Artikkelissamme tarkastellaan prokaryoottien ja eukaryoottien rakennetta. Nämä organismit eroavat merkittävästi organisaatiotasosta. Ja syynä tähän ovat geneettisen tiedon rakenteen erityispiirteet.
Prokaryoottisolujen rakenteen piirteet
Prokaryootit ovat kaikki eläviä organismeja, joiden solut eivät sisällä ydintä. Elävän luonnon viiden modernin v altakunnan edustajista vain yksi kuuluu heihin - Bakteerit. Tarkastelemiamme prokaryootteja ovat myös sinilevät ja arkeat.
Vaikka soluissa ei ole muodostunutta ydintä, ne sisältävät geneettistä materiaalia. Tämä mahdollistaa perinnöllisten tietojen tallentamisen ja välittämisen, mutta rajoittaa lisääntymismenetelmien valikoimaa. Kaikki prokaryootit lisääntyvät jakamalla solunsa kahteen osaan. Ne eivät kykene mitoosiin ja meioosiin.
Prokaryoottien ja eukaryoottien rakenne
Prokaryoottien ja eukaryoottien rakenteelliset ominaisuudet, jotka erottavat ne toisistaan, ovat melko merkittäviä. Geneettisen materiaalin rakenteen lisäksi tämä koskee myös monia organelleja. Eukaryootit, joihin kuuluvat kasvit, sienet ja eläimet, sisältävät sytoplasmassamitokondriot, Golgi-kompleksi, endoplasminen verkkokalvo, monet plastidet. Prokaryooteilla niitä ei ole. Soluseinä, joka molemmilla on, eroaa kemialliselta koostumukseltaan. Bakteereissa se koostuu monimutkaisista hiilihydraateista pektiinistä tai mureiinista, kun taas kasveissa se perustuu selluloosaan ja sienissä kitiiniin.
Löytöhistoria
Prokaryoottien rakenteen ja elämän piirteet tulivat tiedemiehille vasta 1600-luvulla. Ja tämä huolimatta siitä, että nämä olennot ovat olleet planeetalla sen perustamisesta lähtien. Vuonna 1676 sen luoja Anthony van Leeuwenhoek tutki niitä ensimmäisen kerran optisella mikroskoopilla. Kuten kaikkia mikroskooppisia organismeja, tiedemies kutsui niitä "eläimiksi". Termi "bakteerit" ilmestyi vasta 1800-luvun alussa. Sen ehdotti kuuluisa saksalainen luonnontieteilijä Christian Ehrenberg. Käsite "prokaryootit" syntyi myöhemmin, elektronimikroskoopin luomisen aikakaudella. Ja aluksi tutkijat totesivat tosiasian eroista eri olentojen solujen geneettisen laitteen rakenteessa. E. Chatton vuonna 1937 ehdotti organismien yhdistämistä kahteen ryhmään tämän ominaisuuden mukaisesti: pro- ja eukaryootit. Tämä jako on olemassa tähän päivään asti. 1900-luvun toisella puoliskolla prokaryoottien välillä havaittiin ero: arkeat ja bakteerit.
Pintalaitteiston ominaisuudet
Prokaryoottien pintalaitteisto koostuu kalvosta ja soluseinästä. Jokaisella näistä osista on omat ominaisuutensa. Niiden kalvo muodostuu kaksinkertaisesta lipidien ja proteiinien kerroksesta. prokaryootit,joiden rakenne on melko primitiivinen, niillä on kahdenlaisia soluseinän rakennetta. Siten grampositiivisissa bakteereissa se koostuu pääasiassa peptidoglykaanista, sen paksuus on jopa 80 nm ja se on tiiviisti kalvon vieressä. Tämän rakenteen tyypillinen piirre on huokoset, joiden läpi tunkeutuu useita molekyylejä. Gram-negatiivisten bakteerien soluseinä on erittäin ohut - enintään 3 nm. Se ei tartu tiukasti kalvoon. Joillakin prokaryoottien edustajilla on myös limakalvokapseli ulkopuolella. Se suojaa organismeja kuivumiselta, mekaanisilta vaurioilta ja luo ylimääräisen osmoottisen esteen.
