22.2: Muundo wa Prokaryotes

Last updated
Save as PDF

Page ID: 176736

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

Ujuzi wa Kuendeleza

Eleza muundo wa msingi wa prokaryote ya kawaida
Eleza tofauti muhimu katika muundo kati ya Archaea na Bakteria

Kuna tofauti nyingi kati ya seli za prokaryotic na eukaryotic. Hata hivyo, seli zote zina miundo minne ya kawaida: utando wa plasma, ambao hufanya kazi kama kizuizi kwa seli na hutenganisha seli kutoka mazingira yake; saitoplazimu, dutu kama jelly ndani ya seli; asidi nucleic, nyenzo za maumbile ya seli; na ribosomu, ambapo protini awali hufanyika. Prokaryotes huja kwa maumbo mbalimbali, lakini wengi huanguka katika makundi matatu: cocci (spherical), bacilli (fimbo-umbo), na spirilli (mviringo) (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Sehemu ya a: Micrograph inaonyesha cocci ya umbo la mpira kuhusu microns 0.9 kwa muda mrefu. Sehemu ya b: Micrograph inaonyesha bacilli yenye umbo la moto kuhusu microns 2 kwa muda mrefu. Sehemu c: Micrograph inaonyesha corkscrew-umbo spirilli ambayo ni muda mrefu kabisa na 2 microns katika kipenyo. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Prokaryotes huanguka katika makundi matatu ya msingi kulingana na sura yao, inayoonekana hapa kwa kutumia skanning hadubini ya elektroni: (a) cocci, au spherical (jozi inavyoonyeshwa); (b) bacilli, au umbo la fimbo; na (c) spirilli, au umbo la mviringo. (mikopo a: muundo wa kazi na Janice Haney Carr, Dr. Richard Facklam, CDC; mikopo c: mabadiliko ya kazi na Dr. David Cox; data ya kiwango cha bar kutoka Matt Russell)

Kiini cha Prokaryotic

Kumbuka kwamba prokaryotes (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)) ni viumbe vya unicellular ambavyo hawana organelles au miundo mingine ya ndani ya membrane. Kwa hiyo, hawana kiini lakini badala yake kwa ujumla huwa na kromosomu moja—kipande cha DNA ya mviringo, yenye ncha mbili iliyoko katika eneo la seli inayoitwa nucleoidi. Prokaryotes nyingi zina ukuta wa seli nje ya utando wa plasma.

Kumbuka kwamba prokaryotes ni kugawanywa katika nyanja mbili tofauti, Bakteria na Archaea, ambayo pamoja na Eukarya, wanaunda nyanja tatu za maisha (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

Shina la mti wa phylogenetic ni babu wa ulimwengu wote. Mti huunda matawi mawili. Tawi moja linasababisha bakteria ya kikoa, ambayo inajumuisha proteobacteria ya phyla, chlamydias, spirochetes, cyanobacteria, na bakteria ya Gramu-chanya. Matawi mengine matawi tena, katika eukarya na archaea domains. Domain archaea ni pamoja na phyla euryarchaeotes, crenarchaeotes, nanoarchaeotes, na korarchaeotea. — Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Bakteria na Archaea zote mbili ni prokaryotes lakini hutofautiana kutosha kuwekwa katika nyanja tofauti. Baba wa Archaea ya kisasa anaaminika kuwa ametoa kupanda kwa Eukarya, uwanja wa tatu wa maisha. Phyla ya Archaeal na bakteria huonyeshwa; uhusiano wa mageuzi kati ya phyla hizi bado ni wazi kwa mjadala.

Utungaji wa ukuta wa seli hutofautiana sana kati ya vikoa Bakteria na Archaea. Utungaji wa kuta zao za seli pia hutofautiana na kuta za seli za eukaryotic zinazopatikana katika mimea (selulosi) au fungi na wadudu (chitin). Ukuta wa seli hufanya kazi kama safu ya kinga, na ni wajibu wa sura ya viumbe. Baadhi ya bakteria wana capsule ya nje nje ya ukuta wa seli. Miundo mingine iko katika aina fulani za prokaryotic, lakini si kwa wengine (Jedwali\(\PageIndex{1}\)). Kwa mfano, capsule inayopatikana katika baadhi ya spishi inawezesha viumbe kushikamana na nyuso, huilinda kutokana na upungufu wa maji mwilini na kushambuliwa na seli za phagocytic, na hufanya vimelea zaidi sugu kwa majibu yetu ya kinga. Spishi fulani pia zina flagella (umoja, flagellum) zinazotumika kwa ajili ya kukokotoa, na pili (umoja, pilus) zinazotumika kwa attachment kwa nyuso. Plasmids, ambayo inajumuisha DNA ya ziada ya chromosomal, pia iko katika aina nyingi za bakteria na archaea.

