ჩვენს სტატიაში განვიხილავთ პროკარიოტებისა და ევკარიოტების სტრუქტურას. ეს ორგანიზმები მნიშვნელოვნად განსხვავდებიან ორგანიზაციის დონეზე. ამის მიზეზი კი გენეტიკური ინფორმაციის სტრუქტურის თავისებურებებია.
პროკარიოტული უჯრედების სტრუქტურის თავისებურებები
პროკარიოტები ყველა ცოცხალი ორგანიზმია, რომელთა უჯრედები არ შეიცავს ბირთვს. ცოცხალი ბუნების ხუთი თანამედროვე სამეფოს წარმომადგენელთაგან მხოლოდ ერთი ეკუთვნის მათ - ბაქტერია. პროკარიოტები, რომლებსაც ჩვენ განვიხილავთ, ასევე მოიცავს ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეებს და არქეებს.
მიუხედავად იმისა, რომ მათ უჯრედებში წარმოქმნილი ბირთვი არ არის, ისინი შეიცავს გენეტიკურ მასალას. ეს საშუალებას გაძლევთ შეინახოთ და გადაიტანოთ მემკვიდრეობითი ინფორმაცია, მაგრამ ზღუდავს გამრავლების მეთოდების მრავალფეროვნებას. ყველა პროკარიოტი მრავლდება უჯრედების ორად გაყოფით. მათ არ შეუძლიათ მიტოზის და მეიოზის უნარი.
პროკარიოტებისა და ევკარიოტების სტრუქტურა
პროკარიოტებისა და ევკარიოტების სტრუქტურული მახასიათებლები, რომლებიც განასხვავებენ მათ, საკმაოდ მნიშვნელოვანია. გარდა გენეტიკური მასალის სტრუქტურისა, ეს ასევე ეხება ბევრ ორგანელას. ევკარიოტები, რომლებიც მოიცავს მცენარეებს, სოკოებს და ცხოველებს, შეიცავს ციტოპლაზმაშიმიტოქონდრია, გოლჯის კომპლექსი, ენდოპლაზმური ბადე, მრავალი პლასტიდი. პროკარიოტებს არ აქვთ ისინი. უჯრედის კედელი, რომელიც ორივეს აქვს, განსხვავდება ქიმიური შემადგენლობით. ბაქტერიებში იგი შედგება რთული ნახშირწყლების პექტინის ან მურეინისგან, მცენარეებში კი ცელულოზას, ხოლო სოკოებში - ქიტინს.
აღმოჩენის ისტორია
პროკარიოტების სტრუქტურისა და ცხოვრების თავისებურებები მეცნიერებისთვის მხოლოდ მე-17 საუკუნეში გახდა ცნობილი. და ეს იმისდა მიუხედავად, რომ ეს არსებები არსებობდნენ პლანეტაზე მისი დაარსების დღიდან. 1676 წელს ისინი პირველად გამოიკვლიეს ოპტიკური მიკროსკოპით მისმა შემქმნელმა ენტონი ვან ლეუვენჰუკმა. ყველა მიკროსკოპული ორგანიზმის მსგავსად, მეცნიერმა მათ "ცხოველები" უწოდა. ტერმინი „ბაქტერია“მხოლოდ მე-19 საუკუნის დასაწყისში გამოჩნდა. იგი შემოგვთავაზა ცნობილმა გერმანელმა ნატურალისტმა კრისტიან ერენბერგმა. "პროკარიოტების" კონცეფცია გაჩნდა მოგვიანებით, ელექტრონული მიკროსკოპის შექმნის ეპოქაში. და თავდაპირველად, მეცნიერებმა დაადგინეს სხვადასხვა არსებების უჯრედების გენეტიკური აპარატის სტრუქტურაში განსხვავებების ფაქტი. ე. ჩატონმა 1937 წელს შესთავაზა ორგანიზმების გაერთიანება ორ ჯგუფად ამ მახასიათებლის მიხედვით: პრო- და ევკარიოტებად. ეს დაყოფა დღემდე არსებობს. მე-20 საუკუნის მეორე ნახევარში თავად პროკარიოტებს შორის აღმოაჩინეს განსხვავება: არქეა და ბაქტერია.
