Prokarionti: definicija, lastnosti in primeri bakterij ter arhej

Prokarionti (ali monera) so ena najpreprostejših živih bitij: bakterije in arheje. Na splošno nimajo celičnega jedra, jedrske membrane ali celičnih organelov, vendar je bilo odkritih nekaj izjem (npr. bakterije z notranjimi membranskimi strukturami ali skupine, kot so planctomycete, pri katerih so opazili posebne notranje pregrade). Prokarionti so enocelični organizmi, a mnogi tvorijo združbe ali večcelične strukture, ki delujejo koordinirano.

Osnovne lastnosti

• Velikost in oblikovanje: prokariontske celice so običajno majhne (približno 0,2–5 µm). Pogoste oblike so kroglice (kok), paličice (bakeriji ali bacili), spiralne oblike (spirili) ali filamentne strukture.
• Celična stena in membrana: večina bakterij ima steno iz peptidoglikana, medtem ko ima večina arhej specifične sestavine stene (npr. pseudopeptidoglikan) in drugačno zgradbo membranskih lipidov (eterično vezane maščobne verige pri arhejah, v primerjavi z esteri pri bakterijah in evkariontih).
• Genetska organizacija: kromosomska DNA je pri prokariontih običajno krožna in tvori nukleoid; pogosto imajo tudi majhne dodatne krožne DNA enote — plazmide.
• Ribosomi: vsebujejo ribosome, vendar so ti manjši (70S) kot pri evkariontih (80S).
• Organeli: v celici običajno ni membransko omejenih organelov, torej ni tipičnih struktur, kot so vakuole, Golgijev aparat ali endoplazemska mreža, čeprav so prisotne posebne ne-membranske strukture in v nekaterih rodovih notranje membrane za posebne funkcije (npr. fotosinteza).

Zgradba, metabolizem in genetika

Prokarionti nimajo večine struktur, ki jih imajo evkarionti, a razvijejo široko paleto drugih prilagoditev. Njihove celične membrane in stene omogočajo preživetje v različnih okoljih. Metabolno so izjemno raznoliki: nekateri so fotosintetični (npr. cianobakterije), drugi uporabljajo organske snovi, še drugi oksidirajo anorganske snovi (npr. nitrifikatorji) ali proizvajajo metan (metanogeni med arhejami).

Razmnožujejo se predvsem z delitvijo (binarnim cepitvijo) — brez zlitja gamet. Genetske spremembe in prilagoditve pa pogosto pridejo tudi skozi horizontalni prenos genov: transformacijo (vnos proste DNA), konjugacijo (direkten prenos preko kontaktnih struktur) in transdukcijo (posredovanje z bakteriofagi).

Biofilmi, večceličnost in izjeme

Nekateri prokarionti tvorijo kompleksne skupnosti na površinah, imenovane biofilme, ki so nekoliko podobni večceličnim organizmom — celice so obdane z ekstracelularnim matriksom, med seboj komunicirajo in si delijo vloge (npr. zaščita, delitev dela pri presnovi). Obstajajo tudi primeri prokariontov, ki oblikujejo večcelične strukture, kot so filamentne ali plodovite tvorbe (npr. nekatere vrste Myxococcus).

Sistematika in evolucija

Leta 1977 je Carl Woese predlagal razdelitev prokariontov na bakterije in arheje (prvotno eubakterije in arheobakterije) zaradi velikih razlik v zgradbi in genetiki med obema skupinama organizmov. Ta razporeditev Eukaryota (imenovana tudi "Eukarya"), Bacteria in Archaea se imenuje sistem treh domen, ki je nadomestil tradicionalni sistem dveh domen. Molekularne metode (npr. primerjava 16S/18S rRNA genov) so potrdile globoke evolucijske razlike med temi domenami.

Okoljski nиши in ekstremofili

Arheje vključujejo preproste organizme, ki so jih prvič odkrili v ekstremnih okoljih. Večina jih lahko preživi pri zelo visokih ali zelo nizkih temperaturah. Nekateri med njimi lahko preživijo tudi v zelo slani, kisli ali alkalni vodi. Nekatere so bile najdene v gejzirjih, črnih dimnikih ali naftnih vrtinah. Arheje vključujejo skupine, kot so metanogeni (proizvajalci metana), halofili (slaniljubci) in termofili (visokotemperaturni organizmi).

Pomen za človeka in ekosisteme

• Ekološko: prokarionti so temeljni v biogeokemičnih ciklih (oglika, dušika, žvepla), razgrajujejo organsko snov in omogočajo recikliranje hranil.
• Medicinsko: nekatere bakterije povzročajo bolezni, druge pa so koristne kot del človeškega mikrobioma ali kot probiotiki.
• Industrijsko in biotehnološko: bakterije in arheje se uporabljajo v fermentaciji, proizvodnji encimov, bioremediaciji in kot mikroorganizmi za proizvodnjo zdravil, biogoriv in drugih snovi.
• Raziskovalno: prokarionti so modelni organizmi za študij genetike, metabolizma in evolucije ter so ključni pri razumevanju izvora evkariontskih organelov (teorija endosimbioze, kjer so nekatere organele evkariontov nekoč bile prosto živeči prokarionti).

Primeri

• Bakterije: Escherichia coli, Bacillus spp., Streptococcus spp., cianobakterije (fotosintetske bakterije), Myxobacteria (organizirane skupine z vedenjem podobnim večceličnim organizmom).
• Arheje: metanogeni (npr. Methanobrevibacter), halofili (npr. Halobacterium salinarum), termofilne vrste (npr. Sulfolobus solfataricus, Pyrococcus prijatelji).

Prokarionti so zaradi svoje raznolikosti, prilagodljivosti in velikega števila vrst ključni za življenje na Zemlji. Raziskave z mikroskopijo, molekularnimi tehnikami in sekvenciranjem še naprej odkrivajo nove vrste, nepoznane načine presnove in presenetljive biološke mehanizme pri teh preprostih, a izjemno pomembnih organizmih.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj so prokarionti?

V: Ali imajo prokarionti celično jedro?

V: Kaj je genski material prokariontov?

V: Katera vrsta bakterij vključuje cianobakterije?

V: Kako se razmnožujejo prokarionti?

V: Ali imajo celice prokariontov membrane?

V: Od kod izvirajo evkariontske celice?

Išči po črki