Prokaryoottiorganellit
Prokaryoottien ja eukaryoottien solujen rakenteessa on omat merkittävät eronsa, jotka koostuvat pääasiassa tiettyjen organellien läsnäolosta. Nämä pysyvät rakenteet määräävät organismien kokonaiskehitystason. Suurin osa niistä puuttuu prokaryooteista. Proteiinisynteesi näissä soluissa tapahtuu ribosomien avulla. Vedessä elävät prokaryootit sisältävät aerosomeja. Nämä ovat kaasuonteloita, jotka tarjoavat kelluvuutta ja säätelevät organismien upotusastetta. Vain prokaryootit sisältävät mesosomeja. Näitä sytoplasmisen kalvon laskoksia esiintyy vain käytettäessä kemiallisia kiinnitysmenetelmiä prokaryoottisolujen valmistuksen aikana mikroskopiaa varten. Bakteerien ja arkkien liikkumisorganellit ovat värekarvot tai siimot. Ja kiinnitys alustaan suoritetaan juomalla. Näitä proteiinisylintereiden muodostamia rakenteita kutsutaan myös villuiksi ja fimbriaiksi.
Mikä on nukleoidi
Mutta merkittävin ero on prokaryoottien ja eukaryoottien geenin rakenne. Kaikilla näillä organismeilla on perinnöllistä tietoa. Eukaryooteissa se sijaitsee muodostuneen ytimen sisällä. Tällä kaksikalvoisella organellilla on oma matriisi, nimeltään nukleoplasma, vaippa ja kromatiini. Täällä ei suoriteta vain geneettisen tiedon tallennusta, vaan myös RNA-molekyylien synteesiä. Tumasoluissa ne muodostavat myöhemmin ribosomien alayksiköitä - proteiinisynteesistä vastaavia organelleja.
Prokaryoottisten geenien rakenne on yksinkertaisempi. Niiden perinnöllistä materiaalia edustaa nukleoidi- tai ydinalue. Prokaryoottien DNA ei ole pakattu kromosomeihin, vaan sillä on pyöreä suljettu rakenne. Nukleoidi sisältää myös RNA- ja proteiinimolekyylejä. Viimeksi mainitut ovat toiminn altaan samanlaisia kuin eukaryoottiset histonit. Ne osallistuvat DNA:n monistamiseen, RNA-synteesiin, kemiallisen rakenteen korjaamiseen ja nukleiinihappojen rikkoutumiseen.
Elämän toiminnan piirteet
Prokaryootit, joiden rakenne ei ole monimutkainen, suorittavat melko monimutkaisia elämänprosesseja. Tämä on ravintoa, hengitystä, omanlaisensa lisääntymistä, liikettä, aineenvaihduntaa … Ja tähän kaikkeen pystyy vain yksi mikroskooppinen solu, jonka koko vaihtelee jopa 250 mikroniin! Primitiivisyydestä voidaan siis puhua vain suhteellisesti.
Prokaryoottien rakenteen ominaisuudet määräävät niiden fysiologian mekanismit. He voivat esimerkiksi vastaanottaa energiaa kolmella tavalla. Ensimmäinen onkäyminen. Sitä suorittavat jotkut bakteerit. Tämä prosessi perustuu redox-reaktioihin, joiden aikana syntetisoidaan ATP-molekyylejä. Tämä on kemiallinen yhdiste, jonka halkeamisen aikana vapautuu energiaa useissa vaiheissa. Siksi sitä ei turhaan kutsuta "kennoakuksi". Seuraava tapa on hengitys. Tämän prosessin ydin on orgaanisten aineiden hapettuminen. Jotkut prokaryootit kykenevät fotosynteesiin. Esimerkkejä ovat sinilevät ja purppurabakteerit, joiden soluissa on plastideja. Mutta arkeat pystyvät klorofyllittömään fotosynteesiin. Tämän prosessin aikana hiilidioksidi ei kiinnity, vaan ATP-molekyylejä muodostuu suoraan. Tämä on siis todellista fotofosforylaatiota.
Ateriatyyppi
Bakteerit ja arkeat ovat prokaryootteja, joiden rakenne sallii niiden toteuttaa erilaisia ruokintatapoja. Jotkut heistä ovat autotrofeja. Nämä organismit itse syntetisoivat orgaanisia aineita fotosynteesin aikana. Tällaisten prokaryoottien solut sisältävät klorofylliä. Jotkut bakteerit saavat energiaa hajottamalla tiettyjä orgaanisia yhdisteitä. Niiden ravitsemustyyppiä kutsutaan kemotrofiseksi. Tämän ryhmän edustajia ovat rauta- ja rikkibakteerit. Toiset imevät vain valmiita yhdisteitä. Niitä kutsutaan heterotrofeiksi. Useimmat heistä elävät loistaudista elämäntapaa ja elävät vain muiden olentojen soluissa. Monet tästä ryhmästä ovat myös saprotrofeja. Ne syövät jätetuotteita taihajoava orgaaninen aines. Kuten näette, prokaryoottien ruokintatapa on melko monipuolinen. Tämä seikka vaikutti niiden laajaan levinneisyyteen kaikissa elinympäristöissä.
