Információ

22.2: Prokarióták szerkezete – Biológia

22.2: Prokarióták szerkezete – Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

22.2: Prokarióták szerkezete

22.2: Prokarióták szerkezete – Biológia

Sok különbség van a prokarióta és eukarióta sejtek között. Azonban minden sejtnek négy közös szerkezete van: a plazmamembrán, amely a sejt gátjaként funkcionál, és elválasztja a sejtet a környezetétől a citoplazma, a sejt nukleinsavaiban található zselészerű anyag, a sejt genetikai anyaga és a riboszómák. , ahol a fehérjeszintézis zajlik. A prokarióták különböző formájúak, de sokan három kategóriába sorolhatók: coccusok (gömb alakúak), bacillusok (rúd alakúak) és spirilliek (spirál alakúak) (1. ábra).

1. ábra A prokarióták alakjuk alapján három alapvető kategóriába sorolhatók, amelyeket itt pásztázó elektronmikroszkóppal ábrázolunk: (a) coccusok, vagy gömb alakúak (egy pár látható) (b) bacillusok, vagy rúd alakúak és (c) spirilliek, ill. spirál alakú. (a kredit: Janice Haney Carr, Dr. Richard Facklam munkájának módosítása, CDC kredit c: Dr. David Cox munkájának módosítása, Matt Russell skálaadatai)

Tanulási célok

  • Ismertesse egy tipikus prokarióta alapvető felépítését!
  • Ismertesse az Archaea és a Baktériumok közötti fontos szerkezeti különbségeket!

Egy szintű biológia: prokarióta szerkezete és osztódása (bináris hasadás)

V: Citoplazma. Tartalmazza az összes metabolikus reakcióhoz szükséges enzimet (mivel nincsenek sejtszervecskék, prokarióták).

B: Riboszómák. A kisebb (70S) típus (fehérjeszintézis helyszínei).

C: Nukleoid/cirkuláris DNS. A citoplazma DNS-t tartalmazó régiója. Nem veszi körül magmembrán. A prokarióta DNS mindig kör alakú, és NEM kapcsolódik kromatint alkotó fehérjékhez.

D: Plazmid. Kis DNS körök, amelyek a baktériumsejtek közötti DNS-cserére szolgálnak, és nagyon hasznosak a géntechnológiában.

E: Sejtmembrán. Foszfolipid kettős réteg – Foszfolipidekből és fehérjékből áll (akárcsak az eukarióta sejtmembránok).

F: Sejtfal. Mureinből készül, amely egy glikoprotein (azaz egy fehérje/szénhidrát komplex, más néven peptidoglikán). A Gram-festéssel kétféle sejtfalat különböztethetünk meg: a Gram-pozitív baktériumok vastag sejtfalúak és lilára festődnek, míg a Gram-negatív baktériumok vékony sejtfalúak, külső lipidréteggel és rózsaszínre festődnek.

G: Kapszula (vagy Slime Layer). Vastag poliszacharid réteg a sejtfalon kívül, mint az eukarióták glikokalixe. Funkció: sejtek összeragasztására, tápláléktartalékként, kiszáradás és vegyszerek elleni védelemként, valamint fagocitózis elleni védelemként.

H: Flagellum. A mozgékonyságra (meghajtásra/mozgásra) használt merev forgó spirális alakú farok. A flagella "motor" beágyazódik a sejtmembránba, és a membránon áthaladó hidrogénion-gradiens hajtja. Az óramutató járásával megegyező irányú forgás előre s mozgatja a cellát, míg az óramutató járásával ellentétes forgás kaotikus pörgést okoz. A Flagella az egyetlen ismert példa a forgó motorra a természetben!

Egy szintű biológia: A prokarióta sejt felépítése és működése (a baktériumsejtek szerkezete és működése)

Ellenőrizze, hogy ez a lecke hol illeszkedik a vizsgaspecifikációihoz!

00:26 Prokarióták (baktériumok)

01:40 A baktériumok sokfélék

02:19 Egyes baktériumok további funkciókkal is rendelkeznek

02:52 Szerkezet -- A bakteriális (prokarióta) sejtek funkciója.

A szintű biológia: - Prokarióta sejtosztódás:

A baktériumok kettéhasadás útján történő felosztása.

Ellenőrizze, hogy ez a lecke hol illeszkedik a vizsgaspecifikációihoz!

A-szintű biológia lecke &ldquoProkarióta sejtosztódás: A baktériumsejtek bináris hasadással osztódnak."

00:43 - Bevezetés - Minden sejt "reprodukció"

01:17 Bináris hasadás – egy prokarióta osztódása

Ellenőrizze a vizsga specifikációit

★ AQA specifikáció hivatkozása: - 3.2.1.2 Prokarióta sejtek és vírusok szerkezete. A prokarióta sejtek sokkal kisebbek, mint az eukarióta sejtek. Az eukarióta sejtektől abban is különböznek, hogy rendelkeznek: citoplazmával, amelyből hiányoznak a membránhoz kötött organellák, kisebb riboszómák, nincs sejtmag, hanem egyetlen, kör alakú DNS-molekulával rendelkeznek, amely szabad a citoplazmában és nem kapcsolódik fehérjékhez, mureint tartalmazó sejtfal, egy glikoprotein. Ezenkívül sok prokarióta sejt rendelkezik: egy vagy több plazmiddal, a sejtet körülvevő tokkal, egy vagy több flagellával. Minden sejt más sejtekből származik. A prokarióta sejtekben a bináris hasadás a következőket foglalja magában: A körkörös DNS és a plazmidok replikációja. A citoplazma felosztása két leánysejt előállítására, amelyek mindegyike a körkörös DNS egyetlen másolatával és változó számú plazmidmásolattal rendelkezik.