Tabia ya phyla ya Bakteria ni ilivyoelezwa katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\) na Kielelezo\(\PageIndex{5}\); Archaea ni ilivyoelezwa katika Kielelezo\(\PageIndex{6}\).

Tabia ya phyla tano ya bakteria huelezwa. Phylum ya kwanza iliyoelezwa ni proteobacteria, ambayo inajumuisha madarasa tano, alpha, beta, gamma, delta na epsilon. Spishi nyingi za Alpha Proteobacteria ni photoautotrophic lakini baadhi ni symbionts ya mimea na wanyama, na nyingine ni vimelea. Mitochondria ya Eukaryotiki inadhaniwa kuwa inayotokana na bakteria katika kundi hili. Mwakilishi aina ni pamoja na Rhizobium, nitrojeni fixing endosymbiont kuhusishwa na mizizi ya kunde, na Rickettsia, wajibu vimelea ndani ya seli ambayo husababisha typhus na Rocky Mountain Spotted Fever (lakini si chirwa, ambayo husababishwa na upungufu wa vitamini C). Micrograph inaonyesha Rickettsia yenye umbo la fimbo ndani ya seli kubwa ya eukaryotiki. Beta Proteobacteria ni kundi tofauti la bakteria. Aina fulani zina jukumu muhimu katika mzunguko wa nitrojeni. Mwakilishi aina ni pamoja na Nitrosomas, ambayo oxidize amonia katika nitrate, na Spirillum minus, ambayo husababisha panya bite homa. Micrograph ya Spirillum ya umbo la spirillum inavyoonyeshwa. Gamma Proteobacteria ni pamoja na wengi ni symbionts manufaa kwamba populate gut binadamu, pamoja na vimelea ukoo binadamu. Aina fulani kutoka kwa kikundi hiki husafisha misombo ya sulfuri. Aina za mwakilishi ni pamoja na Escherichia coli, kwa kawaida microbe yenye manufaa ya utumbo wa binadamu, lakini baadhi ya Matatizo husababisha ugonjwa; Salmonella, aina fulani ambazo husababisha sumu ya chakula, na homa ya matumbo; Yersinia tazi-wakala wa causative wa pigo la Bubonic; Psuedomonas aeruganosa— husababisha maambukizi ya mapafu; Vibrio kipindupindu, wakala causative ya kipindupindu, na chromatium—sulfuri zinazozalisha bakteria ambazo huoksidisha sulfuri, huzalisha H2S. Micrograph inaonyesha fimbo-umbo Vibrio kipindupindu, ambayo ni kuhusu 1 micron muda mrefu. Baadhi ya spishi za delta Proteobacteria huzalisha mwili wa mazao ya spore-kutengeneza katika hali mbaya. Wengine hupunguza sulfate na sulfuri. Aina za mwakilishi ni pamoja na Myxobacteria, ambayo huzalisha miili ya mazao ya spore-kutengeneza katika hali mbaya na Desulfovibrio vulgaris, bakteria ya aneorobic, kupunguza sulfuri. Micrograph inaonyesha bakteria ya Desulfovibrio vulgaris yenye umbo la fimbo yenye bendera ndefu. Epsilon Proteobacteria inajumuisha spishi nyingi zinazoishi katika njia ya utumbo wa wanyama kama symbionts au vimelea. Bakteria kutoka kundi hili wamepatikana katika matundu ya