Oma artiklis käsitleme prokarüootide ja eukarüootide struktuuri. Need organismid erinevad oluliselt organisatsiooni taseme poolest. Ja selle põhjuseks on geneetilise informatsiooni struktuuri iseärasused.
Prokarüootsete rakkude struktuuri tunnused
Prokarüootid on kõik elusorganismid, mille rakud ei sisalda tuuma. Viie kaasaegse eluslooduse kuningriigi esindajatest kuulub neile ainult üks - Bakterid. Kaalutavate prokarüootide hulka kuuluvad ka sinivetikad ja arheed.
Hoolimata moodustunud tuuma puudumisest nende rakkudes sisaldavad nad geneetilist materjali. See võimaldab salvestada ja edastada pärilikku teavet, kuid piirab paljunemismeetodite mitmekesisust. Kõik prokarüootid paljunevad, jagades oma rakud kaheks. Nad ei ole võimelised mitoosiks ja meioosiks.
Prokarüootide ja eukarüootide struktuur
Prokarüootide ja eukarüootide struktuursed tunnused, mis neid eristavad, on üsna olulised. Lisaks geneetilise materjali struktuurile kehtib see ka paljude organellide kohta. Eukarüootid, mille hulka kuuluvad taimed, seened ja loomad, sisalduvad tsütoplasmasmitokondrid, Golgi kompleks, endoplasmaatiline retikulum, palju plastiide. Prokarüootidel neid pole. Rakusein, mis neil mõlemal on, erineb keemilise koostise poolest. Bakterites koosneb see liitsüsivesikutest pektiinist või mureiinist, taimedes aga tselluloosil ja seentes kitiinist.
Avastuste ajalugu
Prokarüootide ehituse ja eluviisi tunnused said teadlastele teada alles 17. sajandil. Ja seda hoolimata asjaolust, et need olendid on planeedil eksisteerinud selle algusest peale. 1676. aastal uuris neid esmakordselt läbi optilise mikroskoobi selle looja Anthony van Leeuwenhoek. Nagu kõiki mikroskoopilisi organisme, nimetas teadlane neid "loomadeks". Mõiste "bakterid" ilmus alles 19. sajandi alguses. Selle pakkus välja kuulus saksa loodusteadlane Christian Ehrenberg. Mõiste "prokarüootid" tekkis hiljem, elektronmikroskoobi loomise ajastul. Ja alguses tuvastasid teadlased erinevate olendite rakkude geneetilise aparaadi struktuuri erinevuste fakti. E. Chatton tegi 1937. aastal ettepaneku ühendada organismid selle tunnuse järgi kahte rühma: pro- ja eukarüootid. See jaotus eksisteerib tänapäevani. 20. sajandi teisel poolel avastati prokarüootide endi vahel eristus: arheed ja bakterid.
Pinnaseadme omadused
Prokarüootide pinnaaparaat koosneb membraanist ja rakuseinast. Igal neist osadest on oma omadused. Nende membraani moodustab lipiidide ja valkude topeltkiht. prokarüootid,mille struktuur on üsna primitiivne, on neil kahte tüüpi rakuseina struktuur. Seega koosneb see grampositiivsetes bakterites peamiselt peptidoglükaanist, selle paksus on kuni 80 nm ja on tihed alt membraaniga külgnev. Selle struktuuri iseloomulik tunnus on pooride olemasolu, mille kaudu tungivad läbi mitmed molekulid. Gramnegatiivsete bakterite rakusein on väga õhuke – maksimaalselt kuni 3 nm. See ei kleepu tihed alt membraanile. Mõnel prokarüootide esindajal on ka välisküljel limaskesta kapsel. See kaitseb organisme kuivamise, mehaaniliste kahjustuste eest ja loob täiendava osmootse barjääri.
