مقدمه ای بر پروکاریوت ها: ساختار، عملکرد و تکثیر آنها
پروکاریوت ها موجودات تک سلولی هستند که ابتدایی ترین و نخستین اشکال زندگی در زمین به شمار می روند. در سیستم سه گانه سیستم های زندگی، پروکاریوت ها شامل باکتری ها و آرکئاها می شوند. برخی از پروکاریوت ها، مانند سیانوباکتری ها، موجودات فتوسنتزکننده ای هستند که قادر به انجام فتوسنتز می باشند.
بسیاری از پروکاریوت ها اگزورز هستند و می توانند در انواع مختلف محیط های سخت و شدید، از جمله چشمه های آب گرم، باتلاق ها، آب راه ها و در معده انسان ها و حیوانات (مانند هلیکوباکتر پیلوری) زندگی و رشد کنند.
باکتری های پروکاریوت تقریباً در هر مکانی یافت می شوند و بخشی از میکروبیوتای انسانی هستند. آن ها در روی پوست، در بدن و بر روی اشیاء روزمره در محیط زیست شما زندگی می کنند.
اجزای سلول پروکاریوت و عملکردهای آن
سلول های پروکاریوتی به اندازه سلول های یوکاریوتی پیچیده نیستند. آن ها هسته واقعی ندارند زیرا DNA در داخل غشای محصور یا جداسازی از بقیه سلول قرار ندارد، بلکه در ناحیه ای از سیتوپلاسم به نام نوکلوئید پیچیده شده است.
موجودات پروکاریوت اشکال مختلفی از سلول را دارند. رایج ترین اشکال باکتری ها کروی، میله ای و پیچ دار هستند.
با استفاده از باکتری ها به عنوان نمونه ای از پروکاریوت، ساختارها و اندامک های زیر در سلول های باکتری یافت می شوند:
- کپسول: در برخی از سلول های باکتری، این پوشش اضافی سلول را زمانی که توسط سایر موجودات بلعیده می شود محافظت می کند، به حفظ رطوبت کمک می کند و به سلول اجازه می دهد تا به سطوح و مواد مغذی بچسبد.
- دیواره سلولی: دیواره سلولی پوشش خارجی است که از سلول باکتری محافظت کرده و به آن شکل می دهد.
- سیتوپلاسم: سیتوپلاسم ماده ای ژل مانند است که عمدتاً از آب تشکیل شده و همچنین حاوی آنزیم ها، نمک ها، اجزای سلولی و مولکول های آلی مختلف است.
- غشای سلولی یا غشای پلاسما: غشای سلولی سیتوپلاسم سلول را احاطه کرده و جریان مواد را به داخل و خارج از سلول تنظیم می کند.
- پیلی (پیلاس مفرد): ساختارهای موی مانندی که بر روی سطح سلول قرار دارند و به سایر سلول های باکتری متصل می شوند. پیلی های کوتاه تر به نام فیمبریوم به باکتری ها در چسبیدن به سطوح کمک می کنند.
- پرچم ها: پرچم ها برجستگی های بلند و شبیه چ whip هستند که در حرکت سلولی کمک می کنند.
- ریبوزوم ها: ریبوزوم ها ساختارهای سلولی هستند که مسئول تولید پروتئین هستند.
- پلاسمیدها: پلاسمیدها ساختارهای دایره ای DNA حامل ژن هستند که در تولیدمثل دخالت ندارند.
- ناحیه نوکلوئید: ناحیه ای از سیتوپلاسم که حاوی مولکول منفرد DNA باکتریایی است.
سلول های پروکاریوت فاقد اندامک های موجود در سلول های یوکاریوتی مانند میتوکندری ها، شبکه اندوپلاسمی و کمپلکس های گلژی هستند. طبق نظریه همزیستی اندوسیمبیوتیک، اندامک های یوکاریوتی به احتمال زیاد از سلول های پروکاریوتی که در روابط همزیستی زندگی می کردند تکامل یافته اند.
