Karakteristik sel prokariotik, struktur seluler, jenis



itu sel prokariotik mereka adalah struktur sederhana dan tanpa inti dibatasi oleh membran plasma. Organisme yang terkait dengan tipe sel ini adalah uniseluler, meskipun mereka dapat dikelompokkan dan membentuk struktur sekunder, seperti rantai.

Dari tiga domain kehidupan yang diusulkan oleh Carl Woese, prokariota berhubungan dengan Bacteria dan Archaea. Domain yang tersisa, Eucarya, terdiri dari sel-sel eukariotik, lebih besar, lebih kompleks dan dengan inti yang dibatasi.

Salah satu dikotomi paling penting dalam ilmu biologi adalah perbedaan antara sel eukariotik dan sel prokariotik. Secara historis, organisme prokariotik dianggap sederhana, tanpa organisasi internal, tanpa organel dan tidak memiliki sitoskeleton. Namun, bukti baru menghancurkan paradigma ini.

Sebagai contoh, struktur telah diidentifikasi dalam prokariota yang berpotensi dapat dianggap sebagai organel. Demikian pula, protein yang homolog dengan protein eukariota yang membentuk sitoskeleton telah ditemukan.

Prokariota sangat bervariasi dalam nutrisi mereka. Mereka dapat menggunakan cahaya dari matahari dan energi yang terkandung dalam ikatan kimia sebagai sumber energi. Mereka juga dapat menggunakan berbagai sumber karbon, seperti karbon dioksida, glukosa, asam amino, protein, dan lainnya..

Prokariota dibagi secara aseksual dengan pembelahan biner. Dalam proses ini organisme mereplikasi DNA sirkularnya, meningkatkan volumenya dan akhirnya membaginya menjadi dua sel yang identik.

Namun, ada mekanisme pertukaran bahan genetik yang menghasilkan variabilitas pada bakteri, seperti transduksi, konjugasi, dan transformasi.

Indeks

  • 1 Karakteristik umum
  • 2 Struktur
  • 3 Jenis prokariota
  • 4 Morfologi prokariota
  • 5 Reproduksi
    • 5.1. Reproduksi aseksual
    • 5.2 Sumber tambahan variabilitas genetik
  • 6 Nutrisi
    • 6.1 Kategori bergizi
    • 6.2 Photoautotrophs
    • 6.3 Photoheterotrophs
    • 6.4 Kemoautotrof
    • 6.5 Chemoheterotrophs
  • 7 Metabolisme
  • 8 Perbedaan mendasar dengan sel eukariotik
    • 8.1 Ukuran dan kompleksitas
    • 8.2 Inti
    • 8.3 Organisasi materi genetik
    • 8.4 Pemadatan bahan genetik
    • 8.5 Organel
    • 8.6 Struktur ribosom
    • 8.7 Dinding sel
    • 8.8 Pembelahan sel
  • 9 Filogeni dan klasifikasi
  • 10 Perspektif baru
    • 10.1 Organel dalam prokariota
    • 10.2 Magnetosom
    • 10.3 Membran fotosintesis
    • 10.4 Kompartemen dalam Planctomycetes
    • 10.5 Komponen sitoskeleton
  • 11 Referensi

Karakteristik umum

Prokariota adalah organisme uniseluler yang relatif sederhana. Karakteristik paling menonjol yang mengidentifikasi kelompok ini adalah tidak adanya inti yang benar. Mereka dibagi menjadi dua cabang besar: bakteri sejati atau eubacteria dan archaebacteria.

Mereka telah menjajah hampir setiap habitat yang ada, dari air dan tanah hingga bagian dalam organisme lain, termasuk manusia. Secara khusus, archaebacteria mendiami daerah dengan suhu, salinitas, dan pH ekstrim.

Struktur

Skema arsitektur dari prokariota yang khas, tanpa keraguan, adalah Escherichia coli, bakteri yang biasanya hidup di saluran pencernaan kita.

Bentuk sel menyerupai tongkat dan memiliki diameter 1 um dan panjang 2 um. Prokariota dikelilingi oleh dinding sel, terutama terdiri dari polisakarida dan peptida.

