Kontakta författare

Prokaryotes gneraliserade struktur |

Vad är prokaryoter?

Prokaryoter är några av de äldsta livsformerna på vår planet. De har ingen kärna och visar enorm variation. Många känner dem bättre som "bakterier", men även om alla bakterier är prokaryoter, är inte alla prokaryoter bakterier.

Eukaryoter har diversifierats till former som har tagit till luften, havet och jorden; de har utvecklats till former som kan reformera jorden själv. Men de är fortfarande överträffade, överkomponerade och överdiversifierade av Prokaryotes . Prokaryoterna utgör den mest framgångsrika uppdelningen av livet på vår planet.

Prokaryoterna är helt annorlunda från de membranbundna organellerna i eukaryoterna, och är ett fantastiskt exempel på hur det finns många sätt att bygga en cell, många sätt att överleva och många sätt att frodas på.

Prokaryote celltillväxt

Varför är bakterier så framgångsrika?

Det är inte den största eller den mest intelligenta av arter, men de som är mest anpassningsbara för att ändra vem som kommer att överleva på lång sikt - fråga bara dinosaurierna. Det är i detta avseende som prokaryoter utmärker sig.

Prokaryoter delar sig snabbt. Fördubblingstiden i gruppen varierar massivt; vissa delar upp på några minuter ( E. coli - 20 minuter under optimala förhållanden; C. difficile - 7 min på optimala) andra på några timmar ( S. aureus - ungefär en timme) och vissa fördubblar antalet över dagar ( T. pallidum - cirka 33 timmar). Även den längsta av dessa fördubblingstider är fortfarande enormt snabbare än reproduktionsgraden för eukaryoter.

Eftersom naturligt urval fungerar på generationens tidsskala, ju fler generationer som går, desto mer "tid" måste naturligt urval välja för eller mot evolutionens lera - generna. Eftersom en grupp E. coli kan fördubblas (med perfekta förhållanden) 80 gånger under en 24-timmarsperiod, ger detta en enorm möjlighet för fördelaktiga mutationer att uppstå, väljas ut och spridas över hela befolkningen. Detta är i huvudsak hur antibiotikaresistens utvecklas.

Denna enorma förändringskapacitet är hemligheten till prokaryots framgång.

Struktur av prokaryota celler

Prokaryotiska celler är mycket äldre än eukaryoter. Prokaryoter saknar membranbundna organeller; det betyder ingen kärna, inga mitokondrier eller kloroplaster. Prokaryoter har ofta en slemmig kapsel och flagella för rörelse. |

Cellstruktur

Struktureraprokaryotereukaryoter
NucleusNejJa
mitokondrierNejJa
kloroplasterNejVäxter endast
ribosomerJaJa
cytoplasmaJaJa
CellmembranetJaJa
KapselIblandNej
GolgiapparatNejJa
Endoplasmatiska retikletNejJa
flagellumIblandIbland hos djur
CellväggJa (inte cellulosa)Växter och svampar
Eukaryoter och prokaryoter delar många funktioner, men det finns många viktiga skillnader. Prokaryoter har inga membranbundna organeller, och eukaryoter har ingen kapsel, och deras cellväggar är strukturerade annorlunda

Prokaryotic Cell Micrograph

En falsk färgmikrografi av delande E. coli |

cytoplasma

Cytoplasma spelar om möjligt en ännu viktigare roll i prokaryoter än i eukaryoter. Det är platsen för alla kemiska reaktioner och processer som äger rum i den prokaryota cellen.

En annan avvikelse från den eukaryota cellen är närvaron av litet, cirkulärt, extrakromosomalt DNA, känt som plasmid. Dessa replikerar oberoende av cellen och kan överföras till andra bakterieceller. Detta sker på två sätt. Den första är uppenbar - när bakteriecellen delar sig via en process som kallas binär fission - överförs plasmider ofta till dottercellen eftersom cytoplasma delas lika mellan cellerna.

Den andra metoden för överföring är genom bakteriekonjugation (bakteriekön) där en modifierad pilus kommer att användas för överföring av genetiskt material mellan två bakterieceller. Detta kan resultera i en enda mutation som sprids genom en hel bakteriepopulation. Det är därför det är så viktigt att avsluta alla föreskrivna antibiotikakurser. En enda överlevande kan sprida sina fördelaktiga gener till befintliga bakterier i din kropp, och varje avkomma i cellen kommer att dela dess antibiotikaresistens.

Plasmider kan koda gener för virulens, antibiotikaresistens, tungmetallresistens. Dessa har kapats av mänskligheten för genteknik

DNA: n är i en lång sträng som hålls i ett speciellt område i cytoplasma som kallas nukleoid. Det kan se mörkt ut på ett mikrograf, men gör inte misstaget att kalla det en kärna! |

nukleoid

Prokaryoter kallas för sin brist på kärna (pro = tidigare; karyon = kernal eller fack). Istället har Prokaryoter en enda kontinuerlig DNA-sträng. Detta DNA finns naket i cytoplasma. Regionen av cytoplasma där detta DNA hittas kallas 'nukleoid'. Till skillnad från eukaryoter, har prokaryoter inte flera kromosomer ... även om en eller två arter har mer än en nukleoid.

Nukleoid är dock inte den enda regionen där genetiskt material kan hittas. Många bakterier har cirkulära slingor av DNA som kallas 'plasmider' som finns i hela cytoplasma.

DNA organiseras också annorlunda i prokaryoter och eukaryoter.

Eukaryoter lindar sitt DNA försiktigt runt proteiner som kallas 'histoner'. Tänk på hur bomullsull är lindad runt sin spindel. Dessa läggs ovanpå varandra i rader för att ge utseendet på "pärlor på en snöre". Detta hjälper till att kondensera den enorma längden på DNA till något litet nog för att passa in i en cell!

Prokaryoter paketerar inte sitt DNA på detta sätt. Istället snurrar och prokaryota DNA runt sig själv. Föreställ dig att vrida ett par armband runt varandra.

ribosomer

Någon skillnad mellan eukaryota och prokaryota celler har utnyttjats i det pågående kriget med patogena bakterier, och ribosomerna är inget undantag. På det mest enkla är bakteriernas ribosomer mindre, tillverkade av olika underenheter än eukaryota celler. Som sådan kan antibiotika utformas för att rikta in prokaryota ribosomer medan de eukaryota cellerna (t.ex. våra celler eller djurens celler) lämnas oskadda. Utan fungerande ribosomer kan cellen inte fullborda proteinsyntesen. Varför är detta viktigt? Proteiner (vanligtvis enzymer) är involverade i nästan alla cellulära funktioner; om proteiner inte kan syntetiseras, kan cellen inte överleva.

Till skillnad från i eukaryota celler hittas ribosomer i prokaryoter aldrig bundna till andra organeller

Elektronmikrograf av låg temperatur av ett kluster av E. coli-bakterier, förstorat 10 000 gånger |

Det Prokaryotiska kuvertet

Det finns många vanliga strukturer i en prokaryot cell, men det är utsidan där vi kan se de flesta skillnaderna. Varje prokaryot är omgiven av ett kuvert. Strukturen för detta varierar mellan prokaryoter och fungerar som en nyckelidentifierare för många prokaryota celltyper.

Cellhöljet består av:

  • En cellvägg (gjord av peptidoglykan)
  • Flagella och Pili
  • En kapsel (ibland)

prokaryoter

Visste du att bakterier var en del av Prokaryotes?

  • Ja
  • Nej
Se resultat
Färgad elektronmikrografi av Pseudomonas fluorescens. Kapseln ger skydd för cellen och ses i orange. Flageller ses också (piskliknande trådar) |

Kapsel

Kapseln är ett skyddande lager som vissa bakterier har som förbättrar deras patogenicitet. Detta ytskikt består av långa strängar av polysackarider (långa sockerkedjor). Beroende på hur väl detta skikt sitter fast vid membranet kallas det antingen en kapsel eller, om inte väl vidhäftat, ett slemmlager. Detta skikt förbättrar patogeniciteten genom att fungera som en osynlighetskappa - det döljer cellytantigenerna som vita blodkroppar känner igen.

