In ons artikel zullen we de structuur van prokaryoten en eukaryoten beschouwen. Deze organismen verschillen aanzienlijk in het organisatieniveau. En de reden hiervoor zijn de eigenaardigheden van de structuur van genetische informatie.
Kenmerken van de structuur van prokaryotische cellen
Prokaryoten zijn allemaal levende organismen waarvan de cellen geen kern bevatten. Van de vertegenwoordigers van de vijf moderne koninkrijken van de levende natuur is er maar één van hen - Bacteriën. De prokaryoten die we overwegen omvatten ook blauwgroene algen en archaea.
Ondanks de afwezigheid van een gevormde kern in hun cellen, bevatten ze genetisch materiaal. Hiermee kunt u erfelijke informatie opslaan en verzenden, maar wordt de verscheidenheid aan reproductiemethoden beperkt. Alle prokaryoten planten zich voort door hun cellen in tweeën te delen. Ze zijn niet in staat tot mitose en meiose.
Structuur van prokaryoten en eukaryoten
De structurele kenmerken van prokaryoten en eukaryoten die ze onderscheiden, zijn behoorlijk significant. Dit geldt naast de structuur van het genetisch materiaal ook voor veel organellen. Eukaryoten, waaronder planten, schimmels en dieren, bevatten in het cytoplasmamitochondriën, Golgi-complex, endoplasmatisch reticulum, veel plastiden. Prokaryoten hebben ze niet. De celwand, die ze allebei hebben, verschilt in chemische samenstelling. In bacteriën is het samengesteld uit complexe koolhydraten pectine of mureïne, terwijl het in planten is gebaseerd op cellulose en in schimmels - chitine.
Ontdekkingsgeschiedenis
Kenmerken van de structuur en het leven van prokaryoten werden pas in de 17e eeuw bekend bij wetenschappers. En dit ondanks het feit dat deze wezens vanaf het begin op de planeet hebben bestaan. In 1676 werden ze voor het eerst onderzocht door een optische microscoop door de maker Anthony van Leeuwenhoek. Zoals alle microscopisch kleine organismen noemde de wetenschapper ze "dieren". De term "bacteriën" verscheen pas aan het begin van de 19e eeuw. Het werd voorgesteld door de beroemde Duitse natuuronderzoeker Christian Ehrenberg. Het concept van "prokaryoten" ontstond later, in het tijdperk van de oprichting van de elektronenmicroscoop. En in het begin stelden wetenschappers het feit vast van verschillen in de structuur van het genetische apparaat van de cellen van verschillende wezens. E. Chatton stelde in 1937 voor om organismen te combineren in twee groepen volgens dit kenmerk: pro- en eukaryoten. Deze verdeling bestaat tot op de dag van vandaag. In de tweede helft van de 20e eeuw werd een onderscheid ontdekt tussen de prokaryoten zelf: archaea en bacteriën.
Kenmerken van het oppervlakteapparaat
Het oppervlakteapparaat van prokaryoten bestaat uit een membraan en een celwand. Elk van deze onderdelen heeft zijn eigen kenmerken. Hun membraan wordt gevormd door een dubbele laag van lipiden en eiwitten. prokaryoten,waarvan de structuur vrij primitief is, ze hebben twee soorten structuur van de celwand. Zo bestaat het in grampositieve bacteriën voornamelijk uit peptidoglycaan, heeft het een dikte tot 80 nm en grenst het nauw aan het membraan. Kenmerkend voor deze structuur is de aanwezigheid daarin van poriën waar een aantal moleculen doorheen dringen. De celwand van gramnegatieve bacteriën is erg dun - tot maximaal 3 nm. Het hecht niet goed aan het membraan. Sommige vertegenwoordigers van prokaryoten hebben ook een slijmcapsule aan de buitenkant. Het beschermt organismen tegen uitdroging, mechanische schade en creëert een extra osmotische barrière.