hydrothermal ya kina ya bahari na makazi ya seep baridi. Phylum inayofuata iliyoelezwa ni chlamydias. Wanachama wote wa kundi hili wanatakiwa vimelea vya intracellular ya seli za wanyama. Kuta za seli hazina peptidoglycan. Micrograph inaonyesha smear ya pap ya seli zilizoambukizwa na Chlamydia trachomatis. Maambukizi ya Klamidia ni magonjwa ya kawaida ya ngono na yanaweza kusababisha upofu. Wanachama wote wa Spirochetes phylum wana seli za mviringo. Wengi ni anaerobes ya kuishi bure, lakini baadhi ni pathogenic. Flagella huendesha urefu katika nafasi ya periplasmic kati ya membrane ya ndani na nje. Spishi za mwakilishi ni pamoja na Treponema pallidum, wakala wa causative wa kaswende na Borrelia burgdorferi, wakala causative wa ugonjwa wa Lyme Micrograph inaonyesha corkscrew-umbo Trepanema pallidum, takriban 1 micron kote. Bakteria katika phylum Cyanobacteria, pia inajulikana kama mwani wa bluu-kijani, hupata nishati zao kupitia usanisinuru. Wao ni ubiquitous, hupatikana katika mazingira ya duniani, baharini, na maji safi. Chloroplasts Eukaryotic ni mawazo kuwa inayotokana na bakteria katika kundi hili. Prochlorococcus ya cyanobacterium inaaminika kuwa ni viumbe vingi vya photosynthetic duniani, vinavyohusika na kuzalisha nusu ya oksijeni duniani. Micrograph inaonyesha aina ndefu, nyembamba yenye umbo la fimbo inayoitwa Phormidium. Bakteria ya Gramu-chanya huwa na ukuta wa seli nene na hawana utando wa nje. Wanachama wa udongo wa kikundi hiki hutengana na suala la kikaboni. Aina fulani husababisha magonjwa. Aina za mwakilishi ni pamoja na Bacillus anthracis, ambayo husababisha anthrax; Clostridium botulinum, ambayo husababisha botulism; Clostridium difficile, ambayo husababisha kuhara wakati wa tiba ya antibiotic; Streptomyces, ambayo antibiotics nyingi, ikiwa ni pamoja na streptomyocin, na Mycoplasmas, ndogo inayojulikana bakteria, ambayo hawana ukuta wa seli. Baadhi ni maisha ya bure, na baadhi ni pathogenic. Micrograph inaonyesha Clostridium difficile, ambayo ni fimbo-umbo na kuhusu microns 3 kwa muda mrefu. — Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Phylum Proteobacteria ni moja ya hadi 52 bakteria phyla. Proteobacteria imegawanyika zaidi katika madarasa matano, Alpha kupitia Epsilon. (mikopo “Rickettsia rickettsia”: mabadiliko ya kazi na CDC; mikopo “Spirillum minus”: mabadiliko ya kazi na Wolframm Adlassnig; mikopo “Vibrio kipindupindu”: mabadiliko ya kazi na Janice Haney Carr, CDC; mikopo “Desulfovibrio vulgaris”: mabadiliko ya kazi na Graham Bradley; mikopo “Campylobacter”: muundo ya kazi na De Wood, Pooley, USDA, ARS, EMU; data wadogo bar kutoka Matt Russell)

