In unserem Artikel betrachten wir die Struktur von Prokaryoten und Eukaryoten. Diese Organismen unterscheiden sich erheblich in der Organisationsebene. Und der Grund dafür sind die Besonderheiten der Struktur der Erbinformation.
Strukturmerkmale prokaryotischer Zellen
Prokaryoten sind alle lebenden Organismen, deren Zellen keinen Zellkern enth alten. Von den Vertretern der fünf modernen Reiche der lebendigen Natur gehört nur einer zu ihnen - Bakterien. Zu den Prokaryoten, die wir in Betracht ziehen, gehören auch Blaualgen und Archaea.
Trotz des Fehlens eines gebildeten Zellkerns in ihren Zellen enth alten sie genetisches Material. Dies ermöglicht Ihnen das Speichern und Übertragen von Erbinformationen, schränkt jedoch die Vielf alt der Reproduktionsmethoden ein. Alle Prokaryoten vermehren sich, indem sie ihre Zellen in zwei Teile teilen. Sie sind nicht zur Mitose und Meiose fähig.
Struktur von Prokaryoten und Eukaryoten
Die strukturellen Merkmale von Prokaryoten und Eukaryoten, die sie unterscheiden, sind ziemlich signifikant. Das gilt neben der Struktur des Erbguts auch für viele Organellen. Eukaryoten, zu denen Pflanzen, Pilze und Tiere gehören, sind im Zytoplasma enth altenMitochondrien, Golgi-Komplex, endoplasmatisches Retikulum, viele Plastiden. Prokaryoten haben sie nicht. Die Zellwand, die beide haben, unterscheidet sich in der chemischen Zusammensetzung. In Bakterien besteht es aus komplexen Kohlenhydraten wie Pektin oder Murein, in Pflanzen auf Zellulosebasis und in Pilzen aus Chitin.
Discovery-Verlauf
Merkmale der Struktur und des Lebens von Prokaryoten wurden Wissenschaftlern erst im 17. Jahrhundert bekannt. Und das trotz der Tatsache, dass diese Kreaturen seit ihrer Entstehung auf dem Planeten existieren. 1676 wurden sie erstmals von ihrem Schöpfer Anthony van Leeuwenhoek durch ein optisches Mikroskop untersucht. Wie alle mikroskopisch kleinen Organismen nannte der Wissenschaftler sie "Tiere". Der Begriff „Bakterien“tauchte erst zu Beginn des 19. Jahrhunderts auf. Es wurde von dem berühmten deutschen Naturforscher Christian Ehrenberg vorgeschlagen. Das Konzept der "Prokaryoten" entstand später, in der Ära der Entwicklung des Elektronenmikroskops. Und zunächst stellten Wissenschaftler die Tatsache von Unterschieden in der Struktur des genetischen Apparats der Zellen verschiedener Lebewesen fest. E. Chatton schlug 1937 vor, Organismen nach diesem Merkmal in zwei Gruppen zusammenzufassen: Pro- und Eukaryoten. Diese Aufteilung besteht bis heute. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde unter den Prokaryoten selbst eine Unterscheidung entdeckt: Archaeen und Bakterien.
Merkmale des Oberflächenapparates
Der Oberflächenapparat von Prokaryoten besteht aus einer Membran und einer Zellwand. Jeder dieser Teile hat seine eigenen Eigenschaften. Ihre Membran besteht aus einer Doppelschicht aus Lipiden und Proteinen. Prokaryoten,Die Struktur davon ist ziemlich primitiv, sie haben zwei Arten von Zellwandstrukturen. So besteht es bei grampositiven Bakterien hauptsächlich aus Peptidoglycan, hat eine Dicke von bis zu 80 nm und liegt eng an der Membran an. Ein charakteristisches Merkmal dieser Struktur ist das Vorhandensein von Poren, durch die eine Reihe von Molekülen eindringen. Die Zellwand gramnegativer Bakterien ist sehr dünn – bis maximal 3 nm. Es haftet nicht fest an der Membran. Einige Vertreter der Prokaryoten haben auch außen eine Schleimkapsel. Es schützt Organismen vor Austrocknung, mechanischer Beschädigung und bildet eine zusätzliche osmotische Barriere.
