22.2: Будова прокаріотів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 1950

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

Навички для розвитку

Опишіть основну будову типового прокаріота
Опишіть важливі відмінності в структурі між археєю та бактеріями

Існує багато відмінностей між прокаріотичними та еукаріотичними клітинами. Однак всі клітини мають чотири загальні структури: плазматичну мембрану, яка функціонує як бар'єр для клітини і відокремлює клітину від її середовища; цитоплазма, желеподібна речовина всередині клітини; нуклеїнові кислоти, генетичний матеріал клітини; і рибосоми, де відбувається синтез білка. Прокаріоти бувають різної форми, але багато хто діляться на три категорії: коки (кулясті), бацили (стрижневидні), і спіріллі (спіралеподібні) (рис.\(\PageIndex{1}\)).

Частина a: На мікрофотографії зображені кулькові коки довжиною близько 0,9 мкм. Частина b: На мікрофотографії зображені бацили у формі хотдога довжиною близько 2 мкм. Частина c: На мікрофотографії зображені спірилі у формі штопора, які мають досить довгі і діаметром 2 мкм. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Прокаріоти діляться на три основні категорії залежно від їх форми, візуалізовані тут за допомогою скануючої електронної мікроскопії: (а) коки, або сферичні (показана пара); (б) бацили, або стрижневі; і (в) спіріллі, або спіралеподібні. (Кредит: модифікація роботи Дженіс Хейні Карр, д-р Річард Факлам, CDC; кредит c: модифікація роботи доктора Девіда Кокса; дані шкали від Метта Рассела)

Прокаріотична клітина

Нагадаємо, що прокаріоти (рис.\(\PageIndex{2}\)) - це одноклітинні організми, у яких відсутні органели або інші внутрішні мембранно-зв'язані структури. Тому вони не мають ядра, а натомість, як правило, мають одну хромосому - шматок кругової дволанцюгової ДНК, розташованої в області клітини, яка називається нуклеоїдом. Більшість прокаріотів мають клітинну стінку поза плазматичною мембраною.

Нагадаємо, що прокаріоти діляться на дві різні області, Бактерії і Археї, які разом з Еукарією складають три області життя (рис.\(\PageIndex{3}\)).

Стовбур філогенетичного дерева - універсальний предок. Дерево утворює дві гілки. Одна гілка веде до доменних бактерій, до складу яких входять філа протеобактерії, хламідії, спірохети, ціанобактерії та грампозитивні бактерії. Інша гілка знову розгалужується, на домени еукарія та архей. Домен архей включає в себе філа евроархеоти, crenarchaotes, наноархеоти, і korarchaeotea. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Бактерії та архея є прокаріотами, але відрізняються достатньо, щоб їх можна було розмістити в окремих доменах. Вважається, що предок сучасної Археї породив Еукарію, третій домен життя. Показано археальну та бактеріальну філу; еволюційний зв'язок між цими філами все ще відкритий для дискусій.

Склад клітинної стінки значно відрізняється між доменами Бактерії і Археї. Склад їх клітинних стінок також відрізняється від клітинних стінок еукаріот, виявлених у рослин (клітковина) або грибів і комах (хітин). Клітинна стінка функціонує як захисний шар, і вона відповідає за форму організму. Деякі бактерії мають зовнішню капсулу поза клітинною стінкою. Інші структури присутні у одних прокаріотичних видів, але не в інших (табл.\(\PageIndex{1}\)). Наприклад, капсула, виявлена у деяких видів, дозволяє організму прикріплюватися до поверхонь, захищає його від зневоднення та нападу фагоцитарних клітин, а також робить патогени більш стійкими до наших імунних реакцій. Деякі види також мають джгутики (сингулярні, джгутики), що використовуються для пересування, і пілі (сингулярний, пілус), що використовуються для кріплення до поверхонь. Плазміди, які складаються з позахромосомної ДНК, також присутні у багатьох видів бактерій і архей.

Характеристики філи бактерій описані на малюнку\(\PageIndex{4}\) та малюнку\(\PageIndex{5}\); Археї описані на рис\(\PageIndex{6}\).