Jäännöslomakkeet
Prokaryootit, joiden rakennetta edustaa yksi solu, lisääntyvät jakamalla se kahteen osaan tai orastumalla. Tämä ominaisuus johtuu myös niiden geneettisen laitteen rakenteesta. Binäärifissioprosessia edeltää päällekkäisyys tai DNA:n replikaatio. Tässä tapauksessa nukleiinihappomolekyyli puretaan ensin, minkä jälkeen jokainen juoste monistetaan komplementaarisuuden periaatteen mukaisesti. Tämän seurauksena muodostuneet kromosomit hajaantuvat kohti napoja. Solujen koko kasvaa, niiden väliin muodostuu supistuminen ja sitten tapahtuu niiden lopullinen eristäminen. Jotkut bakteerit pystyvät myös muodostamaan aseksuaalisesti lisääntyviä soluja - itiöitä.
Bakteerit ja arkeat: erottavat piirteet
Arkeat olivat pitkään Drobjankan kuningaskunnan edustajia yhdessä bakteerien kanssa. Niissä on todellakin monia samanlaisia rakenteellisia piirteitä. Tämä on ensisijaisesti niiden solujen koko ja muoto. Biokemialliset tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että niillä on useita yhtäläisyyksiä eukaryoottien kanssa. Tämä on entsyymien luonne, joiden vaikutuksesta RNA:n ja proteiinimolekyylien synteesiprosessit tapahtuvat.
Ruokintatavan mukaan suurin osa niistä on kemotrofeja. Lisäksi arkeoiden energianhankinnassa hajoavat aineet ovat monipuolisempia. Nämä ovat molemmat monimutkaisia hiilihydraatteja jaammoniakki ja metalliyhdisteet. Arkeoiden joukossa on myös autotrofeja. Hyvin usein he solmivat symbioottisen suhteen. Arkeiden joukossa ei ole loisia. Useimmiten luonnosta löytyy kommensaaleja ja vastavuoroisia. Ensimmäisessä tapauksessa arkeat syövät isännän kehon aineita, mutta eivät vahingoita sitä. Toisin kuin tämän tyyppisessä symbioosissa, molemminpuolisessa suhteessa molemmat organismit hyötyvät. Jotkut niistä ovat metageenejä. Tällaiset arkeat elävät ihmisten ja märehtijöiden ruoansulatusjärjestelmässä, mikä aiheuttaa liiallista kaasun muodostumista suolistossa. Nämä organismit lisääntyvät binäärihalkeamisen, silmujen tai sirpaloitumisen kautta.
Arkeat ovat valloittaneet lähes kaikki elinympäristöt. Ne ovat erityisen monipuolisia planktonin koostumukseltaan. Aluksi kaikki arkeat luokiteltiin ekstremofiileiksi, koska ne pystyvät elämään kuumissa lähteissä, vesistöissä, joissa on korkea suolapitoisuus, ja syvyyksissä, joissa paine on suuri.
Prokaryoottien merkitys luonnossa ja ihmiselämässä
Prokaryoottien rooli luonnossa on merkittävä. Ensinnäkin ne ovat ensimmäiset elävät organismit, jotka syntyivät planeetalla. Tutkijat ovat havainneet, että bakteerit ja arkeat syntyivät noin 3,5 miljardia vuotta sitten. Symbiogeneesin teoria viittaa siihen, että myös jotkut eukaryoottisoluorganellit ovat peräisin niistä. Puhumme erityisesti plastideista ja mitokondrioista.
Monet prokaryootit käytetään biotekniikassa lääkkeiden, antibioottien, entsyymien, hormonien, lannoitteiden ja rikkakasvien torjunta-aineiden tuottamiseen. Ihminen on pitkään käyttänyt hyödyllisiä ominaisuuksiamaitohappobakteerit juuston, kefirin, jogurtin, fermentoitujen tuotteiden valmistukseen. Näiden organismien avulla suoritetaan vesistöjen ja maaperän puhdistusta, eri metallien malmien rikastamista. Bakteerit muodostavat ihmisten ja monien eläinten suoliston mikroflooran. Arkean ohella ne kierrättävät monia aineita: typpeä, rautaa, rikkiä, vetyä.
Toisa alta monet bakteerit ovat vaarallisten sairauksien aiheuttajia, jotka säätelevät monien kasvi- ja eläinlajien populaatiota. Näitä ovat rutto, kuppa, kolera, pernarutto, kurkkumätä.
Joten prokaryootteja kutsutaan organismeiksi, joiden soluissa ei ole muodostunutta ydintä. Niiden geneettistä materiaalia edustaa nukleoidi, joka koostuu pyöreästä DNA-molekyylistä. Nykyaikaisista organismeista bakteerit ja arkeat kuuluvat prokaryooteihin.
