If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Dacă sunteţi în spatele unui filtru de web, vă rugăm să vă asiguraţi că domeniile *. kastatic.org şi *. kasandbox.org sunt deblocate.

Conţinutul principal

Structura procariotelor

Prezentare generală a procariotelor (bacterii și arhee). Caracteristici structurale ale celulelor procariote.

Puncte cheie:

  • Procariotele sunt organisme unicelulare care aparțin domeniilor Bacteria și Arheea.
  • Celulele procariote sunt mult mai mici decât celulele eucariote, nu au nucleu și nu au organite celulare.
  • Toate celulele procariote sunt înglobate de un perete celular. Multe au, de asemenea, o capsulă sau strat vâscos, format din polizaharide.
  • Procariotele au adesea anexele (proeminențe) pe suprafață. Flagelul și pilii sunt folosiți pentru locomoție, fimbriile ajută celula să se lipească pe o suprafață, iar pilii sexuali sunt folosiți pentru schimbul de ADN.
  • Majoritatea celulelor procariote au un singur cromozom circular. Ele pot avea, de asemenea, bucăți mai mici de ADN circular numite plasmide.

Introducere

Bacteriile au adesea o reputație proastă: sunt descrise ca "erori" nesigure care cauzează boala. Deși unele tipuri de bacterii cauzează boli (după cum știi dacă ți s-au prescris vreodată antibiotice), multe altele sunt inofensive sau chiar benefice.
Bacteriile sunt clasificate ca procariote, împreună cu un alt grup de organisme unicelulare, arheea. Procariotele sunt mici, dar într-un sens foarte real, domină Pământul. Ele trăiesc aproape peste tot, pe fiecare suprafață, pe pământ și în apă, și chiar în interiorul corpului nostru.
Pentru a sublinia acest ultim punct: probabil ai aproximativ același număr de celule procariote în corpul tău ca și celulele umane 1! Poate că sună dezgustător, dar multe dintre procariotele noastre "ajutătore" joacă un rol important în menținerea sănătății noastre.
În acest articol, vom vedea ce sunt procariotele și ce le diferențiază de eucariote (chiar tu, o plantă de casă sau o ciupercă). Apoi, ne vom uita mai atent la structurile pe care aceste organisme eficiente și omniprezente le folosesc pentru a supraviețui.

Ce sunt procariotele?

Procariotele sunt organisme microscopice care aparțin domeniilor Bacteria și Archaea, două dintre cele trei domenii majore ale vieții. (Eukarya, al treilea, conține toate eucariotele, inclusiv animale, plante și fungi.) Bacteriile și arheea sunt unicelulare, în timp ce majoritatea eucariotelor sunt multicelulare.
Fosilele ne arată că procariotele erau deja aici pe Pământ acum 3,5 miliarde de ani, iar oamenii de știință cred că strămoșii procarioți au dat naștere tuturor formelor de viață prezente astăzi pe Pământ. 2,3.

Procariote vs. eucariote

Procariotele și eucariotele sunt asemănătoare în unele privințe esențiale, reflectând faptul că au strămoși comuni. De exemplu, atât tu, cât și bacteriile din intestin, decodați genele din intestin în proteine prin transcriere și translație. În mod similar, atât tu, cât și locuitorii tăi procarioți, transmiteți informații genetice urmașilor voștri sub formă de ADN.
În alte privințe, procariotele și eucariotele sunt destul de diferite. Acest lucru poate fi evident când comparăm oamenii cu bacteriile. Dar, pentru mine, este mai puțin evident când comparăm o bacterie cu o drojdie (care este minusculă și unicelulară, dar eucariotă). De fapt, ce diferențiază aceste categorii de organisme?
Diferențele fundamentale dintre procariote și eucariote apar în construcția celulelor lor. Mai exact:
  • Celulele eucariote au un nucleu, o cameră cu membrană în care este depozita ADN-ul, în timp ce celulele procariote nu au. Aceasta este caracteristica care separă formal cele două grupe.
  • Eucariotele au, de obicei, alte organite legate de membrană, în plus față de nucleu, în timp ce procariotele nu au.
  • În general, celulele sunt mici, dar celulele procariote sunt foarte mici. Celulele procariote tipice variază între 0,2 - 2 μm în diametru, în timp ce celulele eucariote tipice variază între 10 - 100 μm în diametru.
Multe celule procariote au forme de sferă, tijă sau spirală (după cum se arată mai jos). În următoarele secțiuni, vom trece prin structura unei celule procariote, începând de la exterior și îndreptându-ne spre interiorul celulei.
Celulele procariote sunt, de obicei, sub formă de sfere (numite cocci), tije (numite bacilli) sau spirale.
_Imagine modificată după "Bacterial morphology diagram," by Mariana Ruiz Villareal (public domain)._

