
Funkcie životnej aktivity
Prokaryoty, ktorých štruktúra nie je zložitá, vykonávajú pomerne zložité životné procesy. To je výživa, dýchanie, rozmnožovanie vlastného druhu, pohyb, metabolizmus… A toho všetkého je schopná len jedna mikroskopická bunka, ktorej veľkosť sa pohybuje až do 250 mikrónov! Takže o primitívnosti sa dá hovoriť len relatívne.
Vlastnosti štruktúry prokaryotov určujú mechanizmy ich fyziológie. Napríklad sú schopné prijímať energiu tromi spôsobmi. Prvým jefermentácia. Vykonávajú ho niektoré baktérie. Tento proces je založený na redoxných reakciách, počas ktorých sa syntetizujú molekuly ATP. Ide o chemickú zlúčeninu, pri ktorej štiepení sa energia uvoľňuje v niekoľkých stupňoch. Preto sa jej nie nadarmo hovorí „článková batéria“. Ďalším spôsobom je dýchanie. Podstatou tohto procesu je oxidácia organických látok. Niektoré prokaryoty sú schopné fotosyntézy. Príkladom sú modrozelené riasy a fialové baktérie, ktoré vo svojich bunkách obsahujú plastidy. Ale archaea sú schopné fotosyntézy bez chlorofylu. Počas tohto procesu sa oxid uhličitý nefixuje, ale priamo vznikajú molekuly ATP. Takže v podstate ide o skutočnú fotofosforyláciu.
Typ jedla
Baktérie a archaea sú prokaryoty, ktorých štruktúra im umožňuje vykonávať rôzne spôsoby výživy. Niektoré z nich sú autotrofné. Tieto organizmy samy syntetizujú organické látky počas fotosyntézy. Bunky takýchto prokaryotov obsahujú chlorofyl. Niektoré baktérie získavajú energiu rozkladom určitých organických zlúčenín. Ich typ výživy sa nazýva chemotrofický. Zástupcami tejto skupiny sú baktérie železa a síry. Iné absorbujú iba hotové zlúčeniny. Nazývajú sa heterotrofy. Väčšina z nich vedie parazitický spôsob života a žije iba vo vnútri buniek iných tvorov. Rôzne z tejto skupiny sú tiež saprotrofy. Živia sa odpadovými látkami resprozkladajúcej sa organickej hmoty. Ako vidíte, spôsob, akým sa prokaryoty živia, je dosť rôznorodý. Táto skutočnosť prispela k ich širokému rozšíreniu vo všetkých biotopoch.
Reprodukčné formy
Prokaryoty, ktorých štruktúra je reprezentovaná jednou bunkou, sa rozmnožujú jej rozdelením na dve časti alebo pučaním. Táto vlastnosť je spôsobená aj štruktúrou ich genetického aparátu. Procesu binárneho štiepenia predchádza duplikácia, čiže replikácia DNA. V tomto prípade sa najprv odvinie molekula nukleovej kyseliny a potom sa každé vlákno zdvojí podľa princípu komplementarity. Chromozómy vytvorené v dôsledku toho sa rozchádzajú smerom k pólom. Bunky sa zväčšujú, vytvorí sa medzi nimi zúženie a potom dôjde k ich konečnej izolácii. Niektoré baktérie sú schopné vytvárať aj nepohlavne sa rozmnožujúce bunky – spóry.
Baktérie a archaea: charakteristické znaky
Po dlhú dobu boli archaea spolu s baktériami predstaviteľmi kráľovstva Drobyanka. V skutočnosti majú veľa podobných štruktúrnych prvkov. Ide predovšetkým o veľkosť a tvar ich buniek. Biochemické štúdie však ukázali, že majú množstvo podobností s eukaryotmi. Toto je povaha enzýmov, pod vplyvom ktorých prebiehajú procesy syntézy molekúl RNA a proteínov.
Podľa spôsobu kŕmenia ide väčšinou o chemotrofy. Látky, ktoré sa v procese získavania energie archaeami rozkladajú, sú navyše rozmanitejšie. Ide o komplexné sacharidy aamoniak a zlúčeniny kovov. Medzi archaea patria aj autotrofy. Veľmi často vstupujú do symbiotického vzťahu. Medzi archaeami nie sú žiadne parazity. Najčastejšie v prírode sa nachádzajú komenzály a vzájomní. V prvom prípade sa archaea živia látkami z tela hostiteľa, no neškodia mu. Na rozdiel od tohto typu symbiózy, vo vzájomnom vzťahu profitujú oba organizmy. Niektoré z nich sú metagény. Takéto archaea obývajú tráviaci systém ľudí a prežúvavcov a spôsobujú nadmernú tvorbu plynov v črevách. Tieto organizmy sa rozmnožujú binárnym štiepením, pučaním alebo fragmentáciou.
Archaea ovládli takmer všetky biotopy. Rozmanité sú najmä v zložení planktónu. Spočiatku boli všetky archaea klasifikované ako extrémofily, pretože sú schopné žiť v horúcich prameňoch, vodných útvaroch s vysokou slanosťou a v hĺbkach s výrazným tlakom.
Význam prokaryotov v prírode a ľudskom živote
Úloha prokaryotov v prírode je významná. V prvom rade sú to prvé živé organizmy, ktoré vznikli na planéte. Vedci zistili, že baktérie a archaea vznikli asi pred 3,5 miliardami rokov. Teória symbiogenézy naznačuje, že z nich vznikli aj niektoré organely eukaryotických buniek. Hovoríme najmä o plastidoch a mitochondriách.
Veľa prokaryotov sa používa v biotechnológiách na výrobu liekov, antibiotík, enzýmov, hormónov, hnojív, herbicídov. Človek už dlho využíva prospešné vlastnostibaktérie mliečneho kvasenia na výrobu syrov, kefírov, jogurtov, fermentovaných produktov. Pomocou týchto organizmov sa vykonáva čistenie vodných plôch a pôd, obohacovanie rúd o rôzne kovy. Baktérie tvoria črevnú mikroflóru ľudí a mnohých zvierat. Spolu s archaeami cyklujú mnoho látok: dusík, železo, síra, vodík.
Na druhej strane mnohé baktérie sú pôvodcami nebezpečných chorôb a regulujú populáciu mnohých rastlinných a živočíšnych druhov. Patria sem mor, syfilis, cholera, antrax, záškrt.
Prokaryoty sa teda nazývajú organizmy, ktorých bunky nemajú vytvorené jadro. Ich genetický materiál predstavuje nukleoid, pozostávajúci z kruhovej molekuly DNA. Z moderných organizmov patria baktérie a archaea k prokaryotom.
