Prokaryotiske celler: Det er egenskaper og typer

Prokaryotiske celler: Det er egenskaper og typer!

(Gr., Pro, primitiv; karyon, kjernen). Som navnet indikerer, er disse cellene enkle i strukturell organisasjon og mest primitive typer. De inkluderer bakterier, virus, blågrønne alger, etc. En bakteriell celle (Escherichia coli) er en stavformet celle 2 μm lang og 1 μm i diameter og er relativt enkel.

Image Courtesy: argosymedical.com/Cellular/samples/images/ProkaryoticCell.jpg

Det blir lett dyrket i en vandig oppløsning som inneholder glukose og noen uorganiske ioner. I dette medium ved 37 ° C fordobles cellemassen og fordeles på ca. 60 minutter . Kort sagt har de følgende egenskaper:

1. Fravær av distinkt kjernen:

Definitiv kjerne mangler i de prokaryote celler. En gram-negativ cellevegg omslutter cytoplasmaen der en nukleoid eller nukleær region består av et nakent kromosom av deoksyribonukleinsyre (DNA). Det bakterielle kromosomet er et enkelt sirkulært molekyl av nakent DNA tett spolet i nukleoid. DNA fra E. coli er ca. 1 mm langt når det ikke er sammensatt.

Den inneholder all genetisk informasjon av organismen. Visse bakterier, i tillegg til et kromosom, inneholder et lite ekstra kromosomalt sirkulært DNA kalt et plasmid som tjener som tilbehørskromosomer.

Et plasmid kan gi resistens mot ett eller flere antibiotika på bakteriecellen. Genetisk materiale er lokalisert på et enkelt kromosom som omfatter en sirkulær dobbelstreng av DNA. Grunnleggende protein-histon (karakteristisk for eukaryote celler) er fraværende her sammen med nukleol og mitotisk apparatur.

Plasmider kan separeres og reinkorporeres; gener (spesifikke DNA-deler) kan settes inn i plasmider, som deretter transplanteres til bakterier ved hjelp av teknikkene for genteknologi.

2. Fravær av membranbegrensede strukturer:

Kytoplasmaet til prokaryote celler mangler veldefinerte cytoplasmatiske organeller som endoplasmatisk retikulum, kloroplaster, mitokondrier, Golgi-kompleks, centrioler, etc. Til forskjell fra cellulosevæggen funnet i planter, består celleveggen kun av karbohydrater og aminosyrer. Plasmamembranen ligger under cellevegget og tjener til å bestemme inngangen og utgangen av molekylene inn i og fra cellen.

Plasmamembranen produseres vanligvis i cytoplasmatisk matrise og virker som mitokondriamembran som bærer respiratoriske enzymer. I disse primitive cellene mangler streaming eller amoeboidbevegelser av cytoplasma. I cytoplasma er mange små strukturer kalt ribosomer, på overflaten av hvilke proteiner syntetiseres. Mange enzymer, utenfor grensen for oppløsning av elektronmikroskopet, er tilstede i cytoplasma.

Noen av enzymene er involvert i syntese av protein og andre stoffer som trengs for cellevekst. Andre enzymer som deltar i energi-frigjørende reaksjoner forekommer i cytoplasmaet; de som er opptatt av aerobe reaksjoner er tilstede i cellemembranen. Flere typer ribonukleinsyre (RNA) som deltar i proteinsyntese er også tilstede i cytoplasma, men de er utenfor resolusjonen av elektronmikroskopet.

Typer av prokaryote celler:

Prokaryotiske celler kan falle i følgende hovedkategorier -

[I] Bakteriecelle:

Bakteriene er mikroskopiske enscellulære prokaryoter som har achlorofylt legeme. Bakterier inneholder nødvendige materialer og strukturer for å støtte en selvstendig eksistens. Bakterier har og kan syntetisere både DNA og RNA, så vel som proteiner, lipider, polysakkarider etc.

De reproduserer aseksuelt og fører vanligvis enten til en parasittisk eller saprofytisk eksistensmåte. Saprofytiske bakterier er nyttige for menneskelige slag, mens parasitære er patogener som forårsaker sykdommer hos dyr og planter.