★ CIE specifikáció referencia: - 1. Cell szerkezet. Vázolja fel a tipikus prokarióta sejtek fő szerkezeti jellemzőit egy tipikus baktériumban (beleértve: egysejtű, 1&ndash5&mum átmérő, peptidoglikán sejtfalak, membránhoz kötött organellumok hiánya, csupasz körkörös DNS, 70S riboszómák)

★ Edexcel (Biology A &ndash Salters-Nuffield) Specifikáció Hivatkozás: - 3. téma: A genom hangja. 3.4 Ismerje a prokarióta sejtek ultrastruktúráját, ideértve a sejtfalat, tokot, plazmidot, flagellumot, pilit, riboszómákat, mezoszómákat és cirkuláris DNS-t.

★ Edexcel (Biológia B) Specifikáció Hivatkozás: - 2. témakör: Sejtek, vírusok és élőlények szaporodása. 2.1 Az eukarióta és prokarióta sejtek szerkezete és működése. iii) Ismerje a prokarióta sejtek ultrastruktúráját és az organellumok szerkezetét, beleértve a nukleoidokat, plazmidokat, 70S riboszómákat és sejtfalat. 6. témakör: Mikrobiológia és kórokozók, mint alapvető bevezetés a bakteriális sejtosztódáshoz, mielőtt áttérnénk a bakteriális növekedési görbe különböző fázisaira.

★ OCR (Biológia A) Specifikáció Hivatkozás: - 2.1 A biológia alapjai. 2.1.1 Sejtszerkezet. A prokarióta és eukarióta sejtek szerkezetének és ultrastruktúrájának hasonlóságai és különbségei.

★ OCR (Biológia B) Specifikáció Hivatkozás: - 2. modul: Sejtek, vegyszerek az élethez, szállításhoz és gázcseréhez. 2.1.1 Sejtek és mikroszkópia: h (i) a prokarióta sejt ultrastruktúrája, amint azt egy elektronmikroszkóppal kimutatták. ide tartozik: cirkuláris DNS, plazmidok, mezoszóma, pilusok és flagellák prokariótákban

★ WJEC specifikáció referencia: - Alapvető fogalmak. 2. A sejtek szerkezete és szervezete, (b) a prokarióta sejtek szerkezete. A baktériumsejtek osztódásának alapvető ismerete, a növekedési körülményekre alkalmazva. a 4. Mikrobiológia fejezetben tárgyaljuk.


Biológia 171

A szakasz végére a következőket teheti:

  • Ismertesse egy tipikus prokarióta alapvető felépítését!
  • Ismertesse az Archaea és a Baktériumok közötti fontos szerkezeti különbségeket!

Sok különbség van a prokarióta és eukarióta sejtek között. A “prokarióta” név azt sugallja, hogy a prokarióták meghatározása a kizárás szerint történik – nem eukarióták, vagy olyan organizmusok, amelyek sejtjei magot és más belső membránhoz kötött organellumokat tartalmaznak. Mindazonáltal minden sejtnek négy közös szerkezete van: a plazmamembrán, amely a sejt gátjaként funkcionál, és elválasztja a sejtet a környezetétől a citoplazma, szerves molekulák és sók komplex oldata a sejten belül, kettős szálú DNS-genom, a sejt és a riboszómák információs archívuma, ahol a fehérjeszintézis zajlik. A prokarióták különböző formájúak, de sok három kategóriába sorolható: cocci (gömbölyű), bacilusok (rúd alakú), és spirilli (spirál alakú) ((ábra)).


A prokarióta sejt

Emlékezzünk vissza, hogy a prokarióták egysejtű szervezetek, amelyekből hiányoznak a membránhoz kötött organellumok vagy más belső membránhoz kötött struktúrák ((ábra)). Kromoszómájuk – általában egyetlen – egy körkörös, kétszálú DNS-darabból áll, amely a sejt nukleoidnak nevezett területén helyezkedik el. A legtöbb prokarióta sejtfala a plazmamembránon kívül található. A sejtfal védőrétegként működik, és felelős a szervezet alakjáért. Néhány baktériumfajnak van egy kapszula a sejtfalon kívül. A kapszula lehetővé teszi a szervezet számára a felületekhez való kötődést, megvédi a kiszáradástól és a fagocita sejtek támadásától, és ellenállóbbá teszi a kórokozókat immunválaszunkkal szemben. Egyes fajok is tartalmaznak flagellákat (egyesszámú, flagellum) a mozgáshoz, és pilusokat (egyesszámú, pilus), amelyek a felületekhez, köztük más sejtek felületéhez való rögzítésre szolgálnak. A kromoszómán kívüli DNS-ből álló plazmidok számos baktérium- és archaeafajban is jelen vannak.


Emlékezzünk vissza, hogy a prokarióták két különböző tartományra, a baktériumokra és az archaeákra oszlanak, amelyek az Eukaryával együtt az élet három tartományát alkotják ((ábra)).


A bakteriális törzsek jellemzőit (ábra) és (ábra) ismertetjük. A főbb baktériumok közé tartoznak a Proteobaktériumok, a Chlamydiák, a Spirocheták, a fotoszintetikus cianobaktériumok és a Gram-pozitív baktériumok. A proteobaktériumok viszont több osztályra oszthatók, az alfa-tól az Epsilon proteobaktériumig. Úgy gondolják, hogy az eukarióta mitokondriumok az alfaproteobaktériumok leszármazottai, míg az eukarióta kloroplasztiszok cianobaktériumokból származnak. Az archaeális törzsek leírása a (ábra).




A prokarióták plazmamembránja

A prokarióta plazmamembrán egy vékony lipid kettős réteg (6-8 nanométer), amely teljesen körülveszi a sejtet, és elválasztja a sejt belsejét a külsőtől. Szelektíven permeábilis természete a sejtben tartja az ionokat, fehérjéket és más molekulákat, és megakadályozza, hogy azok az extracelluláris környezetbe diffundáljanak, míg más molekulák a membránon keresztül mozoghatnak. Emlékezzünk vissza, hogy a sejtmembrán általános szerkezete egy foszfolipid kettős réteg, amely lipidmolekulák két rétegéből áll. A régészeti sejtmembránokban, izoprén (fitanil) láncok A glicerinhez kötődő zsírsavak helyettesítik a glicerinhez kapcsolódó zsírsavakat a bakteriális membránokban. Egyes régészeti membránok kettős réteg helyett lipid egyrétegűek ((ábra)).


A prokarióták sejtfala

A prokarióta sejtek citoplazmájában nagy az oldott anyagok koncentrációja. Ezért a sejten belüli ozmotikus nyomás viszonylag magas. A sejtfal egy védőréteg, amely körülvesz néhány sejtet, és formát és merevséget ad nekik. A sejtmembránon kívül helyezkedik el, és megakadályozza ozmotikus lízis (felrobban a növekvő hangerő miatt). A sejtfal kémiai összetétele Archaea és Bacteria között változik, és baktériumfajonként is változik.

A baktérium sejtfala peptidoglikánt tartalmaz, amely poliszacharidláncokból áll, amelyeket szokatlan peptidek kötnek össze, amelyek L- és D-aminosavakat egyaránt tartalmaznak, beleértve a D-glutaminsavat és a D-alanint. (A fehérjék ennek következtében általában csak L-aminosavakat tartalmaznak, sok antibiotikumunk a D-aminosavak utánzásával fejti ki hatását, ezért specifikus hatással van a bakteriális sejtfal fejlődésére.) A peptidoglikánnak több mint 100 különböző formája létezik. S-réteg (felszíni réteg) fehérjék az Archaea és a Bacteria sejtfalának külső felületén is jelen vannak.

A baktériumokat két nagy csoportra osztják: Gram pozitív és Gram negatív , a Gram-festésre adott reakciójuk alapján. Vegye figyelembe, hogy minden Gram-pozitív baktérium az egyik törzsbe tartozik a másik törzsben (proteobaktériumok, chlamydiák, spirocheták, cianobaktériumok és mások) Gram-negatívak. A Gram-festési módszert feltalálójáról, Hans Christian Gram (1853–1938) dán tudósról nevezték el. A festési eljárásra adott különböző bakteriális válaszok végső soron a sejtfal szerkezetének tudhatók be. A Gram-pozitív szervezetekben jellemzően hiányzik a Gram-negatív szervezetekben található külső membrán ((Ábra)). A Gram-pozitív baktériumok sejtfalának akár 90 százaléka peptidoglikánból, a többi nagy része pedig savas anyagokból, ún. teichoinsavak. A teikhoinsavak kovalensen kapcsolódhatnak a plazmamembrán lipidjeihez, így keletkeznek lipotechoinsavak. A lipotechoinsavak rögzítik a sejtfalat a sejtmembránhoz. A Gram-negatív baktériumoknak viszonylag vékony sejtfaluk van, amely néhány réteg peptidoglikánból áll (a teljes sejtfalnak csak 10 százaléka), amelyet lipopoliszacharidokat (LPS) és lipoproteineket tartalmazó külső burok vesz körül. Ezt a külső burkot néha második lipid kettős rétegnek nevezik. Ennek a külső burknak a kémiája azonban nagyon eltér a plazmamembránokat alkotó tipikus lipid kettősrétegétől.


Az alábbi állítások közül melyik igaz?

  1. A Gram-pozitív baktériumoknak egyetlen sejtfaluk van, amely lipoteikhoinsavval van rögzítve a sejtmembránhoz.
  2. A porinok lehetővé teszik az anyagok bejutását a Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumokba egyaránt.
  3. A Gram-negatív baktériumok sejtfala vastag, a Gram-pozitív baktériumok sejtfala vékony.
  4. A Gram-negatív baktériumok sejtfala peptidoglikánból, míg a Gram-pozitív baktériumok sejtfala lipoteichoinsavból áll.

Az archaeai sejtfalak nem tartalmaznak peptidoglikánt. Négy különböző típusú archeikus sejtfal létezik. Az egyik típus pszeudopeptidoglikánból áll, amely morfológiájában hasonló a peptidoglikánhoz, de a poliszacharidláncban különböző cukrokat tartalmaz. A másik három sejtfaltípus poliszacharidokból, glikoproteinekből vagy tiszta fehérjéből áll. A baktériumok és az archaeák közötti egyéb különbségek láthatók (ábra). Vegye figyelembe, hogy az Archaea DNS-replikációjával, transzkripciójával és transzlációjával kapcsolatos jellemzők hasonlóak az eukariótákéhoz.

Különbségek és hasonlóságok a baktériumok és az archaeák között
Szerkezeti jellemzők Baktériumok Archaea
Sejttípus Prokarióta Prokarióta
Sejtmorfológia Változó Változó
Sejtfal Peptidoglikánt tartalmaz Nem tartalmaz peptidoglikánt
Sejtmembrán típus Lipid kettős réteg Lipid kettős vagy lipid egyrétegű
Plazma membrán lipidek Zsírsavak-glicerin-észter Fitanil-glicerin-éterek
Kromoszóma Jellemzően kör alakú Jellemzően kör alakú
Replikációs eredet Egyetlen Többszörös
RNS polimeráz Egyetlen Többszörös
Iniciátor tRNS Formil-metionin metionin
Streptomicin gátlás Érzékeny Ellenálló
Calvin ciklus Igen Nem

Reprodukció

A prokarióták szaporodása az aszexuális és általában bináris hasadással megy végbe. (Emlékezzünk vissza, hogy a prokarióta DNS-e egyetlen, körkörös kromoszóma.) A prokarióták nem megy át mitózison, hanem a kromoszóma replikálódik, és a két létrejövő kópia elválik egymástól, a sejt növekedése miatt. A most megnagyobbodott prokarióta befelé csípődik az egyenlítőjénél, és a keletkező két sejt, amelyek klónok, külön. A bináris hasadás nem ad lehetőséget genetikai rekombinációra vagy genetikai diverzitásra, de a prokarióták három másik mechanizmus révén is megoszthatják a géneket.

Az átalakulás során a prokarióta más prokarióták által leadott DNS-t vesz fel a környezetébe. Ha egy nem patogén baktérium DNS-t vesz fel egy kórokozó toxin génjéhez, és az új DNS-t beépíti a saját kromoszómájába, az is kórokozóvá válhat. A transzdukció során a bakteriofágok, a baktériumokat megfertőző vírusok rövid kromoszómális DNS-darabokat helyezhetnek át egyik baktériumból a másikba. A transzdukció eredményeként a rekombináns szervezet. Az archaeákban is vannak vírusok, amelyek áthelyezhetik a genetikai anyagot egyik egyedről a másikra. A konjugáció során a DNS egyik prokariótáról a másikra kerül át a pilus, amely az élőlényeket érintkezésbe hozza egymással, és csatornát biztosít a DNS átviteléhez. Az átvitt DNS lehet plazmid vagy összetett molekula formájában, amely plazmidot és kromoszómális DNS-t is tartalmaz. A DNS-csere e három folyamata látható (ábra).

A szaporodás nagyon gyors lehet: néhány fajnál néhány perc. Ez a rövid generációs idő a genetikai rekombináció mechanizmusaival és a nagyarányú mutációval párosulva a prokarióták gyors evolúcióját eredményezi, ami lehetővé teszi számukra, hogy nagyon gyorsan reagáljanak a környezeti változásokra (például egy antibiotikum bevezetésére).


A prokarióták evolúciója Hogyan válaszolnak a tudósok a prokarióták evolúciójával kapcsolatos kérdésekre? Az állatokkal ellentétben a prokarióták fosszilis leletanyagában található leletek nagyon kevés információt kínálnak. Az ősi prokarióták kövületei apró buborékoknak tűnnek a kőzetben. Egyes tudósok a genetika és a molekuláris óra elve felé fordulnak, amely szerint minél újabban vált el egymástól két faj, annál hasonlóbbak lesznek a génjeik (és így a fehérjék is). Ezzel szemben a régen elvált fajoknak több eltérő génje lesz.

A NASA Asztrobiológiai Intézetének és az Európai Molekuláris Biológiai Laboratóriumnak a tudósai együttműködtek a 72 prokariótafajra jellemző 32 specifikus fehérje molekuláris evolúciójának elemzésében. 1 Az adataikból levezetett modell azt mutatja, hogy a baktériumok három fontos csoportja – az Actinobacteria, Deinococcusés cianobaktériumok (együttesen Terrabaktériumok a szerzők) – elsőként gyarmatosították a földet. Az aktinobaktériumok nagyon gyakori Gram-pozitív baktériumok csoportja, amelyek elágazó struktúrákat, például gomba micéliumot hoznak létre, és a szerves hulladékok lebontásában fontos fajokat tartalmaznak. Emlékszel erre Deinococcus az ionizáló sugárzással szemben rendkívül ellenálló baktériumnemzetség. A második külső membránon kívül vastag peptidoglikán réteggel rendelkezik, így Gram-pozitív és Gram-negatív baktériumok jellemzői egyaránt megtalálhatók benne.

A cianobaktériumok fotoszintetizálók, és valószínűleg felelősek voltak az oxigéntermelésért az ókori Földön. Az eltérés idővonalai arra utalnak, hogy a baktériumok (a baktériumok tartományának tagjai) 2,5 és 3,2 milliárd évvel ezelőtt tértek el a közös ősi fajoktól, míg az Archaea korábban: 3,1 és 4,1 milliárd évvel ezelőtt. Eukarya később elvált az archaeai vonaltól. A munka továbbá azt sugallja, hogy a cianobaktériumok megjelenése előtt (körülbelül 2,6 milliárd évvel ezelőtt) képződött stromatolitok anoxikus környezetben fotoszintetizálódtak, és a terrabaktériumok szárazföldi módosulása miatt (rezisztencia a kiszáradással és a szervezetet védő vegyületek birtoklása) túlzott fénytől), az oxigént használó fotoszintézis szorosan összefügghet a szárazföldi túléléshez való alkalmazkodással.

Szakasz összefoglaló

A prokarióták (Archaea és Bacteria tartományok) egysejtű élőlények, amelyeknek nincs magjuk. Egyetlen darab kör alakú DNS-ük van a sejt nukleoid területén. A legtöbb prokarióta sejtfala a plazmamembrán határán kívül esik. Egyes prokariótáknak további szerkezetei lehetnek, például kapszula, flagella és pili. A baktériumok és az archaeák sejtmembránjaik lipidösszetételében és a sejtfal jellemzőiben különböznek egymástól. Az archeális membránokban a zsírsavak helyett fitanil egységek kapcsolódnak a glicerinhez. Egyes régészeti membránok kettős réteg helyett lipid egyrétegűek.

A sejtfal a sejtmembránon kívül helyezkedik el, és megakadályozza az ozmotikus lízist. A sejtfalak kémiai összetétele fajonként változik. A baktérium sejtfala peptidoglikánt tartalmaz. Az archaeai sejtfalak nem tartalmaznak peptidoglikánt, de lehetnek pszeudopeptidoglikánok, poliszacharidok, glikoproteinek vagy fehérjealapú sejtfalak. A baktériumok két nagy csoportra oszthatók: Gram-pozitív és Gram-negatív, a Gram-festési reakció alapján. A Gram-pozitív organizmusok vastag peptidoglikán réteggel rendelkeznek, amely teikhoinsavval van megerősítve. A Gram-negatív szervezetek vékony sejtfallal és lipopoliszacharidokat és lipoproteineket tartalmazó külső burokkal rendelkeznek.

A prokarióták három mechanizmussal tudnak DNS-t átvinni egyik sejtből a másikba: transzformáció (a környezeti DNS felvétele), transzdukció (a genomi DNS átvitele vírusokon keresztül) és konjugáció (a DNS átvitele közvetlen sejtkontaktussal).


Prokarióta

Szerkesztőink áttekintik az Ön által beküldött tartalmakat, és eldöntik, hogy módosítsák-e a cikket.