Prokaryote organellen
De structuur van de cel van prokaryoten en eukaryoten heeft zijn eigen significante verschillen, die voornamelijk bestaan uit de aanwezigheid van bepaalde organellen. Deze permanente structuren bepalen het ontwikkelingsniveau van organismen als geheel. De meeste van hen zijn afwezig in prokaryoten. Eiwitsynthese in deze cellen vindt plaats door ribosomen. Aquatische prokaryoten bevatten aerosomen. Dit zijn gasholten die voor drijfvermogen zorgen en de mate van onderdompeling van organismen regelen. Alleen prokaryoten bevatten mesosomen. Deze plooien van het cytoplasmatische membraan komen alleen voor tijdens het gebruik van chemische fixatiemethoden tijdens de voorbereiding van prokaryotische cellen voor microscopie. De bewegingsorganellen van bacteriën en archaea zijn trilhaartjes of flagellen. En hechting aan het substraat wordt uitgevoerd door te drinken. Deze structuren gevormd door eiwitcilinders worden ook villi en fimbriae genoemd.
Wat is een nucleoïde
Maar het belangrijkste verschil is de structuur van het gen van prokaryoten en eukaryoten. Al deze organismen beschikken over erfelijke informatie. In eukaryoten bevindt het zich in de gevormde kern. Dit organel met twee membranen heeft zijn eigen matrix genaamd nucleoplasma, envelop en chromatine. Hier wordt niet alleen de opslag van genetische informatie uitgevoerd, maar ook de synthese van RNA-moleculen. In de nucleoli vormen ze vervolgens subeenheden van ribosomen - organellen die verantwoordelijk zijn voor eiwitsynthese.
De structuur van prokaryotische genen is eenvoudiger. Hun erfelijk materiaal wordt weergegeven door het nucleoïde of nucleaire gebied. DNA in prokaryoten is niet verpakt in chromosomen, maar heeft een cirkelvormige gesloten structuur. De nucleoïde bevat ook RNA- en eiwitmoleculen. Deze laatste zijn qua functie vergelijkbaar met eukaryote histonen. Ze zijn betrokken bij DNA-duplicatie, RNA-synthese, herstel van chemische structuren en nucleïnezuurbreuken.
Kenmerken van levensactiviteit
Prokaryoten, waarvan de structuur niet complex is, voeren nogal complexe levensprocessen uit. Dit is voeding, ademhaling, reproductie van hun eigen soort, beweging, metabolisme … En slechts één microscopisch kleine cel is tot dit alles in staat, waarvan de grootte varieert van maximaal 250 micron! Er kan dus alleen relatief gesproken worden over primitiviteit.
Kenmerken van de structuur van prokaryoten bepalen de mechanismen van hun fysiologie. Ze kunnen bijvoorbeeld op drie manieren energie ontvangen. De eerste isfermentatie. Het wordt uitgevoerd door sommige bacteriën. Dit proces is gebaseerd op redoxreacties, waarbij ATP-moleculen worden gesynthetiseerd. Dit is een chemische verbinding, bij het splitsen waarvan in verschillende fasen energie vrijkomt. Daarom wordt het niet voor niets "celbatterij" genoemd. De volgende manier is ademen. De essentie van dit proces is de oxidatie van organische stoffen. Sommige prokaryoten zijn in staat tot fotosynthese. Voorbeelden zijn blauwgroene algen en paarse bacteriën, die plastiden in hun cellen bevatten. Maar archaea zijn in staat tot chlorofylvrije fotosynthese. Tijdens dit proces wordt koolstofdioxide niet gefixeerd, maar worden ATP-moleculen direct gevormd. Dus in wezen is dit echte fotofosforylering.
Ma altijdtype
Bacteriën en archaea zijn prokaryoten, waarvan de structuur hen in staat stelt verschillende manieren van voeden uit te voeren. Sommigen van hen zijn autotrofen. Deze organismen synthetiseren zelf organische stoffen tijdens fotosynthese. De cellen van dergelijke prokaryoten bevatten chlorofyl. Sommige bacteriën verkrijgen energie door bepaalde organische verbindingen af te breken. Hun type voeding wordt chemotroof genoemd. Vertegenwoordigers van deze groep zijn ijzer- en zwavelbacteriën. Anderen absorberen alleen kant-en-klare verbindingen. Ze worden heterotrofen genoemd. De meesten van hen leiden een parasitaire manier van leven en leven alleen in de cellen van andere wezens. Een verscheidenheid van deze groep zijn ook saprotrofen. Ze voeden zich met afvalproducten ofrottend organisch materiaal. Zoals je kunt zien, is de manier waarop prokaryoten zich voeden behoorlijk divers. Dit feit droeg bij aan hun brede verspreiding in alle habitats.