1. Størrelse:

Bakteriestørrelsene varierer og i gjennomsnitt måler de 1, 25μ i diameter. Den minste bakterien er Dialister pneumosintes som måler ca 0, 15 til 0, 3 μl i lengde og største bakterien er Spirillum volutans hvis lengde er 13-15μ.

2. Form:

Formen på bakterier er vanligvis av tre typer, dvs. sfæroid (coccus), stangformet (bacillus) og spiral (spirillum). De fleste av disse bakteriene forekommer i kolonier.

(a) Coccus:

Disse bakteriene er sfæriske i form og kan være av følgende typer -

(i) Mikrokokkformene forekommer enkeltvis.

(ii) Diplococcus forekommer i grupper på to og inkluderer Diplococcus (lungebetennelse forårsaker bakterier) og Gonococcus (gonoré forårsaker bakterier).

(iii) Streptococcus former forekommer i lange kjeder, for eksempel Streptococcus phyesens (bakterier som forårsaker sår hals).

(iv) Staphylococci forekommer i uregelmessige klumper som ligner bunker av druer som Staphylococcus aureus (forårsaker kokinger).

(b) Bacillus:

Disse er stavformede bakterier som forekommer som enkle stenger eller så lange kjeder av stenger sammen. De forårsaker alvorlige sykdommer hos mennesker, inkludert tuberkulose (ved Mycobacterium tuberculosis), diptheria (ved Corynebacterium diptheriae) og tyfusfeber (ved Salmonella typhosa).

(c) Spirillus:

De er mindre spolede, kommaformede bakterier, for eksempel Vibrio komma (kolera forårsaker spirilla).

(d) Spirochaetene:

De er høyt spirede bakterier som corkscrew og inkluderer syfilis forårsaker bakterier.

3. Struktur:

En typisk bakteriell celle består av: (a) ytre belegg, (b) cytoplasma og dets (c) bestanddeler.

(a) Ytre belegg:

Kroppen av bakteriene er i utgangspunktet prokaryotype. Ytre belegg i bakteriene består av tre lag, nemlig kapsel, cellevegg og plasmamembran.

(i) kapsel:

De fleste prokaryoter secreterer mucilaginous materiale kjent som slime, som ligger utvendig til cellevegget. I noen organismer danner slime bare et enkelt amorft belegg kjent som et slimlag. I andre organismer er slime tilstede som et lag med jevn tykkelse som omgir cellen.

Denne typen slimlag kalles kapsel (i tilfelle bakterier) eller en skjede (i tilfelle blågrønne alger). Kapsler og skede har ingen metabolsk funksjon. Men det er kjent at bakterier med kapsler ikke er så lett ødelagt av hvite blodlegemer som bakterier som ikke er innkapslet.

Kapsler eller hylster er sammensatt av polysakkarider, polypeptider eller lipoproteiner eller kombinasjon av disse og inneholder ofte spor av andre stoffer.

(ii) cellevegg:

Ved siden av kapselen ligger en sterk, stiv cellevegg, 10 μm eller mer tykk, rundt bakteriekroppen, bortsett fra en liten gruppe bakterier (Mycoplasma). Den består av vanlige lipider, proteiner, visse uorganiske salter og spesifikk aminosyre-diaminopimelsyre (finnes bare i bakterier og blågrønne alger) og et glukosederivat som kalles muramsyre.

Selv om celleveggen er en stiv struktur, har den ikke permeabilitetsegenskapene til plasmamembranen, og meget store molekyler kan passere gjennom den. I koloniale former av blågrønne alger synes tilstøtende celler ofte å kommunisere med hverandre ved hjelp av fine cytoplasmatiske broer som kalles plasmodesmata, som passerer gjennom celleveggen og forbinder plasmamembranen til de to cellene.

Fargeringsegenskaper:

En dansk forsker, C. Gram i 1884, utviklet spesielle fargeteknikker for bakterier. I det blir noen bakterier farget med Gram stain (blanding av krystallviolet og jod) og andre ikke. Dermed kan bakterier kalles Gram-positive og Gram-negative henholdsvis på grunnlag av deres fargingsegenskaper.

