CELULA PROCARIOTĂ: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ CELULARĂ, TIPURI - BIOLOGIE - 2025

Cele Celulele procariote sunt simple și fără un nucleu delimitat de structuri de membrana plasmatică. Organismele asociate cu acest tip de celule sunt unicelulare, deși se pot grupa și forma structuri secundare, cum ar fi lanțuri.

Dintre cele trei domenii ale vieții propuse de Carl Woese, procariotele corespund Bacteriilor și Archaea. Domeniul rămas, Eucarya, este format din celule eucariote mai mari, mai complexe, cu un nucleu delimitat.

Celula procariota. Sursa: De Ali Zifan, de la Wikimedia Commons

Una dintre cele mai importante dihotomii din științele biologice este distincția dintre celula eucariotă și procariotă. Istoric, un organism procariot este considerat simplu, fără organizare internă, fără organele și lipsit de citoschelet. Cu toate acestea, noi dovezi distrug aceste paradigme.

De exemplu, structurile au fost identificate în procariote care pot fi considerate ca organele. De asemenea, s-au găsit proteine ​​omoloage cu proteinele eucariote care formează citoscheletul.

Procariotele sunt foarte variate din punct de vedere al alimentației lor. Ei pot folosi lumina de la soare și energia conținută în legăturile chimice ca sursă de energie. De asemenea, pot utiliza diferite surse de carbon, precum dioxid de carbon, glucoză, aminoacizi, proteine, printre altele.

Procariotele se împart asexual prin fisiune binară. În acest proces, organismul își reproduce ADN-ul circular, își crește volumul și se împarte în cele din urmă în două celule identice.

Cu toate acestea, există mecanisme de schimb de material genetic care generează variabilitate în bacterii, cum ar fi transducția, conjugarea și transformarea.

Caracteristici generale

Procariotele sunt organisme unicelulare relativ simple. Cea mai marcantă caracteristică care identifică acest grup este absența unui nucleu adevărat. Ele sunt împărțite în două ramuri mari: bacterii adevărate sau eubacterii și arhebacterii.

Au colonizat aproape fiecare habitat imaginabil, de la apă și sol până la interiorul altor organisme, inclusiv oameni. Mai exact, arhebacterii locuiesc în zone cu temperaturi extreme, salinitate și pH.

Structura

Celulă procariotă medie.

Schema arhitecturală a unui procariot tipic este, fără doar și poate, cea a Escherichia coli, o bacterie care în mod normal locuiește în tractul nostru gastro-intestinal.

Forma celulei seamănă cu o tijă și are 1 um în diametru și 2 um lungime. Procariotele sunt înconjurate de un perete celular, compus în principal din polizaharide și peptide.

Peretele celular bacterian este o caracteristică foarte importantă și, în funcție de structura sa, permite stabilirea unui sistem de clasificare în două grupuri mari: bacterii gram pozitive și gram negative.

Urmată de peretele celular, găsim o membrană (element comun între procariote și eucariote) de natură lipidică, cu o serie de elemente protetice încorporate în ea, care separă organismul de mediul său.

ADN-ul este o moleculă circulară situată într-o regiune specifică care nu are niciun tip de membrană sau separare cu citoplasma.

Citoplasma prezintă un aspect dur și are aproximativ 3.000 ribozomi - structuri responsabile pentru sinteza proteinelor.

Tipuri de procariote

Procariotele actuale sunt formate dintr-o mare diversitate de bacterii, care este împărțită în două domenii mari: Eubacteria și Archaebacteria. Conform dovezilor, se pare că aceste grupări au diverge foarte devreme în evoluție.

Arhebacteriile sunt un grup de procariote care trăiesc în general în medii cu condiții neobișnuite, cum ar fi temperaturi sau salinitate ridicată. Aceste condiții sunt rare astăzi, dar s-ar putea să fi fost prevalente pe pământul timpuriu.

De exemplu, termoacidofilii trăiesc în zonele în care temperatura atinge maxim 80 ° C și un pH de 2.

Eubacteriile, din partea lor, trăiesc în medii comune oamenilor noștri. Pot să locuiască în sol, apă sau să trăiască în alte organisme - cum ar fi bacteriile care fac parte din tractul nostru digestiv.