Prokaryotenorganellen
Die Struktur der Zelle von Prokaryoten und Eukaryoten hat ihre eigenen signifikanten Unterschiede, die hauptsächlich in der Anwesenheit bestimmter Organellen bestehen. Diese dauerhaften Strukturen bestimmen den Entwicklungsstand der Organismen als Ganzes. Die meisten von ihnen fehlen in Prokaryoten. Die Proteinsynthese in diesen Zellen erfolgt durch Ribosomen. Aquatische Prokaryoten enth alten Aerosomen. Dies sind Gashohlräume, die für Auftrieb sorgen und den Grad des Eintauchens von Organismen regulieren. Nur Prokaryoten enth alten Mesosomen. Diese F alten der Cytoplasmamembran treten nur bei der Verwendung chemischer Fixierungsmethoden während der Präparation prokaryotischer Zellen für die Mikroskopie auf. Die Bewegungsorganellen von Bakterien und Archaeen sind Zilien oder Flagellen. Und die Bindung an das Substrat erfolgt durch Trinken. Diese von Proteinzylindern gebildeten Strukturen werden auch Zotten und Fimbrien genannt.
Was ist ein Nukleoid
Aber der bedeutendste Unterschied ist die Struktur des Gens von Prokaryoten und Eukaryoten. Alle diese Organismen besitzen Erbinformationen. Bei Eukaryoten befindet es sich im Inneren des gebildeten Kerns. Diese Zweimembran-Organelle hat ihre eigene Matrix namens Nukleoplasma, Hülle und Chromatin. Hier erfolgt nicht nur die Speicherung genetischer Informationen, sondern auch die Synthese von RNA-Molekülen. In den Nukleolen bilden sie anschließend Untereinheiten von Ribosomen - Organellen, die für die Proteinsynthese verantwortlich sind.
Die Struktur prokaryotischer Gene ist einfacher. Ihr Erbmaterial wird durch die Nukleoid- oder Kernregion repräsentiert. DNA in Prokaryoten ist nicht in Chromosomen verpackt, sondern hat eine kreisförmig geschlossene Struktur. Das Nukleoid enthält auch RNA- und Proteinmoleküle. Letztere haben eine ähnliche Funktion wie eukaryotische Histone. Sie sind an der DNA-Duplikation, der RNA-Synthese, der Reparatur chemischer Strukturen und dem Aufbrechen von Nukleinsäuren beteiligt.
Merkmale der Lebensaktivität
Prokaryoten, deren Struktur nicht komplex ist, führen ziemlich komplexe Lebensprozesse durch. Dies ist Ernährung, Atmung, Fortpflanzung ihrer eigenen Art, Bewegung, Stoffwechsel … Und zu all dem ist nur eine mikroskopisch kleine Zelle in der Lage, deren Größe von bis zu 250 Mikrometern reicht! Von Primitivität kann man also nur relativ sprechen.
Merkmale der Struktur von Prokaryoten bestimmen die Mechanismen ihrer Physiologie. Zum Beispiel sind sie in der Lage, Energie auf drei Arten zu empfangen. Das erste istFermentation. Es wird von einigen Bakterien durchgeführt. Dieser Prozess basiert auf Redoxreaktionen, bei denen ATP-Moleküle synthetisiert werden. Das ist eine chemische Verbindung, bei deren Sp altung in mehreren Stufen Energie freigesetzt wird. Daher wird sie nicht umsonst „Zellenbatterie“genannt. Der nächste Weg ist das Atmen. Die Essenz dieses Prozesses ist die Oxidation organischer Substanzen. Einige Prokaryoten sind zur Photosynthese fähig. Beispiele sind Blaualgen und Purpurbakterien, die Plastiden in ihren Zellen enth alten. Aber Archaeen sind zu einer chlorophyllfreien Photosynthese fähig. Dabei wird Kohlendioxid nicht fixiert, sondern direkt ATP-Moleküle gebildet. Im Wesentlichen handelt es sich also um eine echte Photophosphorylierung.
Art der Mahlzeit
Bakterien und Archaeen sind Prokaryoten, deren Struktur es ihnen erlaubt, verschiedene Arten der Nahrungsaufnahme durchzuführen. Einige von ihnen sind Autotrophe. Diese Organismen bauen bei der Photosynthese selbst organische Substanzen auf. Die Zellen solcher Prokaryoten enth alten Chlorophyll. Einige Bakterien gewinnen Energie, indem sie bestimmte organische Verbindungen abbauen. Ihre Art der Ernährung wird chemotroph genannt. Vertreter dieser Gruppe sind Eisen- und Schwefelbakterien. Andere nehmen nur fertige Verbindungen auf. Sie werden Heterotrophe genannt. Die meisten von ihnen führen eine parasitäre Lebensweise und leben nur in den Zellen anderer Lebewesen. Eine Vielzahl dieser Gruppe sind auch Saprotrophe. Sie ernähren sich von Abfallprodukten bzwzerfallendes organisches Material. Wie Sie sehen können, ist die Art und Weise, wie sich Prokaryoten ernähren, sehr unterschiedlich. Diese Tatsache trug zu ihrer weiten Verbreitung in allen Lebensräumen bei.