ზედაპირის აპარატის მახასიათებლები
პროკარიოტების ზედაპირული აპარატი შედგება მემბრანისა და უჯრედის კედლისგან. თითოეულ ამ ნაწილს აქვს საკუთარი მახასიათებლები. მათი მემბრანა იქმნება ლიპიდების და ცილების ორმაგი ფენით. პროკარიოტები,რომელთა სტრუქტურა საკმაოდ პრიმიტიულია, მათ აქვთ უჯრედის კედლის ორი ტიპის სტრუქტურა. ამრიგად, გრამდადებით ბაქტერიებში ის ძირითადად შედგება პეპტიდოგლიკანისგან, აქვს სისქე 80 ნმ-მდე და მჭიდროდ არის მემბრანასთან. ამ სტრუქტურის დამახასიათებელი მახასიათებელია მასში ფორების არსებობა, რომლის მეშვეობითაც მრავალი მოლეკულა აღწევს. გრამუარყოფითი ბაქტერიების უჯრედის კედელი ძალიან თხელია - მაქსიმუმ 3 ნმ-მდე. იგი მჭიდროდ არ ეკვრის გარსს. პროკარიოტების ზოგიერთ წარმომადგენელს გარედანაც აქვს ლორწოვანი კაფსულა. ის იცავს ორგანიზმებს გამოშრობისგან, მექანიკური დაზიანებისგან და ქმნის დამატებით ოსმოსურ ბარიერს.
პროკარიოტის ორგანელები
პროკარიოტებისა და ევკარიოტების უჯრედის სტრუქტურას აქვს თავისი მნიშვნელოვანი განსხვავებები, რომლებიც, პირველ რიგში, შედგება გარკვეული ორგანელების არსებობაში. ეს მუდმივი სტრუქტურები განსაზღვრავს ორგანიზმების განვითარების დონეს მთლიანობაში. მათი უმრავლესობა პროკარიოტებში არ არის. ცილების სინთეზი ამ უჯრედებში ხდება რიბოზომებით. წყლის პროკარიოტები შეიცავს აეროზომებს. ეს არის გაზის ღრუები, რომლებიც უზრუნველყოფენ გამძლეობას და არეგულირებენ ორგანიზმების ჩაძირვის ხარისხს. მხოლოდ პროკარიოტები შეიცავს მეზოზომებს. ციტოპლაზმური მემბრანის ეს ნაკეცები წარმოიქმნება მხოლოდ ქიმიური ფიქსაციის მეთოდების გამოყენებისას პროკარიოტული უჯრედების მიკროსკოპისთვის მომზადებისას. ბაქტერიების და არქეების მოძრაობის ორგანელებია ცილიები ან ფლაგელები. ხოლო სუბსტრატზე მიმაგრება ხორციელდება დალევით. ცილის ცილინდრებით წარმოქმნილ ამ სტრუქტურებს ასევე უწოდებენ ვილის და ფიმბრიებს.
რა არის ნუკლეოიდი
მაგრამ ყველაზე მნიშვნელოვანი განსხვავებაა პროკარიოტებისა და ევკარიოტების გენის სტრუქტურა. ყველა ეს ორგანიზმი ფლობს მემკვიდრეობით ინფორმაციას. ევკარიოტებში ის განლაგებულია წარმოქმნილი ბირთვის შიგნით. ამ ორმემბრანიან ორგანელას აქვს საკუთარი მატრიცა, რომელსაც ეწოდება ნუკლეოპლაზმა, კონვერტი და ქრომატინი. აქ ხდება არა მხოლოდ გენეტიკური ინფორმაციის შენახვა, არამედ რნმ-ის მოლეკულების სინთეზიც. ნუკლეოლებში ისინი შემდგომში ქმნიან რიბოზომების ქვედანაყოფებს - ორგანელებს, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ცილის სინთეზზე.
პროკარიოტული გენების სტრუქტურა უფრო მარტივია. მათი მემკვიდრეობითი მასალა წარმოდგენილია ნუკლეოიდური ან ბირთვული რეგიონით. პროკარიოტებში დნმ არ არის შეფუთული ქრომოსომებში, მაგრამ აქვს წრიული დახურული სტრუქტურა. ნუკლეოიდი ასევე შეიცავს რნმ-ს და ცილის მოლეკულებს. ეს უკანასკნელი ფუნქციით ევკარიოტული ჰისტონების მსგავსია. ისინი მონაწილეობენ დნმ-ის დუბლირებაში, რნმ-ის სინთეზში, ქიმიური სტრუქტურის შეკეთებაში და ნუკლეინის მჟავას რღვევაში.
სიცოცხლის აქტივობის თავისებურებები
პროკარიოტები, რომელთა სტრუქტურა არ არის რთული, ახორციელებენ საკმაოდ რთულ სასიცოცხლო პროცესებს. ეს არის კვება, სუნთქვა, საკუთარი სახის გამრავლება, მოძრაობა, მეტაბოლიზმი… და ამ ყველაფრის მხოლოდ ერთ მიკროსკოპულ უჯრედს შეუძლია, რომლის ზომა 250 მიკრონიდან მერყეობს! ასე რომ, პრიმიტიულობაზე მხოლოდ შედარებით შეიძლება საუბარი.