Så viktig är denna kapsel för virulens hos vissa bakterier, att de strängar utan kapsel inte orsakar sjukdom - de är avirulenta. Exempel på sådana bakterier är E. coli och S. pneumoniae

Bakteriecellväggar kategoriseras beroende på om de tar upp Gram Stain. Därför heter de Gram positiva och Gram Negativa |

Prokaryot cellvägg

Den Prokaryotic Cell Wall är gjord av ett ämne som kallas peptidoglycan - en socker-proteinmolekyl. Den exakta sammansättningen av detta varierar enormt från art till art och utgör grunden för prokaryota arter.

Denna organell ger strukturellt stöd, skydd mot fagocytos och dessisering och finns i två kategorier: Gram Positive och Gram Negative.

Gram Positiva celler behåller den lila gramfärgen eftersom deras cellväggstruktur är tjock och komplex nog för att fånga fläcken. Gram Negativa celler förlorar denna fläck eftersom väggen om mycket tunnare. Motsvarande visas en schematisk bild av varje typ av cellvägg.

Flagellumtyper

Pili

Bakteriell konjugation. Här kan vi se en plasmid överföras längs denna pilus till en annan cell. Så här kan antibiotikaresistens överföras till andra patogener |

Flagella och Pili

Alla levande saker reagerar på deras miljö, och bakterier är inte annorlunda. Många bakterier använder flagella för att flytta cellen mot eller bort från stimuli som ljus, mat eller gifter (som antibiotika). Dessa motorer är underverk av evolutionen - mycket effektivare än någonting som mänskligheten har skapat. I motsats till vad man tror är dessa strukturer över hela bakteriens yta, inte bara i slutet.

Videon tittar på några av de olika organisationerna i flagella (ljudkvaliteten är något fuzzy).

Pili är mindre, hårliknande utsprång som groddar över ytan hos de flesta bakterier. Dessa fungerar ofta som förankringar och säkerställer bakterien till en sten, tarmkanal, tand eller hud. Utan sådana strukturer förlorar cellen virulens (dess 'förmåga att infektera) eftersom den inte kan hålla fast vid värdstrukturerna.

Pili kan också användas för att överföra DNA mellan olika prokaryoter av samma art. Detta "bakteriella kön" kallas konjugering och möjliggör mer genetisk variation att utvecklas.

Hur små är prokaryoter?

Prokaryoter är mindre än djur- och växtceller, men mycket större än virus. |

Hur fungerar antibiotika?

Till skillnad från cancerterapi är behandlingen av patogener vanligtvis väl inriktad. Antibiotika attackerar proteiner eller strukturer (såsom kapsel eller pili) som inte har någon eukaryot motsvarighet. På grund av detta kan antibiotika döda prokaryoter medan de eukaryota cellerna i djuret eller människan lämnas intakta.

Det finns flera klasser av antibiotika, klassificerade efter hur de fungerar:

  1. Cefalosporiner : upptäcktes först 1948 - de förhindrar korrekt produktion av en bakteriecellvägg.
  2. Penicilliner : den första klassen av antibiotika som upptäcktes 1896 och återupptäcktes av Flemming 1928. Florey och Chain isolerade den aktiva ingrediensen från penicilliumformen på 1940-talet. Förhindra korrekt produktion av bakteriecellväggar
  3. Tetracykliner : stör bakteriella ribosomer och förhindrar proteinsyntes. På grund av mer uttalade biverkningar används detta inte ofta vid vanliga bakterieinfektioner. Upptäcktes på 1940-talet
  4. Makrolider : en annan proteinsyntesinhibitor. Erytromycin, den första i sin klass, upptäcktes på 1950-talet
  5. Glykopeptider : förhindra polymerisation av cellväggen
  6. Kinoloner : interferera med viktiga enzymer involverade med DNA-replikering i prokaryoter. På grund av detta har de mycket få biverkningar
  7. Aminoglykosider : Streptomycin, som också utvecklades på 1940-talet, var det första som upptäcktes i denna klass. De binder till den mindre bakteriella ribosomsubenheten och förhindrar således proteinsyntes. Dessa fungerar inte bra mot anaeroba bakterier.

Videorecension av Prokaryotiska celler

2011 Rhys Baker