Skip to main content
Global

22.2: מבנה הפרוקריוטים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    206352

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מיומנויות לפיתוח

    • תאר את המבנה הבסיסי של פרוקריוט טיפוסי
    • תאר הבדלים חשובים במבנה בין ארכאה לחיידקים

    ישנם הבדלים רבים בין תאים פרוקריוטים לתאים אוקריוטיים. עם זאת, לכל התאים ארבעה מבנים משותפים: קרום הפלזמה, המתפקד כמחסום לתא ומפריד בין התא לסביבתו; הציטופלזמה, חומר דמוי ג'לי בתוך התא; חומצות גרעין, החומר הגנטי של התא; וריבוזומים, בהם מתרחשת סינתזת חלבון. פרוקריוטים מגיעים בצורות שונות, אך רבים מתחלקים לשלוש קטגוריות: קוקי (כדורי), בצילי (בצורת מוט) וספירילי (בצורת ספירלה) (איור). \(\PageIndex{1}\)

    חלק א': המיקרוגרף מציג קוקי בצורת כדור באורך של כ-0.9 מיקרון. חלק ב ': המיקרוגרף מציג בצילים בצורת נקניקייה באורך של כ -2 מיקרון. חלק ג ': המיקרוגרף מציג ספירילי בצורת חולץ פקקים שהם ארוכים למדי וקוטרם 2 מיקרון.
    איור\(\PageIndex{1}\): פרוקריוטים מתחלקים לשלוש קטגוריות בסיסיות המבוססות על צורתם, המוצגות כאן באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק: (א) קוקי, או כדורי (מוצג זוג); (ב) בצילי, או בצורת מוט; ו- (ג) ספירילי, או בצורת ספירלה. (קרדיט א: שינוי עבודות מאת ג'ניס האני קאר, ד"ר ריצ'רד פאקלאם, CDC; אשראי ג: שינוי עבודות מאת ד"ר דייוויד קוקס; נתוני סרגל קנה מידה מאת מאט ראסל)

    התא הפרוקריוטי

    נזכיר כי פרוקריוטים (איור\(\PageIndex{2}\)) הם אורגניזמים חד-תאיים חסרי אברונים או מבנים פנימיים אחרים הקשורים לממברנה. לכן, אין להם גרעין אלא בדרך כלל יש להם כרומוזום בודד - פיסת DNA מעגלית, דו-גדילית הממוקמת באזור התא הנקרא נוקלאואיד. לרוב הפרוקריוטים יש דופן תא מחוץ לקרום הפלזמה.

    באיור זה, התא הפרוקריוטי הוא בצורת מוט. הכרומוזום המעגלי מרוכז באזור הנקרא נוקלאואיד. הנוזל בתוך התא נקרא ציטופלזמה. ריבוזומים, המתוארים כעיגולים קטנים, צפים בציטופלזמה. הציטופלזמה עטופה על ידי קרום פלזמה, אשר בתורו עטוף על ידי דופן התא. קפסולה מקיפה את דופן התא. לחיידק המתואר יש דגל הבולט מקצה צר אחד. פילי הם בליטות קטנות שמקרינות מהקפסולה בכל רחבי החיידק, כמו שיער.
    איור\(\PageIndex{2}\): התכונות של תא פרוקריוטי טיפוסי מוצגות.

    נזכיר כי פרוקריוטים מחולקים לשני תחומים שונים, חיידקים וארכאה, אשר יחד עם Eukarya, מהווים את שלושת תחומי החיים (איור). \(\PageIndex{3}\)

    גזע העץ הפילוגנטי הוא אב קדמון אוניברסלי. העץ יוצר שני ענפים. ענף אחד מוביל לחיידקי התחום, הכוללים את הפילה פרוטאובקטריה, כלמידיות, ספירוצ'טים, ציאנובקטריה וחיידקים גראם חיוביים. הענף השני מסתעף שוב, לתחומי האוקריה והארכאה. תחום ארכאה כולל את הפילה אוריארצ'אוטים, קרנרכיאוטים, ננוארכאוטים וקורארכאוטים.
    איור\(\PageIndex{3}\): חיידקים וארכיאה שניהם פרוקריוטים אך שונים מספיק כדי להיות ממוקמים בתחומים נפרדים. על פי ההערכה, אב קדמון של ארכאה המודרנית הוליד את אוקריה, תחום החיים השלישי. מוצגות פילות ארכאיות וחיידקיות; הקשר האבולוציוני בין הפילות הללו עדיין פתוח לוויכוח.