პროკარიოტების სტრუქტურის თავისებურებები განსაზღვრავს მათი ფიზიოლოგიის მექანიზმებს. მაგალითად, მათ შეუძლიათ ენერგიის მიღება სამი გზით. პირველი არისფერმენტაცია. მას ახორციელებს ზოგიერთი ბაქტერია. ეს პროცესი ეფუძნება რედოქს რეაქციებს, რომლის დროსაც ხდება ATP მოლეკულების სინთეზირება. ეს არის ქიმიური ნაერთი, რომლის გაყოფის დროს ენერგია გამოიყოფა რამდენიმე ეტაპად. ამიტომ ტყუილად არ ეძახიან „უჯრედულ ბატარეას“. შემდეგი გზა არის სუნთქვა. ამ პროცესის არსი არის ორგანული ნივთიერებების დაჟანგვა. ზოგიერთ პროკარიოტს შეუძლია ფოტოსინთეზი. მაგალითებია ლურჯი-მწვანე წყალმცენარეები და მეწამული ბაქტერიები, რომლებიც შეიცავს პლასტიდებს მათ უჯრედებში. მაგრამ არქეებს შეუძლიათ ქლოროფილის გარეშე ფოტოსინთეზი. ამ პროცესის დროს ნახშირორჟანგი არ ფიქსირდება, მაგრამ უშუალოდ წარმოიქმნება ATP მოლეკულები. ასე რომ, არსებითად, ეს არის ნამდვილი ფოტოფოსფორილირება.
კვების ტიპი
ბაქტერიები და არქეები პროკარიოტებია, რომელთა სტრუქტურა მათ საშუალებას აძლევს განახორციელონ კვების სხვადასხვა გზები. ზოგიერთი მათგანი ავტოტროფებია. ეს ორგანიზმები თავად ასინთეზებენ ორგანულ ნივთიერებებს ფოტოსინთეზის დროს. ასეთი პროკარიოტების უჯრედები შეიცავს ქლოროფილს. ზოგიერთი ბაქტერია იღებს ენერგიას გარკვეული ორგანული ნაერთების დაშლით. მათ კვებას ქიმიოტროფული ეწოდება. ამ ჯგუფის წარმომადგენლები არიან რკინისა და გოგირდის ბაქტერიები. სხვები შთანთქავენ მხოლოდ მზა ნაერთებს. მათ ჰეტეროტროფებს უწოდებენ. მათი უმრავლესობა პარაზიტული ცხოვრების წესს უტარებს და მხოლოდ სხვა არსებების უჯრედებში ცხოვრობს. ამ ჯგუფის მრავალფეროვნება ასევე საპროტროფებია. იკვებებიან ნარჩენებით ანორგანული ნივთიერებების დაშლა. როგორც ხედავთ, პროკარიოტების კვების გზა საკმაოდ მრავალფეროვანია. ამ ფაქტმა ხელი შეუწყო მათ ფართო გავრცელებას ყველა ჰაბიტატში.
რეპროდუქციის ფორმები
პროკარიოტები, რომელთა აგებულება წარმოდგენილია ერთი უჯრედით, მრავლდებიან მისი ორ ნაწილად გაყოფით ან კვირტით. ეს თვისება ასევე განპირობებულია მათი გენეტიკური აპარატის სტრუქტურით. ორობითი დაშლის პროცესს წინ უძღვის დუბლირება, ანუ დნმ-ის რეპლიკაცია. ამ შემთხვევაში, ნუკლეინის მჟავას მოლეკულა ჯერ იხსნება, რის შემდეგაც ყოველი ჯაჭვი დუბლირებულია კომპლემენტარობის პრინციპის მიხედვით. ამის შედეგად წარმოქმნილი ქრომოსომები პოლუსებისკენ განსხვავდება. უჯრედები იზრდება ზომაში, მათ შორის წარმოიქმნება შეკუმშვა და შემდეგ ხდება მათი საბოლოო იზოლაცია. ზოგიერთ ბაქტერიას ასევე შეუძლია შექმნას ასექსუალური გამრავლების უჯრედები - სპორები.
ბაქტერია და არქეა: განმასხვავებელი ნიშნები
დიდი ხნის განმავლობაში არქეები, ბაქტერიებთან ერთად, დრობიანკას სამეფოს წარმომადგენლები იყვნენ. მართლაც, მათ აქვთ მრავალი მსგავსი სტრუქტურული მახასიათებელი. ეს, პირველ რიგში, მათი უჯრედების ზომა და ფორმაა. თუმცა, ბიოქიმიურმა კვლევებმა აჩვენა, რომ მათ აქვთ მრავალი მსგავსება ევკარიოტებთან. ეს არის ფერმენტების ბუნება, რომელთა გავლენით ხდება რნმ-ისა და ცილის მოლეკულების სინთეზის პროცესები.
