If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Структура на прокариотите

Преглед на прокариотите (бактерии и археи). Структурни характеристики на прокариотните клетки.

Ключови точки:

  • Прокариотите са едноклетъчни организми, принадлежащи към империи Бактерии и Археи.
  • Прокариотните клетки са много по-малки от еукариотните клетки, нямат ядро и им липсват органели.
  • Всички прокариотни клетки са обвити от клетъчна стена. Много от тях имат и капсула или слузест слой, изградени от полизахариди.
  • По повърхността на прокариотите често има израстъци. Камшичетата (флагелуми) и някои пили служат за придвижване, фимбриите помагат на клетката да се закрепя за повърхности, а чрез половите пили клетките обменят ДНК.
  • Повечето прокариотни клетки съдържат една кръгова хромозома. Някои могат да имат и по-малки пръстеновидни молекули ДНК, наречени плазмиди.

Въведение

Бактериите често имат лоша слава: описвани са като опасни "микроби", които причиняват болести. Въпреки че някои видове бактерии наистина причиняват болести (всеки, на когото са му предписвали антибиотици, е наясно с това), много други са безобидни и дори полезни.
Бактериите биват класифицирани като прокариоти заедно с друга група едноклетъчни организми – археите. Прокариотите са малки, но, в много реален смисъл, доминират Земята. Те живеят буквално навсякъде – върху всяка повърхност, на земята, във водата и дори вътре в телата ни.
За да подчертаем последната точка: вероятно имаш приблизително същия брой прокариотни клетки в тялото си, колкото човешки клетки1! Това може да звучи гадно, но много от прокариотните ни "помощници" играят важна роля в поддържането на добро здраве.
В тази статия ще разгледаме какво са прокариотите и какво точно ги различава от еукариотите (като теб, растение или гъба). После ще разгледаме по-отблизо структурите, които тези ефикасни всеналични малки организми използват, за да оцелеят.

Какво са прокариотите?

Прокариоти са микроскопични организми, които принадлежат към империите Бактерии и Археи, които са две от трите глави общности на живите организми. (Еукариите, третата, съдържа всички еукариоти, включително животни, растения и гъби). Бактериите и археите са едноклетъчни, докато повечето еукариоти са многоклетъчни.
Фосили показват, че прокариоти вече са били тук на Земята преди 3 милиарда години и учените мислят, че прокариотни предшественици са дали начало на всички форми на живот, налични на Земята днес2,3.

Прокариоти и еукариоти

Прокариотите и еукариотите са подобни по някои фундаментални начини, което отразява тяхното споделено еволюционно предшественичество. Например и ти, и бактериите в стомаха ти, декодирате гени в протеини чрез процесите транскрипция и транслация. Подобно, и ти, и прокариотните ти обитатели предавате генетична информация на потомството си във формата на ДНК.
По други начини прокариотите и еукариотите са доста различни. Това може да е очевидно, когато сравняваме хората с бактериите. Но поне за мен е не дотолкова очевидно, когато сравняваме бактерия с дрожд (която е малка и едноклетъчна, но еукариотна). Какво всъщност разделя тези категории организми?
Най-фундаменталните разлики между прокариотите и еукариотите се отнасят до това как са изградени клетките им. По-точно:
  • Еукариотните клетки имат ядро – оградена с мембрана кухина, в която се съхранява ДНК, докато прокариотните клетки нямат. Това е характеристиката, която формално разделя двете групи.
  • Еукариотите обикновено имат и други мембранни органели в допълнение към ядрото, докато прокариотните нямат.
  • Клетките като цяло са малки, но прокариотните клетки са наистина малки. Размерите на типичните прокариотни клетки варират от 0,2 - 2 μm в диаметър, докато на типичните еукариотни клетки варират от 10 - 100 μm в диаметър4.
Много прокариотни клетки имат сферични, пръчковидни или спираловидни форми (както е показано по-долу). В следващите раздели ще разгледаме структурата на една прокариотна клетка, започвайки отвън и преминавайки към вътрешността на клетката.
Прокариотните клетки обикновено са оформени като сфери (наречени коки), като пръчки (наречени бацили), или като спирали.
_Изображение, модифицирано от "Bacterial morphology diagram" от Mariana Ruiz Villareal (публичен домейн)._

Капсулата

Много прокариоти имат лепкав най-външен слой, наречен капсула, която обикновено е изградена от полизахариди (захарни полимери).
Капсулата помага на прокариотите да се задържат едни към други и към различни повърхности в околната си среда и също помага за предотвратяване изсъхването на клетката. В случая с причиняващите заболявания прокариоти, които са колонизирали тялото на гостоприемнически организъм, капсулата, или лигавия слой, може също да ги защити от имунната система на гостоприемника.
Помниш ли експеримента на Грифит, който демонстрира съществуването на "трансформиращ принцип" (ДНК), който може да превърне груби безвредни бактерии в гладки патогенни бактерии? Гладките бактерии бяха гладки (и способни да причинят заболяване), понеже имаха капсула!

Kлетъчната стена

Всички прокариотни клетки имат твърда клетъчна стена, която се намира под капсулата (ако има такава). Тази структура поддържа формата на клетката, защитава вътрешността на клетката и предотвратява спукването на клетката, когато тя приеме вода.
Клетъчната стена на повечето бактерии съдържа пептидогликан, полимер от свързани захари и полипептиди. Пептидогликанът е необичаен по това, че обикновено съдържа не само L-аминокиселини, видът, обикновено използван за производство на протеини, но също D-аминокиселини ("огледалните изображения" на L-аминокиселините). Клетъчните стени на археите не съдържат пептидогликани, но някои включват подобна молекула, наречена псевдопептидогликан, докато други са съставени от протеини или други видове полимери5,6.
Външните структури на прокариотната клетка включват плазмена мембрана, клетъчна стена и капсула (или лепкав слой).
_Изображение, модифицирано от "Structure of Prokaryotes: Figure 2" от OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)._
Някои от антибиотиците, които се използват за лечение на бактериални инфекции при хора и животни, действат като се насочват към бактериалната клетъчна стена. Например някои антибиотици съдържат D-аминокиселини, подобни на тези, използвани при синтеза та на пептидогликан, "имитирайки" ензими, които изграждат клетъчната стена (но без да засягат човешки клетки, които нямат клетъчна стена и не използват D-аминокиселини, за да изграждат полипептиди)5,7.

Плазмената мембрана

Под клетъчната стена лежи плазмената мембрана. Основният градивен блок на плазмената мембрана са фосфолипиди – липиди, съставени от глицеролна молекула, прикрепена към хидрофилна (привличаща водата) фосфатна глава и две хидрофобни (отблъскващи водата) опашки от мастни киселини. Фосфолипидите в една еукариотна или бактериална мембрана се групират в два слоя, образувайки структура, наречена фосфолипиден двуслой.
Плазмените мембрани на археите имат някои уникални свойства, различни от тези и на бактериите, и на еукариотите. Например при някои видове противоположните фосфолипидни опашки се съединяват в единична опашка, образувайки единичен слой, вместо двуслой (както е показано по-долу). Тази модификация може да стабилизира мембраната при високи температури, като позволява на археите да живеят щастливо във врящи горещи гейзери.
Плазмената мембрана на бактериалните и еукариотните (и в някои археи) клетки е съставена от фосфолипиден бислой (двуслой). Опашките на противоположните фосфолипиди остават отделени, като образуват два отделни слоя.
Плазмената мембрана на клетките на някои археи е съставена от фосфолипиден монослой (единичен слой). Опашките на противоположните фосфолипиди се съединяват, като образуват единичен слой.
_Изображение, модифицирано от "Archaea membrane" от Fransciscosp2 (публичен домейн)._

Израстъци

Прокариотните клетки често имат израстъци (продължения от клетъчната мембрана), които позволяват на клетката да се прикрепи към повърхности, да се движи или да предава ДНК към други клетки.
Тънки нишки, нарачени фимбри (единично число: фимбра), като тези показани на картинката по-долу, се използват за адхезия – тоест те помагат на клетките да се задържат към обекти и повърхности в околната си среда.
Една фимбра (множествено число: фимбри) е вид израстък на прокариотните клетки. Тези космоподобни израстъци позволяват на прокариотите да се придържат към повърхности в околната си среда и едни към други.
_Изображение, модифицирано от "E. coli fimbriae.png" от Manu Forero (CC BY 2.5)._
По-дългите израстъци, наречени реснички (единично число: ресничка) са няколко вида и имат различни роли. Например половата ресничка задържа две бактериални клетки заедно и позволява ДНК да бъде прехвърлена между тях при процес, наречен конюгация. Друг клас бактериални реснички, наречени тип IV реснички, помагат на бактерията да се движи из околната си среда10.
Най-често срещаните израстъци, използвани за придвижване, обаче са камшичетата (единично число: камшиче). Тези опашкоподобни структури се движат като пропелери, за да придвижат клетките през воднисти среди.
Бактериите могат да имат различни видове повърхностни структури. Те включват фимбри, къси израстъци навсякъде по повърхността на бактерията; камшиче, срещащо се в задната част на бактерията и използвано за изтласкване; и полова ресничка, използвана за хващане на други бактерии за обмен на генетичен материал.

Хромозома и плазмиди

Повечето прокариоти имат единична кръгова хромозома и, следователно, единично копие на генетичния си материал. Еукариотите като хората, за разлика от тях, по принцип имат много пръчкоподобни хромозоми и две копия на генетичния си материал (на хомоложни хромозоми).
Също така прокариотните геноми по принцип са много по-малки от еукариотните геноми. Например геномът на E. coli е по-малък от половината от размера на генома на дрожд (прост, едноклетъчен еукариот), и почти 700 пъти по-малък от човешкия геном13м!
По определение на прокариотите им липсва ядро, оградено с мембрана, което да съдържа хромозомите им. Вместо това хромозомата на един прокариот се намира в частта от цитоплазмата, наречена нуклеоид.
Прокариотите по принцип имат единична кръгова хромозома, която заема област от цитоплазмата, наречена нуклеоид. Те може също да съдържат малки пръстени двойноверижна екстра-хромозомна ДНК, наречени плазмиди.
Освен хромозома много прокариоти имат и плазмиди, които са малки пръстени двойноверижна екстра-хромозомна ("извън хромозомата") ДНК. Плазмидите носят малък брой неесенциални гени и се копират независимо от хромозомата в клетката. Те могат да бъдат прехвърлени към други прокариоти в една популация, като понякога разпространяват гени, които са полезни за оцеляването.
Например някои плазмиди носят гени, които правят бактериите резистентни на антибиотици. (Тези гени са наречени R гени.) Когато плазмидите, които носят R гени, биват обменени в една популация, те бързо могат да направят популацията резистентна на антибиотични лекарства. Въпреки че е полезен за бактериите, този процес може да затрудни лекарите в лечението на бактериални инфекции.

Вътрешни отделения

Прокариотите "не се очаква" да имат вътрешни отделения като органелите на еукариотите и, в по-голямата си част, те нямат. Но прокариотните клетки понякога трябва да увеличат повърхностната площ на мембраната, за да улеснят протичането на някои реакции или да концентрират субстрат около ензима му, точно както еукариотните клетки. Поради това някои прокариоти имат мембранни сгъвания или отделения, функционално подобни на тези на еукариотите.
Например фотосинтезиращите бактерии често имат обширни мембранни гънки за увеличаване на повърхностната площ за зависимите от светлина реакции подобно на тилакоидните мембрани на една растителна клетка. Тези бактерии може също да имат карбоксизоми, обвити с протеини клетъчни отделения, в които въглеродният диоксид бива концентриран за фиксация в цикъла на Калвин14.

Провери знанията си!

  1. Наблюдаваш наскоро открит едноклетъчен организъм, като използваш мощен микроскоп.
    Как можеш да определиш дали организмът е прокариот, или еукариот?
    Избери един отговор:


Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.