Описані характеристики п'яти філ бактерій. Перший описаний філум - протеобактерії, що включає в себе п'ять класів, альфа, бета, гамма, дельта і епсилон. Більшість видів Alpha Proteobacteria фотоавтотрофні, але деякі є симбіонтами рослин і тварин, а інші є збудниками. Вважається, що еукаріотичні мітохондрії походять від бактерій цієї групи. Представницькі види включають Rhizobium, азотофіксуючий ендосимбіонт, пов'язаний з корінням бобових, і Rickettsia, облігатний внутрішньоклітинний паразит, що викликає висипний тиф і плямисту лихоманку Скелястих гір (але не рахіт, який викликаний дефіцитом вітаміну С). Мікрофотографія показує паличкоподібну Rickettsia rickettsii всередині набагато більшої еукаріотичної клітини. Бета-протеобактерії - різноманітна група бактерій. Деякі види відіграють важливу роль в циклі азоту. До представницьких видів відносяться Нітросоми, які окислюють аміак в нітрат, і Spirillum мінус, який викликає лихоманку укусу щурів. Показана мікрофотографія спіралеподібного спіриллума мінус. Гамма-протеобактерії включають в себе безліч корисних симбіонтів, які заселяють кишечник людини, а також знайомі людині патогенні мікроорганізми. Деякі види з цієї підгрупи окислюють сполуки сірки. Представницькі види включають кишкову паличку, зазвичай корисний мікроб людської кишки, але деякі штами викликають захворювання; сальмонели, певні штами яких викликають харчове отруєння, і черевний тиф; Yersinia pestis - збудник бубонної чуми; Psuedomonas aeruganosa - викликає легеневі інфекції; Холера вібріона, збудник холери, і бактерії, що продукують хром - сірку, які окислюють сірку, виробляючи H2S. На мікрофотографії зображені стрижневі холери Вібріо, які мають довжину близько 1 мкм. Деякі види дельта-протеобактерій генерують спороутворююче плодове тіло в несприятливих умовах. Інші зменшують сульфат і сірку. До представницьких видів належать Myxobacteria, які генерують спороутворюючі плодові тіла в несприятливих умовах, і Desulfovibrio vulgaris, анеоробну сірковідновлювальну бактерію. На мікрофотографії зображена зігнута паличкоподібна бактерія Desulfovibrio vulgaris з довгим джгутиком. Epsilon Proteobacteria включає в себе безліч видів, які населяють травний тракт тварин як симбіонти або патогенні мікроорганізми. Бактерії з цієї групи були виявлені в глибоководних гідротермальних жерлах і місцях проживання холодного просочування. Наступний описаний філум - хламідії. Всі представники цієї групи є облігатними внутрішньоклітинними паразитами клітин тварин. Стінки клітин не вистачає пептидоглікану. Мікрофотографія показує мазок папа клітин, заражених Chlamydia trachomatis. Хламідійна інфекція є найпоширенішим захворюванням, що передається статевим шляхом, і може призвести до сліпоти. Всі члени філума спірохети мають спірохети спіралеподібної форми. Більшість є вільноживучими анаеробами, але деякі хвороботворні. Джгутики проходять уздовж в периплазматическом просторі між внутрішньою і зовнішньою мембраною. До представницьких видів відносять Treponema pallidum, збудника сифілісу і Borrelia burgdorferi, збудника хвороби Лайма. Мікрофотографія показує штопор у формі Trepanema pallidum, близько 1 мкм в поперечнику. Бактерії в Phylum Cyanobacteria, також відомі як синьо-зелені водорості, отримують свою енергію за допомогою фотосинтезу. Вони всюдисущі, зустрічаються в наземних, морських та прісноводних середовищах. Вважається, що еукаріотичні хлоропласти походять від бактерій цієї групи. Вважається, що Cyanobacterium Prochlorococcus є найпоширенішим фотосинтетичним організмом на землі, відповідальним за вироблення половини світового кисню. На мікрофотографії зображений довгий тонкий паличкоподібний вид під назвою Phormidium. Грампозитивні бактерії мають товсту клітинну стінку і не мають зовнішньої мембрани. Грунтопокривні члени цієї підгрупи розкладають органіку. Деякі види викликають захворювання. Представницькі види включають Bacillus anthracis, який викликає сибірську виразку; Clostridium botulinum, що викликає ботулізм; Clostridium difficile, який викликає діарею під час антибіотикотерапії; Streptomyces, з яких походять багато антибіотиків, включаючи стрептоміоцин; і Mycoplasmas, найменший відомий бактерії, у яких відсутня клітинна стінка. Деякі є вільноживучими, а деякі - патогенними. Мікрофотографія показує Clostridium difficile, які мають стрижневу форму і довжиною близько 3 мкм. — Малюнок\(\PageIndex{4}\): Phylum Proteobacteria - одна з до 52 бактерій філа. Протеобактерії додатково поділяються на п'ять класів, Альфа через Епсилон. (Кредит «Rickettsia rickettsia»: модифікація роботи CDC; кредит «Spirillum мінус»: модифікація роботи Вольфрама Адлассніга; кредит «Холера Вібріо»: модифікація роботи Дженіс Хейні Карр, CDC; кредит «Desulfovibrio vulgaris»: модифікація роботи Грема Бредлі; кредит «Campylobacter»: модифікація роботи Де Вуда, Пулі, USDA, ARS, EMU; дані шкали від Метта Рассела)