Dinding sel bakteri adalah karakteristik yang sangat penting dan, menurut strukturnya, memungkinkan untuk membangun sistem klasifikasi dalam dua kelompok besar: bakteri gram positif dan bakteri gram negatif.

Diikuti oleh dinding sel, kami menemukan membran (elemen umum antara prokariota dan eukariota) yang bersifat lipid dengan serangkaian elemen prostetik yang tertanam di dalamnya yang memisahkan organisme dari lingkungannya..

DNA adalah molekul melingkar yang terletak di wilayah tertentu yang tidak memiliki jenis membran atau pemisahan dengan sitoplasma.

Sitoplasma menunjukkan penampilan kasar dan memiliki sekitar 3.000 ribosom - struktur yang bertanggung jawab untuk sintesis protein.

Jenis prokariota

Prokariota saat ini terdiri dari berbagai macam bakteri yang dibagi menjadi dua domain utama: Eubacteria dan Archaebacteria. Menurut bukti, kelompok-kelompok ini tampaknya telah menyimpang sangat awal dalam evolusi.

Archaebacteria adalah sekelompok prokariota yang, umumnya, hidup di lingkungan yang kondisinya tidak biasa, seperti suhu atau salinitas tinggi. Kondisi ini jarang terjadi saat ini, tetapi mereka bisa lazim di tanah primitif.

Misalnya, termoasidofil hidup di daerah yang suhunya mencapai maksimum 80 ° C dan pH 2.

Eubacteria, di sisi lain, hidup di lingkungan yang sama bagi kita manusia. Mereka dapat menghuni tanah, air atau hidup di organisme lain - seperti bakteri yang merupakan bagian dari saluran pencernaan kita.

Morfologi prokariota

Bakteri datang dalam serangkaian morfologi yang sangat bervariasi dan heterogen. Di antara yang paling umum kita memiliki yang bulat yang disebut kelapa. Ini dapat disajikan secara individual, berpasangan, dalam rantai, dalam tetrads, dll..

Beberapa bakteri secara morfologis mirip dengan tongkat dan disebut basil. Sama seperti kelapa dapat ditemukan dalam pengaturan yang berbeda dengan lebih dari satu individu. Kami juga menemukan spirochetes berbentuk spiral dan yang memiliki koma atau bentuk butiran yang disebut vibrios.

Masing-masing morfologi yang dijelaskan ini dapat bervariasi di antara spesies yang berbeda - misalnya, satu basil dapat lebih memanjang dari yang lain atau dengan tepi yang lebih bulat - dan berguna saat mengidentifikasi spesies.

Reproduksi

Reproduksi aseksual

Reproduksi pada bakteri aseksual dan terjadi melalui pembelahan biner. Dalam proses ini organisme secara harfiah "terbelah menjadi dua", menghasilkan klon dari organisme awal. Agar ini terjadi harus ada sumber daya yang cukup tersedia.

Prosesnya relatif sederhana: DNA sirkuler bereplikasi, membentuk dua heliks ganda yang identik. Selanjutnya bahan genetik ditampung dalam membran sel dan sel mulai tumbuh, sampai dua kali lipat ukurannya. Sel akhirnya dibagi dan setiap bagian yang dihasilkan memiliki salinan DNA sirkuler.

Pada beberapa bakteri, sel-sel dapat membagi bahan dan tumbuh, tetapi mereka tidak membelah sama sekali dan membentuk semacam rantai.

Sumber tambahan variabilitas genetik

Ada beberapa peristiwa pertukaran gen antara bakteri yang memungkinkan pemindahan dan rekombinasi genetik, suatu proses yang mirip dengan apa yang kita ketahui sebagai reproduksi seksual. Mekanisme ini adalah konjugasi, transformasi dan transduksi.

Konjugasi terdiri dari pertukaran bahan genetik antara dua bakteri melalui struktur yang mirip dengan rambut halus yang disebut pili atau fimbrias, yang bertindak sebagai "jembatan". Dalam hal ini, harus ada kedekatan fisik antara kedua individu.