    הרכב דופן התא שונה באופן משמעותי בין התחומים חיידקים וארכאה. הרכב דפנות התא שלהם שונה גם מדפנות התא האוקריוטיות המצויות בצמחים (תאית) או בפטריות וחרקים (כיטין). דופן התא מתפקדת כשכבת מגן, והיא אחראית על צורת האורגניזם. לחלק מהחיידקים יש קפסולה חיצונית מחוץ לדופן התא. מבנים אחרים קיימים בכמה מינים פרוקריוטים, אך לא באחרים (טבלה\(\PageIndex{1}\)). לדוגמה, הקפסולה המצויה במינים מסוימים מאפשרת לאורגניזם להיצמד למשטחים, מגינה עליו מפני התייבשות והתקפה על ידי תאים פגוציטים, והופכת את הפתוגנים לעמידים יותר לתגובות החיסוניות שלנו. למינים מסוימים יש גם דגלים (יחיד, פלגלום) המשמשים לתנועה, ופילי (יחיד, פילוס) המשמש לחיבור למשטחים. פלסמידים, המורכבים מ-DNA חוץ-כרומוזומלי, קיימים גם במינים רבים של חיידקים וארכיאה.

    מאפייני פילה של חיידקים מתוארים באיור \(\PageIndex{4}\) ובאיור\(\PageIndex{5}\); ארכאים מתוארים באיור. \(\PageIndex{6}\)