Gram-positive bakterier er farget med Gram-flekk og inkluderer Diplococcus pneumoniae, etc. Deres cellevegger inneholder polysakkarider, mucopeptider, teikosyre og spor av RNA. Deres molekyler er omfattende forbundet sammen og danner komplekse multimolekylære nettverk som gir nok styrke til cellevegg.

Gram-negative bakterier, derimot, forblir ufarget med gramflekk. Deres cellevegger ligner Gram-positive bakterier, men har dessuten et ytre lag av lipider kompleksdannet med protein og polysakkarider. Men de mangler teikosyre og RNA. Celleveggene er relativt tynne og vises som enhetsmembran i elektronmikroskopet.

(iii) Plasmemembran:

Bakteriecellens cytoplasma er avgrenset av en tynn membran som ligger innerst til cellevegget og kalles som plasmamembran (plasmalemma eller cytoplasmisk membran). Plasmemembranen er ca. 7, 5 til 10, 0 nm tykk og består av to parallelle mørke linjer, hver ca. 2, 0 til 2, 5 nm tykk, skilt av et 3, 5 til 5, 0 nm lysrom.

Denne trepartsstrukturen er en "enhetsmembran" (JD Robertson). Plasmamembranen fungerer som den selektivt permeable barrieren som tjener til å opprettholde integriteten til cellen. Den er sammensatt av lipoproteiner og er rik på respiratorisk kjede og oksidative enzymer. Dermed utføres mitokondriale funksjoner (av eukaryote celler) av bakterienes plasmamembran.

Den bakterielle plasmamembran blir vanligvis modifisert for å danne forskjellige strukturer, nemlig mesosomer og desmosomer. Plasmamembranet i bakteriene, Bacillus subtilis, invagineres i cytoplasma for å danne komplekse hvirvler av innviklede membraner, såkalte mesosomer eller kondomider.

Mesosomer er assosiert med ulike funksjoner, f.eks. Cellefordeling (observeres ofte ved septumdannelse), elektrontransportmekanisme for respirasjon, som steder for DNA-replikasjonsenzymer.

De hjelper også i distribusjon av datterkromosomer, dvs. DNA til datterbakterieceller. I aerobic bakterier er enzymer knyttet til plasmamembranen. Noen aerobic bakterier har komplekse infoldings av plasmamembranen kalt kondondroider som øker overflaten av membranen. En annen modifikasjon er desmosom når plasmamembranen synker inn i cytoplasmaformende flerlagsstrukturer som funnet i Thiovulvum majus.

(b) cytoplasma:

Det er tett, kolloidalt og inneholder granuler av glykogen, proteiner og fett i tillegg til poly- (i-hydroksy-smørsyre, granulose (polymer av glukose), volutin og svovel. Noen fotosyntetiske bakterier har kromatoforer med bakterioklorofyl Cytoplasma mangler membranbegrensede cellulære organeller slik som mitokondrier, Golgi-kompleks, endoplasmatisk retikulum, lysosomer, centrioler etc.

På den annen side er bakteriell cytoplasma preget av tilstedeværelsen av gratis høyt elektron-tette granulater, ribosomene (ikke bundet til ER som finnes i eukaryoter) av 70S-typen (dvs. de sedimenterer på 70 Svedberg i motsetning til SOS). Noen ribosomer er også festet til den cytoplasmatiske siden av plasmamembranen.

I blågrønne alger er ribosomene konsentrert i cytoplasmaens sentrale område i nær kontakt med DNA-fibrene, men ribosomer finnes også i andre områder av cellen i mindre konsentrasjon.

Hver bakteriell ribosom er laget av to underenheter, 30S og 50S, og inneholder litt mer RNA (65 prosent) enn protein (35 prosent) sammenlignet med eukaryotiske ribosomer. Under proteinsyntesen associerer 30S og 50S ribosomale underenheter for å danne 70S ribosomer. I tillegg settes 70S ribosomer til å danne grupper såkalte polysomer eller polyribosomer.

(c) Kjernemateriale:

Interiør av cytoplasma inneholder en lett nukleær region eller nukleoid, kromatinlegeme, genofore eller spesielt i blågrønne alger, nukleoplasmiske regionen. Nukleoid består av en masse uregelmessig foldede fibre, 2 til 5 nm i tykkelse. Dette fibrøse stoffet dannes av et enkelt sirkulært molekyl av deoksyribonukleinsyre (DNA).