Transformasi melibatkan pengambilan fragmen DNA telanjang yang ditemukan di lingkungan. Artinya, dalam proses ini keberadaan organisme kedua tidak diperlukan.

Akhirnya kami memiliki terjemahan, di mana bakteri memperoleh bahan genetik melalui vektor, misalnya bakteriofag (virus yang menginfeksi bakteri).

Nutrisi

Bakteri membutuhkan zat yang menjamin kelangsungan hidup mereka dan memberi mereka energi yang diperlukan untuk proses seluler. Sel akan mengambil nutrisi ini dengan penyerapan.

Secara umum kita dapat mengklasifikasikan nutrisi sebagai esensial atau dasar (air, sumber karbon, dan senyawa nitrogen), sekunder (karena beberapa ion: kalium dan magnesium) dan elemen jejak yang diperlukan dalam konsentrasi minimum (besi, kobalt).

Beberapa bakteri membutuhkan faktor pertumbuhan spesifik, seperti vitamin dan asam amino dan faktor perangsang yang, meskipun tidak esensial, membantu dalam proses pertumbuhan.

Kebutuhan nutrisi bakteri sangat bervariasi, tetapi pengetahuan mereka diperlukan untuk dapat menyiapkan media kultur yang efektif yang menjamin pertumbuhan suatu organisme yang menarik..

Kategori gizi

Bakteri dapat diklasifikasikan menurut sumber karbon yang mereka gunakan, baik organik atau anorganik dan tergantung pada sumber energi yang diperoleh.

Menurut sumber karbon kami memiliki dua kelompok: autotrof atau litotrof menggunakan karbon dioksida dan heterotrof atau organotrof yang membutuhkan sumber karbon organik.

Dalam hal sumber energi, kami juga memiliki dua kategori: fototrof yang menggunakan energi yang berasal dari matahari atau energi radiasi dan chemiotrof yang bergantung pada energi reaksi kimia. Dengan demikian, dengan menggabungkan kedua kategori, bakteri dapat diklasifikasikan menjadi:

Photoautotrophs

Energi diperoleh dari sinar matahari - yang berarti mereka aktif secara fotosintesis - dan sumber karbonnya adalah karbon dioksida.

Photoheterotrophs

Mereka mampu menggunakan energi radiasi untuk pengembangan mereka tetapi tidak mampu memasukkan karbon dioksida. Karena itu, mereka menggunakan sumber karbon lain, seperti alkohol, asam lemak, asam organik dan karbohidrat.

Kemoautotrof

Energi diperoleh dari reaksi kimia dan mereka dapat menggabungkan karbon dioksida.

Kemoheterotrof

Mereka menggunakan energi yang berasal dari reaksi kimia dan karbon berasal dari senyawa organik, seperti glukosa - yang paling banyak digunakan - lipid dan juga protein. Perhatikan bahwa sumber energi dan sumber karbon sama dalam kedua kasus, sehingga sulit untuk membedakan keduanya.

Secara umum, mikroorganisme yang dianggap patogen manusia termasuk dalam kategori terakhir ini dan digunakan sebagai sumber karbon asam amino dan senyawa lipid dari inangnya.

Metabolisme

Metabolisme mencakup semua reaksi kimia kompleks yang dikatalisis oleh enzim yang terjadi di dalam suatu organisme sehingga dapat berkembang dan bereproduksi..

Pada bakteri, reaksi ini tidak berbeda dengan proses dasar yang terjadi pada organisme yang lebih kompleks. Faktanya, kami memiliki banyak rute yang digunakan bersama oleh kedua garis keturunan organisme, misalnya glikolisis.

Reaksi metabolisme diklasifikasikan menjadi dua kelompok besar: biosintesis atau reaksi anabolik, dan degradasi atau reaksi katabolik, yang terjadi untuk mencapai produksi energi kimia.

Reaksi katabolik melepaskan energi dengan cara terhuyung-huyung yang digunakan organisme untuk biosintesis komponen-komponennya.