Ця таблиця, яка описує чотири типи бактерій: хламідії, спірохети, ціанобактерії та грампозитивні. Таблиця організована по філум, їх представницьким організмам, а також представницька мікрофотографія — Малюнок\(\PageIndex{5}\): Хламідії, спірохети, ціанобактерії, грампозитивні бактерії описані в цій таблиці. Зверніть увагу, що форма бактерій не залежить від філума; бактерії всередині філума можуть бути коками, стрижнеподібними або спіральними. (кредит «Chlamydia trachomatis»: модифікація роботи лабораторії доктора Ленса Ліотта, NCI; кредит «Treponema pallidum»: модифікація роботи доктора Девіда Кокса, CDC; кредит «Phormidium»: модифікація роботи USGS; кредит «Clostridium difficile»: модифікація роботи Лоїс С. Віггс, CDC; шкала даних з Метт Рассел)

Описані характеристики чотирьох філ архей. Еуриархеоти включають метаногени, які виробляють метан як продукт життєдіяльності обміну речовин, і галобактерії, які живуть в екстремальному сольовому середовищі. Метаногени викликають метеоризм у людини та інших тварин. Галобактерії можуть рости великими цвітіннями, які здаються червонуватими, через наявність бактеріродопсину в мембрані. Бактеріородопсин пов'язаний з пігментом сітківки родопсину. На мікрофотографії зображена паличкоподібна галобактерія. Члени всюдисущого crenarchaeotes phylum грають важливу роль в фіксації вуглецю. Багато представників цієї групи є сірчанозалежними екстремофілами. Деякі теплолюбні або гіпертермофільні. Мікрофотографія показує коккоподібний сульфолоб, рід, який росте у вулканічних джерелах при температурі від 75° до 80° C і при рН між 2 і 3. В даний час Phylum Nanarchaeotes містить лише один вид, Nanarchaeum equitans, який був ізольований з дна Атлантичного океану, і з гідротермальної вентиляції в Єллоустонському національному парку. Це облігатний симбіонт з Ignococcus, ще одним видом архебактерій. Мікрофотографія показує дві маленькі круглі клітини N. equitans, прикріплені до більшої клітини Ignococcus. Корахеоти вважаються однією з найпримітивніших форм життя і досі їх знайшли лише в обсидіановому басейні, гарячому джерелі в Єллоустонському національному парку. Мікрофотографія показує різноманітні екземпляри з цієї групи, які відрізняються за формою. — Малюнок\(\PageIndex{6}\): Археї розділені на чотири філи: Korarchaeota, Euryarchaeota, Кренархеота і Наноархеота. (кредит «Halobacterium»: модифікація роботи НАСА; кредит «Nanarchaeotum Equitans»: модифікація роботи Карла О.Стеттера; кредит «korarchaeota»: модифікація роботи Управління науки Департаменту енергетики США; дані шкали від Метта Рассела)

