Mūsu rakstā mēs apskatīsim prokariotu un eikariotu struktūru. Šie organismi būtiski atšķiras pēc organizācijas līmeņa. Un iemesls tam ir ģenētiskās informācijas struktūras īpatnības.
Prokariotu šūnu struktūras iezīmes
Prokarioti ir visi dzīvie organismi, kuru šūnās nav kodola. No piecu mūsdienu dzīvās dabas karaļvalstu pārstāvjiem viņiem pieder tikai viena - baktērijas. Starp prokariotiem, kurus mēs apsveram, ir arī zilaļģes un arhejas.
Neskatoties uz to, ka šūnās nav izveidots kodols, tie satur ģenētisko materiālu. Tas ļauj saglabāt un pārsūtīt iedzimtu informāciju, bet ierobežo reproducēšanas metožu daudzveidību. Visi prokarioti vairojas, sadalot šūnas divās daļās. Tie nav spējīgi uz mitozi un mejozi.
Prokariotu un eikariotu struktūra
Prokariotu un eikariotu strukturālās iezīmes, kas tos atšķir, ir diezgan nozīmīgas. Papildus ģenētiskā materiāla struktūrai tas attiecas arī uz daudzām organellām. Eikarioti, kas ietver augus, sēnītes un dzīvniekus, satur citoplazmumitohondriji, Golgi komplekss, endoplazmatiskais tīkls, daudzi plastidi. Prokariotiem to nav. Šūnu siena, kas viņiem ir, atšķiras pēc ķīmiskā sastāva. Baktērijās tas sastāv no saliktajiem ogļhidrātiem pektīna vai mureīna, savukārt augos tā pamatā ir celuloze, bet sēnēs - hitīns.
Atklājumu vēsture
Prokariotu uzbūves un dzīves īpatnības zinātniekiem kļuva zināmas tikai 17. gadsimtā. Un tas neskatoties uz to, ka šīs radības ir pastāvējušas uz planētas kopš tās pirmsākumiem. 1676. gadā tos pirmo reizi caur optisko mikroskopu pārbaudīja tā radītājs Entonijs van Lēvenhuks. Tāpat kā visus mikroskopiskos organismus, zinātnieks tos sauca par "dzīvniekiem". Termins "baktērijas" parādījās tikai 19. gadsimta sākumā. To ierosināja slavenais vācu dabaszinātnieks Kristians Ērenbergs. Jēdziens "prokarioti" radās vēlāk, elektronu mikroskopa radīšanas laikmetā. Un sākumā zinātnieki konstatēja faktu, ka dažādu radījumu šūnu ģenētiskā aparāta struktūra atšķiras. E. Četons 1937. gadā ierosināja apvienot organismus divās grupās saskaņā ar šo pazīmi: pro- un eikariotiem. Šis sadalījums pastāv līdz šai dienai. 20. gadsimta otrajā pusē starp pašiem prokariotiem tika atklāta atšķirība: arhejas un baktērijas.
Virsmas aparāta īpašības
Prokariotu virsmas aparāts sastāv no membrānas un šūnu sienas. Katrai no šīm daļām ir savas īpašības. To membrānu veido dubults lipīdu un olb altumvielu slānis. prokarioti,kuru uzbūve ir visai primitīva, tiem ir divu veidu šūnas sienas struktūra. Tādējādi grampozitīvās baktērijās tas galvenokārt sastāv no peptidoglikāna, tā biezums ir līdz 80 nm, un tas ir cieši blakus membrānai. Šīs struktūras raksturīga iezīme ir poru klātbūtne, caur kurām iekļūst vairākas molekulas. Gramnegatīvo baktēriju šūnu siena ir ļoti plāna – maksimāli līdz 3 nm. Tas cieši nelīp pie membrānas. Dažiem prokariotu pārstāvjiem ārpusē ir arī gļotādas kapsula. Tas pasargā organismus no izžūšanas, mehāniskiem bojājumiem un rada papildu osmotisko barjeru.
