7: Архея

Last updated
Save as PDF

Page ID: 6646

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

Археї - це група організмів, які спочатку вважалися бактеріями (що пояснює початкову назву «archaeabacteria»), через їх фізичну схожість. Більш надійний генетичний аналіз показав, що археї відрізняються як від бактерій, так і від еукаріотів, заробляючи їм власний домен у класифікації трьох доменів, спочатку запропонованій Woese в 1977 році, поряд з Еукарією та бактеріями.

Філогенетичне дерево життя.

Подібність до бактерій

Отже, чому археї спочатку вважалися бактеріями? Мабуть, найголовніше, їм не вистачає ядра або інших мембранно-зв'язаних органел, вводячи їх в прокаріотичну категорію (якщо ви використовуєте традиційну схему класифікації). Більшість з них одноклітинні, у них рибосоми розміром 70 років, вони зазвичай мають розмір кілька мікрометрів, і вони розмножуються лише безстатевим шляхом. Відомо, що вони мають багато однакових структур, які можуть мати бактерії, такі як плазміди, включення, джгутики та пілі. Капсули та шари слизу були знайдені, але виявляються рідкісними в архей.

Хоча археї спочатку були ізольовані від екстремальних середовищ, таких як місця з високим вмістом кислоти, солі або тепла, заробляючи їм назву «екстремофіли», вони зовсім недавно були ізольовані від усіх місць, багатих бактеріями: поверхневі води, океан, людська шкіра, грунт тощо.

Ключові відмінності

Плазмові мембрани

Існує кілька характеристик плазматичної мембрани, які є унікальними для Archaea, виділяючи їх від інших доменів. Однією з таких характеристик є хіральність гліцеринового зв'язку між головкою фофоліпідів і бічним ланцюгом. У архей він знаходиться в L-ізомерній формі, тоді як бактерії і еукаріоти мають D-ізомерну форму. Друга відмінність полягає в наявності ефірного зв'язку між гліцерином та бічним ланцюгом, на відміну від ліпідів, пов'язаних з ефіром, що містяться в бактеріях та еукаріотах. Ефір-зв'язок забезпечує більшу хімічну стабільність мембрани. Третє і четверте відмінність пов'язані з самими бічними ланцюгами, нерозгалуженими жирними кислотами у бактерій і еукаріот, в той час як ізопреноїдні ланцюга знаходяться в архей. Ці ізопреноїдні ланцюги можуть мати розгалужені бічні ланцюги.

Порівняння ліпідів плазматичної мембрани між бактеріями та архей. OpenStax, Структура прокаріотів. OpenStax CNX. 28 бер 2014 р. http://cnx.org/contents/9e7c7540-5794-4c31-917d-fce7e50ea6dd@11.

Нарешті, плазмову мембрану Археї можна знайти у вигляді моношарів, де ізопренові ланцюги одного фосфоліпіду з'єднуються з ізопреновими ланцюгами фосфоліпіду на протилежній стороні мембрани. Бактерії та еукаріоти мають лише ліпідні бішари, де дві сторони мембрани залишаються відокремленими.

Клітинна стінка

Як і бактерії, архейна клітинна стінка являє собою напівжорстку структуру, призначену для забезпечення захисту клітини від навколишнього середовища і від внутрішнього клітинного тиску. Хоча клітинні стінки бактерій зазвичай містять пептидоглікан, цієї конкретної хімічної речовини не вистачає архей. Натомість археї демонструють широкий спектр типів клітинних стінок, адаптованих для навколишнього середовища організму. Деякі архей взагалі не вистачає клітинної стінки.

Хоча вона не є універсальною, велика кількість архей має білковий S-шар, який вважається частиною самої клітинної стінки (на відміну від бактерій, де S-шар є структурою на додаток до клітинної стінки). Для деяких архей S-шар є єдиним компонентом клітинної стінки, а в інших він з'єднаний додатковими інгредієнтами (див. Нижче). Археальний S-шар може бути виготовлений з білка або глікопротеїну, часто закріпленого в плазматичній мембрані клітини. Білки утворюють двовимірний кристалічний масив з гладкою зовнішньою поверхнею. Кілька S-шарів складаються з двох різних білків S-шару.

Хоча архей не вистачає пептидоглікану, деякі містять речовину з подібною хімічною структурою, відоме як псевдомуреїн. Замість NAM він містить N-ацетилалозамінуронову кислоту (NAT), пов'язану з NAG, з пептидними інтермостами для збільшення міцності.

Метанохондроітин - це полімер клітинної стінки, що міститься в деяких архейних клітинам, схожий за складом з сполучнотканинним компонентом хондроїтину, що міститься у хребетних.