Плазмова мембрана

Плазмова мембрана являє собою тонкий ліпідний бішар (від 6 до 8 нанометрів), який повністю оточує клітину і відокремлює внутрішню частину від зовнішньої сторони. Його вибірково проникна природа утримує іони, білки та інші молекули всередині клітини і запобігає їх дифузії у позаклітинне середовище, тоді як інші молекули можуть рухатися через мембрану. Нагадаємо, що загальна структура клітинної мембрани являє собою фосфоліпідний бішар, що складається з двох шарів ліпідних молекул. У мембранах архейних клітин ізопренові (фітанілові) ланцюги, пов'язані з гліцерином, замінюють жирні кислоти, пов'язані з гліцерином, в бактеріальних мембранах. Деякі архейні мембрани є ліпідними моношарами замість бішарів (рис.\(\PageIndex{7}\)).

Ця ілюстрація порівнює фосфоліпіди від бактерій та Еукарії з тими, що з Археї. У Бактерії та Еукарія жирні кислоти приєднуються до гліцерину за допомогою ефірного зв'язку, тоді як в Археї ланцюги ізопрену пов'язані з гліцерином ефірним зв'язком. У зв'язку ефіру перший вуглець в ланцюзі жирних кислот має кисень подвійно пов'язаний з ним, тоді як в ефірному зв'язку, це не так. У Археї ізопренові ланцюги мають від них розгалужуються метильні групи, тоді як такі гілки відсутні у Бактерії і Еукарія. Обидва типи фосфоліпідів призводять до подібних ліпідних бішарів. — Малюнок\(\PageIndex{7}\): Археальні фосфоліпіди відрізняються від тих, що містяться в Бактерії та Еукарія двома способами. По-перше, вони мають розгалужені бічні ланцюги фітанілу замість лінійних. По-друге, ефірний зв'язок замість ефірного зв'язку з'єднує ліпідний з гліцерином.

Клітинна стінка

Цитоплазма прокаріотичних клітин має високу концентрацію розчинених розчинених речовин. Тому осмотичний тиск всередині клітини відносно високий. Клітинна стінка являє собою захисний шар, який оточує деякі клітини і надає їм форму і жорсткість. Він розташований поза клітинної мембрани і перешкоджає осмотичному лізису (лопання через збільшення обсягу). Хімічний склад клітинних стінок варіюється між архей і бактеріями, а також варіюється між видами бактерій.

Бактеріальні клітинні стінки містять пептидоглікан, що складається з полісахаридних ланцюгів, які зшиті незвичайними пептидами, що містять як L-, так і D-амінокислоти, включаючи D-глутамінову кислоту і D-аланін. Білки зазвичай містять лише L-амінокислоти; як наслідок, багато наших антибіотиків працюють, імітуючи D-амінокислоти, і тому мають специфічний вплив на розвиток клітинної стінки бактерій. Існує більше 100 різних форм пептидоглікану. Білки S-шару (поверхневого шару) також присутні на зовнішній стороні клітинних стінок як археї, так і бактерій.

Бактерії діляться на дві основні групи: Грамопозитивні і Грамонегативні, виходячи з їх реакції на фарбування по Граму. Відзначимо, що всі грампозитивні бактерії належать одному філуму; бактерії в іншому філа (протеобактерії, хламідії, спірохети, ціанобактерії та інші) - грамнегативні. Метод фарбування по Граму названий на честь його винахідника, датського вченого Ганса Крістіана Грама (1853—1938). Різні реакції бактерій на процедуру фарбування в кінцевому підсумку обумовлені структурою клітинної стінки. Грампозитивних організмів зазвичай не вистачає зовнішньої мембрани, виявленої у грамнегативних організмів (рис.\(\PageIndex{8}\)). До 90 відсотків клітинної стінки у грампозитивних бактерій складається з пептидоглікану, а більша частина решти складається з кислих речовин, званих тейхоєвими кислотами. Тейхоєві кислоти можуть бути ковалентно пов'язані з ліпідами в плазматичній мембрані з утворенням ліпотейхоєвих кислот. Ліпотейхоєві кислоти закріплюють клітинну стінку до клітинної мембрани. Грамнегативні бактерії мають відносно тонку клітинну стінку, що складається з декількох шарів пептидоглікану (всього 10 відсотків від загальної клітинної стінки), оточену зовнішньою оболонкою, що містить ліпополісахариди (ЛПС) і ліпопротеїди. Цю зовнішню оболонку іноді називають другим ліпідним бішаром. Однак хімія цієї зовнішньої оболонки сильно відрізняється від хімії типового ліпідного бішару, який утворює плазматичні мембрани.