Jedwali hili linaloelezea aina nne za bakteria, Chlamydia, Spirochaetae, Cyanobacteria, na Gram-chanya. Jedwali linapangwa na phylum, viumbe vyao vya mwakilishi, na micrograph mwakilishi — Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Chlamydia, Spirochetes, Cyanobacteria, na bakteria ya Gramu-chanya huelezwa katika meza hii. Kumbuka kwamba sura ya bakteria sio tegemezi ya phylum; bakteria ndani ya phylum inaweza kuwa cocci, umbo la fimbo, au ond. (mikopo “Chlamydia trachomatis”: mabadiliko ya kazi na Dr. Lance Liotta Maabara, NCI; mikopo “Treponema pallidum”: mabadiliko ya kazi na Dk David Cox, CDC; mikopo “Phormidium”: mabadiliko ya kazi na USGS; mikopo “Clostridium difficile”: mabadiliko ya kazi na Lois S. Wiggs, CDC; data ya wadogo kutoka Matt Russell)

Tabia za phyla nne za archaea zinaelezwa. Euryarchaeotes inajumuisha methanogens, ambayo huzalisha methane kama bidhaa za taka za kimetaboliki, na halobacteria, ambazo huishi katika mazingira ya salini kali. Methanogens husababisha kupuuza kwa wanadamu na wanyama wengine. Halobacteria inaweza kukua katika blooms kubwa zinazoonekana nyekundu, kutokana na kuwepo kwa bacterirhodopsin kwenye membrane. Bacteriorhodopsin inahusiana na rhodopsin ya rangi ya retinal. Micrograph inaonyesha Halobacterium yenye umbo la fimbo. Wanachama wa Crenarchaeotes phylum ya kawaida huwa na jukumu muhimu katika kuimarisha kaboni. Wanachama wengi wa kundi hili ni extremophiles tegemezi sulfuri. Baadhi ni thermophilic au hyperthermophilic. Micrograph inaonyesha Sulfolobus yenye umbo la koksi, jenasi ambayo inakua katika chemchem za volkeno kwenye joto kati ya 75° na 80°C na kwenye pH kati ya 2 na 3. Nanoarchaeotes ya phylum kwa sasa ina aina moja tu, Nanoarchaeum equitans, ambayo imetengwa kutoka chini ya Bahari ya Atlantiki, na kutoka kwenye vent hydrothermal katika Hifadhi ya Taifa ya Yellowstone. Ni symbiont wajibu na Ignococcus, aina nyingine ya archaebacteria. Micrograph inaonyesha mbili ndogo, pande zote N. equitans seli masharti ya seli kubwa Ignococcus. Korarchaeotes huchukuliwa kuwa mojawapo ya aina nyingi za maisha na hadi sasa zimepatikana tu katika Pool ya Obsidian, chemchemi ya moto katika Hifadhi ya Taifa ya Yellowstone. Micrograph inaonyesha aina ya sampuli kutoka kundi hili ambayo hutofautiana katika sura. — Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Archaea ni kutengwa katika phyla nne: Korarchaeota, Euryarchaeota, Crenarchaeota, na Nanoarchaeota. (mikopo “Halobacterium”: mabadiliko ya kazi na NASA; mikopo “Nanoarchaotum equitans”: mabadiliko ya kazi na Karl O. Stetter; mikopo “korarchaeota”: mabadiliko ya kazi na Ofisi ya Sayansi ya Marekani Dept ya Nishati; data ya kiwango cha bar kutoka Matt Russell)

Membrane ya Plasma

Utando wa plasma ni bilayer nyembamba ya lipidi (nanometers 6 hadi 8) inayozunguka kabisa kiini na hutenganisha ndani kutoka nje. Hali yake inayoweza kupenyeka inaweka ions, protini, na molekuli nyingine ndani ya seli na kuzizuia kuenea katika mazingira ya ziada, wakati molekuli nyingine zinaweza kuhamia kupitia utando. Kumbuka kwamba muundo wa jumla wa membrane ya seli ni phospholipid bilayer linajumuisha tabaka mbili za molekuli za lipid. Katika membrane archaeal kiini, isoprene (phytanyl) minyororo wanaohusishwa na glycerol kuchukua nafasi ya asidi fatty wanaohusishwa na glycerol katika utando bakteria. Baadhi ya membrane archaeal ni monolayers lipid badala ya bilayers (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)).

Mfano huu unalinganisha phospholipids kutoka Bakteria na Eukarya kwa wale kutoka Archaea. Katika Bakteria na Eukarya, asidi ya mafuta huunganishwa na glycerol na uhusiano wa ester, wakati katika Archaea, minyororo ya isoprene huhusishwa na glycerol na uhusiano wa ether. Katika uhusiano wa ester, kaboni ya kwanza katika mlolongo wa asidi ya mafuta ina oksijeni mara mbili iliyounganishwa nayo, wakati katika uhusiano wa ether, haifai. Katika Archaea, minyororo ya isoprene ina vikundi vya methyl vinavyotembea mbali nao, ilhali matawi hayo hayapo katika Bakteria na Eukarya. Aina zote mbili za phospholipids husababisha tabaka sawa za lipid. — Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Phospholipids ya Archaeal hutofautiana na yale yaliyopatikana katika Bakteria na Eukarya kwa njia mbili. Kwanza, wana matawi ya phytanyl sidechains badala ya wale linear. Pili, dhamana ya ether badala ya dhamana ya ester huunganisha lipid kwa glycerol.

ukuta kiini

Cytoplasm ya seli za prokaryotic ina mkusanyiko mkubwa wa solutes kufutwa. Kwa hiyo, shinikizo la osmotic ndani ya seli ni la juu. Ukuta wa seli ni safu ya kinga inayozunguka seli fulani na huwapa sura na rigidity. Iko nje ya membrane ya seli na kuzuia lysis ya osmotic (kupasuka kutokana na kuongezeka kwa kiasi). Utungaji wa kemikali wa kuta za seli hutofautiana kati ya archaea na bakteria, na pia hutofautiana kati ya aina za bakteria.

