Προκαρυώτες Παραδείγματα για να μάθετε από

Οι προκαρυώτες είναι μονοκύτταροι οργανισμοί που δεν διαθέτουν πυρήνα συνδεδεμένο με μεμβράνη και κυτταρικά οργανίδια. Οι προκαρυώτες αντιπροσωπεύουν μία από τις δύο θεμελιώδεις διαιρέσεις των ζωντανών οργανισμών και έρχονται σε αντίθεση με τους ευκαρυώτες, μονοκύτταρους ή πολυκύτταρους οργανισμούς που περιέχουν κύτταρα με πυρήνα δεσμευμένο στη μεμβράνη και διακριτά οργανίδια.

Οι προκαρυώτες χωρίζονται περαιτέρω σε δύο κύρια είδη οργανισμών:τα βακτήρια και τα αρχαία. Μερικά παραδείγματα προκαρυωτικών οργανισμών περιλαμβάνουν τα κοινά βακτήρια E. coli,  τα αρχαία Μ. Smithii που βοηθά τους ανθρώπους να διασπάσουν τους πολυσακχαρίτες στα έντερα και τον Deinococcus radiodurans , ένα είδος βακτηρίων γνωστό για την εξαιρετική του αντοχή στην ακτινοβολία.

Οι προκαρυώτες είναι τόσο παλιοί όσο η ίδια η ζωή, καθώς οι προκαρυωτικοί οργανισμοί ήταν το πρώτο είδος ζωντανών πλασμάτων που υπήρχαν στη γη. Οι πρώτοι προκαρυώτες εμφανίστηκαν πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια και κυριάρχησαν στον πλανήτη για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από κάθε άλλο είδος ζωής έκτοτε. Επειδή οι προκαρυώτες υπάρχουν εδώ και πολύ καιρό, η εξέλιξη είχε τον χρόνο να τους διαμορφώσει και να τους προσαρμόσει με πολλούς τρόπους.

Οι προκαρυωτικοί οργανισμοί παρουσιάζουν ένα εκπληκτικά διαφορετικό φάσμα χαρακτηριστικών:διαφορετικά μεταβολικά μονοπάτια, δομές κυτταρικού τοιχώματος, κυτταρικά προσαρτήματα, τεχνικές ατμομηχανής, γενετικούς μηχανισμούς και μηχανισμούς αναπαραγωγής. Στην πραγματικότητα, οι προκαρυωτικοί οργανισμοί είναι πιθανώς η μοναδική πιο ποικιλόμορφη ομάδα ζωντανών οργανισμών στον πλανήτη, παρά το γεγονός ότι οι περισσότεροι από αυτούς είναι αόρατοι με γυμνό μάτι. Οφείλουν αυτή την εξαιρετική ποικιλομορφία στους γρήγορους αναπαραγωγικούς ρυθμούς, την περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα και την ικανότητα να μεταλλάσσονται πολύ γρήγορα για να ξεπεραστούν οι περιβαλλοντικές πιέσεις. Θεωρείται επίσης ότι η ευκαρυωτική ζωή προέκυψε αρχικά από προκαρυωτικά κύτταρα που κατέκλυσαν άλλους μονοκύτταρους οργανισμούς, μια θεωρία που ονομάζεται ενδοσυμβίωση.

Προκαρυωτική Ανατομία – Βακτήρια &Αρχαία

Οι προκαρυωτικοί οργανισμοί ονομάζονται έτσι επειδή αποτελούνται από προκαρυωτικά κύτταρα. Υπάρχουν δύο βασικά είδη κυττάρων, τα προκαρυωτικά και τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν έναν πυρήνα DNA που συνδέεται με τη μεμβράνη και αρκετά καλά καθορισμένα ανεξάρτητα κυτταρικά οργανίδια. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι τα βασικά δομικά στοιχεία όλης της πολύπλοκης πολυκύτταρης ζωής, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα, από την άλλη πλευρά, είναι πολύ πιο «απλά» από τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν πυρήνα συνδεδεμένο με μεμβράνη, επομένως το DNA, το RNA και οι σχετικές πρωτεΐνες τους επιπλέουν ελεύθερα στην ενδοκυτταρική μήτρα που περιβάλλεται από κυτταρόπλασμα. Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν επίσης καλά καθορισμένα εξειδικευμένα κυτταρικά οργανίδια, αν και ορισμένες κυτταρικές περιοχές προκαρυωτικών κυττάρων φαίνεται να είναι χαλαρά εξειδικευμένες για να εκτελούν κάποια συγκεκριμένη λειτουργία. Όλα τα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν παχιά άκαμπτα κυτταρικά τοιχώματα, με λίγες εξαιρέσεις.

