Prokariotes: baktērijas un arhejas — definīcija, īpašības, piemēri

Izpēti prokariotus: baktēriju un arheju definīcija, galvenās īpašības, piemēri un ekstrēmas dzīvesvietas — skaidri, īsi un zinātniski pamatoti.

Prokariotes (jeb moneras) ir vienas no vienkāršākajām dzīvajām būtnēm: baktērijas un arhejas. Tām parasti nav šūnas kodola, kodola membrānas vai šūnu organoīdu, tomēr ir konstatēti nelieli izņēmumi. Prokariotes pārsvarā ir vienšūnas organismi, taču dažas veido sarežģītākas kopienas un strukturētas virsmas — piemēram, biofilmas, kas līdzinās daudzšūnu organismiem.

Definīcija un vispārīgās īpašības

Prokariotām trūkst ne tikai kodola, bet arī daudzu citu eikariotām raksturīgu iekšējo membrānu struktūru. Tām nav iekšējo membrānu šūnas iekšienē, kas nozīmē, ka šajās šūnās nav klasisku organoīdu, piemēram, vakuolu, Golgi aparāta vai endoplazmas retikulu. Tomēr prokariotēm ir ribosomas, lai gan tās ir vienkāršākas nekā eikariotu ribosomas. Prokarioti parasti ir mazi (bieži apmēram 0,5–5 µm), taču ir izņēmumi gan mazumā, gan formā.

Šūnas uzbūve un dažādība

• Formas: stacionāras formas — koka (kokusi), bāci (bacilli), spirillas, vibrios un garenas vai pavedienveida struktūras.
• Šūnas siena: baktērijām parasti raksturīga peptidoglikāna (mureīna) siena; arhejām peptidoglikāns nav, un to šūnas siena ir veidota no citiem polimēriem vai S-slāņa. Šūnas siena ietekmē arī krāsojumu Gram testā (Gram-pozitīvas vs Gram-negatīvas baktērijas).
• Membrānas lipīdi: baktēriju lipīdi ir ester-saistīti, arheju lipīdi bieži ir ēter-saistīti un var veidot monolāveles, kas piešķir stabilitāti ekstrēmās vidēs.
• Genētiskais materiāls: prokariotē nav apvalkota kodola — DNS parasti veido vienu vai dažas cirkulāras hromosomas, kā arī papildus mazus plazmīdus, kas kodē rezistences vai citas funkcijas.
• Ribosomas un sintēze: prokariotu ribosomas ir mazākas (70S) nekā eikariotu (80S) un atšķiras arī biokīmijā.
• Iekšējās membrānas izņēmumi: dažiem baktēriju grupām (piem., cianobaktērijas, nitrifikatori vai planctomycetes) ir izveidotas iekšējas membrānas vai membrānas līdzīgas struktūras, kas pilda specializētas funkcijas.

Vairošanās un ģenētiskā mainība

Prokariotes parasti vairojas ātri bez seksuālas gametu saplūšanas, galvenokārt ar bināro dalīšanos. Reizēm tās var vairoties arī ar pušķošanās vai filamentāru dalīšanos. Liela nozīme evolūcijā ir ģenētiskajai apmaiņai un horizontālajai gēnu pārvietošanai, kuras mehānismi ir:

• konjugācija (tieša DNS pārnese starp šūnām);
• transformācija (brīvas DNS uzņemšana no vides);
• transdukcija (vīrusu vektoru izmantošana gēnu pārnesei).

Metabolisms un ekoloģiskā loma

Prokariotes ir ārkārtīgi metaboliskas ziņā daudzveidīgas: tās var būt autotrofiskas (fotosintēze — gan skābekļa atbrīvojošas, gan bezskābekļa), heterotrofiskas, kā arī chemolithotrofiskas — izmantojot neorganiskas vielas (piem., sēra, dzelzs, slāpekļa savienojumus) enerģijas ieguvei. Prokarioti veic būtiskas biogeohīmiskās funkcijas, tostarp:

• slāpekļa cikla procesi — slāpekļa fiksācija, nitrifikācija, denitrifikācija;
• ogļskābās vielas pārstrāde un organisko vielu noārdīšana;
• metanogeneze (metāna ražošana arheju starpā) un citi specifiski procesi ekstrēmās ekosistēmās.