Prokarüootsed organellid
Prokarüootide ja eukarüootide raku struktuuril on oma olulised erinevused, mis seisnevad peamiselt teatud organellide olemasolus. Need püsivad struktuurid määravad organismide kui terviku arengutaseme. Enamik neist puudub prokarüootides. Nendes rakkudes toimub valkude süntees ribosoomide kaudu. Vees elavad prokarüootid sisaldavad aerosoome. Need on gaasiõõnsused, mis tagavad ujuvuse ja reguleerivad organismide sukeldusastet. Ainult prokarüootid sisaldavad mesosoome. Need tsütoplasmaatilise membraani voldid tekivad ainult keemilise fikseerimise meetodite kasutamisel prokarüootsete rakkude ettevalmistamisel mikroskoopiaks. Bakterite ja arheide liikumisorganellideks on ripsmed või lipukesed. Ja aluspinnale kinnitamine toimub joomise teel. Neid valgusilindritest moodustunud struktuure nimetatakse ka villideks ja fimbriateks.
Mis on nukleoid
Kuid kõige olulisem erinevus on prokarüootide ja eukarüootide geeni struktuur. Kõik need organismid omavad pärilikku teavet. Eukarüootides asub see moodustunud tuuma sees. Sellel kahemembraanilisel organellil on oma maatriks, mida nimetatakse nukleoplasmaks, ümbriseks ja kromatiiniks. Siin ei teostata mitte ainult geneetilise teabe salvestamist, vaid ka RNA molekulide sünteesi. Tuumades moodustavad nad seejärel ribosoomide subühikud – organellid, mis vastutavad valgusünteesi eest.
Prokarüootsete geenide struktuur on lihtsam. Nende pärilikkusainet esindab nukleoidne või tuumapiirkond. Prokarüootide DNA ei ole kromosoomidesse pakitud, vaid sellel on ümmargune suletud struktuur. Nukleoid sisaldab ka RNA-d ja valgu molekule. Viimased on oma funktsioonilt sarnased eukarüootsete histoonidega. Nad osalevad DNA dubleerimises, RNA sünteesis, keemilise struktuuri parandamises ja nukleiinhapete katkemises.
Elutegevuse tunnused
Prokarüootid, kelle struktuur pole keeruline, viivad läbi üsna keerulisi eluprotsesse. See on toitumine, hingamine, omamoodi sigimine, liikumine, ainevahetus… Ja kõigeks selleks on võimeline vaid üks mikroskoopiline rakk, mille suurus ulatub kuni 250 mikronini! Nii et primitiivsusest saab rääkida ainult suhteliselt.
Prokarüootide struktuuri tunnused määravad kindlaks nende füsioloogia mehhanismid. Näiteks on nad võimelised energiat vastu võtma kolmel viisil. Esimene onkääritamine. Seda viivad läbi mõned bakterid. See protsess põhineb redoksreaktsioonidel, mille käigus sünteesitakse ATP molekule. See on keemiline ühend, mille lõhenemisel vabaneb energia mitmes etapis. Seetõttu ei kutsuta seda asjata "elemendipatareiks". Järgmine viis on hingamine. Selle protsessi põhiolemus on orgaaniliste ainete oksüdatsioon. Mõned prokarüootid on võimelised fotosünteesiks. Näiteks on sinivetikad ja lillad bakterid, mis sisaldavad oma rakkudes plastiide. Kuid arhead on võimelised klorofüllivabaks fotosünteesiks. Selle protsessi käigus süsinikdioksiid ei fikseerita, vaid moodustuvad vahetult ATP molekulid. Nii et sisuliselt on see tõeline fotofosforüülimine.
Toidu tüüp
Bakterid ja arheed on prokarüootid, mille struktuur võimaldab neil läbi viia erinevaid toitumisviise. Mõned neist on autotroofid. Need organismid ise sünteesivad fotosünteesi käigus orgaanilisi aineid. Selliste prokarüootide rakud sisaldavad klorofülli. Mõned bakterid saavad energiat teatud orgaaniliste ühendite lagundamisel. Nende toitumistüüpi nimetatakse kemotroofseks. Selle rühma esindajad on raua- ja väävlibakterid. Teised imavad ainult valmisühendeid. Neid nimetatakse heterotroofideks. Enamik neist juhib parasiitide eluviisi ja elab ainult teiste olendite rakkudes. Selle rühma erinevad liigid on ka saprotroofid. Nad toituvad jääkainetest võilagunev orgaaniline aine. Nagu näete, on prokarüootide toitumisviis üsna mitmekesine. See asjaolu aitas kaasa nende laialdasele levikule kõigis elupaikades.