Morfologia procariotelor

Bacteriile vin într-o serie de morfologii extrem de variate și eterogene. Printre cele mai frecvente avem cele rotunjite numite nucă de nucă. Acestea pot apărea individual, în perechi, într-un lanț, în tetraduri etc.

Unele bacterii sunt similare morfologic cu o tijă și se numesc bacili. La fel ca nucile de nucă, ele pot fi găsite în diferite aranjamente cu mai multe persoane. Găsim, de asemenea, spirochete în formă de spirală și cele cu o virgulă sau o formă de bob numită vibrios.

Fiecare dintre aceste morfologii descrise poate varia între diferite specii - de exemplu, un bacil poate fi mai alungit decât altul sau cu margini mai rotunjite - și sunt utile la identificarea speciilor.

Reproducere

Reproducere asexuată

Reproducerea în bacterii este asexuală și are loc prin fisiunea binară. În acest proces, organismul literalmente „se împarte în două”, rezultând clone ale organismului inițial. Trebuie să fie disponibile resurse suficiente pentru a se produce acest lucru.

Procesul este relativ simplu: replicile circulare ale ADN-ului, formând două elice duble identice. Ulterior, materialul genetic se adăpostește în membrana celulară și celula începe să crească, până când se dublează ca dimensiune. Celula în cele din urmă se divide și fiecare parte rezultată are o copie ADN circulară.

În unele bacterii, celulele pot împărți materialul și să crească, dar nu se divizează complet și formează un fel de lanț.

Surse suplimentare de variabilitate genetică

Există evenimente de schimb de gene între bacterii care permit transferul genetic și recombinarea, proces similar cu ceea ce cunoaștem drept reproducere sexuală. Aceste mecanisme sunt conjugarea, transformarea și transducția.

Conjugarea constă în schimbul de material genetic între două bacterii printr-o structură similară cu firele de păr fine numite pili sau fimbrii, care acționează ca un „pod”. În acest caz, trebuie să existe o apropiere fizică între ambele persoane.

Transformarea implică prelevarea de fragmente de ADN dezbrăcate găsite în mediu. Adică, în acest proces nu este necesară prezența unui al doilea organism.

În sfârșit, avem traducere, în care bacteria achiziționează materialul genetic printr-un vector, de exemplu bacteriofagii (viruși care infectează bacteriile).

Nutriție

Bacteriile au nevoie de substanțe care le garantează supraviețuirea și care le oferă energia necesară proceselor celulare. Celula va prelua acești nutrienți prin absorbție.

Într-un mod general, putem clasifica nutrienții drept esențiali sau bazici (apă, surse de carbon și compuși azotati), secundari (cum ar fi unii ioni: potasiu și magneziu) și oligoelemente care sunt necesare în concentrații minime (fier, cobalt).

Unele bacterii au nevoie de factori de creștere, cum ar fi vitaminele și aminoacizii și factorii stimulanți care, deși nu sunt esențiali, ajută în procesul de creștere.

Cerințele nutriționale ale bacteriilor variază mult, dar cunoștințele lor sunt necesare pentru a putea pregăti medii de cultură eficiente pentru a asigura creșterea unui organism de interes.

Categorii de nutriție

Bacteriile pot fi clasificate în funcție de sursa de carbon pe care o folosesc, fie organice, fie anorganice și în funcție de sursa de producție de energie.

Conform sursei de carbon avem două grupe: autotrofele sau litotrofele folosesc dioxid de carbon, iar heterotrofele sau organotrofele care necesită o sursă de carbon organică.

În cazul sursei de energie, avem, de asemenea, două categorii: fototrofe care utilizează energie de la soare sau energie radiantă și chimiotrofe care depind de energia reacțiilor chimice. Astfel, combinând ambele categorii, bacteriile pot fi clasificate în:

Photoautotrophs

Ele obțin energie din lumina soarelui - ceea ce înseamnă că sunt fotosintetic active - iar sursa lor de carbon este dioxidul de carbon.

Photoheterotrophs

Sunt capabili să utilizeze energie radiantă pentru dezvoltarea lor, dar nu sunt capabili să încorporeze dioxid de carbon. Prin urmare, folosesc alte surse de carbon, cum ar fi alcooli, acizi grași, acizi organici și carbohidrați.