Perbedaan mendasar dengan sel eukariotik

Prokariota berbeda dari prokariota terutama dalam kompleksitas struktural sel dan dalam proses yang terjadi di dalamnya. Selanjutnya kita akan menjelaskan perbedaan utama antara kedua garis keturunan:

Ukuran dan kompleksitas

Secara umum, sel prokariotik lebih kecil dari eukariota. Yang pertama memiliki diameter antara 1 dan 3 m, berbeda dengan sel eukariotik yang dapat mencapai 100 m. Namun, ada beberapa pengecualian.

Meskipun organisme prokariotik adalah uniseluler dan kita tidak dapat mengamatinya dengan mata telanjang (kecuali kita mengamati koloni bakteri, misalnya) kita tidak boleh menggunakan karakteristik untuk membedakan antara kedua kelompok. Dalam eukariota kami juga menemukan organisme bersel tunggal.

Faktanya, salah satu sel yang paling kompleks adalah eukariota uniseluler, karena mereka harus mengandung semua struktur yang diperlukan untuk perkembangannya terbatas pada membran seluler. Genre Paramecium dan Trypanosoma mereka adalah contoh luar biasa dari ini.

Di sisi lain, ada prokariota yang sangat kompleks, seperti cyanobacteria (kelompok prokariotik di mana evolusi reaksi fotosintesis terjadi).

Inti

Kata "prokariota" mengacu pada tidak adanya inti (pro = sebelumnya; karyon = nukleus) sementara eukariota memiliki nukleus sejati (eu = benar). Dengan demikian, kedua kelompok ini dipisahkan oleh kehadiran organel penting ini.

Dalam prokariota, materi genetik didistribusikan di wilayah spesifik sel yang disebut nukleoid - dan itu bukan inti sejati karena tidak dibatasi oleh membran lipid.

Eukariota memiliki nukleus yang jelas dan dikelilingi oleh membran ganda. Struktur ini sangat kompleks, menghadirkan area yang berbeda di dalamnya seperti misalnya nucleolus. Selain itu, organel ini dapat berinteraksi dengan lingkungan internal sel berkat kehadiran pori-pori nuklir.

Organisasi materi genetik

Prokariota mengandung 0,6 hingga 5 juta pasangan basa dalam DNA mereka dan diperkirakan dapat mengkodekan hingga 5.000 protein berbeda. 

Gen prokariotik disusun menjadi entitas yang disebut operon - seperti operon laktosa yang dikenal - sedangkan gen eukariotik tidak.

Dalam gen kita dapat membedakan dua "wilayah": intron dan ekson. Yang pertama adalah bagian-bagian yang tidak mengkode protein dan mengganggu wilayah pengkodean, yang disebut ekson. Intron umum terjadi pada gen eukariotik tetapi tidak pada prokariota.

Prokariota umumnya haploid (satu beban genetik tunggal) dan eukariota memiliki muatan haploid dan poliploid. Sebagai contoh, kita manusia adalah diploid. Demikian juga, prokariota memiliki kromosom dan eukariota lebih dari satu.

Pemadatan bahan genetik

Dalam inti sel, eukariota menunjukkan organisasi DNA yang kompleks. Untai panjang DNA (sekitar dua meter) mampu melilit sedemikian rupa sehingga dapat diintegrasikan ke dalam nukleus dan, selama proses pembelahan, dapat divisualisasikan di bawah mikroskop dalam bentuk kromosom.

Proses pemadatan DNA ini melibatkan serangkaian protein yang mampu mengikat untaian dan membentuk struktur yang menyerupai kalung mutiara, di mana benang diwakili oleh DNA dan manik-manik oleh mutiara. Protein ini disebut histones.

Histon telah banyak dilestarikan selama evolusi. Artinya, histones kita sangat mirip dengan tikus, atau lebih jauh dari serangga. Secara struktural, mereka memiliki sejumlah besar asam amino bermuatan positif yang berinteraksi dengan muatan negatif DNA.

Dalam prokariota, protein tertentu homolog dengan histones yang umumnya dikenal sebagai histones telah ditemukan-seperti. Protein ini berkontribusi pada kontrol ekspresi gen, rekombinasi dan replikasi DNA dan, seperti histone dalam eukariota, berpartisipasi dalam organisasi nukleoid.