Prokariotu organellas
Prokariotu un eikariotu šūnas struktūrai ir savas būtiskas atšķirības, kas galvenokārt sastāv no noteiktu organellu klātbūtnes. Šīs pastāvīgās struktūras nosaka organismu attīstības līmeni kopumā. Lielākā daļa no tiem nav sastopami prokariotos. Olb altumvielu sintēzi šajās šūnās veic ribosomas. Ūdens prokarioti satur aerosomas. Tie ir gāzes dobumi, kas nodrošina peldspēju un regulē organismu iegremdēšanas pakāpi. Tikai prokarioti satur mezosomas. Šīs citoplazmas membrānas krokas rodas tikai ķīmiskās fiksācijas metožu izmantošanas laikā prokariotu šūnu sagatavošanas laikā mikroskopijai. Baktēriju un arheju kustības organelli ir skropstas vai flagellas. Un piestiprināšana pie pamatnes tiek veikta, dzerot. Šīs struktūras, ko veido proteīna cilindri, sauc arī par bārkstiņām un fimbrijām.
Kas ir nukleoīds
Bet visbūtiskākā atšķirība ir prokariotu un eikariotu gēna struktūrā. Visiem šiem organismiem ir iedzimta informācija. Eikariotos tas atrodas izveidotā kodola iekšpusē. Šai divu membrānu organellei ir sava matrica, ko sauc par nukleoplazmu, apvalku un hromatīnu. Šeit tiek veikta ne tikai ģenētiskās informācijas uzglabāšana, bet arī RNS molekulu sintēze. Pēc tam nukleolos tie veido ribosomu apakšvienības - organellus, kas atbild par proteīnu sintēzi.
Prokariotu gēnu struktūra ir vienkāršāka. Viņu iedzimto materiālu attēlo nukleoīds vai kodola reģions. Prokariotu DNS nav iesaiņota hromosomās, bet tai ir apļveida slēgta struktūra. Nukleoīds satur arī RNS un olb altumvielu molekulas. Pēdējie pēc funkcijas ir līdzīgi eikariotu histoniem. Tie ir iesaistīti DNS dublēšanās, RNS sintēzes, ķīmiskās struktūras remonta un nukleīnskābju pārrāvuma procesos.
Dzīves aktivitātes iezīmes
Prokarioti, kuru uzbūve nav sarežģīta, veic diezgan sarežģītus dzīvības procesus. Tā ir uzturs, elpošana, sava veida vairošanās, kustība, vielmaiņa… Un uz to visu spēj tikai viena mikroskopiskā šūna, kuras izmērs svārstās no līdz pat 250 mikroniem! Tātad par primitivitāti var runāt tikai nosacīti.
Prokariotu struktūras īpatnības nosaka to fizioloģijas mehānismus. Piemēram, viņi spēj saņemt enerģiju trīs veidos. Pirmais irfermentācija. To veic dažas baktērijas. Šis process ir balstīts uz redoksreakcijām, kuru laikā tiek sintezētas ATP molekulas. Tas ir ķīmisks savienojums, kura sadalīšanās laikā enerģija tiek atbrīvota vairākos posmos. Tāpēc ne velti to sauc par "šūnu akumulatoru". Nākamais veids ir elpošana. Šī procesa būtība ir organisko vielu oksidēšana. Daži prokarioti spēj fotosintēzi. Piemēri ir zilaļģes un purpursarkanās baktērijas, kuru šūnās ir plastidi. Bet arhejas spēj veikt fotosintēzi bez hlorofila. Šī procesa laikā oglekļa dioksīds netiek fiksēts, bet tieši veidojas ATP molekulas. Tātad būtībā tā ir patiesa fotofosforilēšana.
Ēdienu veids
Baktērijas un arhejas ir prokarioti, kuru struktūra ļauj tām veikt dažādus barošanās veidus. Daži no tiem ir autotrofi. Šie organismi paši fotosintēzes laikā sintezē organiskās vielas. Šādu prokariotu šūnas satur hlorofilu. Dažas baktērijas iegūst enerģiju, sadalot noteiktus organiskos savienojumus. Viņu uztura veidu sauc par ķīmijtrofisku. Šīs grupas pārstāvji ir dzelzs un sēra baktērijas. Citi absorbē tikai gatavus savienojumus. Tos sauc par heterotrofiem. Lielākā daļa no viņiem vada parazitāru dzīvesveidu un dzīvo tikai citu radījumu šūnās. Šīs grupas šķirne ir arī saprotrofi. Tie barojas ar atkritumiem vaitrūdošas organiskās vielas. Kā redzat, prokariotu barošanās veids ir diezgan daudzveidīgs. Šis fakts veicināja to plašo izplatību visos biotopos.