Capsula

Multe procariote au un strat exterior lipicios numit capsulă, care este, de obicei, fabricat din polizaharide (polimeri de zahăr).
Capsula ajută la agățarea procariotelor unele de altele și pe diferite suprafețe din mediul acestora, prevenind, de asemenea, uscarea celulei. În cazul în care procariotele cauzatoare de boală, care au colonizat corpul unui organism gazdă, capsula sau stratul vâscos, le poate proteja, de asemenea, de sistemul imunitar al gazdei.
Îți aduci aminte de experimentul lui Griffith, care a demonstrat existența unui „principiu de transformare” (ADN) care ar putea transforma bacteriile brute aspre, inofensive în bacterii netede, patogene? Bacteriile netede au fost netede (și capabile să cauzeze boala) pentru că aveau o capsulă!

Peretele celular

Toate celulele procariote au un perete celular rigid, localizat sub capsulă (dacă există una). Această structură menține forma celulei, protejează interiorul celulei și previne spargerea celulei atunci când aceasta absoarbe apă.
Peretele celular al majorității bacteriilor conține peptidoglican, un polimer al zaharurilor legate și polipeptidelor. Peptidoglicanul este neobișnuit deoarece conține nu numai aminoacizi L, tipul utilizat în mod normal pentru producerea de proteine, dar și aminoacizii D („imaginea oglindită” a aminoacizilor L). Pereții celulari ai arheelor nu conțin peptidoglican, dar unii includ o moleculă similară numită pseudopeptoglican, în timp ce altele sunt compuse din proteine sau alte tipuri de polimeri5,6.
Structurile externe ale celulelor procariote includ o membrană celulară, peretele celular și o capsulă (sau un strat vâscos).
_Imagine modificată după "Structure of Prokaryotes: Figure 2," by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)._
Unele antibiotice utilizate pentru tratarea infecțiilor bacteriene la oameni și alte animale acționează țintind peretele celular al bacteriilor. De exemplu, unele antibiotice conțin aminoacizi D, similari cu cei utilizați în sinteza peptidoglicanelor, „falsificând” enzimele care formează peretele celular bacterian (dar care nu afectează celulele umane, care nu au un perete celular sau utilizează aminoacizii D pentru a produce polipeptide)5,7.

Membrana celulară

Sub peretele celular se află membrana celulară. Elementul fundamental al membranei celulare este fosfolipidul, un lipid compus dintr-o moleculă de glicerol fixată de un cap de fosfat hidrofilic (care atrage apă) și de două cozi de acizi grași hidrofobe (care resping apa). Fosfolipidele unei membrane eucariotice sau bacteriene sunt organizate în două straturi, formând o structură numită dublu strat de fosfolipide.
Membranele celulare ale arheelor au câteva proprietăți unice, diferite de cele ale bacteriilor și eucariotelor. De exemplu, la unele specii, cozile fosfolipidice opuse sunt unite într-o singură coadă, formând un strat simplu în loc de un strat dublu (după cum este araăat mai jos). Această modificare poate stabiliza membrana la temperaturi ridicate, permițându-le arheelor să trăiască fericite în izvoare fierbinți.
Membrana celulară a celulelor bacteriene și eucariote (și a unor celule ale arheelor) este compusă dintr-un dublu strat fosfolipidic. Cozile fosfolipidelor orientate opus rămân separate, formând două straturi separate.
Membrana celulară a unor celule de arhee este compusă dintr-un strat simplu fosfolipidic. Cozile fosfolipidelor opuse se unesc, formând un singur strat.
_Imagine modificată după "Archaea membrane," by Fransciscosp2 (public domain)._