Όλοι οι προκαρυωτικοί οργανισμοί είναι μονοκύτταροι (δηλαδή αποτελούνται από ένα μόνο κύτταρο), επομένως κάθε προκαρυωτικό κύτταρο είναι από μόνο του ένας μεμονωμένος προκαρυωτικός οργανισμός. Όλα τα προκαρυωτικά κύτταρα αναπαράγονται ασεξουαλικά μέσω της κυτταρικής δυαδικής σχάσης. Ένας προκαρυώτης θα δημιουργήσει ένα επιπλέον αντίγραφο του DNA του και θα χωριστεί κυριολεκτικά στα δύο, με κάθε μέρος να περιέχει ένα πλήρες γονιδίωμα DNA. Ο προκύπτων απόγονος είναι ουσιαστικά ένας γενετικά πανομοιότυπος κλώνος του μητρικού οργανισμού, αν και τα σφάλματα στην αντιγραφή του DNA και στη σχάση των κυττάρων μπορεί να οδηγήσουν σε γενετικές μεταλλάξεις.

Οι προκαρυώτες εμπλέκονται σε μια μορφή ανάμειξης DNA που είναι ανάλογη με τον γενετικό σεξουαλικό ανασυνδυασμό στους ευκαρυώτες. Οι προκαρυώτες είναι σε θέση να πάρουν ένα τμήμα του DNA τους και να το εισαγάγουν στο DNA ενός άλλου προκαρυώτικου - μια διαδικασία που ονομάζεται «οριζόντια» μεταφορά γονιδίου σε σύμβαση στην «κάθετη» μετάδοση γονιδίων από γονέα σε απογόνους σε σεξουαλικά αναπαραγόμενα είδη. Η κοινή χρήση του DNA είναι μια περίπλοκη διαδικασία που έχει μελετηθεί κυρίως σε βακτήρια. Ένας αριθμός βακτηρίων εμφανίζει πολύπλοκες γενετικές προσαρμογές που του επιτρέπουν να εισάγει απευθείας αλληλουχίες του DNA του στο DNA ενός άλλου οργανισμού. Η οριζόντια κοινή χρήση του DNA είναι μια προσαρμογή που οι προκαρυώτες έχουν εξελιχθεί εδώ και εκατομμύρια χρόνια.

Αν και θεωρούνται αυστηρά μονοκύτταροι, ορισμένοι προκαρυώτες είναι γνωστό ότι ομαδοποιούνται σε κυτταρικές αποικίες που συμπεριφέρονται κάπως σαν μια μοναδική οντότητα. Για παράδειγμα, οι προκαρυωτικοί οργανισμοί μερικές φορές συσσωματώνονται ενώ αιωρούνται σε μια κολλοειδή μήτρα (δηλαδή «βιοφίλμ»). Οι διαφορετικοί προκαρυώτες θα σηματοδοτούν ακόμη και ο ένας στον άλλο με τρόπο παρόμοιο με τη διακυτταρική επικοινωνία σε πολυκύτταρους ευκαρυώτες. Η σχετικά πολύπλοκη συμπεριφορά αυτών των ειδών αποικιών έχει οδηγήσει ορισμένους βιολόγους να υποστηρίξουν ότι στην πραγματικότητα υπάρχουν πολυκύτταροι προκαρυωτικοί οργανισμοί. Το αν αυτές οι αποικίες αποτελούν ξεχωριστές ατομικές μορφές ζωής ή όχι, θα μπορούσε να αλλάξει την κατανόησή μας για τους προκαρυώτες. συγκεκριμένα πώς τα αντιμετωπίζουμε στην ιατρική. Οι προκαρυωτικές αποικίες μπορεί να είναι πολύ πιο δύσκολο να αντιμετωπιστούν από μεμονωμένα κύτταρα, καθώς η αποικία στο σύνολό της θα μπορούσε να αντιδράσει και να ανατρέψει τη θεραπεία.