I E. coli er den ca. 1 nm lang når det ikke er sammensatt. Dette DNA inneholder all den genetiske informasjonen til organismen. Den ligger fri i protoplasma og er ikke adskilt av en kjernefysisk konvolutt som finnes i eukaryotisk celle. DNA har ikke protein forbundet med det, karakteristisk for eukaryote celler.

(d) Andre strukturer:

Mange bakterier består av pisklignende cellulære utvekster kalt flagella ment for bevegelse. Flagella er 10 til 20 nm i diameter og kan være veldig lang, opptil ca 20 μm. De er noen ganger lokalisert i en eller begge ender av cellen. Flagellum består av tre deler: filament, krok og basal kropp.

Filament består av parallelle fibre som er viklet om hverandre for å danne en sylindrisk struktur med et hul sentrum. Hver fiber består av et protein flagellin. Disse flagellene er mest vanlige i stangformede bakterier.

Kroken trenger inn i celleveggen og forbinder filamentet med basallegemet. Basallegemet binder kroken og filamentet til cellen. På samme måte inneholder noen bakterier hårlignende ekstracellulære utvoksninger - pilli eller fimbriae, ment for vedlegg. Disse er sammensatt av helisk anordnede underenheter av pilinprotein.

Cytoplasma av prokaryotceller inneholder også gassvakuoler, volutingranuler (polyfosfatgranulat), glykogengranuler, lipiddråper, polyedrale legemer.

[II] Pleuropneumonia-lignende organismer (PPLO):

Dette er bakterielignende organismer som har enklere strukturelle organisasjoner og er forskjellig fra bakterier i fravær av cellevegg og mesosomer. PPLO har en fleksibel plasmamembran som måler ca 15 k i tykkelse. Deres cytoplasma er rik på enzymer som kreves for proteinsyntese og ATP metabolisme.

Kjernen er fraværende og i stedet forekommer dobbeltstrengede DNA-molekyler av sirkulær eller fibrillar type. RNA kombinert med protein, danner granuler som ligner ribosomer. tRNA og mRNA er også tilstede. Proteinene ligner de av større celler; Over 40 forskjellige typer enzymer er identifisert. Lipider er også til stede.

WV Iterson (1969) plasserte PPLO med bakterier i gruppen Mycoplasmata-cellen, men senere har Novikoff og Holtzman (1970) utelatt dem fra bakterier og betraktet dem som enkleste prokaryote celler. Småeste PPLO tilhører Mycoplasma-mål ca. 0, 1 μ i diameter. Det er saprofytisk form som finnes i kloakk, kompost og jord, etc.

Den har en bestemt livssyklus. En annen art Mycoplasma gallisepticum måler ca. 0, 25 μm i diameter og opptrer som parasitt i cellene og celleeksudater av respiratoriske organer av varmblodige dyr. Det forårsaker ulike respiratoriske sykdommer hos dyr. Det er nyttig i biokjemiske studier.

[III] Blågrønne alger:

Det er en annen gruppe prokaryoter som ligner bakterier i mange aspekter. Noen av de blågrønne algerformene er encellulære, men de fleste arter er multicellulære dannende kolonier av prokaryote celler. Generell struktur av en typisk blågrønn algcelle er som følger -

1. Gelatinøs kappe:

Det er det ytre slimete laget. Det er i hovedsak lik bakterier.

2. Cellvegg og plasmamembran:

Ved siden av den gelatinøse konvolutten ligger cellevegg etterfulgt av den innerste lipo-proteiniske plasmamembranen. Cellevegget består av molekyler av lipoproteiner, lipopolysakkarider og mukoproteiner. Blågrønne alger og også lilla og grønne bakterier har utførlige indre membraner som fotosyntetiske pigmenter og andre bestanddeler av fotosyntetiske apparater er festet til.

Disse membranene er i form av sacs eller thylakoider av typisk 'unit membran'-struktur. Thylakoider finnes vanligvis som lameller anordnet gjennom periferiene av cellen i parallelle, konsentriske ringer.