Reproducēšanas veidlapas
Prokarioti, kuru struktūru attēlo viena šūna, vairojas, sadalot to divās daļās vai veidojot pumpurus. Šī iezīme ir saistīta arī ar to ģenētiskā aparāta struktūru. Pirms binārās dalīšanās procesa notiek dublēšanās jeb DNS replikācija. Šajā gadījumā vispirms tiek attīta nukleīnskābes molekula, pēc kuras katra virkne tiek dublēta saskaņā ar komplementaritātes principu. Tā rezultātā izveidotās hromosomas novirzās uz poliem. Šūnu izmērs palielinās, starp tām veidojas sašaurināšanās, un tad notiek to galīgā izolācija. Dažas baktērijas spēj arī veidot aseksuāli vairojošas šūnas - sporas.
Baktērijas un arhejas: atšķirīgās pazīmes
Ilgu laiku arhejas kopā ar baktērijām bija Drobjankas karalistes pārstāvji. Patiešām, tiem ir daudz līdzīgu strukturālu iezīmju. Tas galvenokārt ir to šūnu izmērs un forma. Tomēr bioķīmiskie pētījumi ir parādījuši, ka tiem ir vairākas līdzības ar eikariotiem. Tāda ir fermentu būtība, kuru ietekmē notiek RNS un olb altumvielu molekulu sintēzes procesi.
Pēc barošanas veida lielākā daļa no tiem ir ķīmijtrofi. Turklāt vielas, kuras sadalās arheju enerģijas iegūšanas procesā, ir daudzveidīgākas. Tie ir gan kompleksie ogļhidrāti, ganamonjaks un metālu savienojumi. Starp arhejām ir arī autotrofi. Ļoti bieži viņi noslēdz simbiotiskas attiecības. Starp arhejām nav parazītu. Visbiežāk dabā sastopami komensāļi un savstarpējie. Pirmajā gadījumā arhejas barojas ar saimnieka ķermeņa vielām, bet nekaitē tai. Atšķirībā no šāda veida simbiozes savstarpējās attiecībās ieguvēji ir abi organismi. Daži no tiem ir metagēni. Šādas arhejas apdzīvo cilvēku un atgremotāju zīdītāju gremošanas sistēmu, izraisot pārmērīgu gāzu veidošanos zarnās. Šie organismi vairojas ar bināro dalīšanos, pumpuru veidošanos vai sadrumstalotību.
Arhejas ir apguvušas gandrīz visus biotopus. Īpaši daudzveidīgi tie ir planktona sastāvā. Sākotnēji visi arhejas tika klasificēti kā ekstremofīli, jo tie spēj dzīvot karstajos avotos, ūdenstilpēs ar augstu sāļumu un dziļumā ar ievērojamu spiedienu.
Prokariotu nozīme dabā un cilvēka dzīvē
Prokariotu loma dabā ir nozīmīga. Pirmkārt, tie ir pirmie dzīvie organismi, kas radās uz planētas. Zinātnieki ir atklājuši, ka baktērijas un arhejas radās apmēram pirms 3,5 miljardiem gadu. Simbioģenēzes teorija liecina, ka no tām cēlušās arī dažas eikariotu šūnu organellas. Jo īpaši mēs runājam par plastidiem un mitohondrijiem.
Daudzus prokariotus izmanto biotehnoloģijā, lai ražotu zāles, antibiotikas, fermentus, hormonus, mēslojumu un herbicīdus. Cilvēks jau sen ir izmantojis derīgās īpašībaspienskābes baktērijas siera, kefīra, jogurta, raudzētu produktu ražošanai. Ar šo organismu palīdzību tiek veikta ūdenstilpju un augšņu attīrīšana, dažādu metālu rūdu bagātināšana. Baktērijas veido cilvēku un daudzu dzīvnieku zarnu mikrofloru. Kopā ar arhejām tie apstrādā daudzas vielas: slāpekli, dzelzi, sēru, ūdeņradi.
No otras puses, daudzas baktērijas ir bīstamu slimību izraisītājas, kas regulē daudzu augu un dzīvnieku sugu populāciju. Tie ietver mēri, sifilisu, holēru, Sibīrijas mēri, difteriju.
Tātad, prokariotus sauc par organismiem, kuru šūnās nav izveidots kodols. Viņu ģenētisko materiālu attēlo nukleoīds, kas sastāv no apļveida DNS molekulas. No mūsdienu organismiem baktērijas un arhejas pieder prokariotiem.