Chemoautotrophs

Ele obțin energie din reacțiile chimice și sunt capabile să includă dioxid de carbon.

Chemoheterotrophs

Ei utilizează energia din reacțiile chimice, iar carbonul provine din compuși organici, cum ar fi glucoza - care este cea mai utilizată - lipide și, de asemenea, proteine. Rețineți că sursa de energie și sursa de carbon sunt aceleași în ambele cazuri, prin urmare, diferențierea dintre cele două este dificilă.

În general, microorganismele considerate agenți patogeni umani aparțin acestei ultime categorii și folosesc aminoacizii și compușii lipidici din gazdele lor ca sursă de carbon.

Metabolism

Metabolismul cuprinde toate reacțiile chimice complexe, catalizate de enzime, care au loc în interiorul unui organism, astfel încât să se poată dezvolta și reproduce.

În bacterii, aceste reacții nu diferă de procesele de bază care apar la organisme mai complexe. De fapt, avem mai multe căi care sunt împărtășite de ambele linii de organisme, cum ar fi glicoliza, de exemplu.

Reacțiile metabolice sunt clasificate în două grupe mari: biosinteză sau reacții anabolice și reacții de degradare sau catabolice, care apar pentru a obține energie chimică.

Reacțiile catabolice eliberează energia într-o manieră eșalonată pe care organismul o folosește pentru biosinteza componentelor sale.

Diferențe fundamentale față de celulele eucariote

Procariotele diferă de procariote în primul rând în complexitatea structurală a celulei și procesele care apar în cadrul acesteia. Mai jos vom descrie principalele diferențe între cele două linii:

Mărimea și complexitatea

În general, celulele procariote sunt mai mici decât celulele eucariote. Primele au diametre între 1 și 3 um, în contrast cu o celulă eucariotă care poate atinge 100 um. Cu toate acestea, există câteva excepții.

Deși organismele procariote sunt unicelulare și nu le putem observa cu ochiul liber (cu excepția cazului în care observăm colonii bacteriene, de exemplu), nu ar trebui să utilizăm caracteristicile pentru a distinge ambele grupuri. În eucariote găsim și organisme unicelulare.

De fapt, una dintre cele mai complexe celule sunt eucariote unicelulare, deoarece acestea trebuie să conțină toate structurile necesare dezvoltării lor limitate într-o membrană celulară. Genurile Paramecium și Trypanosoma sunt exemple notabile în acest sens.

Pe de altă parte, există procariote extrem de complexe, cum ar fi cianobacteriile (un grup procariot în care a avut loc evoluția reacțiilor fotosintetice).

miez

Cuvântul "procariot" se referă la absența unui nucleu (pro = înainte; karyon = nucleu) în timp ce eucariotele au un nucleu adevărat (eu = adevărat). Astfel, aceste două grupuri sunt separate de prezența acestei organele importante.

În procariote, materialul genetic este distribuit într-o regiune specifică a celulei numită nucleoid - și nu este un nucleu adevărat, deoarece nu este delimitat de o membrană lipidică.

Eucariotele au un nucleu definit și înconjurate de o dublă membrană. Această structură este extrem de complexă, prezentând diferite zone din interior, precum nucleolul. În plus, această organelă poate interacționa cu mediul intern al celulei datorită prezenței porilor nucleari.

Organizarea materialului genetic

Procariotele conțin de la 0,6 la 5 milioane de perechi de baze în ADN-ul lor și se estimează că pot codifica până la 5.000 de proteine ​​diferite.

Genele procariote se organizează în entități numite operoni - cum este binecunoscutul operon lactoză - în timp ce genele eucariote nu.

În gene putem distinge două „regiuni”: introni și exoni. Primele sunt porțiuni care nu codifică proteina și care întrerup regiunile de codificare, numite exoni. Intronele sunt frecvente în genele eucariote, dar nu și în procariote.

Procariotele sunt, în general, haploide (o singură încărcătură genetică), iar eucariotele au atât încărcături haploide cât și poliploide. De exemplu, noi, oamenii suntem diploizi. În mod similar, procariotele au un cromozom și eucariote mai mult decât unul.