Οι προκαρυωτικοί οργανισμοί χωρίζονται σε δύο κύρια είδη οργανισμών:τα βακτήρια και τα αρχαία. Παρεμπιπτόντως, οι κατηγορίες των βακτηρίων και των αρχαίων αποτελούν 2 από τους 3 θεμελιώδεις τομείς της ζωής, η άλλη κατηγορία είναι ο τομέας Ευκαρία που περιέχει όλους τους απλούς και πολυκύτταρους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Τα βακτήρια και τα αρχαία διαφοροποιούνται λόγω της κυτταρικής τους δομής και της συγκεκριμένης εξελικτικής ιστορίας τους.

Βακτήρια

Πριν από την εμφάνιση της σύγχρονης κυτταρικής βιολογίας, τα βακτήρια ταξινομούνταν ως ένα είδος φυτού. Μόνο μετά την εισαγωγή μικροσκοπίων αρκετά ισχυρών για την παρατήρηση μεμονωμένων κυττάρων ανακαλύφθηκε ότι τα βακτήρια έχουν διαφορετική κυτταρική δομή από τα φυτά. Καθώς είναι προκαρυωτικοί οργανισμοί, τα βακτήρια είναι μονοκύτταρα, χωρίς πυρήνα συνδεδεμένο με τη μεμβράνη και εξειδικευμένα οργανίδια. Τα βακτήρια έρχονται σε ένα ευρύ φάσμα γεωμετρικών σχημάτων, από σφαίρα σε ράβδο έως κωνικό. Πολλοί έχουν εξειδικευμένα μαστίγια τα οποία χρησιμοποιούν για μετακίνηση και για αλληλεπίδραση με το περιβάλλον.

Πολλοί άνθρωποι βλέπουν τα βακτήρια ως επικίνδυνη ενόχληση. Ενώ είναι αλήθεια ότι πολλοί τύποι βακτηρίων προκαλούν ασθένειες στον άνθρωπο, η συντριπτική πλειοψηφία των υπαρχόντων βακτηρίων είναι είτε εντελώς ακίνδυνα είτε σε ορισμένες περιπτώσεις ωφέλιμα. Το ανθρώπινο σώμα περιέχει μια σειρά από ωφέλιμα βακτήρια, τα περισσότερα που υπάρχουν στο έντερο όπου βοηθούν στην πέψη και την απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών. Στην πραγματικότητα, υπολογίζεται ότι υπάρχουν στην πραγματικότητα ~30% περισσότερα βακτηριακά κύτταρα σε ένα ανθρώπινο σώμα από ανθρώπινα κύτταρα. 39 τρισεκατομμύρια βακτήρια σε 30 τρισεκατομμύρια ανθρώπινα κύτταρα.

Ένα από τα καθοριστικά χαρακτηριστικά των βακτηρίων είναι τα παχιά κυτταρικά τους τοιχώματα. Τα βακτηριακά κυτταρικά τοιχώματα αποτελούνται κυρίως από μια χημική ουσία που ονομάζεται πεπτιδογλυκάνη, ένα πολυμερές που παράγεται από σάκχαρα και αμινοξέα. Τα βακτήρια ταξινομούνται σε δύο τύπους, ανάλογα με τη δομή και τη σύνθεση του κυτταρικού τους τοιχώματος. Gram-θετικά και Gram-αρνητικά. Ο χαρακτηρισμός του Gram-θετικού και του Gram-αρνητικού σχετίζεται με την εμφάνιση του βακτηρίου όταν χρωματίζεται. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια διατηρούν τον παράγοντα χρώσης και έτσι εμφανίζονται ένα λαμπερό ιώδες χρώμα. Τα Gram-αρνητικά βακτήρια δεν συγκρατούν τον παράγοντα χρώσης και εμφανίζονται ένα ημιδιαφανές ροζ.

Τα θετικά κατά Gram βακτήρια έχουν ένα παχύ πολυστρωματικό κυτταρικό τοίχωμα που περιέχει τεϊχοϊκά οξέα και σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις φωσφολιπιδίων. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια έχουν μέσο πάχος κυτταρικού τοιχώματος περίπου 100-120 Å. Τα θετικά κατά Gram βακτήρια είναι πιο ευαίσθητα στα αντιβιοτικά λόγω της πυκνής πολύπλοκης δομής του κυτταρικού τους τοιχώματος. Οι περισσότερες κατηγορίες αντιβιοτικών παρεμβαίνουν στη δομή και τη συντήρηση του κυτταρικού τοιχώματος, καθιστώντας έτσι το βακτήριο πιο ευαίσθητο σε αντισώματα και περιβαλλοντικές βλάβες.