კვების წესის მიხედვით უმეტესობა ქიმიოტროფებია. უფრო მეტიც, ნივთიერებები, რომლებიც იშლება არქეების მიერ ენერგიის მიღების პროცესში, უფრო მრავალფეროვანია. ეს არის როგორც რთული ნახშირწყლები დაამიაკი და ლითონის ნაერთები. არქეებს შორის არის ავტოტროფებიც. ძალიან ხშირად ისინი შედიან სიმბიოტურ ურთიერთობაში. არქეებს შორის პარაზიტები არ არის. ბუნებაში ყველაზე ხშირად გვხვდება კომენსალები და ურთიერთდახმარებები. პირველ შემთხვევაში არქეა იკვებება მასპინძლის ორგანიზმის ნივთიერებებით, მაგრამ არ აზიანებს მას. ამ ტიპის სიმბიოზისგან განსხვავებით, ორმხრივი ურთიერთობისას ორივე ორგანიზმი სარგებელს იღებს. ზოგიერთი მათგანი მეტაგენია. ასეთი არქეები ბინადრობენ ადამიანებისა და ძუძუმწოვრების საჭმლის მომნელებელ სისტემაში, რაც იწვევს ნაწლავებში გაზის გადაჭარბებულ წარმოქმნას. ეს ორგანიზმები მრავლდებიან ორობითი დაშლის, კვირტის ან ფრაგმენტაციის გზით.
არქეამ თითქმის ყველა ჰაბიტატი აითვისა. ისინი განსაკუთრებით მრავალფეროვანია პლანქტონის შემადგენლობით. თავდაპირველად, ყველა არქეა კლასიფიცირებული იყო როგორც ექსტრემოფილები, რადგან მათ შეუძლიათ იცხოვრონ ცხელ წყაროებში, წყლის ობიექტებში მაღალი მარილიანობით და სიღრმეებში მნიშვნელოვანი წნევით.
პროკარიოტების მნიშვნელობა ბუნებასა და ადამიანის ცხოვრებაში
პროკარიოტების როლი ბუნებაში მნიშვნელოვანია. უპირველეს ყოვლისა, ისინი პლანეტაზე გაჩენილი პირველი ცოცხალი ორგანიზმები არიან. მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ბაქტერიები და არქეები წარმოიშვა დაახლოებით 3,5 მილიარდი წლის წინ. სიმბიოგენეზის თეორია ვარაუდობს, რომ ზოგიერთი ევკარიოტული უჯრედის ორგანელებიც მათგან წარმოიშვა. კერძოდ, საუბარია პლასტიდებსა და მიტოქონდრიებზე.
ბევრი პროკარიოტი გამოიყენება ბიოტექნოლოგიაში წამლების, ანტიბიოტიკების, ფერმენტების, ჰორმონების, სასუქების, ჰერბიციდების წარმოებისთვის. ადამიანი დიდი ხანია იყენებს სასარგებლო თვისებებსრძემჟავა ბაქტერიები ყველის, კეფირის, იოგურტის, ფერმენტირებული პროდუქტების დასამზადებლად. ამ ორგანიზმების დახმარებით ხდება წყლის ობიექტების და ნიადაგების გაწმენდა, სხვადასხვა ლითონების მადნების გამდიდრება. ბაქტერიები ქმნიან ადამიანის და მრავალი ცხოველის ნაწლავის მიკროფლორას. არქეასთან ერთად ისინი აციკლებენ ბევრ ნივთიერებას: აზოტს, რკინას, გოგირდს, წყალბადს.
მეორეს მხრივ, ბევრი ბაქტერია არის საშიში დაავადებების გამომწვევი აგენტი, რომელიც არეგულირებს მრავალი მცენარეული და ცხოველური სახეობის პოპულაციას. მათ შორისაა ჭირი, სიფილისი, ქოლერა, ჯილეხი, დიფტერია.
ასე რომ, პროკარიოტებს უწოდებენ ორგანიზმებს, რომელთა უჯრედები მოკლებულია წარმოქმნილ ბირთვს. მათი გენეტიკური მასალა წარმოდგენილია ნუკლეოიდით, რომელიც შედგება წრიული დნმ-ის მოლეკულისგან. თანამედროვე ორგანიზმებიდან ბაქტერიები და არქეები პროკარიოტებს მიეკუთვნება.