Compactarea materialului genetic

În cadrul nucleului celular, eucariotele prezintă o organizare complexă a ADN-ului. Un lanț lung de ADN (aproximativ doi metri lungime) este capabil să se răsucească astfel încât să se poată integra în nucleu și, în timpul proceselor de divizare, poate fi vizualizat sub microscop sub formă de cromozomi.

Acest proces de compactare a ADN-ului implică o serie de proteine ​​care sunt capabile să se lege cu firul și să formeze structuri care seamănă cu un colier de perle, unde catenul este reprezentat de ADN și mărgelele de perle. Aceste proteine ​​se numesc histone.

Istonele au fost larg conservate de-a lungul evoluției. Cu alte cuvinte, histonele noastre sunt incredibil de asemănătoare cu cele ale unui șoarece, sau pentru a merge mai departe la cea a unei insecte. Structural, au un număr mare de aminoacizi încărcați pozitiv, care interacționează cu sarcinile negative ale ADN-ului.

În procariote, s-au găsit anumite proteine ​​omoloage cu histonele, care sunt în general cunoscute sub numele de histone. Aceste proteine ​​contribuie la controlul expresiei genice, la recombinare și la replicarea ADN-ului și, la fel ca histonele din eucariote, participă la organizarea nucleoidului.

organite

În celulele eucariote pot fi identificate o serie de compartimente subcelulare extrem de complexe care îndeplinesc funcții specifice.

Cele mai relevante sunt mitocondriile, responsabile pentru procesele de respirație celulară și generarea de ATP, iar în plante ies cloroplastele, cu sistemul lor cu trei membrane și cu utilajul necesar pentru fotosinteză.

De asemenea, avem complexul Golgi, reticulul endoplasmic neted și dur, vacuole, lizozomi, peroxisomi, printre altele.

Structura ribozomului

ribozomii

Ribozomii cuprind utilajul necesar sintezei proteinelor, deci trebuie să fie prezenți atât în ​​eucariote, cât și în procariote. Deși este o structură indispensabilă pentru ambele, diferă predominant în dimensiuni.

Ribozomii sunt alcătuiți din două subunități: una mare și una mică. Fiecare subunitate este identificată printr-un parametru numit coeficient de sedimentare.

În procariote, subunitatea mare este de 50S, iar subunitatea mică de 30S. Întreaga structură se numește 70S. Ribozomii sunt împrăștiați prin citoplasmă, unde își îndeplinesc sarcinile.

Eucariotele au ribozomi mai mari, subunitatea mare este 60S, subunitatea mică este 40S, iar întregul ribozom este desemnat 80S. Acestea sunt localizate în principal în reticulul dur endoplasmic.

Peretele celular

Peretele celular este un element esențial pentru a face față stresului osmotic și servește ca o barieră de protecție împotriva posibilelor daune. Aproape toate procariotele și unele grupuri de eucariote au un perete celular. Diferența constă în natura chimică a acesteia.

Peretele bacterian este format din peptidoglican, un polimer format din două elemente structurale: N-acetil-glucozamină și acidul N-acetilmuramic, legate între ele prin legături de tip β-1,4.

În cadrul liniei eucariote există și celule de perete, în principal la unii fungi și la toate plantele. Cel mai abundent compus din peretele ciupercilor este chitina, iar la plante este celuloza, un polimer format din multe unități de glucoză.

Diviziunea celulară

Așa cum am discutat anterior, procariotele se împart prin fisiune binară. Eucariotele au un sistem de diviziune complexă care implică diferite etape de diviziune nucleară, fie mitoză, fie meioză.

Filogenie și clasificare

În general, suntem obișnuiți să definim o specie în conformitate cu conceptul biologic propus de E. Mayr în 1989: „grupuri de populații naturale care se întrepătrund izolate reproductiv de alte grupuri”.

Aplicarea acestui concept la specii asexuale, cum este cazul procariotelor, este imposibilă. Prin urmare, trebuie să existe un alt mod de abordare a conceptului de specie pentru a clasifica aceste organisme.

Potrivit lui Rosselló-Mora et al. (2011), conceptul fitofenetic se potrivește bine cu această linie: „un ansamblu monofiletic și genomic coerent de organisme individuale care prezintă un grad ridicat de similitudine generală în multe caracteristici independente și este diagnosticabil printr-o proprietate fenotipică discriminantă”.