    מאפיינים של חמש פילות של חיידקים מתוארים. הפילום הראשון המתואר הוא פרוטאובקטריה, הכוללת חמש מחלקות, אלפא, בטא, גמא, דלתא ואפסילון. רוב המינים של אלפא פרוטאובקטריה הם פוטו-אוטוטרופיים אך חלקם סימביונים של צמחים ובעלי חיים, ואחרים הם פתוגנים. המיטוכונדריה האוקריוטית נחשבת נגזרת מחיידקים בקבוצה זו. מינים מייצגים כוללים Rhizobium, אנדוסימביונט מקבע חנקן הקשור לשורשי הקטניות, ו ריקטציה, טפיל תוך תאי מחייב הגורם לטיפוס ולקדחת הנקודה של הרי הרוקי (אך לא רככת, הנגרמת על ידי מחסור בוויטמין C). מיקרוגרף מראה Rickettsia rickettsii בצורת מוט בתוך תא אוקריוטי גדול בהרבה. בטא פרוטאובקטריה היא קבוצה מגוונת של חיידקים. מינים מסוימים ממלאים תפקיד חשוב במחזור החנקן. מינים מייצגים כוללים ניטרוזומות, המחמצנות אמוניה לחנקה, וספירילום מינוס הגורם לחום עקיצת חולדה. מוצג מיקרוגרף של ספירילום מינוס בצורת ספירלה. גמא פרוטאובקטריה כוללת סימביונים מועילים רבים המאכלסים את המעיים האנושיים, כמו גם פתוגנים אנושיים מוכרים. מינים מסוימים מתת-קבוצה זו מחמצנים תרכובות גופרית. מינים מייצגים כוללים Escherichia coli, חיידק מועיל בדרך כלל של המעי האנושי, אך זנים מסוימים גורמים למחלות; סלמונלה, שזנים מסוימים גורמים להרעלת מזון ולקדחת הטיפוס; Yersinia pestis - הגורם הסיבתי למגיפה בובנית; Psuedomonas aeruganosa - גורם לדלקות ריאה; Vibrio כולרה, הגורם הסיבתי של כולרה, וכרומטיום - חיידקי חיידקים המייצרים גופרית המחמצנים גופרית, מייצרים גופרית. S. המיקרוגרף מראה כולרה Vibrio בצורת מוט, שאורכם כ -1 מיקרון. מינים מסוימים של דלתא פרוטאובקטריה מייצרים גוף פרי יוצר נבגים בתנאים שליליים. אחרים מפחיתים סולפט וגופרית. מינים מייצגים כוללים Myxobacteria, המייצרים גופי פרי יוצרי נבגים בתנאים שליליים ו Desulfovibrio vulgaris, חיידק אנאורובי ומפחית גופרית. המיקרוגרף מראה חיידק Desulfovibrio vulgaris בצורת מוט כפוף עם דגל ארוך. Epsilon Proteobacteria כולל מינים רבים המאכלסים את מערכת העיכול של בעלי חיים כסימביונים או פתוגנים. חיידקים מקבוצה זו נמצאו בפתחי אוורור הידרותרמיים בים עמוק ובבתי גידול לחלחל קר. הפילום הבא המתואר הוא כלמידיה. כל חברי קבוצה זו הם טפילים תאיים מחייבים של תאי בעלי חיים. בדפנות התאים חסר פפטידוגליקן. המיקרוגרף מראה מריחת פאפ של תאים הנגועים בכלמידיה טרכומטיס. זיהום כלמידיה הוא המחלה הנפוצה ביותר המועברת במגע מיני ויכול להוביל לעיוורון. לכל חברי הפילום Spirochetes יש תאים בצורת ספירלה. רובם אנאירובים חיים חופשיים, אך חלקם פתוגניים. Flagella פועל לאורכו בחלל הפריפלזמי שבין הממברנה הפנימית והחיצונית. מינים מייצגים כוללים את Treponema pallidum, הגורם הסיבתי של עגבת ו Borrelia burgdorferi, הגורם הסיבתי למחלת ליים מיקרוגרף מראה Trepanema pallidum בצורת חולץ פקקים, בערך 1 מיקרון לרוחב. חיידקים בפילום ציאנובקטריה, המכונה גם אצות כחולות-ירוקות, משיגים את האנרגיה שלהם באמצעות פוטוסינתזה. הם נמצאים בכל מקום, נמצאים בסביבות יבשתיות, ימיות ומים מתוקים. סבורים כי כלורופלסטים אוקריוטיים נגזרים מחיידקים בקבוצה זו. ההערכה היא כי הציאנובקטריה פרוכלורוקוקוס היא האורגניזם הפוטוסינתטי הנפוץ ביותר על פני כדור הארץ, האחראי לייצור מחצית מהחמצן בעולם. המיקרוגרף מציג מין ארוך ודק בצורת מוט הנקרא פורמידיום. לחיידקים גראם חיוביים יש דופן תא עבה וחסרים קרום חיצוני. חברים השוכנים בקרקע בתת-קבוצה זו מפרקים חומר אורגני. מינים מסוימים גורמים למחלות. מינים מייצגים כוללים Bacillus anthracis הגורם לאנתרקס; קלוסטרידיום בוטולינום הגורם לבוטוליזם; Clostridium difficile הגורם לשלשול במהלך טיפול אנטיביוטי; סטרפטומיס, ממנו נגזרים אנטיביוטיקה רבים, כולל סטרפטומיוצין; ו- Mycoplasmas, החיידק הקטן ביותר הידוע, חסר דופן תא. חלקם חיים חופשיים, וחלקם פתוגניים. המיקרוגרף מראה Clostridium difficile, שהם בצורת מוט ואורכם כ -3 מיקרון.
    איור\(\PageIndex{4}\): פילום פרוטאובקטריה הוא אחד מתוך עד 52 פילות חיידקים. פרוטאובקטריה מחולקת עוד לחמש מחלקות, אלפא עד אפסילון. (אשראי "Rickettsia rickettsia": שינוי עבודה על ידי CDC; אשראי "ספירילום מינוס": שינוי עבודה על ידי וולפרם אדלסניג; אשראי "Vibrio cholera": שינוי עבודה על ידי ג'ניס האני קאר, CDC; אשראי "Desulfovibrio vulgaris": שינוי העבודה על ידי גרהם בראדלי; אשראי "קמפילובקטר": שינוי העבודה מאת דה ווד, פולי, USDA, ARS, EMU; נתוני סרגל קנה מידה מאת מאט ראסל)
    טבלה זו המתארת ארבעה סוגים של חיידקים, כלמידיה, Spirochaetae, ציאנובקטריה וגראם חיובי. הטבלה מאורגנת על ידי פילום, האורגניזמים המייצגים שלהם ומיקרוגרף מייצג
    איור\(\PageIndex{5}\): כלמידיה, ספירוצ'טים, ציאנובקטריה וחיידקים גראם חיוביים מתוארים בטבלה זו. שים לב שצורת החיידק אינה תלויה בפילום; חיידקים בתוך פילום עשויים להיות קוקי, בצורת מוט או ספירלה. (אשראי "כלמידיה טרכומטיס": שינוי עבודה על ידי מעבדת ד"ר לאנס ליוטה, NCI; קרדיט "Treponema pallidum": שינוי עבודה על ידי ד"ר דייוויד קוקס, CDC; אשראי "פורמידיום": שינוי עבודה על ידי USGS; אשראי "Clostridium difficile": שינוי עבודה על ידי לויס ס 'וויגס, CDC; נתוני סרגל קנה מידה מאת מאט ראסל)
    מאפיינים של ארבע הפילות של ארכאה מתוארים. Euryarchaeotes כולל מתנוגנים, המייצרים מתאן כתוצר פסולת מטבולית, והלובקטריה, החיים בסביבה מלוחה קיצונית. מתנוגנים גורמים לגזים בבני אדם ובעלי חיים אחרים. הלובקטריה יכולה לצמוח בפריחה גדולה הנראית אדמדמה, בשל הימצאותו של בקטריודופסין בקרום. בקטריורודופסין קשור לפיגמנט הרשתית רודופסין. המיקרוגרף מראה הלובקטריה בצורת מוט. חברי קבוצת Crenarchaeotes הנמצאת בכל מקום ממלאים תפקיד חשוב בקיבוע הפחמן. חברים רבים בקבוצה זו הם אקסטרמופילים תלויי גופרית. חלקם תרמופיליים או היפרתרמופיליים. המיקרוגרף מציג סולפולובוס בצורת קוקסי, סוג הגדל במעיינות געשיים בטמפרטורות שבין 75° ל -80° C וב- pH בין 2 ל -3. הפילום Nanoarchaeotes מכיל כיום רק מין אחד, Nanoarchaeum equitans, שבודד מקרקעית האוקיאנוס האטלנטי, ומהאוורור ההידרותרמי בפארק הלאומי ילוסטון. זהו סימביונט חובה עם איגנוקוקוס, מין נוסף של ארכבקטריה. המיקרוגרף מציג שני תאי N. equitans קטנים ועגולים המחוברים לתא Ignococcus גדול יותר. קורארכאוטים נחשבים לאחת מצורות החיים הפרימיטיביות ביותר ועד כה נמצאו רק בבריכה האובסידיאנית, מעיין חם בפארק הלאומי ילוסטון. המיקרוגרף מציג מגוון דגימות מקבוצה זו המשתנות בצורתן.
    איור\(\PageIndex{6}\): ארכאה מופרדת לארבע פילות: הקורארכאוטה, אוריארצ'אוטה, קרנרכיאוטה וננו-ארכאוטה. (אשראי "Halobacterium": שינוי עבודה על ידי נאס"א; אשראי "Nanoarchaeotum equitans": שינוי העבודה על ידי קרל או סטטר; אשראי "korarchaeota": שינוי העבודה על ידי משרד המדע של מחלקת האנרגיה האמריקאית; נתוני סרגל קנה מידה מאת מאט ראסל)