Kuta za seli za bakteria zina peptidoglycan, linajumuisha minyororo ya polysaccharide ambayo huunganishwa msalaba na peptidi isiyo ya kawaida iliyo na asidi amino L- na D-ikiwa ni pamoja na asidi D-glutamic na D-alanine. Protini huwa na asidi L-amino tu; kama matokeo, wengi wa antibiotics zetu hufanya kazi kwa kuiga asidi D-amino na hivyo kuwa na athari maalum juu ya maendeleo ya ukuta wa seli za bakteria. Kuna aina zaidi ya 100 ya peptidoglycan. S-safu (safu ya uso) protini pia zipo nje ya kuta za seli za archaea na bakteria.

Bakteria imegawanywa katika makundi mawili makuu: Gram chanya na Gram hasi, kulingana na majibu yao kwa uchafu wa Gram. Kumbuka kwamba bakteria zote za Gramu-chanya ni za phylum moja; bakteria katika phyla nyingine (Proteobacteria, Chlamydias, Spirochetes, Cyanobacteria, na wengine) ni Gram-hasi. Njia ya kudanganya Gram ni jina la mwanzilishi wake, mwanasayansi wa Denmark Hans Christian Gram (1853—1938). Majibu tofauti ya bakteria kwa utaratibu wa uchafu ni hatimaye kutokana na muundo wa ukuta wa seli. Gram-chanya viumbe kawaida kukosa utando wa nje kupatikana katika viumbe Gram-hasi (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Hadi asilimia 90 ya ukuta wa seli katika bakteria ya Gram-chanya hujumuisha peptidoglycan, na wengi wa wengine hujumuisha vitu tindikali vinavyoitwa asidi teichoic. Asidi Teichoic inaweza kuwa covalently wanaohusishwa na lipids katika utando plasma kuunda asidi lipoteichoic. Asidi ya Lipoteichoic nanga ukuta wa seli kwenye membrane ya seli. Bakteria ya Gramu-hasi huwa na ukuta mwembamba wa seli unaojumuisha tabaka chache za peptidoglycan (asilimia 10 tu ya ukuta wa seli jumla), unaozungukwa na bahasha ya nje iliyo na lipopolisakaridi (LPS) na lipoproteini. Bahasha hii ya nje wakati mwingine hujulikana kama safu ya pili ya lipid. Kemia ya bahasha hii ya nje ni tofauti sana, hata hivyo, na ile ya kawaida ya lipid bilayer ambayo huunda utando wa plasma.

Sanaa Connection

Mfano wa kushoto unaonyesha ukuta wa seli wa bakteria ya Gram-chanya. Ukuta wa seli ni safu nene ya peptidoglycan iliyopo nje ya utando wa plasma. Molekuli ndefu, nyembamba inayoitwa asidi ya lipoteichoiki hutia nanga ukuta wa seli kwenye utando wa seli. Mfano sahihi unaonyesha bakteria ya Gramu-hasi. Katika bakteria ya Gramu-hasi, ukuta mwembamba wa seli ya peptidoglycan hupigwa kati ya utando wa nje na wa ndani wa plasma. Nafasi kati ya membrane mbili inaitwa nafasi ya periplasmic. Lipoproteins nanga ukuta wa seli kwa utando wa nje. Lipopolysaccharides hutembea kutoka kwenye membrane ya nje. Porini ni protini katika utando wa nje ambao huruhusu kuingia kwa vitu. — Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Bakteria imegawanywa katika makundi mawili makuu: Gram chanya na Gram hasi. Makundi yote mawili yana ukuta wa seli linajumuisha peptidoglycan: katika bakteria ya Gram-chanya, ukuta ni nene, wakati katika bakteria ya Gram-hasi, ukuta ni nyembamba. Katika bakteria ya Gramu-hasi, ukuta wa seli umezungukwa na utando wa nje ambao una lipopolysaccharides na lipoproteins. Porini ni protini katika utando huu wa seli ambazo huruhusu vitu kupita kwenye utando wa nje wa bakteria ya Gramu-hasi. Katika bakteria ya Gram-chanya, asidi lipoteichoic nanga ukuta wa seli kwenye membrane ya seli. (mikopo: muundo wa kazi na “Franciscosp2"/Wikimedia Commons)