Anexele

Celulele procariote au adesea anexe (proeminențele de la suprafața celulei) care le permit celulelor să se lipească de suprafețe, să se deplaseze sau să transfere ADN-ul în alte celule.
Filamente subțiri numite fimbrii (singulare: fimbrie), precum cele prezentate în imaginea de mai jos, sunt folosite pentru aderență – adică ajută celulele să se fixeze pe obiectele și pe suprafețele din mediu.
O fimbrie (plural: fimbrii) este un tip de anexă a celulelor procariote. Aceste proeminențe asemănătoare părului le permit procariotelor să se prindă de suprafețele din mediul lor și între ele.
_Imagine modificată după "E. coli fimbriae.png," by Manu Forero (CC BY 2.5)._
Anexele mai lungi, numite pili (singular: pil), sunt de mai multe tipuri care au roluri diferite. De exemplu, un pil sexual ține două celule bacteriene împreună și permite transferul ADN-ului între ele, într-un proces numit conjugare. O altă clasă de pili bacterieni, numită pili de tip IV, ajută bacteria să se miște în mediul său 10.
Cu toate acestea, cele mai comune anexe utilizate pentru a se mișca sunt flagelii (singular: flagel). Aceste structuri asemănătoare cozii se învârt ca o elice pentru a deplasa celulele prin medii apoase.
Bacteriile pot avea diferite tipuri de structuri de suprafață. Printre acestea se numără fimbriile, proeminențele scurte care se găsesc pe toată suprafața bacteriei, un flagel, care se găsește în spatele bacteriei și este utilizat pentru propulsie; și un pil sexual, folosit pentru a se prinde de alte bacterii pentru schimbul de material genetic.

Cromozomii și plasmidele

Majoritatea procariotelor au un singur cromozom circular și astfel o singură copie a materialului lor genetic. Pe de altă parte, eucariotele, la fel ca și oamenii, tind să aibă mai mulți cromozomi în formă de cilindru rotunjit și două copii ale materialului lor genetic (pe cromozomii omologi.
De asemenea, genomii procarioți sunt în general mult mai mici decât genomul eucariot. De exemplu, genomul E. coli este mai mic de jumătate din dimensiunea genomului drojdiei (un eucariot simplu, unicelular), și de aproape 700 ori mai mic decât genomul uman 13!
Prin definiție, procariotele nu au un nucleu legat de membrană pentru a-și ține cromozomii. În schimb, cromozomul unei procariote este găsit într-o parte a citoplasmei numită nucleoid.
Procariotele au în general un singur cromozom circular care ocupă o regiune a citoplasmei, numită nucleoid. De asemenea, pot conține inele mici de ADN extra-cromozomial cu catenă dublă numite plasmide.
Pe lângă cromozom, multe procariote au plasmide, care sunt mici inele de ADN cu cromozom dublu catenar („în afara cromozomului”). Plasmidele poartă un număr mic de gene neesențiale și sunt copiate independent de cromozomul din interiorul celulei. Ele pot fi transferate către alte procariote ale unei populații, uneori răspândind gene benefice pentru supraviețuire.
De exemplu, unele plasmide transportă gene care fac bacteriile rezistente la antibiotice. (Aceste gene se numesc gene R.) Când plasmidele care transportă genele R sunt schimbate într-o populație, acestea pot produce rapid rezistența populației la antibiotice. Deși este benefic pentru bacterii, acest proces poate îngreuna tratarea de către medici a infecțiilor bacteriene dăunătoare.

Compartimentele interne

Procariotele nu „ar trebui” să aibă compartimente interne precum organitele eucariotelor și, în cea mai mare parte, nu au. Cu toate acestea, celulele procariote trebuie uneori să crească suprafața membranei pentru reacții sau să concentreze un substrat în jurul enzimei sale, la fel ca celulele eucariote. Din această cauză, unele procariote au îndoituri sau compartimente de membrană, similare din punct de vedere funcțional cu cele ale eucariotelor.
De exemplu, bacteriile fotosintetice au adesea pliuri de membrană extinse pentru a crește aria suprafeței pentru reacțiile dependente de lumină, similare membranelor tilacoidelor ale unei celule vegetale. Aceste bacterii pot avea și carboxizomi, compartimente celulare închise de proteine, unde dioxidul de carbon este concentrat pentru fixare în ciclul Calvin14.

Verifică dacă ai înțeles!

  1. Te uiți la un organism unicelular recent descoperit, folosind un microscop puternic.
    Cum poți determina dacă organismul este un procariot sau un eucariot?
    Alege un răspuns: