Procariotele tind să fie organisme unicelulare simple, lipsite de nucleu și de organite delimitate de membrană. Eucariotele, în schimb, prezintă aceste structuri.
Cu miliarde de ani în urmă, procariotele ar fi evoluat din moleculele organice delimitate de membrane denumite protobionți. Ele ar fi fost primele forme de viață de pe planetă.
Procariotele pot fi împărțite în două domenii: Bacteria și Archaea.
Ambele grupuri constau din organisme unicelulare mici, însă există diferențe între ele. Bacteriile prezintă peptidoglicani în pereții lor celulari, în timp ce arheele nu prezintă. În plus, bacteriile au acizi grași în structura lipidelor din membrana lor celulară, în timp ce arheele au grupări phytanyl.
Câteva exemple de bacterii obișnuite includ Escherichia coli (E. coli) și Staphylococcus aureus. Halofilele din mediile bogate în săruri reprezintă un exemplu de arhee.
Bacteriile
Bacteriile reprezintă unul dintre cele două domenii ale celulelor procariote. Ele sunt forme de viață diverse și se reproduc prin fisiune binară.
Există trei forme de bază de celule bacteriene: coci, bacili și spirili. Cocii sunt bacterii ovale sau sferice, bacilii au formă de bastonaș, iar spirilii au formă spiralată sau elicoidală.
Bacteriile joacă roluri importante în bolile și sănătatea omului. Unii dintre acești microbi, așa cum este Staphylococcus aureus, pot cauza infecții. Totuși, alte bacterii sunt folositoare, ca de exemplu Lactobacillus acidophilus, care ajută corpul să degradeze lactoza din produsele lactate.
Arheele
Clasificate inițial drept bacterii primitive și denumite ”arhebacterii”, arheele au acum un domeniu propriu. Multe specii de arhee sunt extremofile și trăiesc în medii extreme, cum sunt izvoarele de apă fierbinte sau apele acide, pe care bacteriile nu le pot tolera.
Câteva exemple de extremofile includ hipertermofilele, care trăiesc la temperaturi de peste 80 de grade Celsius, și halofilele, care trăiesc în soluții saline cu concentrații de 10-30%. Pereții celulari ai arheelor le oferă protecție și le permit să trăiască în mediile extreme.
Arheele prezintă numeroase forme și dimensiuni, de la bastonașe până la spirale. Unele aspecte ale comportamentului arheelor, cum ar fi reproducerea, sunt similare cu cele ale bacteriilor, în timp ce altele, cum este expresia genelor, seamănă cu cele ale eucariotelor.
Cum se reproduc procariotele?
Procariotele se pot reproduce în mai multe moduri. Principalele tipuri de reproducere sunt înmugurirea, fisiunea binară și fragmentarea. Deși unele bacterii prezintă formațiuni sporifere, acestea nu sunt considerate o formă de reproducere, deoarece ele nu produc urmași.
Înmugurirea are loc atunci când celula produce un mugure asemănător unei bule. Mugurele continuă să crească în timp ce este atașat de celula-mamă. În cele din urmă, el se separă de aceasta.
Fisiunea binară are loc atunci când celula se împarte în două celule-fiice identice.
Fragmentarea are loc atunci când o celulă se împarte în mai multe bucăți mici sau fragmente, iar fiecare fragment devine o celulă.
Ce este fisiunea binară?
Fisiunea binară este un tip de reproducere des întâlnit la celulele procariote. Procesul implică o celulă-părinte care se împarte în două celule identice. Primul pas al fisiunii binare este copierea ADN-ului. Apoi noul ADN se deplasează spre capătul opus al celulei.
După aceea, celula începe să crească și să se extindă. În cele din urmă, în mijloc se formează un inel septal, care strangulează celula în două părți, rezultând două celule identice.
Dacă ar fi să comparăm fisiunea binară cu diviziunea celulară de la eucariote, am putea observa o serie de similtudini. De exemplu, atât mitoza, cât și fisiunea binară creează două celule identice. Ambele procese implică și duplicarea ADN-ului.
O diagramă a unui celule procariote tipice. | Foto: ALEX NICO/WIKIMEDIA COMMONS (CC BY-SA 4.0)
Structura celulei procariote
Structura celulei de la procariote poate varia, dar majoritatea organismelor prezintă câteva componente de bază. Procariotele prezintă o membrană celulară sau membrană plasmatică, care funcționează ca un înveliș protector. De asemenea, ele au un perete celular rigid cu rol protector și de suport.
Celulele procariote au ribozomi, care au rol în producerea proteinelor. Materialul genetic al acestor organisme se găsește în nucleoid, o regiune în care se află ADN-ul. În citoplasmă plutesc ale inele de ADN numite plasmide. Este important de știut că procariotele nu prezintă membrană nucleară.
În plus față de aceste structuri interne, unele celule procariote prezintă pili sau flageli, care le ajută la deplasare; pilii sunt asemănători firelor de păr, iar flagelii seamănă cu un bici. Unele procariote, cum sunt bacteriile, prezintă o capsulă în exteriorul peretelui celular.
Modul de stocare a nutrimentelor variază și el, însă multe procariote folosesc granule de stocare în citoplasmă.
Informația genetică la procariote
La procariote, informația genetică este stocată în nucleoid. Spre deosebire de eucariote, celulele procariote nu prezintă un nucleu delimitat de membrană. În schimb, moleculele circulare de ADN se găsesc într-o anumită regiune a citoplasmei. De exemplu, cromozomul circular bacterian este o buclă mare, nu un cromozom individual.
Sinteza ADN-ului la bacterii începe cu inițierea replicării la o anumită secvență nucleotidică specifică. Apoi are loc elongarea pentru a adăuga nucleotide noi, după care urmează terminarea odată cu formarea noului ADN.
Expresia genelor la procariote
La procariote, expresia genelor se realizează în mai multe moduri. Atât la bacterii, cât și la arhee transcripția și translația se pot desfășura în același timp. Aceasta înseamnă că celula poate produce aminoacizi în orice moment.
Peretele celular la procariote
Peretele celular de la procariote îndeplinește câteva roluri. El protejează celula și în conferă susținere. În plus, el ajută celula să-și mențină forma și o împiedică se se dezintegreze. Peretele celular este amplasat în exteriorul membranei plasmatice, iar structura sa generală este mai complexă decât în cazul plantelor.
La bacterii, peretele celular este alcătuit din peptidoglican sau mureină, care ste formată din lanțuri polizaharidice. Totuși, pereții celulari diferă între bacteriile Gram-pozitive și cele Gram-negative.
Bacteriile Gram-pozitive prezintă un perete celular gros, în timp ce peretele celular al bacteriilor Gram-negative este subțire. Din acest motiv, bacteriile Gram-negative prezintă un strat suplimentar de lipopolizaharide.
Antibioticele și alte medicamente pot viza pereții celulari bacterieni fără a afecta oamenii, deoarece celulele din corpul uman nu prezintă astfel de pereți. Cu toate acestea, unele bacterii își dezvoltă o rezistență la antibiotice, iar medicamentele încep să devină ineficiente.
Stocarea nutrimentelor la procariote
Stocarea nutrimentelor este importantă pentru procariote, deoarece unele dintre acestea trăiesc în medii în care aprovizionarea constată cu hrană este dificilă. Procariotele și-au dezvoltat structuri specifice pentru depozitarea nutrimentelor.
Vacuolele funcționează ca bule de stocare a hranei sau nutrimentelor. Bacteriile mai pot avea incluziuni, care sunt structuri pentru menținerea rezervelor de glicogen sau amidon.
Microcompartimentele de la procariote au învelișuri proteice și pot conține enzime sau proteine. Există tipuri specializate de microcompartimente, cum ar fi magnetozomii și carboxizomii.
Ce este rezistența la antibiotice?
Există o îngrijorare tot mai mare cu privire la rezistența la antibiotice. Aceasta se întâmplă atunci când bacteriile evoluează și nu mai răspund la medicamentele care anterior le distrugeau, ceea ce înseamnă că oamenii care iau antibiotice nu-și vor mai putea omorî bacteriile din corpul lor.
Selecția naturală este cea care promovează selecția în rândul bacteriilor. De exemplu, unele bacterii prezintă mutații aleatorii care le permit să reziste la antibiotice. Dacă luam un medicament, acesta nu va funcționa împotriva acestor bacterii rezistente.
Bacteriile pot transmite rezistența la antibiotice altor bacterii prin transferul de gene, creând astfel superbacterii greu de tratat. Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA) este un exemplu de superbacterie rezistentă la antibiotice.
Replicarea ADN-ului are loc mai rapid la procariote decât la eucariote, deci bacteriile se pot reproduce cu o rată mult mai ridicată decât oamenii. Lipsa punctelor de control în timpul replicării permite bacteriilor să sufere mai mult mutații aleatorii. Toți acești factori contribuie la rezistența la antibiotice.
Probioticele și bacteriile folositoare
Deși bacteriile produc deseori boli la oameni, aceștia au și relații simbiotice cu unii microbi. Bacteriile benefice sunt importante pentru sănătatea orală, digestivă și a pielii. De exemplu, Bifidobacteria trăiește în intestinele noastre și ajută la degradarea hranei. Ea este esențială pentru sănătatea tractului intestinal.
Prebioticele sunt alimente care ajută microflora din intestin. Câteva exemple obișnuite sunt usturoiul, ceapa, prazul, bananele, frunzele de păpădie și sparanghelul. Prebioticele furnizează fibrele și nutrimentele de care bacteriile intestinale au nevoie pentru a se dezvolta.
Pe de altă parte, probioticele sunt bacterii vii care pot ajuta la digestie. Organismele probiotice pot fi întâlnite în iaurt și kimchi.
Transferul genelor la procariote
Există trei căi principale de transfer al genelor la procariote: transducția, conjugarea și transformarea.
Transducția este un transfer orizontal de gene care are loc atunci când un virus ajută la transferul ADN-ului de la o bacterie la alta.
Conjugarea implică o fuziune temporară a microbilor pentru a transfera ADN-ul. De obicei, acest proces implică un pil.
Transformarea are loc atunci când o celulă procariotă preia o porțiune de ADN din mediu.
Transferul de gene este important în cazul bolilor, deoarece permite microbilor să-și transfere ADN-ul și să devină rezistenți la antibiotice. De exemplu, bacteriile rezistente la un antibiotic își pot împărți genele cu alte bacterii.
Metabolismul celulei procariote
Metabolismul procariotelor variază mai mult decât la eucariote. El permite unor procariote precum extremofilele să trăiască în medii extreme. Unele organisme folosesc fotosinteza, iar altele își obțin energia din compuși anorganici.
Procariotele pot fi clasificate în autotrofe și heterotrofe. Autotrofele își obțin carbonul din dioxidul de carbon și își produc hrana organică din compuși anorganici, în timp ce heterotrofele își iau carbonul de la alte organisme vii și nu își pot produce propria hrană organică.
Principalele tipuri de autotrofe sunt fototrofele, litotrofele și organotrofele. Fototrofele folosesc fotosinteza pentru a obține energie și a produce combustibil. Totuși, nu toate pot produce oxigen așa cum produc celulele plantelor. Cianobacteriile constituie un exemplu de fototrofe.
Litotrofele folosesc molecule anorganice drept hrană și, de obicei, ele se bazează pe roci pentru acest lucru. Cu toate acestea, litotrofele nu își pot lua carbonul din roci, așa că au nevoie de aer sau altă materie care conține acest element. Organotrofele utilizează compuși organici pentru a-și obține nutrimentele.
Procariote vs. eucariote
Procariotele și eucariotele nu sunt la fel, deoarece tipurile de celule pe care le au diferă foarte mult. Procariotele nu au organite și nucleul delimitat de membrană așa cum este cazul eucariotelor; ADN-ul lor plutește în interiorul citoplasmei.
În plus, procariotele au o suprafață mai mică decât eucariotele. Mai mult, ele sunt unicelulare, deși unele organisme sunt capabile de agregare pentru a forma colonii.
Celulele procariote sunt mai puțin organizate decât cele eucariote. Există diferențe în nivelurile de reglare, cum ar fi creșterea celulei. Acest lucru poate fi observat din rata de mutație a bacteriilor, pentru că o reglare mai redusă permite mutații și multiplicare rapide.
Din moment ce procariotele nu au organite, metabolismul lor este diferit și mai puțin eficient. Aceasta le împiedică să crească prea mari și le limitează abilitățile de reproducere.
Cu toate acestea, procariotele reprezintă o parte importantă a tuturor ecosistemelor. De la sănătatea omului până la cercetările științifice, aceste organisme mici contează și ne pot afecta semnificativ.
Sursa: Sciencing.com