Мистецтво З'єднання

На лівій ілюстрації зображена клітинна стінка грампозитивних бактерій. Клітинна стінка являє собою товстий шар пептидоглікану, який існує поза плазматичною мембраною. Довга тонка молекула, яка називається ліпотейхоєвою кислотою, закріплює клітинну стінку до клітинної мембрани. На правій ілюстрації показані грамнегативні бактерії. У грамнегативних бактерій тонка клітинна стінка пептидоглікана затиснута між зовнішньою і внутрішньою плазматичною мембраною. Простір між двома мембранами називається периплазматическим простором. Ліпопротеїди закріплюють клітинну стінку до зовнішньої мембрани. З зовнішньої оболонки виступають ліпополісахариди. Порини - це білки в зовнішній мембрані, які дозволяють потрапляти речовин. — Малюнок\(\PageIndex{8}\): Бактерії поділяються на дві основні групи: Грамопозитивні та Грамонегативні. Обидві групи мають клітинну стінку, що складається з пептидоглікану: у грампозитивних бактерій стінка товста, тоді як у грамнегативних бактерій стінка тонка. У грамнегативних бактерій клітинна стінка оточена зовнішньою мембраною, яка містить ліпополісахариди і ліпопротеїди. Порини - це білки в цій клітинній мембрані, які дозволяють речовинам проходити через зовнішню мембрану грамнегативних бактерій. У грампозитивних бактерій ліпотейхоєва кислота закріплює клітинну стінку до клітинної мембрани. (кредит: модифікація роботи «Franciscosp2"/Wikimedia Commons)

Яке з наведених нижче тверджень вірно?

Грампозитивні бактерії мають єдину клітинну стінку, закріплену ліпотейхоєвою кислотою до клітинної мембрани.
Порини допускають потрапляння речовин як в грампозитивні, так і грамнегативні бактерії.
Клітинна стінка грамнегативних бактерій товста, а клітинна стінка грампозитивних бактерій тонка.
Грамнегативні бактерії мають клітинну стінку, виготовлену з пептидоглікану, тоді як грампозитивні бактерії мають клітинну стінку, виготовлену з ліпотейхоєвої кислоти.

Архейські клітинні стінки не мають пептидоглікану. Існує чотири різних типи архейських клітинних стінок. Один тип складається з псевдопептидоглікану, який за морфологією схожий на пептидоглікан, але містить різні цукри в ланцюзі полісахаридів. Інші три типи клітинних стінок складаються з полісахаридів, глікопротеїнів або чистого білка.

**Таблиця\(\PageIndex{1}\):** Структурні відмінності та подібності між бактеріями та археями
Структурна характеристика	Бактерії	Архея
Тип осередку	Прокаріот	Прокаріот
Морфологія клітин	Змінна	Змінна
Клітинна стінка	Містить пептидоглікан	Не містить пептидоглікану
Тип клітинної мембрани	ліпідний бішар	Ліпідний бішар або ліпідний моношар
Ліпіди плазматичної мембрани	Жирні кислоти	Фітанілові групи

розмноження

Розмноження у прокаріотів безстатеве і зазвичай відбувається шляхом двійкового ділення. Нагадаємо, що ДНК прокаріота існує у вигляді єдиної, кругової хромосоми. Прокаріоти не піддаються мітозу. Швидше хромосома реплікується, а дві отримані копії відокремлюються одна від одної, завдяки зростанню клітини. Прокаріот, тепер збільшений, затиснутий всередину на своєму екваторі, і дві отримані клітини, які є клонами, відокремлюються. Бінарний поділ не дає можливості для генетичної рекомбінації або генетичного різноманіття, але прокаріоти можуть ділитися генами за трьома іншими механізмами.

При перетворенні прокаріот приймає ДНК, знайдену в його середовищі, яку проливають інші прокаріоти. Якщо непатогенна бактерія бере ДНК для гена токсину від збудника і включає нову ДНК у власну хромосому, вона теж може стати патогенною. При трансдукції бактеріофаги, віруси, що заражають бактерії, іноді також переміщують короткі шматочки хромосомної ДНК від однієї бактерії до іншої. Трансдукція призводить до рекомбінантного організму. Археї не уражаються бактеріофагами, а натомість мають власні віруси, які транслюють генетичний матеріал від однієї особини до іншої. При кон'югації ДНК передається від одного прокаріота до іншого за допомогою пілуса, який призводить організми в контакт один з одним. Перенесена ДНК може бути у вигляді плазміди або у вигляді гібрида, що містить як плазмідну, так і хромосомну ДНК. Ці три процеси обміну ДНК показані на малюнку\(\PageIndex{9}\).

Розмноження може бути дуже швидким: кілька хвилин для деяких видів. Цей короткий час генерації в поєднанні з механізмами генетичної рекомбінації та високими темпами мутації призводять до швидкої еволюції прокаріотів, що дозволяє їм дуже швидко реагувати на зміни навколишнього середовища (наприклад, введення антибіотика).

Ілюстрація А показує невеликий круглий шматок ДНК, який поглинається клітиною. Ілюстрація С показує бактеріофаг, що вводить ДНК в прокаріотичну клітину. Потім ДНК включається в геном. Ілюстрація C показує дві бактерії, з'єднані пілусом. Невелика петля ДНК передається з однієї клітини в іншу через пілус. — Малюнок\(\PageIndex{9}\): Крім бінарного поділу, існують ще три механізми, за допомогою яких прокаріоти можуть обмінюватися ДНК. При (а) перетворенні клітина приймає прокаріотичну ДНК безпосередньо з навколишнього середовища. ДНК може залишатися окремою як плазмідна ДНК або бути включена в геном господаря. При (б) трансдукції бактеріофаг впорскує ДНК в клітину, яка містить невеликий фрагмент ДНК з іншого прокаріота. У (c) кон'югації ДНК переноситься з однієї клітини в іншу через спаровувальний міст, який з'єднує дві клітини після того, як статевий пілус втягує дві бактерії досить близько, щоб утворити міст.

Еволюційний зв'язок: еволюція прокаріотів

Як вчені відповідають на питання про еволюцію прокаріотів? На відміну від тварин, артефакти в викопному записі прокаріотів пропонують дуже мало інформації. Скам'янілості древніх прокаріотів виглядають як крихітні бульбашки в скелі. Деякі вчені звертаються до генетики і до принципу молекулярного годинника, який стверджує, що чим недавно два види розійшлися, тим більше схожими будуть їх гени (а значить, і білки). І навпаки, види, які давно розійшлися, матимуть більше генів, які є несхожими.

Вчені Інституту астробіології НАСА та Європейської лабораторії молекулярної біології співпрацювали для аналізу молекулярної еволюції 32 специфічних білків, загальних для 72 видів прокаріотів. ¹ Модель, яку вони отримали за своїми даними, вказує на те, що три важливі групи бактерій - актинобактерії, дейнококи та ціанобактерії (які автори називають Terrabacteria) - першими колонізували землю. (Нагадаємо, що Deinococcus - рід прокаріот - бактерія, яка має високу стійкість до іонізуючого випромінювання.) Ціанобактерії є фотосинтезаторами, тоді як актинобактерії - це група дуже поширених бактерій, які включають види, важливі для розкладання органічних відходів.