Деякі археї мають білкову оболонку, складену з гратчастої структури, подібної до S-шару. Ці клітини часто зустрічаються в нитчастих ланцюгах, однак, і білкова оболонка охоплює весь ланцюг, на відміну від окремих клітин.

Структурне різноманіття клітинної стінки.

Рибосоми

Хоча археї мають рибосоми розміром 70S, такі ж, як і бактерії, саме відмінності нуклеотидів рРНК надали вченим переконливі докази, що стверджують, що архея заслуговує на домен, окремий від бактерій. Крім того, архейні рибосоми мають іншу форму, ніж бактеріальні рибосоми, з білками, унікальними для архей. Це забезпечує їм стійкість до антибіотиків, які пригнічують рибосомальну функцію бактерій.

Структури

Багато структур, виявлених у бактеріях, також були виявлені в архей, хоча іноді очевидно, що кожна структура еволюціонувала незалежно, виходячи з відмінностей у речовині та конструкції.

Канюлі

Канюлі, структура, унікальна для архей, були виявлені в деяких морських архейних штамах. Ці порожнисті трубчасті структури, як видається, з'єднують клітини після поділу, що врешті-решт призводить до щільної мережі, що складається з численних клітин і трубок. Це може служити засобом прикріплення спільноти клітин до поверхні.

Хамус (пл. хамі)

Ще однією структурою, унікальною для архей, є гамус, довга гвинтова труба з трьома гачками на дальньому кінці. Хами, здається, дозволяє клітинам прикріплюватися як один до одного, так і до поверхонь, заохочуючи формування спільноти.

Пілус (пл. пілі)

Пілі спостерігалися в архей, що складаються з білків, швидше за все, модифікованих з бактеріального піліну. Показано, що отримані трубчасті конструкції використовуються для кріплення до поверхонь.

Джгутик (пл. джгутики)

Дугоподібний джгутик, який використовується для моторики, настільки помітно відрізняється від бактеріального джгутика, що було запропоновано назвати його «архаеллумом», щоб диференціювати його від бактеріального аналога.

Чим же схожий бактеріальний джгутик і дугоподібний джгутик? Обидва використовуються для руху, де клітина приводиться в рух обертанням жорсткої нитки, що відходить від клітини. Після цього подібності закінчуються.

Які відмінності? Обертання дугоподібного джгутика живиться від АТФ, на відміну від протонної рушійної сили, що використовується в бактеріях. Білки, що входять до складу архейного джгутика, схожі на білки, знайдені в бактеріальних пілі, а не бактеріальний джгутик. Археальна нитка джгутика не порожниста, тому зростання відбувається, коли білки джгутиків вставляються в основу нитки, а не додаються до кінця. Нитка складається з декількох різних типів джгутиків, тоді як для бактеріальної джгутикової нитки використовується лише один тип. Обертання за годинниковою стрілкою штовхає археальні клітини вперед, тоді як обертання проти годинникової стрілки тягне дугоподібну клітину назад. Чергування прогонів і перекидань не спостерігається.

Класифікація

В даний час існує дві визнані філи архей: Euryarchaeota і Proteoarchaeota. Було запропоновано кілька додаткових філ (Nanarchaeota, Korarchaeota, Aigarchaeota, Lokiarchaeota), але вони ще не були офіційно визнані, багато в чому через те, що докази походять лише з екологічних послідовностей.

Ключові слова

Архея, L-ізомерна форма, D-ізомерна форма, ефірні зв'язки, естер-зв'язки, ізопреноїдні ланцюги, розгалужені бічні ланцюги, ліпідний моношар, ліпідний бішар, S-шар, псевдомуреїн, N-ацетилалозамінуронова кислота (NAT), метанохондроїтин, білкова оболонка, канюлі, хамус/хами, пілус/пілі, джгутик/пілі, джгутик/пілі, джгутик/пілі джгутики, Архаеллум, Еуріархеота, Протео Археота.

Основні питання/цілі

Наскільки археї схожі на бактерії?
Опишіть відмінності між плазматичними мембранами архей порівняно з бактеріями та еукаріотами. Поясніть відмінності.
Які типи клітинних стінок існують у археї і з чого вони складаються?
Чим архейні рибосоми схожі і відрізняються від бактеріальних рибосом?
Чим пілі архей відрізняються від бактерій?
Що таке канюлі і хамі? Яку роль вони могли зіграти для архей?
Чим архейні джгутики відрізняються від бактеріальних джгутиків за складом, складом і функцією?
Зрозумійте спільність та відмінності між археєю та бактеріями з точки зору фізичних характеристик.

Дослідницькі питання (НЕОБОВ'ЯЗКОВО)

Чим пояснюється той факт, що археї, здається, більш тісно пов'язані з еукаріотами, незважаючи на їх фізичну схожість з бактеріями?