Reproduktionsformen
Prokaryoten, deren Struktur durch eine Zelle dargestellt wird, reproduzieren sich durch Teilung in zwei Teile oder durch Knospung. Diese Eigenschaft ist auch auf die Struktur ihres genetischen Apparats zurückzuführen. Dem Prozess der binären Sp altung geht eine Duplikation oder DNA-Replikation voraus. Dabei wird das Nukleinsäuremolekül zunächst abgewickelt, danach wird jeder Strang nach dem Prinzip der Komplementarität dupliziert. Die dadurch gebildeten Chromosomen divergieren zu den Polen hin. Die Zellen nehmen an Größe zu, zwischen ihnen bildet sich eine Engstelle, und dann erfolgt ihre endgültige Isolierung. Einige Bakterien sind auch in der Lage, sich ungeschlechtlich fortpflanzende Zellen – Sporen – zu bilden.
Bakterien und Archaeen: Unterscheidungsmerkmale
Archaeen waren lange Zeit zusammen mit Bakterien Vertreter des Königreichs Drobjanka. Tatsächlich haben sie viele ähnliche strukturelle Merkmale. Dies ist in erster Linie die Größe und Form ihrer Zellen. Biochemische Studien haben jedoch gezeigt, dass sie eine Reihe von Ähnlichkeiten mit Eukaryoten aufweisen. Dies ist die Natur von Enzymen, unter deren Einfluss die Prozesse der Synthese von RNA- und Proteinmolekülen ablaufen.
Je nach Art der Fütterung sind die meisten davon Chemotrophe. Außerdem sind die Stoffe, die bei der Energiegewinnung durch Archaeen abgebaut werden, vielfältiger. Dies sind sowohl komplexe Kohlenhydrate als auchAmmoniak und Metallverbindungen. Unter den Archaeen gibt es auch Autotrophe. Sehr oft gehen sie eine symbiotische Beziehung ein. Unter den Archaea gibt es keine Parasiten. Am häufigsten werden in der Natur Kommensale und Mutualisten gefunden. Im ersten Fall ernähren sich Archaeen von den Substanzen des Wirtskörpers, schaden ihm aber nicht. Im Gegensatz zu dieser Art von Symbiose profitieren in einer wechselseitigen Beziehung beide Organismen. Einige von ihnen sind Metagene. Solche Archaeen bewohnen das Verdauungssystem von Menschen und Wiederkäuern und verursachen eine übermäßige Gasbildung im Darm. Diese Organismen vermehren sich durch binäre Sp altung, Knospung oder Fragmentierung.
Archaea beherrschen fast alle Lebensräume. Sie sind besonders vielfältig in der Zusammensetzung des Planktons. Ursprünglich wurden alle Archaeen als Extremophile eingestuft, da sie in heißen Quellen, Gewässern mit hohem Salzgeh alt und in Tiefen mit erheblichem Druck leben können.
Die Bedeutung von Prokaryoten in der Natur und im menschlichen Leben
Die Rolle der Prokaryoten in der Natur ist bedeutsam. Zunächst einmal sind sie die ersten lebenden Organismen, die auf dem Planeten entstanden sind. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Bakterien und Archaeen vor etwa 3,5 Milliarden Jahren entstanden sind. Die Theorie der Symbiogenese legt nahe, dass auch einige eukaryotische Zellorganellen von ihnen abstammen. Insbesondere sprechen wir über Plastiden und Mitochondrien.
Viele Prokaryoten werden in der Biotechnologie zur Herstellung von Medikamenten, Antibiotika, Enzymen, Hormonen, Düngemitteln und Herbiziden verwendet. Der Mensch nutzt seit langem vorteilhafte EigenschaftenMilchsäurebakterien zur Herstellung von Käse, Kefir, Joghurt, fermentierten Produkten. Mit Hilfe dieser Organismen wird die Reinigung von Gewässern und Böden, die Anreicherung von Erzen verschiedener Metalle durchgeführt. Bakterien bilden die Darmflora von Menschen und vielen Tieren. Zusammen mit Archaea zirkulieren sie viele Substanzen: Stickstoff, Eisen, Schwefel, Wasserstoff.
Andererseits sind viele Bakterien die Erreger gefährlicher Krankheiten, die den Bestand vieler Pflanzen- und Tierarten regulieren. Dazu gehören Pest, Syphilis, Cholera, Anthrax, Diphtherie.
Prokaryoten werden also Organismen genannt, deren Zellen keinen geformten Zellkern haben. Ihr genetisches Material wird durch ein Nukleoid dargestellt, das aus einem ringförmigen DNA-Molekül besteht. Von modernen Organismen gehören Bakterien und Archaeen zu den Prokaryoten.