Thylakoider er steder for fotosyntese. Interiøret i thylakoidmembraner inneholder lysfangende pigmenter, cytokromer og andre forbindelser for elektronoverføring under prosessen med fotosyntese. Karotenoider ligger i cellematrisen.

3. cytoplasma:

Det mangler membranbundne strukturer som ER, mitokondrier, Golgi-kompleks og lysosomer. Kromosomet ligger naken i cytoplasma som en tett spolet DNA-helix i kontakt med cellemembran. Ribosomer er mange, fritt fordelt i cytoplasma og danner polysomer under proteinsyntese.

De er 70S type. Dessuten inneholder cytoplasma av blågrønne alger også fotosyntetiske pigmenter, nemlig klorofyll og karotenoid, som ligger i flatete sekser som kalles lameller, ordnet konsentrisk. Andre bemerkelsesverdige pigmenter som er tilstede i cytoplasma er blåpigmentfykocyanin og rødt pigment-fycoerytrin.

Både blå og røde pigmenter kollektivt kalles som phycobilin og finnes i små granulat-cyanosomer eller phycobilisomer. Hver cyanosom måler ca 400 A i diameter og inneholder ca. 10 underenheter, hver med en diameter på ca. 130 A. Dermed mangler plastidlignende strukturer (karakteristisk for eukaryoter) her. I celler av blågrønne alger, cilia og flagella er fraværende, men de har bevegelseskapasitet ved glidende og roterende bevegelser.

Blågrønne alger i nærvær av sollys syntetiser alle cellesubstanser fra CO ₂, vann og salter.

[IV] Virus:

Virus kan ikke klassifiseres som celler, fordi de ikke har noen kjerne, cytoplasma eller, bortsett fra myxovirus, en begrensende plasmamembran, og kan ikke proliferere utenfor en levende celle. Men de er de enkleste partiklene av levende systemer, dvs. deres struktur og funksjon er bestemt av deres genetiske materiale, og de kan produsere kopier av seg selv ved å smitte på egnede vertsceller og bruke vertsråmaterialene og metabolske maskiner for egen reproduksjon.

Disse er de enkleste former for liv som har makromolekylær organisering i stedet for cellulær organisasjon (dvs. kjerne, plasmamembran). De fleste virus varierer mellom 100 A til 3000 A i størrelse og er vanligvis mindre enn bakterier. Imidlertid må noen virus som måler ca. 0, 75μ i diameter og er større enn minste bakterie PPLO.

1. Struktur:

I utgangspunktet består alle virus av en sentral kjernen av nukleinsyre omgitt av et proteinbelegg. I nåværende terminologi kalles en intakt virusenhet virionen, og proteinbelegget er kjent som "caps ID". Strukturen av plante- og dyrvirus er enklere enn bakteriofagene. Hale av bakteriofager er fraværende i plante- og dyrvirus.

(a) Capsid:

Det ytre proteinbelegget av virus er betegnet som kapsid og består av mange underenheter av proteinmolekyler kalt capsomerer. Capsomeres er av forskjellige former som i form av hule prismer, femkantede, sekskantede eller lobulære. Kapsidene til noen virus er sammensatt av mer enn en proteinbyggingsenhet.

Capsid beskytter den indre nukleinsyren mot virkningen av nukleaseenzymer. Arrangementet av capsomerer bestemmer formen av intakt viruspartikkel eller virion som kan være kubisk, spiralformet eller kompleks.

(b) Nukleinsyrekjerne:

Den sentrale kjerne av viruset består av bare en type nukleinsyre, enten DNA eller RNA. Vanlige bakterielle og animalske virus har DNA i sin sentrale kjerne (unntak er poliomyelitt og influensavirus, som inneholder RNA), mens plantevirusene inneholder RNA. Noen dyrs virus som influensa og poliomyelitt inneholder RNA sammen med DNA.

Vanligvis er viral DNA dobbeltstrenget og RNA er enkeltstrenget, men i enkelte virus er DNA enkeltstrenget og RNA er dobbeltstrenget. Potet spindel tuber virus har nukleinsyre kjerne naken (dvs. kapsid fraværende), mens spesialiserte virus (kusse virus) inneholder ytterligere membranisk konvolutt rundt kapsiden.