مانند سلول های گیاهی، باکتری ها نیز یک دیواره سلولی دارند. برخی از باکتری ها همچنین یک لایه کپسولی پلی ساکاریدی دارند که دیواره سلولی را احاطه کرده است. این لایه جایی است که باکتری ها بیوفیلم تولید می کنند، ماده ای لزج که به کلونی های باکتریایی کمک می کند تا به سطوح و یکدیگر برای محافظت در برابر آنتی بیوتیک ها، مواد شیمیایی و سایر مواد خطرناک بچسبند.
مشابه گیاهان و جلبک ها، برخی از پروکاریوت ها نیز دارای رنگ دانه های فتوسنتزی هستند. این رنگدانه های جذب کننده نور به باکتری های فتوسنتزکننده کمک می کنند تا تغذیه را از نور دریافت کنند.
تقسیم دوگانه
بیشتر پروکاریوت ها از طریق فرآیند تکثیر به نام تقسیم دوگانه، به صورت غیرجنسی تولیدمثل می کنند. در طول تقسیم دوگانه، مولکول تک تایی DNA تکثیر می شود و سلول اولیه به دو سلول مشابه تقسیم می گردد.
مراحل تقسیم دوگانه
- تقسیم دوگانه با تکثیر DNA یک مولکول DNA آغاز می شود. هر دو نسخه از DNA به غشای سلولی متصل می شوند.
- سپس، غشای سلولی شروع به رشد بین دو مولکول DNA می کند. وقتی که باکتری تقریباً به دو برابر اندازه اولیه خود می رسد، غشای سلولی شروع به فشار دادن به درون می کند.
- سپس یک دیواره سلولی بین دو مولکول DNA تشکیل می شود که سلول اولیه را به دو سلول دختر یکسان تقسیم می کند.
اگرچه باکتری های E.coli و دیگر باکتری ها معمولاً از طریق تقسیم دوگانه تولیدمثل می کنند، این شیوه تولیدمثل تنوع ژنتیکی در موجود را ایجاد نمی کند.
بازترکیب پروکاریوتی
میکروگراف الکترونی انتقال رنگی (TEM) از یک باکتری اشریشیا کلی (پایین سمت راست) که با دو باکتری E.coli دیگر همجوشی می کند. لوله های متصل کننده باکتری ها پیلی هستند که برای انتقال ماده ژنتیکی بین باکتری ها استفاده می شوند.
تنوع ژنتیکی در موجودات پروکاریوت از طریق بازترکیب انجام می شود. در بازترکیب، ژن های یک پروکاریوت به ژنوم پروکاریوت دیگر ادغام می شوند.
بازترکیب در تولیدمثل باکتریایی از طریق فرایندهای همجوشی، تغییر و انتقال انجام می شود.
- در همجوشی، باکتری ها از طریق ساختار لوله ای پروتئینی به نام پیلی به هم متصل می شوند. ژن ها از طریق پیلی بین باکتری ها منتقل می شوند.
- در تغییر، باکتری ها DNA را از محیط اطرافشان جذب می کنند. DNA از غشای سلولی باکتری عبور کرده و به DNA سلول باکتریایی ادغام می شود.
- انتقال شامل تبادل DNA باکتریایی از طریق عفونت ویروسی است. باکتریوفاژها، ویروس هایی که باکتری ها را آلوده می کنند، DNA باکتریایی را از باکتری های قبلاً آلوده شده به هر باکتری دیگری که آلوده می کنند منتقل می کنند.
سلول های پروکاریوتی
- پروکاریوت ها، از جمله باکتری ها و آرکئاها، موجودات تک سلولی هستند که می توانند در محیط های شدید زندگی کنند و تقریباً در هر جایی، از جمله بر روی بدن انسان و در درون آن یافت می شوند.
- بر خلاف سلول های یوکاریوتی، سلول های پروکاریوتی هسته واقعی و اندامک های پیچیده ندارند، اما ساختارهایی مانند دیواره سلولی، کپسول، سیتوپلاسم و پرچم ها را دارند که از عملکرد و بقا آنها حمایت می کنند.
- تولیدمثل پروکاریوت به طور عمده از طریق تقسیم دوگانه انجام می شود که دو سلول مشابه تولید می کند. تنوع ژنتیکی از طریق فرآیندهایی مانند همجوشی، تغییر و انتقال به دست می آید.
- زیست شناسی
- علم