Anterior, toate procariotele erau clasificate într-un singur „domeniu”, până când Carl Woese a sugerat că arborele vieții ar trebui să aibă trei ramuri principale. În urma acestei clasificări, procariotele includ două domenii: Archaea și Bacteria.

În cadrul bacteriilor găsim cinci grupuri: proteobacterii, clamidie, spirochete cianobacteriene și bacterii gram pozitive. În mod similar, avem patru grupuri principale de arhaea: Euryarchaeota, TACK Group, Asgard și DPANN Group.

Noi perspective

Unul dintre cele mai răspândite concepte în biologie este simplitatea citosolului procariot. Cu toate acestea, noi dovezi sugerează că există o potențială organizare în celulele procariote. În prezent, oamenii de știință încearcă să descompună dogma absenței organelelor, citoscheletului și a altor caracteristici din această linie unicelulară.

Organele în procariote

Autorii acestei propuneri foarte noi și controversate asigură existența unor niveluri de compartimentare în celulele eucariote, în principal în structuri delimitate de proteine ​​și lipide intracelulare.

Potrivit apărătorilor acestei idei, o organelă este un compartiment înconjurat de o membrană biologică cu o funcție biochimică specifică. Printre aceste „organule” care se potrivesc acestei definiții avem corpuri lipide, carboxi-some, vacuole cu gaz, printre altele.

magnetozomii

Unul dintre cele mai fascinante compartimente ale bacteriilor sunt magnetozomii. Aceste structuri sunt legate de capacitatea anumitor bacterii - cum ar fi Magnetospirillum sau Magnetococcus - de a utiliza câmpuri magnetice pentru orientare.

Structural sunt un corp mic de 50 nanometri, înconjurat de o membrană lipidică, al cărui interior este compus din minerale magnetice.

Membrane fotosintetice

Mai mult, unele procariote au „membrane fotosintetice”, care sunt cele mai studiate compartimente din aceste organisme.

Aceste sisteme lucrează pentru a maximiza eficiența fotosintezei, creșterea numărului de proteine ​​fotosintetice disponibile și maximizarea suprafeței membranoase expuse la lumină.

Compartimente în

Nu a fost posibil să se urmărească o cale evolutivă plauzibilă din aceste compartimente menționate anterior către organele extrem de complexe ale eucariotelor.

Cu toate acestea, genul Planctomycetes are în interior o serie de compartimente care amintește de organele în sine și pot fi propuse ca strămoșul bacterian al eucariotelor. În genul Pirellula există cromozomi și ribozomi înconjurați de membrane biologice.

Componentele citoscheletului

În mod similar, există anumite proteine ​​care au fost considerate istoric unice pentru eucariote, inclusiv filamentele esențiale care fac parte din citoschelet: tubulina, actina și filamentele intermediare.

Investigațiile recente au reușit să identifice proteine ​​omoloage cu tubulina (FtsZ, BtuA, BtuB și altele), să activeze actina (MreB și Mb1) și filamentele intermediare (CfoA).

Referințe

1. Cooper, GM (2000). Celula: abord molecular. Asociații Sinauer.
2. Dorman, CJ, și Deighan, P. (2003). Reglarea expresiei genice de proteine ​​asemănătoare cu histone din bacterii. Opinia actuală în genetică și dezvoltare, 13 (2), 179-184.
3. Guerrero, R., & Berlanga, M. (2007). Partea ascunsă a celulei procariote: redescoperirea lumii microbiene. Microbiologie internațională, 10 (3), 157-168.
4. Murat, D., Byrne, M., & Komeili, A. (2010). Biologia celulelor a organelelor procariote. Perspectivele Cold Spring Harbour în biologie, a000422.
5. Rosselló-Mora, R., & Amann, R. (2001). Conceptul de specie pentru procariote. FEMS recenzii de microbiologie, 25 (1), 39-67.
6. Slesarev, AI, Belova, GI, Kozyavkin, SA, & Lake, JA (1998). Dovadă pentru o origine procariotă timpurie a histonelor H2A și H4 înainte de apariția eucariotelor. Cercetarea acizilor nucleici, 26 (2), 427-430.
7. Souza, WD (2012). Celulele procariote: organizarea structurală a citoscheletului și a organelelor. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz, 107 (3), 283-293.