2. Klassifisering av virus:

Virus er intracellulære parasitter funnet i celler av planter, dyr og til og med innenfor bakteriene. De kan bli klassifisert i tre hovedkategorier på grunnlag av deres vert:

(a) bakteriofager (bakterielle virus):

Virusene som parasitterer bakterier kalles bakteriofager. De ble først og fremst beskrevet av d'Herelle i 1917. Disse fagene forekommer i forskjellige former og kan være sfæriske, kommaformede eller tadpole-lignende (vanligste former).

Mest studerte bakteriofag er T ₄ bakteriofag som infiserer kolonbakterier, Escherichia coli. Strukturelt ser det ut som modell av månelandingsenhet og består av et polyhedralhodet, kort hals og krage og en rett hale som slutter i endefibre.

Hodet er polyhedral struktur som måler ca 1250A i lengde og 850A i bredde. Kapsidene av hodet er sammensatt av ca 2000 capsomeres, og hver capsomere har en mol. wt. på rundt 80.000. Inne i hodet ligger svært foldet DNA som inneholder ca 70 gener. Halen er i form av hul sylinder, som forbinder kort nakke og krage med hale.

Halen består av sentral hulkjerne omgitt av vårlignende kontraktilskjede. Videre er skjede laget av 144 underenheter som er anordnet i en hul sylinder som omfatter 24 stråler med seks underenheter hver. Fagkromosomet går gjennom vertscellene gjennom nekekjernen.

Sluttplate er den siste delen av fag på hvilken kjerne med sin kontraktile skjede hviler. Det er sekskantet og fra denne tallerken stikker seks slanke endefibre og seks korte pigger ut. Hver endefiber og spike er et bunt av polypeptidkjede som har mol. wt. på rundt 100.000.

b) dyrs virus:

Disse virusene infiserer dyreceller og forårsaker ulike dødelige sykdommer hos dyr og mennesker. Vanlige dyrs virus er småpoksvirus, kussevirus, poliovirus, herpesvirus, reovirus, influensavirus og adenovirus etc.

De fleste dyrevirus er ikke stavformede, men nesten sfæriske. De har capsider sammensatt av identiske underenheter, knyttet til bestemte steder.

Blant disse dyrevirusene er poliomyelitt den mest omfattende undersøkte formen som forårsaker en alvorlig sykdom-polio. Dens kapsid eller proteinbelegg består av 60 strukturelt identiske, asymmetriske proteinunderenheter, hver med en diameter på ca. 60A. Capsid omslutter RNA som arvelig materiale som inneholder ca. 5200 nukleotider som koder for rundt 1700 aminosyrer.

Under infeksjon, forandrer dette viruset celleomsetningen drastisk og kan forårsake døde vertscelle. Influensa- og kusseavirus (myxovirus) har en ytre membran kjent som konvolutt som består av lipid og protein og omgir kapsidet. Herpes har også noen ganger en konvolutt.

(с) Plantevirus:

Som navnet antyder, er de parasitter av planteceller. Arvelig materiale i plantevirus er RNA som forblir unsheathed i proteinhylsen. Vanlige plantevirus er tobaksrottvirus (TRV), tobaksmosaikvirus (TMV), rovgult virus (BYV), rovfuglvirus (TYV), potetvirus og sjøbønnemosaikvirus (SBMV).

Potetspindel tubervirus består bare av RNA, uten proteinkjær. Tobaksmosaikkvirus er en stavformet partikkel. Den består av et langt RNA-molekyl omgitt av en sylindrisk kapsid.

Blant plantevirusene er TMV (tobaksmosaikkvirus) det omfattende studerte viruset som ble oppdaget av Iwanowski (1892) og senere hentet av Stanley (1935). Det er spiralformet symmetrisk, stavformet virus som har en diameter på 180A og en lengde på ЗОООА.

Capsidet består av 2130 capsomeres som er elliptiske og anordnet spiralformet. Sentral kjerne er laget av RNA som er enkeltstrenget, spiralformet molekyl som dannes av ca. 6500 nukleotider.