Prokarióta, írva is prokarióta, minden olyan szervezet, amelynek a belső membránok hiánya miatt nincs külön sejtmagja és más organellumjai. A baktériumok a legismertebb prokarióta szervezetek közé tartoznak. A prokarióták belső membránjainak hiánya különbözteti meg őket az eukariótáktól. A prokarióta sejtmembrán foszfolipidekből áll, és a sejt elsődleges ozmotikus gátját képezi. A citoplazma riboszómákat tartalmaz, amelyek fehérjeszintézist hajtanak végre, és egy kettős szálú dezoxiribonukleinsav (DNS) kromoszómát, amely általában kör alakú. Sok prokarióta további, plazmidoknak nevezett, körkörös DNS-molekulákat is tartalmaz, amelyek további nélkülözhetetlen sejtfunkciókkal rendelkeznek, például fehérjéket kódolnak az antibiotikumok inaktiválására. Egyes prokariótáknak van flagellája. A prokarióta flagellák felépítésében és mozgásában különböznek az egyes eukariótákon található flagelláktól. Lásd még eukarióta baktériumok.


A prokarióták szerepe az ökoszisztémákban

A prokarióták létfontosságú szerepet játszanak a szén-dioxid és a nitrogén mozgásában a szén- és nitrogénciklusokban.

Tanulási célok

Mondjon példákat a prokarióták különböző ökoszisztémákban betöltött jótékony szerepeire!

Kulcs elvitelek

Főbb pontok

  • A szén és a nitrogén egyaránt makrotápanyag, amelyek szükségesek a földi élethez. A prokarióták létfontosságú szerepet játszanak ciklusaikban.
  • A szénciklust a prokarióták tartják fenn, amelyek eltávolítják a szén-dioxidot és visszajuttatják a légkörbe.
  • A prokarióták fontos szerepet játszanak a nitrogénciklusban azáltal, hogy az atomok nitrogénjét ammóniává kötik, amelyet a növények felhasználhatnak, és az ammóniát más nitrogénforrásokká alakítják.

Kulcsfontossagu kifejezesek

  • szén körforgása: a szén fizikai körforgása a Föld bioszféráján, geoszféráján, hidroszféráján és atmoszféráján keresztül, amely olyan folyamatokat foglal magában, mint a fotoszintézis, a bomlás, a légzés és a karbonizáció
  • nitrogén ciklus: a nitrogén természetes körforgása, amelynek során a légköri nitrogén nitrogén-oxiddá alakul, és lerakódik a talajban, ahol az élőlények felhasználják vagy elemi nitrogénné bomlanak vissza.
  • nitrogén rögzítés: a légköri nitrogén átalakítása ammóniává és szerves származékokká természetes úton, különösen a talajban lévő mikroorganizmusok által, növények által asszimilálható formává

A prokarióták szerepe az ökoszisztémákban

A prokarióták mindenütt jelen vannak: nincs olyan rés vagy ökoszisztéma, amelyben ne lennének jelen. A prokarióták számos szerepet játszanak az általuk elfoglalt környezetben, de a szén- és nitrogénciklusban játszott szerepük létfontosságú a földi élethez.

A prokarióták és a szénciklus

A szén az egyik legfontosabb makrotápanyag. A prokarióták fontos szerepet játszanak a szénciklusban. A szén a Föld főbb tározóin, a szárazföldön, a légkörön, a vízi környezeten, az üledékeken és a kőzeteken, valamint a biomasszán keresztül kering. A szén mozgása a szén-dioxidon keresztül történik, amelyet a szárazföldi növények és tengeri prokarióták távolítanak el a légkörből, és kemoorganotróf organizmusok, köztük prokarióták, gombák és állatok légzése révén kerül vissza a légkörbe. Bár a szárazföldi ökoszisztémák legnagyobb széntárolója a kőzetekben és üledékekben található, ez a szén nem áll rendelkezésre könnyen.

Szénciklus: A prokarióták jelentős szerepet játszanak a szén folyamatos átszállításában a bioszférán.

Nagy mennyiségű elérhető szén található a szárazföldi növényekben, amelyek termelők a levegőből származó szén-dioxidot szénvegyületek szintetizálására. Ehhez kapcsolódóan a szénvegyületek egyik igen jelentős forrása a humusz, amely elhalt növényekből és a bomlásnak ellenálló prokariótákból származó szerves anyagok keveréke. A fogyasztók, például az állatok, a termelők által termelt szerves vegyületeket használják fel, és szén-dioxidot bocsátanak ki a légkörbe. Ezután a baktériumok és gombák, amelyeket összefoglalóan lebontóknak nevezünk, végzik el a növények és állatok, valamint szerves vegyületeik lebontását (lebontását). A légkörbe jutó szén-dioxid legfontosabb tényezője az elhalt anyagok (elhalt állatok, növények és humusz) mikrobiális lebontása.

A vizes környezetben és azok anoxikus üledékeiben egy másik szénciklus zajlik. Ebben az esetben a ciklus egy széntartalmú vegyületeken alapul. Az anoxikus üledékekben a prokarióták, többnyire archaeák, metánt (CH4). Ez a metán az üledék feletti zónába költözik, amely oxigénben gazdagabb, és támogatja a metán oxidálószernek nevezett baktériumokat, amelyek a metánt szén-dioxiddá oxidálják, amely aztán visszatér a légkörbe.

A prokarióták és a nitrogénciklus

A nitrogén nagyon fontos eleme az életnek, mert a fehérjék és nukleinsavak része. A természetben található makrotápanyagként szerves vegyületekből ammóniává, ammóniumionokká, nitráttá, nitritté és nitrogéngázzá hasznosul számtalan folyamat során, amelyek közül sokat kizárólag prokarióták hajtanak végre, és kulcsfontosságúak a nitrogénciklusban. A szárazföldi ökoszisztémában elérhető legnagyobb nitrogénkészlet a levegőből származó gáznemű nitrogén, de ezt a nitrogént az elsődleges termelő növények nem tudják hasznosítani. A gáznemű nitrogén a nitrogénkötés során természetes úton, különösen a talajban lévő mikroorganizmusok (prokayóták) által könnyebben hozzáférhető formákká, például ammóniává alakul át vagy “fixálódik”. Az ammóniát ezután a növények felhasználhatják, vagy más formákká alakíthatják át.

Nitrogén ciklus: A prokarióták kulcsszerepet játszanak a nitrogén körforgásában.