Αντίθετα, τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια έχουν ένα σχετικά λεπτό κυτταρικό τοίχωμα που περιβάλλεται από μια μεμβράνη φωσφολιπιδίου. Λόγω των λεπτότερων κυτταρικών τοιχωμάτων τους, τα Gram-αρνητικά βακτήρια είναι πιο επιρρεπή σε μηχανική θραύση, αλλά η παρουσία μιας μεμβράνης φωσφολιπιδίου καθιστά πιο δύσκολη την αλληλεπίδραση των αντιβιοτικών με το κυτταρικό τοίχωμα. Έτσι, τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια τείνουν να είναι πιο ανθεκτικά στα παραδοσιακά αντιβιοτικά των οποίων ο μηχανισμός δράσης περιλαμβάνει τη διατάραξη της δομής του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος.

Αρχαία

Η ύπαρξη των αρχαίων είναι στην πραγματικότητα μια μάλλον νέα εξέλιξη στη βιολογία. Για το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, τα αρχαία θεωρούνταν ως ένα συγκεκριμένο είδος βακτηρίων, που ονομάζονταν αρχαιοβακτήρια. Τα αρχαία αναγνωρίστηκαν για πρώτη φορά ως ξεχωριστά από βακτήρια το 1977 από τους βιολόγους Carl Woese και George Fox. Αν και πολύ παρόμοια σε σχήμα και μέγεθος με τα βακτήρια, τα αρχαία έχουν μια μοναδική φυλογενετική γενεαλογία και περιέχουν κυτταρικούς μηχανισμούς που είναι πιο ανάλογοι με αυτούς που βρίσκονται στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Επιπλέον, επί του παρόντος δεν υπάρχουν γνωστά παθογόνα αρχαία, που σημαίνει ότι τα αρχαία δεν αρρωσταίνουν τους ανθρώπους όπως τα βακτήρια.

Οι αρχαίες είναι γνωστές ως ακραιόφιλες, ευνοϊκές συνθήκες και περιβάλλοντα στα οποία θα καταστραφούν οι περισσότεροι οργανισμοί. Οι αρχαίες έχουν παρατηρηθεί να ζουν σε θερμικούς αεραγωγούς βαθιάς ωκεανούς όπου οι μέσες θερμοκρασίες είναι μεγαλύτερες από 100°C και σε υδάτινα σώματα με πολύ υψηλή περιεκτικότητα σε αλάτι για άλλα είδη οργανισμών. Αρχικά θεωρήθηκε ότι όλα τα αρχαία ήταν ακραία φιλικά, αλλά τα αρχαία έχουν βρεθεί να ζουν σε σχετικά κοσμικά περιβάλλοντα όπως η λάσπη, τα λιβάδια και οι λίμνες γλυκού νερού. Μια χούφτα αρχαία ζουν επίσης στο ανθρώπινο σώμα, κυρίως για να βοηθήσουν στην πέψη.

Τα περισσότερα αρχαία έχουν κυτταρικό τοίχωμα, αλλά τείνουν να μην έχουν πεπτιδογλυκάνη. Η πραγματική σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος των αρχαίων διαφέρει πολύ από είδος σε είδος, αλλά η δομή των περισσότερων κυτταρικών τοιχωμάτων των αρχαίων είναι παρόμοια με αυτή των θετικών κατά Gram βακτηρίων. Τα αρχαία παρουσιάζουν επίσης μεγάλη μεταβολική ποικιλομορφία. Ορισμένα αρχαία είναι αερόβια, άλλα αναερόβια. Μερικά επιβιώνουν κυρίως από ανόργανα υλικά όπως θείο ή αμμωνία και άλλα τρώνε μεθάνιο ή διοξείδιο του άνθρακα. Σε είδη αρχαίων παίρνουν την ενέργειά τους από τον ήλιο, αν και αυτή η διαδικασία είναι διαφορετική από τη φωτοσύνθεση που δημιουργεί το οξυγόνο που παρατηρείται στα φυτικά κύτταρα.