Organel

Dalam sel eukariotik, serangkaian kompartemen subselular yang sangat kompleks dapat diidentifikasi yang melakukan fungsi spesifik.

Yang paling relevan adalah mitokondria, yang bertanggung jawab untuk proses respirasi seluler dan pembentukan ATP, dan pada tanaman, kloroplas menonjol, dengan sistem tiga membran dan dengan mesin yang diperlukan untuk fotosintesis..

Juga, kami memiliki kompleks Golgi, retikulum endoplasma yang halus dan kasar, vakuola, lisosom, peroksisom, antara lain.

Struktur ribosom

Ribosom terdiri dari mesin yang diperlukan untuk sintesis protein, sehingga mereka harus ada di kedua eukariota dan prokariota. Meskipun ini merupakan struktur yang sangat diperlukan untuk keduanya, ukurannya berbeda secara dominan.

Ribosom terdiri dari dua subunit: satu besar dan satu kecil. Setiap subunit diidentifikasi oleh parameter yang disebut koefisien sedimentasi.

Dalam prokariota, subunit besar adalah 50S dan subunit kecil adalah 30S. Struktur lengkapnya disebut 70S. Ribosom tersebar di sitoplasma, tempat mereka melakukan tugasnya.

Eukariota memiliki ribosom yang lebih besar, subunit besar adalah 60S, yang kecil adalah 40S dan seluruh ribosom ditetapkan dengan nilai 80S. Ini terletak terutama berlabuh di retikulum endoplasma kasar.

Dinding sel

Dinding sel adalah elemen penting untuk mengatasi stres osmotik dan berfungsi sebagai penghalang pelindung terhadap kemungkinan kerusakan. Hampir semua prokariota dan beberapa kelompok eukariota memiliki dinding sel. Perbedaannya terletak pada sifat kimianya.

Dinding bakteri tersusun dari peptidoglikan, polimer yang terdiri dari dua elemen struktural: N-asetil-glukosamin dan asam N-asetilmuramat, dihubungkan bersama oleh ikatan tipe β-1,4.

Di dalam garis keturunan eukariotik ada juga sel dengan dinding, terutama pada beberapa jamur dan pada semua tanaman. Senyawa yang paling melimpah di dinding jamur adalah kitin dan pada tanaman itu adalah selulosa, polimer yang dibentuk oleh banyak unit glukosa.

Pembelahan sel

Sebagaimana dibahas di atas, prokariota dibagi dengan pembelahan biner. Eukariota memiliki sistem pembagian yang kompleks yang melibatkan berbagai tahap pembelahan nuklir, baik itu mitosis atau meiosis.

Filogeni dan klasifikasi

Kita umumnya terbiasa mendefinisikan suatu spesies sesuai dengan konsep biologis yang dikemukakan oleh E. Mayr pada tahun 1989: "kelompok populasi alami berselang-seling yang secara reproduktif diisolasi dari kelompok lain".

Menerapkan konsep ini pada spesies aseksual, seperti halnya prokariota, adalah mustahil. Oleh karena itu, harus ada cara lain untuk mendekati konsep spesies untuk mengklasifikasikan organisme ini.

Menurut Rosselló-Mora et al. (2011), konsep phylo-phenetic sangat cocok dengan garis keturunan ini: "seperangkat organisme individu yang monofiletik dan koheren secara genom yang menunjukkan tingkat kesamaan umum yang tinggi dalam banyak karakteristik independen, dan dapat didiagnosis oleh sifat fenotip diskriminatif".

Sebelumnya, semua prokariota digolongkan ke dalam satu "domain", sampai Carl Woese menyarankan bahwa pohon kehidupan harus memiliki tiga cabang utama. Mengikuti klasifikasi ini, prokariota mencakup dua domain: Archaea dan Bacteria.

Dalam bakteri kami menemukan lima kelompok: proteobacteria, chlamydias, spirochetes cyanobacteria dan bakteri gram positif. Demikian juga, kami memiliki empat kelompok utama archaea: Euryarchaeota, Grupo TACK, Asgard dan Grupo DPANN.