    קרום הפלזמה

    קרום הפלזמה הוא דו שכבה שומנית דקה (6 עד 8 ננומטר) המקיפה לחלוטין את התא ומפרידה בין הפנים לחוץ. אופיו החדיר באופן סלקטיבי שומר על יונים, חלבונים ומולקולות אחרות בתוך התא ומונע מהם להתפזר לסביבה החוץ-תאית, בעוד שמולקולות אחרות עשויות לנוע דרך הממברנה. נזכיר כי המבנה הכללי של קרום התא הוא דו שכבה פוספוליפידית המורכבת משתי שכבות של מולקולות שומנים. בממברנות תאים ארכאיים, שרשראות איזופרן (פיטניל) המקושרות לגליצרול מחליפות את חומצות השומן המקושרות לגליצרול בממברנות חיידקים. חלק מהממברנות הארכאיות הן חד-שכבות שומנים במקום דו-שכבות (איור). \(\PageIndex{7}\)

    איור זה משווה פוספוליפידים מחיידקים ואוקריה לאלה של ארכאה. בחיידקים ובאוקריה, חומצות שומן מחוברות לגליצרול על ידי קישור אסטר, בעוד שבארכאה, שרשראות איזופרן מקושרות לגליצרול על ידי קישור אתר. בהצמדת האסטר, לפחמן הראשון בשרשרת חומצות השומן יש קשר כפול של חמצן, בעוד שבקישור האתר, אין לו. בארכאה, לשרשראות האיזופרן יש קבוצות מתיל המסתעפות מהן, בעוד שענפים כאלה נעדרים בחיידקים ובאוקריה. שני סוגי הפוספוליפידים גורמים לדו-שכבות שומנים דומות.
    איור\(\PageIndex{7}\): פוספוליפידים ארכאיים שונים מאלו המצויים בחיידקים ובאוקריה בשתי דרכים. ראשית, יש להם שרשראות צד של פיטניל מסועפות במקום ליניאריות. שנית, קשר אתר במקום קשר אסטר מחבר את השומנים לגליצרול.