Az ammónia másik forrása az ammónia, az a folyamat, amelynek során ammónia szabadul fel a nitrogéntartalmú szerves vegyületek bomlása során. A légkörbe kibocsátott ammónia azonban az összes kibocsátott nitrogénnek csak 15 százalékát teszi ki, a maradék pedig N2 és N2Az O. Az ammóniát egyes prokarióták anaerob módon katabolizálják, így N2 mint a végtermék. A nitrifikáció az ammónium nitritté és nitráttá történő átalakulása. A talajban a nitrifikációt a nemzetségbe tartozó baktériumok végzik Nitroszómák, Nitrobacter, és Nitrospira. A baktériumok fordított folyamatot hajtanak végre, a nitrátot a talajból olyan gáznemű vegyületekké redukálják, mint pl.2O, NEM és N2, denitrifikációnak nevezett folyamat.


Művészeti kapcsolat

Replikációs villa akkor képződik, amikor a helikáz elválasztja a DNS-szálakat a replikáció origójában. A DNS hajlamos arra, hogy a replikációs villa előtt erősebben feltekeredjen. A topoizomeráz megtöri és megreformálja a DNS foszfátvázát a replikációs villa előtt, ezáltal enyhíti a „szupertekeredésből” eredő nyomást. Az egyszálú kötőfehérjék az egyszálú DNS-hez kötődnek, hogy megakadályozzák a hélix újraképződését. A Primáz egy RNS primert szintetizál. A DNS-polimeráz III ezt a primert használja a leány DNS-szál szintetizálására. A vezető szálon a DNS folyamatosan szintetizálódik, míg a lemaradó szálon a DNS rövid szakaszokban, úgynevezett Okazaki fragmentumokban szintetizálódik. A DNS polimeráz I helyettesíti az RNS primert DNS-sel. A DNS-ligáz lezárja az Okazaki-fragmensek közötti hézagokat, és egyetlen DNS-molekulává egyesíti a fragmentumokat. (hitel: Mariana Ruiz Villareal művének módosítása)

Kérdés: Olyan sejttörzset izolál, amelyben az Okazaki-fragmensek összekapcsolódása károsodott, és azt gyanítja, hogy mutáció történt a replikációs villában található enzimben. Melyik enzim mutációja a legvalószínűbb?

A replikációs villa másodpercenként 1000 nukleotid sebességgel mozog. A topoizomeráz megakadályozza, hogy a DNS kettős hélix a replikációs villa előtt túlcsavarjon, miközben a DNS felnyílik, ezt úgy teszi, hogy ideiglenes bevágásokat okoz a DNS-hélixben, majd újra lezárja azt. Mivel a DNS-polimeráz csak 5'-3' irányban terjedhet, és mivel a DNS kettős hélix az nem párhuzamos, van egy kis probléma a replikációs villánál. A két templát DNS-szál ellentétes orientációjú: az egyik szál 5'-3' irányban, a másik pedig 3'-5' irányban van orientálva. Csak egy új DNS-szál, amely komplementer a 3'-5' szülői DNS-szálhoz, szintetizálható folyamatosan a replikációs villa felé. Ezt a folyamatosan szintetizált szálat vezető szálnak nevezik. A másik szál, amely komplementer az 5'-3' szülői DNS-sel, a replikációs villától távolodva kis darabokban, ún. Okazaki töredékek, mindegyikhez primerre van szükség a szintézis elindításához. Az új primer szegmensek a replikációs villa irányába kerülnek lerakásra, de mindegyik attól távolabb mutat. (Az Okazaki-töredékeket az elsőként felfedező japán tudósról nevezték el. Az Okazaki-töredékeket tartalmazó szálat lemaradó szálnak nevezik.)

Miután a kromoszóma teljesen replikálódott, a két DNS-másolat a sejtosztódás során két különböző sejtbe költözik.

A DNS-replikáció folyamata a következőképpen foglalható össze:

  1. A DNS a replikáció origójában feltekercselődik.
  2. A Helikáz megnyitja a DNS-képző replikációs villákat, amelyek kétirányúak.
  3. Az egyszálú kötőfehérjék bevonják a DNS-t a replikációs villa körül, hogy megakadályozzák a DNS visszatekercselését.
  4. A topoizomeráz a replikációs villa előtti régióban kötődik, hogy megakadályozza a szuperspirálozást.
  5. A primáz a DNS-szálral komplementer RNS primereket szintetizál.
  6. A DNS-polimeráz III megkezdi a nukleotidok hozzáadását a primer 3'-OH végéhez.
  7. Mind a leszakadó, mind a vezető szál megnyúlása folytatódik.
  8. Az RNS primereket exonukleáz aktivitással távolítják el.
  9. A hézagokat a DNS pol I dNTP-k hozzáadásával tölti ki.
  10. A két DNS-fragmens közötti rést DNS-ligáz zárja le, amely elősegíti a foszfodiészter kötések kialakulását.

A táblázat összefoglalja a prokarióta DNS-replikációban részt vevő enzimeket és mindegyik funkcióját.

Prokarióta DNS-replikáció: enzimek és funkciójuk
Enzim/fehérjeSpecifikus funkció
DNS pol IEltávolítja az RNS primert, és újonnan szintetizált DNS-sel helyettesíti
DNS pol IIIFő enzim, amely 5'-3' irányban ad hozzá nukleotidokat
HelicaseMegnyitja a DNS-hélixet a nitrogénbázisok közötti hidrogénkötések megszakításával
LigaseLezárja az Okazaki-fragmensek közötti hézagokat, hogy egyetlen folyamatos DNS-szálat hozzon létre
PrimaseA replikáció elindításához szükséges RNS primereket szintetizálja
Csúszó bilincsSegít a helyén tartani a DNS-polimerázt, amikor nukleotidokat adunk hozzá
topoizomerázSegít enyhíteni a DNS-t letekeréskor azáltal, hogy töréseket okoz, majd újra lezárja a DNS-t
Egyszálú kötő fehérjék (SSB)Az egyszálú DNS-hez kötődik, hogy megakadályozza a DNS visszatekerését.