Perspektif baru

Salah satu konsep yang paling luas dalam biologi adalah kesederhanaan sitosol prokariotik. Namun, bukti baru menunjukkan bahwa ada organisasi potensial dalam sel prokariotik. Saat ini, para ilmuwan mencoba untuk merobohkan dogma tidak adanya organel, sitoskeleton dan karakteristik lain dalam garis keturunan uniseluler ini..

Organel dalam prokariota

Para penulis proposal novel dan kontroversial ini memastikan bahwa ada tingkat kompartementalisasi dalam sel eukariotik, terutama dalam struktur yang dibatasi oleh protein dan oleh lipid intraseluler.

Menurut para pembela gagasan ini, organel adalah kompartemen yang dikelilingi oleh membran biologis dengan fungsi biokimia yang ditentukan. Di antara "organel" ini yang sesuai dengan definisi ini kita memiliki tubuh lipid, karboksisom, vakuola gas, antara lain.

Magnetosom

Salah satu kompartemen bakteri yang paling menarik adalah magnetosom. Struktur ini terkait dengan kapasitas bakteri tertentu Magnetospirillum o Magnetococcus - menggunakan medan magnet untuk orientasi.

Secara struktural mereka adalah tubuh kecil 50 nanometer yang dikelilingi oleh membran lipid, yang interiornya terdiri dari mineral magnetik.

Membran fotosintesis

Selain itu, beberapa prokariota memiliki "membran fotosintetik", yang merupakan kompartemen yang paling banyak dipelajari dalam organisme ini..

Sistem ini bekerja untuk memaksimalkan efisiensi fotosintesis, meningkatkan jumlah protein fotosintesis yang tersedia dan memaksimalkan permukaan membran yang terkena cahaya..

Kompartemen di Planctomycetes

Belumlah mungkin untuk melacak jalur evolusi yang masuk akal dari kompartemen ini yang disebutkan di atas ke organel eukariota yang sangat kompleks.

Namun genre Planctomycetes Ini memiliki serangkaian kompartemen di dalam yang mengingatkan organel sendiri dan dapat diusulkan sebagai nenek moyang bakteri eukariota. Dalam genre Pirellula ada kromosom dan ribosom yang dikelilingi oleh membran biologis.

Komponen sitoskeleton

Demikian pula, ada protein tertentu yang secara historis dianggap unik untuk eukariota, termasuk filamen esensial yang merupakan bagian dari sitoskeleton: tubulin, aktin dan filamen menengah.

Investigasi baru-baru ini telah berhasil mengidentifikasi protein yang homolog terhadap tubulin (FtsZ, BtuA, BtuB dan lainnya), menjadi aktin (MreB dan Mb1) dan ke filamen menengah (CfoA).

Referensi

  1. Cooper, G. M. (2000). Sel: Pendekatan molekuler. Sinauer Associates.
  2. Dorman, C. J., & Deighan, P. (2003). Regulasi ekspresi gen oleh protein seperti histone pada bakteri. Pendapat saat ini dalam genetika & pengembangan, 13(2), 179-184.
  3. Guerrero, R., & Berlanga, M. (2007). Sisi tersembunyi sel prokariotik: menemukan kembali dunia mikroba. Mikrobiologi Internasional, 10(3), 157-168.
  4. Murat, D., Byrne, M., & Komeili, A. (2010). Biologi sel organel prokariotik. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi, a000422.
  5. Rosselló-Mora, R., & Amann, R. (2001). Konsep spesies untuk prokariota. Ulasan mikrobiologi FEMS, 25(1), 39-67.
  6. Slesarev, A.I., Belova, G.I., Kozyavkin, S.A., & Lake, J.A. (1998). Bukti untuk asal prokariotik awal histone H2A dan H4 sebelum munculnya eukariota. Penelitian asam nukleat, 26(2), 427-430.
  7. Souza, W. D. (2012). Sel prokariotik: organisasi struktural dari sitoskeleton dan organel. Kenangan dari Oswaldo Cruz Institute, 107(3), 283-293.