    קיר התא

    בציטופלזמה של תאים פרוקריוטים יש ריכוז גבוה של מומסים מומסים. לכן, הלחץ האוסמוטי בתוך התא גבוה יחסית. דופן התא היא שכבת מגן המקיפה כמה תאים ומעניקה להם צורה ונוקשות. הוא ממוקם מחוץ לקרום התא ומונע תמוגה אוסמוטית (מתפרץ עקב הגדלת נפח). ההרכב הכימי של דפנות התא משתנה בין ארכאה לחיידקים, ומשתנה גם בין מיני חיידקים.

    קירות תאים חיידקיים מכילים פפטידוגליקן, המורכב משרשראות פוליסכרידים המקושרות על ידי פפטידים יוצאי דופן המכילים חומצות אמינו L ו- D כולל חומצה D-גלוטמית ו- D-alanine. לחלבונים יש בדרך כלל רק חומצות אמינו L; כתוצאה מכך, רבות מהאנטיביוטיקה שלנו פועלות על ידי חיקוי חומצות אמינו D ולכן יש להן השפעות ספציפיות על התפתחות דופן התא החיידקי. ישנן יותר מ -100 צורות שונות של פפטידוגליקן. חלבוני שכבת S (שכבת פני השטח) נמצאים גם בחלק החיצוני של דפנות התא של ארכאה וחיידקים כאחד.

    החיידקים מחולקים לשתי קבוצות עיקריות: גראם חיובי וגרם שלילי, בהתבסס על תגובתם לצביעת גראם. שים לב שכל החיידקים החיוביים לגראם שייכים לפילום אחד; חיידקים בפילה השנייה (פרוטאובקטריה, כלמידיה, ספירוצ'טים, ציאנובקטריה ואחרים) הם גראם שליליים. שיטת צביעת הגראם נקראת על שם הממציא שלה, המדען הדני הנס כריסטיאן גראם (1853—1938). התגובות החיידקיות השונות להליך הצביעה נובעות בסופו של דבר ממבנה דופן התא. אורגניזמים גראם חיוביים חסרים בדרך כלל את הממברנה החיצונית המצויה באורגניזמים גראם שליליים (איור). \(\PageIndex{8}\) עד 90 אחוז מדופן התא בחיידקים גראם חיוביים מורכב מפפטידוגליקן, ורוב השאר מורכב מחומרים חומציים הנקראים חומצות טיכואיות. חומצות טייכואיות עשויות להיות מקושרות קוולנטית לשומנים בקרום הפלזמה ליצירת חומצות ליפוטייכואיות. חומצות ליפוטייכואיות מעגנות את דופן התא לקרום התא. לחיידקים גראם שליליים יש דופן תא דקה יחסית המורכבת מכמה שכבות של פפטידוגליקן (רק 10 אחוזים מכלל דופן התא), מוקפת במעטפה חיצונית המכילה ליפופוליסכרידים (LPS) וליפופרוטאינים. מעטפה חיצונית זו מכונה לעתים דו-שכבה שומנית שנייה. הכימיה של המעטפה החיצונית הזו שונה מאוד, עם זאת, מזו של דו-שכבת השומנים האופיינית היוצרת ממברנות פלזמה.