Reproductieformulieren
Prokaryoten, waarvan de structuur wordt weergegeven door één cel, reproduceren door deze in twee delen te verdelen of door te ontluiken. Deze eigenschap is ook te wijten aan de structuur van hun genetische apparaat. Het proces van binaire splitsing wordt voorafgegaan door duplicatie of DNA-replicatie. In dit geval wordt eerst het nucleïnezuurmolecuul afgewikkeld, waarna elke streng wordt gedupliceerd volgens het complementariteitsprincipe. De hierdoor gevormde chromosomen divergeren naar de polen. De cellen worden groter, er ontstaat een vernauwing tussen hen en dan vindt hun definitieve isolatie plaats. Sommige bacteriën zijn ook in staat om zich ongeslachtelijk voortplantende cellen te vormen - sporen.
Bacteriën en archaea: onderscheidende kenmerken
Archaea was lange tijd samen met bacteriën vertegenwoordigers van het koninkrijk Drobyanka. Ze hebben inderdaad veel vergelijkbare structurele kenmerken. Dit is voornamelijk de grootte en vorm van hun cellen. Biochemische studies hebben echter aangetoond dat ze een aantal overeenkomsten hebben met eukaryoten. Dit is de aard van enzymen, onder invloed waarvan de processen van synthese van RNA- en eiwitmoleculen plaatsvinden.
Volgens de manier van voeden zijn de meeste chemotrofen. Bovendien zijn de stoffen die bij het verkrijgen van energie door archaea worden afgebroken, diverser. Dit zijn zowel complexe koolhydraten alsammoniak en metaalverbindingen. Onder archaea zijn er ook autotrofen. Heel vaak gaan ze een symbiotische relatie aan. Er zijn geen parasieten onder de archaea. Meestal worden in de natuur commensalen en mutualisten gevonden. In het eerste geval voeden archaea zich met de stoffen van het lichaam van de gastheer, maar beschadigen het niet. In tegenstelling tot dit type symbiose, profiteren beide organismen in een mutualistische relatie. Sommigen van hen zijn metagenen. Dergelijke archaea bewonen het spijsverteringsstelsel van mensen en herkauwers en veroorzaken overmatige gasvorming in de darmen. Deze organismen planten zich voort door binaire splitsing, knopvorming of fragmentatie.
Archaea heeft bijna alle habitats onder de knie. Ze zijn vooral divers in de samenstelling van plankton. Aanvankelijk werden alle archaea geclassificeerd als extremofielen, omdat ze kunnen leven in warmwaterbronnen, waterlichamen met een hoog zoutgeh alte en op diepten met aanzienlijke druk.
Het belang van prokaryoten in de natuur en het menselijk leven
De rol van prokaryoten in de natuur is aanzienlijk. Allereerst zijn het de eerste levende organismen die op de planeet zijn ontstaan. Wetenschappers hebben ontdekt dat bacteriën en archaea ongeveer 3,5 miljard jaar geleden zijn ontstaan. De theorie van symbiogenese suggereert dat sommige eukaryote celorganellen ook van hen afkomstig zijn. In het bijzonder hebben we het over plastiden en mitochondriën.
Veel prokaryoten worden in de biotechnologie gebruikt om medicijnen, antibiotica, enzymen, hormonen, meststoffen en herbiciden te produceren. De mens heeft lang heilzame eigenschappen gebruiktmelkzuurbacteriën voor de vervaardiging van kaas, kefir, yoghurt, gefermenteerde producten. Met behulp van deze organismen wordt de zuivering van waterlichamen en bodems, de verrijking van ertsen van verschillende metalen uitgevoerd. Bacteriën vormen de darmmicroflora van mensen en veel dieren. Samen met archaea circuleren ze veel stoffen: stikstof, ijzer, zwavel, waterstof.
Aan de andere kant zijn veel bacteriën de veroorzaker van gevaarlijke ziekten en reguleren ze de populatie van veel planten- en diersoorten. Deze omvatten pest, syfilis, cholera, miltvuur, difterie.
Prokaryoten worden dus organismen genoemd waarvan de cellen geen gevormde kern hebben. Hun genetisch materiaal wordt weergegeven door een nucleoïde, bestaande uit een circulair DNA-molecuul. Van moderne organismen behoren bacteriën en archaea tot prokaryoten.