Ni ipi kati ya kauli zifuatazo ni kweli?

Bakteria ya Gram-chanya huwa na ukuta wa seli moja iliyowekwa kwenye utando wa seli na asidi ya lipoteichoiki.
Porins kuruhusu kuingia kwa vitu katika bakteria zote za Gram-chanya na Gramu-hasi.
Ukuta wa seli ya bakteria ya Gram-hasi ni nene, na ukuta wa seli ya bakteria ya Gram-chanya ni nyembamba.
Bakteria ya Gramu-hasi wana ukuta wa seli uliofanywa na peptidoglycan, ambapo bakteria ya Gram-chanya wana ukuta wa seli uliofanywa na asidi lipoteichoiki.

Kuta za kiini za Archaean hazina peptidoglycan. Kuna aina nne tofauti za kuta za seli za Archaean. Aina moja inajumuisha pseudopeptidoglycan, ambayo ni sawa na peptidoglycan katika morpholojia lakini ina sukari tofauti katika mlolongo wa polysaccharide. Aina nyingine tatu za kuta za seli zinajumuisha polysaccharides, glycoproteins, au protini safi.

**Jedwali\(\PageIndex{1}\):** Tofauti za miundo na Kufanana kati ya Bakteria na Archaea
Tabia ya kimuundo	Bakteria	Archaea
Aina ya kiini	Prokaryotic	Prokaryotic
Kiini morpholojia	Variable	Variable
Ukuta wa kiini	Ina peptidoglycan	Haina peptidoglycan
Aina ya membrane ya seli	Lipid bilayer	Lipid bilayer au monolayer lipid
Plasma utando lipids	Asidi ya mafuta	Vikundi vya Phytanyl

Uzazi

Uzazi katika prokaryotes ni asexual na kawaida hufanyika kwa fission binary. Kumbuka kwamba DNA ya prokaryote ipo kama chromosome moja, mviringo. Prokaryotes haipatikani mitosis. Badala yake kromosomu inaelezewa na nakala mbili zinazosababisha hutofautiana, kutokana na ukuaji wa seli. Prokaryote, sasa imeenea, imefungwa ndani ya equator yake na seli mbili zinazosababisha, ambazo ni clones, tofauti. Binary fission haitoi fursa kwa recombination maumbile au utofauti wa maumbile, lakini prokaryotes inaweza kushiriki jeni kwa njia nyingine tatu.

Katika mabadiliko, prokaryote inachukua katika DNA inayopatikana katika mazingira yake ambayo yanamwagika na prokaryotes nyingine. Ikiwa bakteria isiyo na pathogenic inachukua DNA kwa jeni la sumu kutoka kwa pathojeni na inashirikisha DNA mpya katika kromosomu yake mwenyewe, pia inaweza kuwa pathogenic. Katika transduction, bacteriophages, virusi vinavyoambukiza bakteria, wakati mwingine pia huhamisha vipande vifupi vya DNA ya chromosomal kutoka kwa bakteria moja hadi nyingine. Transduction matokeo katika viumbe recombinant. Archaea haziathiriwa na bacteriophages lakini badala yake zina virusi vyao ambavyo hubadilisha nyenzo za maumbile kutoka kwa mtu mmoja hadi mwingine. Katika kuunganishwa, DNA huhamishwa kutoka kwa prokaryote moja hadi nyingine kwa njia ya pilus, ambayo huleta viumbe kuwasiliana na kila mmoja. DNA iliyohamishwa inaweza kuwa katika mfumo wa plasmid au kama mseto, iliyo na DNA ya plasmid na chromosomal. Michakato hii mitatu ya kubadilishana DNA ni inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{9}\).