    חיבור אמנות

    האיור השמאלי מציג את דופן התא של חיידקים גראם חיוביים. דופן התא היא שכבה עבה של פפטידוגליקן הקיימת מחוץ לקרום הפלזמה. מולקולה ארוכה ודקה הנקראת חומצה ליפוטייכואית מעגנת את דופן התא לקרום התא. האיור הנכון מציג חיידקים גראם שליליים. בחיידקים גראם שליליים, דופן תא פפטידוגליקן דקה דחוקה בין קרום פלזמה חיצוני ופנימי. המרווח בין שתי הממברנות נקרא המרחב הפריפלזמי. ליפופרוטאינים מעגנים את דופן התא לקרום החיצוני. ליפופוליסכרידים בולטים מהקרום החיצוני. פורינים הם חלבונים בקרום החיצוני המאפשרים כניסה של חומרים.
    איור\(\PageIndex{8}\): חיידקים מחולקים לשתי קבוצות עיקריות: גרם חיובי וגרם שלילי. לשתי הקבוצות יש דופן תא המורכבת מפפטידוגליקן: בחיידקים גראם חיוביים, הקיר עבה, ואילו בחיידקים גראם שליליים הקיר דק. בחיידקים גראם שליליים, דופן התא מוקפת בקרום חיצוני המכיל ליפופוליסכרידים וליפופרוטאינים. פורינים הם חלבונים בקרום התא הזה המאפשרים לחומרים לעבור דרך הממברנה החיצונית של חיידקים גראם שליליים. בחיידקים גראם חיוביים, חומצה ליפוטייכואית מעגנת את דופן התא לקרום התא. (קרדיט: שינוי העבודה על ידי "Franciscosp2"/ויקימדיה Commons)

    איזו מהמשפטים הבאים נכונה?

    1. לחיידקים גראם חיוביים יש דופן תא אחת המעוגנת לקרום התא על ידי חומצה ליפוטייכואית.
    2. פורינים מאפשרים כניסה של חומרים לחיידקים גראם חיוביים וגם לחיידקים גראם שליליים.
    3. דופן התא של חיידקים גראם שליליים עבה, ודופן התא של חיידקים גראם חיוביים דקה.
    4. לחיידקים גראם שליליים יש דופן תא העשויה מפפטידוגליקן, ואילו לחיידקים גראם חיוביים יש דופן תא העשויה מחומצה ליפוטייכואית.

    לדפנות התא הארכאי אין פפטידוגליקן. ישנם ארבעה סוגים שונים של קירות תאים ארכאיים. סוג אחד מורכב מפסאודופפטידוגליקן, הדומה לפפטידוגליקן במורפולוגיה אך מכיל סוכרים שונים בשרשרת הפוליסכרידים. שלושת הסוגים האחרים של דפנות התא מורכבים מפוליסכרידים, גליקופרוטאינים או חלבון טהור.

    טבלה\(\PageIndex{1}\): הבדלים מבניים ודמיון בין חיידקים לארכאה
    מאפיין מבני חיידקים ארכאה
    סוג תא פרוקריוטי פרוקריוטי
    מורפולוגיה של תאים משתנה משתנה
    דופן התא מכיל פפטידוגליקן אינו מכיל פפטידוגליקן
    סוג קרום התא דו שכבתי ליפידים דו שכבתי שומנים או חד שכבתי שומנים
    ליפידים ממברנת פלזמה חומצות שומן קבוצות פיטניל

    רפרודוקציה

    רבייה בפרוקריוטים היא א -מינית ומתרחשת בדרך כלל על ידי ביקוע בינארי. נזכיר כי ה- DNA של פרוקריוט קיים ככרומוזום יחיד ומעגלי. פרוקריוטים אינם עוברים מיטוזה. במקום זאת הכרומוזום משוכפל ושני העותקים המתקבלים נפרדים זה מזה, עקב צמיחת התא. הפרוקריוט, המוגדל כעת, נצבט פנימה בקו המשווה שלו ושני התאים המתקבלים, שהם שיבוטים, נפרדים. ביקוע בינארי אינו מספק הזדמנות לרקומבינציה גנטית או למגוון גנטי, אך פרוקריוטים יכולים לחלוק גנים על ידי שלושה מנגנונים אחרים.

    בטרנספורמציה, הפרוקריוט קולט DNA שנמצא בסביבתו ונשפך על ידי פרוקריוטים אחרים. אם חיידק לא פתוגני תופס DNA לגן רעלן מפתוגן ומשלב את ה-DNA החדש בכרומוזום שלו, גם הוא עלול להפוך לפתוגני. בהתמרה, בקטריופאגים, הנגיפים שמדביקים חיידקים, מעבירים לפעמים גם חלקים קצרים של DNA כרומוזומלי מחיידק אחד למשנהו. התמרה גורמת לאורגניזם רקומביננטי. ארכאים אינם מושפעים מבקטריופאגים אלא יש להם וירוסים משלהם המעבירים חומר גנטי מאדם אחד למשנהו. בצימוד, DNA מועבר מפרוקריוט אחד למשנהו באמצעות פילוס, המביא את האורגניזמים למגע זה עם זה. ה-DNA המועבר יכול להיות בצורה של פלסמיד או כהכלאה, המכיל גם פלסמיד וגם DNA כרומוזומלי. שלושת התהליכים הללו של חילופי DNA מוצגים באיור\(\PageIndex{9}\).