Prokarióta sejtek

A Föld 4,5 milliárd évvel ezelőtt alakult ki, és azon a Földön, amely prokarióta sejtek formájában keletkezett az első életforma. Ezek az egysejtű lények őseredetűek, és a többsejtű szervezetek építőkövei. Az élet feltételezhetően az óceánokból származik, ezért a szárazföldi és légi állatok embrióiban még mindig vannak kopoltyúhasadékok ontogén fejlődésük egyes fázisaiban. 3 millió évbe telt, mire az első sejt létezett a Földön. A prokarióta sejtek szerkezetükben rendkívül egyszerűek. Ha felosztjuk a „PROKARYOT” szót, két szót kapunk: Pro, azaz primitív és Karyon, ami a magot jelenti. A prokarióta sejtek nem olyan összetettek, mint az eukarióta struktúrák. Nem volt valódi magjuk, és a genetikai anyag a citoplazmában szuszpendált, amelyet nukleoidnak neveznek. Példa – baktérium.

A prokarióta sejt szerkezete:

Cell boríték:

A sejtburok a sejt külső borítása, és formát ad a sejtnek, és védi a sejtszerveket. A következő 3 rétegből áll:

Néhány bakteriális sejtben megtalálható, és főként makromolekulákból áll. Megvédi a sejt tartalmát, és két formája van: a kapszula és a nyálkaréteg. A kapszula vastag, erős és mechanikai támaszt nyújt a sejtnek. Immunogén természetű. Vastag bőrük miatt pedig néha az emberek idegeire mennek. Nem szó szerint, de ez a kapszula olyan erős, hogy ellenáll a fehérvérsejtek támadásának. Tovább haladva, a kapszula poliszacharidok szilárd összegyűjtéséből készült réteg, amely megkülönböztető karakter a kapszula és az iszapréteg között. A Slime réteget laza hüvelynek is nevezik, mivel itt a glikoprotein molekulák lazán helyezkednek el. Ez a réteg segít fenntartani a nedvességet a sejtben.

A sejtfal általában hiányzik a prokarióta sejtekben. Ha azonban jelen van, akkor polipeptidoglikánokból áll. A peptidoglikánok csak a baktériumok sejtfalában találhatók. Segít az alak fenntartásában és az ozmózisban, valamint a tápanyagok sejtekbe és onnan történő szállításában. Peptidoglycans are alternating units of N- acetylglucosamine and N- acetylmuramic acid. They help in the transportation process, for certain nutrients, these bacteria have to use another way. If the nutrients are too large to be taken inside through the pores, certain enzymes are used. These enzymes convert the nutrients into smaller or simpler substances that can be easily taken in by the cell. And the cytoplasm is responsible for the secretion of these ‘Exoenzymes’. However, certain bacteria do not have cell walls. These bacteria use certain proteins as a protective covering. And sometimes this helps in getting the antibiotics. Smart technology there!

Plasma Membrane:

The Plasma Membrane is the innermost covering and is made of amphipathic molecules. That means that these molecules have hydrophilic and hydrophobic ends. Most of these molecules are the proteins, lipids and cholesterols. Universally, The Fluid Mosaic Model has been accepted as a structure of the plasma membrane. This model represents the membrane to be like a sea of lipids with protein icebergs floating on it and in it. The proteins which are completely submerged as known as intrinsic proteins and the ones that are outside the lipid layers are known as the extrinsic proteins. Some protein passes through the lipid layers and they are known as tunnel proteins. Their positions affect their solubility in the lipids. This shall be discussed later. Thus based on the plasma membrane’s mosaic-like structure, Seymour Jonathan Singer and Garth L. Nicolson put forth the FLUID MOSAIC MODEL in the year 1972. The plasma membrane is extremely important for all the life forms. It not only separates the contents but also helps in the exchange of materials and helps in the uptake of the nutrients that are essential to the cell. Numerous activities to take place in the cell membrane.

Prokaryotic cells are primitive cells and hence do not show well-defined membrane-bound organelles like the ones in the eukaryotic cells. But there are some membrane-bound organelles and these are mesosomes and certain pigment containing chromatophores.

These are formed by the invaginations of the plasma membrane or the cell membrane. Invaginations are nothing but certain infoldings. These mesosomes are mostly seen in the gram-negative bacteria and can be of the form of tubules, vesicles and lamellae.

They help to form the cell wall and increase its surface area. They especially help in respiration since the respiratory enzymes are associated with them. In eukaryotes, these enzymes are present in the mitochondria. Mesosomes also help in the replication of the DNA. There are two types of mesosomes. Septal: the ones which extend towards the centre of the cell. and Lateral: the ones that are peripheral.

Chromatophores:

The cyanobacteria like Nostoc and Anabaena have chromatophores consisting of the pigments that are necessary for photosynthesis.

The cytoplasm consists of water, enzymes, salts and other compounds. It is like a semi-liquid structure and does not show cytoplasmic streaming or cyclosis. It appears to be granular because of ribosomes and inclusion bodies.

Inclusion Bodies:

  • Organic Inclusion Bodies: These are phosphate granules, poly beta-hydroxybutyrate granules, carboxysomes, cyanophycean granules, glycogen, gas vacuoles and more. The gas vacuoles give buoyancy to the aquatic plants. This helps in the process of photosynthesis since the plants can trap sunlight from the atmosphere.
  • Inorganic inclusion Bodies: These are Phosphate and sulphur granules. They are known as metachromatic granules due to their ability to take various colours. The phosphate granules store phosphate. The sulphur granules are formed when H2 S is used as a hydrogen donor.

In prokaryotic cells, the ribosomes are of a 70S type. These have small 30S subunit and large 50S subunit. The small subunit consists of rRNA of 16s type and the large subunit have 23S and 5S type. Subunits are long RNA with proteins on them. And these subunits help in the protein synthesis by locking in together with each other. The main function of the ribosomes is as mentioned earlier, protein synthesis.