Uzazi unaweza kuwa haraka sana: dakika chache kwa aina fulani. Muda huu mfupi wa kizazi pamoja na taratibu za urekebishaji wa maumbile na viwango vya juu vya mabadiliko husababisha mageuzi ya haraka ya prokaryotes, na kuwaruhusu kujibu mabadiliko ya mazingira (kama vile kuanzishwa kwa antibiotiki) haraka sana.

Mchoro A unaonyesha kipande kidogo, cha mviringo cha DNA kinachukuliwa na kiini. Mchoro C unaonyesha DNA inayoingiza bacteriophage ndani ya seli ya prokaryotiki. DNA kisha anapata kuingizwa katika genome. Mchoro C unaonyesha bakteria mbili zilizounganishwa na pilus. Kitanzi kidogo cha DNA kinahamishwa kutoka kiini kimoja hadi kingine kupitia pilus. — Kielelezo\(\PageIndex{9}\): Mbali na fission ya binary, kuna njia nyingine tatu ambazo prokaryotes zinaweza kubadilishana DNA. Katika (a) mabadiliko, kiini huchukua DNA ya prokaryotiki moja kwa moja kutoka kwenye mazingira. DNA inaweza kubaki tofauti kama DNA ya plasmid au kuingizwa katika jenomu ya jeshi. Katika (b) transduction, bacteriophage injects DNA ndani ya seli ambayo ina kipande kidogo cha DNA kutoka prokaryote tofauti. Katika (c) conjugation, DNA huhamishwa kutoka seli moja hadi nyingine kupitia daraja la kuunganisha linalounganisha seli hizo mbili baada ya pilus ya ngono huchota bakteria hizo mbili karibu kutosha kuunda daraja.

Evolution Connection: Mageuzi ya Prokaryotes

Wanasayansi wanajibu maswali kuhusu mageuzi ya prokaryotes? Tofauti na wanyama, mabaki katika rekodi ya mafuta ya prokaryotes hutoa habari kidogo sana. Fossils ya prokaryotes ya kale inaonekana kama Bubbles vidogo katika mwamba. Wanasayansi wengine hugeuka kwenye genetics na kanuni ya saa ya Masi, ambayo inashikilia kuwa aina mbili za hivi karibuni zimegeuka, jeni zao zinafanana zaidi (na hivyo protini) zitakuwa. Kinyume chake, spishi zilizotengana zamani zitakuwa na jeni zaidi ambazo hazifanani.

Wanasayansi katika Taasisi ya Astrobiolojia ya NASA na katika Maabara ya Biolojia ya Masi ya Ulaya walishirikiana kuchambua mageuzi ya Masi ya protini maalum 32 zinazofanana na spishi 72 za prokaryotes. ¹ Mfano wao inayotokana na data zao unaonyesha kwamba makundi matatu muhimu ya bakteria-actinobacteria, Deinococcus, na Cyanobacteria (ambayo waandishi wito Terrabacteria) -walikuwa wa kwanza kutawala ardhi. (Kumbuka kwamba Deinococcus ni jenasi ya prokaryote-bacterium-ambayo ni sugu sana kwa mionzi ionizing.) Cyanobacteria ni photosynthesizers, wakati Actinobacteria ni kundi la bakteria ya kawaida sana ambayo ni pamoja na spishi muhimu katika utengano wa taka za kikaboni.

Muda wa tofauti unaonyesha kwamba bakteria (wanachama wa uwanja Bakteria) walijitenga kutoka kwa aina za kawaida za mababu kati ya miaka 2.5 na 3.2 iliyopita, wakati archaea ilibadilika mapema: kati ya miaka bilioni 3.1 na 4.1 iliyopita. Eukarya baadaye alikataa mstari wa Archaean. Kazi zaidi inaonyesha kwamba stromatolites kwamba sumu kabla ya ujio wa cyanobacteria (karibu miaka bilioni 2.6 iliyopita) photosynthesized katika mazingira anoxic na kwamba kwa sababu ya marekebisho ya Terrabacteria kwa ardhi (upinzani dhidi ya kukausha na milki ya misombo kulinda viumbe kutoka mwanga kupita kiasi), photosynthesis kutumia oksijeni inaweza kuwa karibu wanaohusishwa na marekebisho ya kuishi juu ya ardhi.