    רבייה יכולה להיות מהירה מאוד: כמה דקות עבור מינים מסוימים. זמן הדור הקצר הזה יחד עם מנגנונים של רקומבינציה גנטית ושיעורי מוטציה גבוהים מביאים להתפתחות מהירה של פרוקריוטים, ומאפשרים להם להגיב לשינויים סביבתיים (כגון הכנסת אנטיביוטיקה) במהירות רבה.

    איור א' מראה פיסת DNA קטנה ומעגלית הנספגת בתא. איור C מציג בקטריופאג המזריק DNA לתא פרוקריוטי. לאחר מכן ה-DNA משתלב בגנום. איור C מציג שני חיידקים המחוברים באמצעות פילוס. לולאה קטנה של DNA מועברת מתא אחד למשנהו דרך הפילוס.
    איור\(\PageIndex{9}\): מלבד ביקוע בינארי, ישנם שלושה מנגנונים נוספים שבאמצעותם פרוקריוטים יכולים להחליף DNA. ב (א) טרנספורמציה, התא תופס DNA פרוקריוטי ישירות מהסביבה. ה-DNA עשוי להישאר נפרד כ-DNA פלסמיד או להשתלב בגנום המארח. ב (ב) התמרה, בקטריופאג מזריק לתא DNA המכיל שבר קטן של DNA מפרוקריוט אחר. ב (ג) צימוד, DNA מועבר מתא אחד למשנהו באמצעות גשר הזדווגות המחבר בין שני התאים לאחר שפילוס המין מושך את שני החיידקים קרוב מספיק כדי ליצור את הגשר.

    חיבור אבולוציה: האבולוציה של פרוקריוטים

    כיצד עונים מדענים על שאלות לגבי התפתחות הפרוקריוטים? שלא כמו בבעלי חיים, חפצים בתיעוד המאובנים של פרוקריוטים מציעים מעט מאוד מידע. מאובנים של פרוקריוטים עתיקים נראים כמו בועות זעירות בסלע. כמה מדענים פונים לגנטיקה ולעקרון השעון המולקולרי, הגורס שככל ששני מינים התפצלו לאחרונה, כך הגנים שלהם (וכך החלבונים) יהיו דומים יותר. לעומת זאת, למינים שהתפצלו מזמן יהיו יותר גנים שונים.

    מדענים במכון האסטרוביולוגיה של נאס"א ובמעבדה האירופית לביולוגיה מולקולרית שיתפו פעולה כדי לנתח את האבולוציה המולקולרית של 32 חלבונים ספציפיים המשותפים ל-72 מינים של פרוקריוטים. 1 המודל שהם הפיקו מהנתונים שלהם מצביע על כך ששלוש קבוצות חשובות של חיידקים - אקטינובקטריה, דינוקוקוס וציאנובקטריה (שהמחברים מכנים Terrabacteria) - היו הראשונות ליישב אדמה. (נזכיר כי Deinococcus הוא סוג של פרוקריוט - חיידק - העמיד מאוד בפני קרינה מייננת.) ציאנובקטריה הם פוטוסינתזיזרים, בעוד Actinobacteria הם קבוצה של חיידקים נפוצים מאוד הכוללים מינים חשובים בפירוק פסולת אורגנית.

    לוחות הזמנים של ההתבדלות מצביעים על כך שחיידקים (חברי התחום בַּקטֶרִיָה) התפצלו ממיני אבות משותפים לפני 2.5 עד 3.2 מיליארד שנים, ואילו ארכאים התפצלו קודם לכן: בין 3.1 ל -4.1 מיליארד שנים. מאוחר יותר התפצלה אוקריה מהקו הארכאי. עוד עולה מהעבודה כי סטרומטוליטים שנוצרו לפני הופעת הציאנובקטריה (לפני כ-2.6 מיליארד שנים) עשו פוטוסינתזה בסביבה אנוקסית וכי בגלל השינויים של ה-Terrabacteria ליבשה (עמידות לייבוש והחזקת תרכובות המגנות על אורגניזם מעודף אור), פוטוסינתזה באמצעות חמצן עשויה להיות קשורה קשר הדוק להתאמות כדי לשרוד ביבשה.