Arhejas un baktērijas — galvenās atšķirības

1977. gadā Kārlis Vūss (Carl Woese) ierosināja prokariotus iedalīt baktērijās un arheijās (sākotnēji Eubaktērijas un arhebaktērijas), jo abu organismu grupu struktūra un ģenētika būtiski atšķiras. Šis Eukaryota (sauktu arī par "Eukarya"), Bacteria un Archaea iedalījums veido trīs domēnu sistēmu, kas aizstāj tradicionālo divu domēnu skatījumu.

Galvenās atšķirības īsi:

• Arheju lipīdi un to šūnas siena struktūra atšķiras no baktēriju peptidoglikāna — arhejas neraksturo peptidoglikāns.
• Arheju transkripcijas un translācijas aparāts (piem., RNS polimerāze) ir biokēmiski tuvāks eikariotu enzīmiem nekā baktēriju attiecīgajiem elementiem.
• Arhejas bieži sastopamas ekstrēmās vidēs (ekstrēmās vidēs) — ļoti augstā vai zemā temperatūrā, sāļā, skābā vai sārmainā ūdenī — tomēr tās atrodamas arī parastajā augsnē un cilvēku mikrobiotā.

Ekstremofīlisms

Arhejas bieži tiek atklātas vietās ar skarbajiem vides apstākļiem: geizeros, melnajos dūmvados, naftas urbumos u.c. Daudzas var izdzīvot ļoti augstā temperatūrā (termofilas), ļoti zemu temperatūru (psihrofilas), ļoti sāļos apstākļos (halofilas) vai spēcīgi skābā/sārmainā vidē.

Cilvēkam nozīmīgās grupas un piemēri

Baktēriju un arheju piemēri sevī iekļauj gan labvēlīgas, gan bīstamas sugas. Starp plaši zināmām baktērijām ir Escherichia coli, Streptococcus, Staphylococcus un citi, kas var būt gan normālas mikrobiotas sastāvdaļa, gan patogēni. Baktērijas tiek plaši izmantotas rūpniecībā (piem., fermentācijā), biotehnoloģijā un pārtikas ražošanā. No arhejām labi zināmi termofīlie un halofīlie paraugi, kā arī metanogēnas sugas, kas ietekmē metāna ražošanu dabā un zinātniskās izmantošanas iespējas.

Medicīniska un tehnoloģiska nozīme

• Veselība: daudzas baktērijas ir cilvēka mikrobiotas sastāvdaļa un nepieciešamas gremošanai, imūnai funkcijai; citas ir slimību izraisītāji.
• Antibiotikas un rezistence: baktēriju ārstēšanā lieto antibiotikas, bet horizontālā gēnu pārnese un selekcija izraisa antibiotiku rezistenci.
• Rūpniecība: enzīmi (piem., Taq polimerāze no Thermus aquaticus) un mikroorganismi izmantojami biotehnoloģijā, bioattīrīšanā, pārtikas un dzērienu ražošanā.

Evolūcija un nozīme dzīves vēsturē

Prokarioti ir vieni no senākajiem dzīvības formu pārstāvjiem uz Zemes — fosilie ieraksti un molekulārie mērījumi liecina, ka prokarioti pastāvējuši vairākus miljardus gadu, veidojot pamatu lielākajai daļai bioķīmisko ciklu un ietekmējot atmosfēras un augsnes sastāvu.

Apkopojot — prokariotes (baktērijas un arhejas) ir mikroskopiskas, strukturāli vienkāršas, taču metaboliski un ekoloģiski ļoti daudzveidīgas dzīvo būtnes, kurām ir galvenā loma zemes biosfērā, cilvēku veselībā un industriālajās tehnoloģijās.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir prokariotes?

J: Vai prokariotiem ir šūnas kodols?

J: Kāds ir prokariotu ģenētiskais materiāls?

J: Kāda veida baktērijas ir ciānbaktērijas?

J: Kā prokariotas vairojas?

Vai prokariotu šūnām ir membrānas?

J: No kurienes radās eikarijotu šūnas?

Meklēt pēc burta