Reproduktsioonivormid
Prokarüootid, mille struktuuri esindab üks rakk, paljunevad selle kaheks osaks jagamisel või pungudes. See omadus on tingitud ka nende geneetilise aparaadi struktuurist. Binaarse lõhustumise protsessile eelneb dubleerimine ehk DNA replikatsioon. Sel juhul keritakse esm alt lahti nukleiinhappemolekul, misjärel iga ahel dubleeritakse vastav alt komplementaarsuse põhimõttele. Selle tulemusena moodustunud kromosoomid lahknevad pooluste suunas. Rakud suurenevad, nende vahele tekib ahenemine ja seejärel toimub nende lõplik isoleerimine. Mõned bakterid on samuti võimelised moodustama aseksuaalselt paljunevaid rakke – eoseid.
Bakterid ja arheed: eristavad tunnused
Arhea oli pikka aega koos bakteritega Drobjanka kuningriigi esindajad. Tõepoolest, neil on palju sarnaseid struktuurilisi tunnuseid. See on peamiselt nende rakkude suurus ja kuju. Biokeemilised uuringud on aga näidanud, et neil on mitmeid sarnasusi eukarüootidega. See on ensüümide olemus, mille mõjul toimuvad RNA ja valgumolekulide sünteesi protsessid.
Söötmisviisi järgi on enamik neist kemotroofid. Veelgi enam, ained, mis lagunevad energia saamise protsessis arheide poolt, on mitmekesisemad. Need on nii liitsüsivesikud kuiammoniaak ja metalliühendid. Arheide hulgas on ka autotroofe. Väga sageli astuvad nad sümbiootilistesse suhetesse. Arheide hulgas parasiite ei leidu. Kõige sagedamini leidub looduses kommensaale ja vastastikusi. Esimesel juhul toituvad arheed peremeesorganismi ainetest, kuid ei kahjusta seda. Vastupidiselt seda tüüpi sümbioosile saavad vastastikuses suhtes mõlemad organismid kasu. Mõned neist on metageenid. Sellised arheed elavad inimeste ja mäletsejaliste imetajate seedesüsteemis, põhjustades liigset gaasi moodustumist soolestikus. Need organismid paljunevad binaarse lõhustumise, pungumise või killustumise teel.
Arhead on omandanud peaaegu kõik elupaigad. Eriti mitmekesised on need planktoni koostiselt. Algselt klassifitseeriti kõik arheed ekstremofiilideks, kuna nad on võimelised elama kuumaveeallikates, kõrge soolsusega veekogudes ja sügaval rõhu all.
Prokarüootide tähtsus looduses ja inimelus
Prokarüootide roll looduses on märkimisväärne. Esiteks on need esimesed elusorganismid, mis planeedil tekkisid. Teadlased on leidnud, et bakterid ja arheed tekkisid umbes 3,5 miljardit aastat tagasi. Sümbiogeneesi teooria viitab sellele, et neist pärinevad ka mõned eukarüootsete rakuorganellid. Eelkõige räägime plastiididest ja mitokondritest.
Paljusid prokarüoote kasutatakse biotehnoloogias ravimite, antibiootikumide, ensüümide, hormoonide, väetiste ja herbitsiidide tootmiseks. Inimene on pikka aega kasutanud kasulikke omadusipiimhappebakterid juustu, keefiri, jogurti, fermenteeritud toodete valmistamiseks. Nende organismide abil toimub veekogude ja muldade puhastamine, erinevate metallide maakide rikastamine. Bakterid moodustavad inimeste ja paljude loomade soolestiku mikrofloora. Koos arheatega tsirkuleerivad nad paljusid aineid: lämmastikku, rauda, väävlit, vesinikku.
Teisest küljest on paljud bakterid ohtlike haiguste tekitajad, reguleerides paljude taime- ja loomaliikide populatsiooni. Nende hulka kuuluvad katk, süüfilis, koolera, siberi katk, difteeria.
Niisiis nimetatakse prokarüoote organismideks, mille rakkudes puudub moodustunud tuum. Nende geneetilist materjali esindab nukleoid, mis koosneb ringikujulisest DNA molekulist. Kaasaegsetest organismidest kuuluvad prokarüootide hulka bakterid ja arheed.