    סיכום

    פרוקריוטים (תחומים ארכאה וחיידקים) הם אורגניזמים חד תאיים חסרי גרעין. יש להם חתיכה אחת של DNA מעגלי באזור הנוקלואיד של התא. לרוב הפרוקריוטים יש דופן תא שנמצאת מחוץ לגבול קרום הפלזמה. לחלק מהפרוקריוטים עשויים להיות מבנים נוספים כגון קפסולה, דגלים ופילי. חיידקים וארכיאה נבדלים זה מזה בהרכב השומנים של קרומי התא שלהם ובמאפייני דופן התא. בממברנות ארכאיות, יחידות פיטניל, ולא חומצות שומן, מקושרות לגליצרול. חלק מהממברנות הארכאיות הן חד-שכבות שומנים במקום דו-שכבות.

    דופן התא ממוקמת מחוץ לקרום התא ומונעת תמוגה אוסמוטית. ההרכב הכימי של קירות התא משתנה בין המינים. קירות תאים חיידקיים מכילים פפטידוגליקן. לדפנות התא הארכאי אין פפטידוגליקן, אך ייתכן שיש להם פסאודופפטידוגליקן, פוליסכרידים, גליקופרוטאינים או דפנות תאים מבוססות חלבון. ניתן לחלק חיידקים לשתי קבוצות עיקריות: גראם חיובי וגרם שלילי, בהתבסס על תגובת כתם הגראם. לאורגניזמים גראם חיוביים יש דופן תא עבה, יחד עם חומצות טיכואיות. לאורגניזמים גראם שליליים יש דופן תא דקה ומעטפה חיצונית המכילה ליפופוליסכרידים וליפופרוטאינים.

    חיבורי אמנות

    איור\(\PageIndex{8}\): איזו מהמשפטים הבאים נכונה?

    1. לחיידקים גראם חיוביים יש דופן תא אחת המעוגנת לקרום התא על ידי חומצה ליפוטייכואית.
    2. פורינים מאפשרים כניסה של חומרים לחיידקים גראם חיוביים וגם לחיידקים גראם שליליים.
    3. דופן התא של חיידקים גראם שליליים עבה, ודופן התא של חיידקים גראם חיוביים דקה.
    4. לחיידקים גראם שליליים יש דופן תא העשויה מפפטידוגליקן, ואילו לחיידקים גראם חיוביים יש דופן תא העשויה מחומצה ליפוטייכואית.
    תשובה

    א

    הערות שוליים

    1. 1 בטיסטוצי, FU, פייג'או, א, והדג'ס, SB. לוח זמנים גנומי של אבולוציה פרוקריוטית: תובנות לגבי מקור המתנוגנזה, פוטוטרופיה והתיישבות האדמה. ביומד סנטרל: ביולוגיה אבולוציונית 4 (2004): 44, דוי:10.1186/1471-2148-4-44.

    רשימת מילים

    כמוסה
    מבנה חיצוני המאפשר לפרוקריוט להיצמד למשטחים ומגן עליו מפני התייבשות
    הצמידה
    תהליך שבו פרוקריוטים מעבירים DNA מאדם אחד למשנהו באמצעות פילוס
    גראם שלילי
    חיידק שדופן התא שלו מכיל מעט פפטידוגליקן אך בעל קרום חיצוני
    גראם חיובי
    חיידק המכיל בעיקר פפטידוגליקן בדפנות התא שלו
    פפטידוגליקן
    חומר המורכב משרשראות פוליסכרידים המקושרות לפפטידים יוצאי דופן
    פילוס
    תוספת פני השטח של כמה פרוקריוטים המשמשים לחיבור למשטחים כולל פרוקריוטים אחרים
    פסאודופפטידוגליקן
    מרכיב של דפנות תאי ארכאה הדומה לפפטידוגליקן במורפולוגיה אך מכיל סוכרים שונים
    שכבת S
    חלבון שכבת פני השטח הקיים בחלק החיצוני של דפנות התא של ארכאה וחיידקים
    חומצה טיכואית
    פולימר הקשור לדופן התא של חיידקים גראם חיוביים
    התמרה
    תהליך שבו בקטריופאג מעביר DNA מפרוקריוט אחד למשנהו
    טרנספורמציה
    תהליך שבו פרוקריוט קולט DNA שנמצא בסביבתו ונשפך על ידי פרוקריוטים אחרים