As the name prokaryotic suggests, a true nucleus is absent in these kinds of cells. The circular and double-stranded DNA is known as the genome. The histone proteins that are present in the eukaryotic cells are absent in the prokaryotes. The basic function of the histone proteins is to hold the DNA together and it affects the gene regulation. There are 11 types of histone proteins viz. H2A, H2B, H3K4, H3K9, H3K27, H3K36, H4K5, H4K8, H4K12, H4K16, H4K20, each having a different composition. The DNA is 1 micrometre long and is attached to the plasma membrane through the mesosomes. The DNA has 3000-4000 genes. A looped domain can be seen which is a structure formed by the tightly coiled structure of the DNA. This looped domain is held in position by RNA molecules.

The extrachromosomal, self-replicating units are known as plasmids. The plasmids are circular and have a double-stranded DNA. Plasmids serve as agents for gene transfer and hence are used in Recombinant DNA Technology as vectors or vehicles for carrying proteins. They have anti-biotic, metal and drug resistance. For bacterial fertility, episomes which are a type of plasmid are highly important. Episomes have a self-replication capacity.

Other Structures:

Flagellum, used for locomotion Pili, used in the mating process. Fimbrae, used for the clinging of the cells and Spinae, the appendages used by the cell for the adjustment to the external environmental conditions like temperature, pH, salinity, etc are some of the structure present in the Prokaryotic cells.


Structure of Prokaryotes

There are many differences between prokaryotic and eukaryotic cells. However, all cells have four common structures: the plasma membrane, which functions as a barrier for the cell and separates the cell from its environment the cytoplasm, a jelly-like substance inside the cell nucleic acids, the genetic material of the cell and ribosomes, where protein synthesis takes place. Prokaryotes come in various shapes, but many fall into three categories: cocci (spherical), bacilli (rod-shaped), and spirilli (spiral-shaped) (Figure).

Prokaryotes fall into three basic categories based on their shape, visualized here using scanning electron microscopy: (a) cocci, or spherical (a pair is shown) (b) bacilli, or rod-shaped and (c) spirilli, or spiral-shaped. (credit a: modification of work by Janice Haney Carr, Dr. Richard Facklam, CDC credit c: modification of work by Dr. David Cox scale-bar data from Matt Russell)


Ribosome Subunits

Ribosomes in prokaryotes are of a 70S type or contain two subunits. 30-S denote the smaller subunit, and 50-S represent the larger subunit. Ribosomal subunits are large nucleoprotein particles, which possess both nukleinsav (RNA) and several fehérjék. Generally, the molecular weight of ribosome is nearly 2.7×106 Daltons.

16S rRNA and 21 proteins together constitute the formation of the smaller subunit, i.e. 30-S subunit of the ribosome. Besides, 5S plus 23S rRNA and 31 proteins make up the larger subunit, i.e. 50S subunit of the ribosome.

Both the subunits then conjoin to configure a complete 70-S ribosome at the time of protein synthesis. The 70-S type of ribosomes are 25nm wide, and its number per bacterial cell is about 15,000 ribosomes.

Both 50-S and 30-S type of subunits possess three sites for the association of tRNA:

  • A: This term denotes the aminoacyl chain. It accepts the incoming aminoacylated tRNA.
  • P: This term denotes the peptidyl chain. It holds the tRNA with the nascent peptide chain.
  • E: This term represents the exit site, and holds the deacylated tRNA.

As we know, ribosomes are the manufacturing units which ensures the synthesis of protein. Both the 30S and 50S subunit equally plays a fundamental role during the translation nak,-nek mRNS into protein. The 30S subunit performs a vital role in the association of anticodon site of the adapter tRNA molecule to the mRNA strand transcribed from the DNA.

It also regulates the base pairing of the mRNA codons and tRNA anticodons during the decoding process. Therefore, 30S subunit also accounts for the accuracy in the base-pairing during translation.

The 50S subunit performs a significant role in the binding of the acceptor arm of tRNA. Then, the tRNA initiates the polypeptide chain formation relative to the information provided in the mRNA. It pairs the incoming amino acid on A-site tRNA and the nascent peptide chain attached to the P-site tRNA.

The 3D structure of ribosome reveals that there are 1540 nucleotide piece of RNA and 21 polypeptide chains in the 30S ribosomal subunit. In 50S subunit of prokaryotic ribosomes, there are 2900 nucleotide piece of RNA and 31 polypeptide chains. Through the structure of the ribosome, one can analyse the binding sites for the tRNS, mRNS és néhány antibiotikumok targeting the ribosomes.

Funkció

The individual role of the 30S and 50S subunit is explained below:

30S subunit: It provides the binding site for the incoming transcribed mRNA. Also, the smaller subunit of prokaryotic ribosome ensures specific base-pairing between the codons and the anticodons on the mRNA and tRNA, respectively.

50S subunit: The larger subunit of prokaryote mediates the peptide bond formation during the peptidyl transfer reaction. It also acts as the site of inhibition for many antibiotics, including macrolides, chloramphenicol, clindamycin, and the pleuromutilins.

Moreover, it prevents premature polypeptide hydrolysis. It also functions as a region, to which G-protein factors can bind that regulates initiation, elongation, and termination. Besides this, 50S subunit also helps in the protein folding after the translation. The 50S subunit possesses a peptidyl-transferase activity site, which forms the peptide bond.

Significance

The ribosomes are large RNA-protein complex, and it plays a crucial role in the study of RNA, proteins and antibiotic interaction. Through the structure of the ribosome, we can study the RNA structure and its interactions with proteins. Sok antibiotikumok interact with the ribosomes to inhibit the process of translation.

Hence, the role of antibiotics targeting ribosomes can also be studied for medical reasons. The primary function of a ribosome is to facilitate the binding of mRNA with tRNA during translation or protein synthesis. Proteins being basic building blocks of all the living cells, so its synthesis is szükséges.


Nézd meg a videót: How to Grow Bacteria (Június 2022).


Hozzászólások:

  1. Sikyatavo

    Gratulálok, milyen megfelelő szavak ..., a csodálatos gondolat

  2. Malak

    Kétlem.

  3. Colm

    guessing rare

  4. Colvyr

    Braves, nem voltál tévedsz :)

  5. Duron

    Kritizálás helyett érdemesebb megírni a változatokat.



Írj egy üzenetet