Терміни розбіжності свідчать про те, що бактерії (члени доменних бактерій) розходилися від звичайних родових видів між 2,5 та 3,2 мільярдами років тому, тоді як архея розходилася раніше: між 3,1 та 4,1 мільярда років тому. Пізніше Еукарія розійшлася від архейской лінії. Робота далі свідчить про те, що строматоліти, що утворилися до появи ціанобактерій (близько 2,6 мільярда років тому), фотосинтезувалися в аноксичному середовищі і що через модифікації Terrabacteria для землі (стійкість до висихання та володіння сполуками, що захищають організм). від надлишку світла), фотосинтез з використанням кисню може бути тісно пов'язаний з адаптаціями для виживання на суші.

Резюме

Прокаріоти (домени Archaea і Bacteria) - це одноклітинні організми, які не мають ядра. Вони мають єдиний шматочок кругової ДНК в нуклеоїдної області клітини. Більшість прокаріотів мають клітинну стінку, яка лежить за межами плазматичної мембрани. Деякі прокаріоти можуть мати додаткові структури, такі як капсула, джгутики та пілі. Бактерії і археї відрізняються ліпідним складом своїх клітинних мембран і характеристиками клітинної стінки. У архейних мембранах фітанілові одиниці, а не жирні кислоти, пов'язані з гліцерином. Деякі архейні мембрани є ліпідними моношарами замість бішарів.

Клітинна стінка розташована поза клітинної мембрани і перешкоджає осмотичному лізису. Хімічний склад клітинних стінок різниться у різних видів. Бактеріальні клітинні стінки містять пептидоглікан. Архейські клітинні стінки не мають пептидоглікану, але вони можуть мати псевдопептидоглікан, полісахариди, глікопротеїни або клітинні стінки на основі білків. Бактерії можна розділити на дві основні групи: Грамопозитивні та Грамонегативні, засновані на реакції плями за Грамом. Грампозитивні організми мають товсту клітинну стінку разом з тейхоєвими кислотами. Грамнегативні організми мають тонку клітинну стінку і зовнішню оболонку, що містить ліпополісахариди і ліпопротеїди.

Мистецькі зв'язки

Малюнок\(\PageIndex{8}\): Яке з наведених нижче тверджень вірно?

Грампозитивні бактерії мають єдину клітинну стінку, закріплену ліпотейхоєвою кислотою до клітинної мембрани.
Порини допускають потрапляння речовин як в грампозитивні, так і грамнегативні бактерії.
Клітинна стінка грамнегативних бактерій товста, а клітинна стінка грампозитивних бактерій тонка.
Грамнегативні бактерії мають клітинну стінку, виготовлену з пептидоглікану, тоді як грампозитивні бактерії мають клітинну стінку, виготовлену з ліпотейхоєвої кислоти.

Відповідь: A

Виноски

1 Баттістуцці, ФУ, Фейжао, А, і Хеджес, СБ. Геномний часовий масштаб еволюції прокаріотів: розуміння походження метаногенезу, фототрофії та колонізації землі. БіоМед Центральний: Еволюційна біологія 4 (2004): 44, дої:10.1186/1471-2148-4-44.

Глосарій

капсули: зовнішня структура, яка дозволяє прокаріоту прикріплюватися до поверхонь і захищає його від зневоднення

відмінювання: процес, за допомогою якого прокаріоти переміщують ДНК від однієї людини до іншої за допомогою пілуса

Грам негативний: бактерія, клітинна стінка якої містить мало пептидоглікану, але має зовнішню мембрану

Грам позитивний: бактерія, яка містить в основному пептидоглікан у своїх клітинних стінках

пептидоглікан: матеріал, що складається з полісахаридних ланцюгів, зшитих до незвичайних пептидів

пілус: поверхневий придаток деяких прокаріотів, що використовуються для кріплення до поверхонь, включаючи інших прокаріотів

псевдопептидоглікан: компонент клітинних стінок архей, який за морфологією схожий з пептидогліканом, але містить різні цукри

S-шар: білок поверхневого шару, присутній на зовнішній стороні клітинних стінок архей і бактерій

тейхоєва кислота: полімер, пов'язаний з клітинною стінкою грампозитивних бактерій

трансдукція: процес, за допомогою якого бактеріофаг переміщує ДНК від одного прокаріота до іншого

перетворення: процес, за допомогою якого прокаріот приймає ДНК, знайдену в його середовищі, яка проливається іншими прокаріотами