Muhtasari

Prokaryotes (domains Archaea na Bakteria) ni viumbe single-seli kukosa kiini. Wana kipande kimoja cha DNA ya mviringo katika eneo la nucleoid ya seli. Prokaryotes nyingi zina ukuta wa seli unao nje ya mipaka ya utando wa plasma. Baadhi ya prokaryotes wanaweza kuwa na miundo ya ziada kama vile capsule, flagella, na pili. Bakteria na Archaea hutofautiana katika utungaji wa lipid wa membrane zao za seli na sifa za ukuta wa seli. Katika membrane ya archaeal, vitengo vya phytanyl, badala ya asidi ya mafuta, vinahusishwa na glycerol. Baadhi ya membrane archaeal ni monolayers lipid badala ya bilayers.

Ukuta wa seli iko nje ya membrane ya seli na kuzuia lisisi ya osmotiki. Utungaji wa kemikali wa kuta za seli hutofautiana kati ya aina. Ukuta wa seli za bakteria zina peptidoglycan. Kuta za seli za Archaean hazina peptidoglycan, lakini zinaweza kuwa na pseudopeptidoglycan, polysaccharides, glycoproteins, au kuta za seli za protini. Bakteria inaweza kugawanywa katika makundi mawili makuu: Gram chanya na Gram hasi, kulingana na mmenyuko wa stain ya Gram. Viumbe vya Gram-chanya vina ukuta wa seli nyembamba, pamoja na asidi teichoic. Viumbe vya Gramu-hasi vina ukuta mwembamba wa seli na bahasha ya nje yenye lipopolysaccharides na lipoproteins.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Ni ipi kati ya kauli zifuatazo ni kweli?

Bakteria ya Gram-chanya huwa na ukuta wa seli moja iliyowekwa kwenye utando wa seli na asidi ya lipoteichoiki.
Porins kuruhusu kuingia kwa vitu katika bakteria zote za Gram-chanya na Gramu-hasi.
Ukuta wa seli ya bakteria ya Gram-hasi ni nene, na ukuta wa seli ya bakteria ya Gram-chanya ni nyembamba.
Bakteria ya Gramu-hasi wana ukuta wa seli uliofanywa na peptidoglycan, ambapo bakteria ya Gram-chanya wana ukuta wa seli uliofanywa na asidi lipoteichoiki.

Jibu: A

maelezo ya chini

1 Battistuzzi, FU, Feijao, A, na ua, SB. Muda wa genomic wa mageuzi ya prokaryote: Maarifa katika asili ya methanogenesis, phototrophy, na ukoloni wa ardhi. Biomed Central: Mabadiliko ya Biolojia 4 (2004): 44, doi:10.1186/1471-2148-4-44.

faharasa

kidonge: muundo wa nje unaowezesha prokaryote kuunganisha kwenye nyuso na kuilinda kutokana na upungufu wa maji mwilini

kunyambua: mchakato ambao prokaryotes hoja DNA kutoka kwa mtu mmoja hadi mwingine kwa kutumia pilus

Gram hasi: bakteria, ambayo ukuta wa seli ina peptidoglycan kidogo, lakini ina utando wa nje

Gram chanya: bakteria ambayo ina hasa peptidoglycan katika kuta zake za seli

peptidoglycan: vifaa linajumuisha minyororo polysaccharide msalaba-wanaohusishwa na peptidi kawaida

pilus: kipande cha uso cha prokaryotes fulani kutumika kwa attachment kwa nyuso, ikiwa ni pamoja na prokaryotes nyingine.

pseudopeptidoglycan: sehemu ya kuta archaea kiini kwamba ni sawa na peptidoglycan katika morphology lakini ina sukari mbalimbali

S-safu: uso safu protini sasa juu ya nje ya kuta kiini ya archaea na bakteria

asidi teichoic: polymer kuhusishwa na ukuta wa seli ya bakteria Gram-chanya

transduction: mchakato ambao bacteriophage hatua DNA kutoka prokaryote moja hadi nyingine

mabadiliko: mchakato ambao prokaryote inachukua katika DNA kupatikana katika mazingira yake ambayo ni kumwaga na prokaryotes nyingine