SEL PROKARIOTIK: CIRI, STRUKTUR SEL, JENIS - BIOLOGI - 2026

The sel prokariot adalah mudah dan tanpa nukleus dilingkungi oleh struktur membran plasma. Organisma yang berkaitan dengan jenis sel ini adalah uniselular, walaupun mereka dapat berkelompok dan membentuk struktur sekunder, seperti rantai.

Dari tiga domain kehidupan yang dicadangkan oleh Carl Woese, prokariota sesuai dengan Bakteria dan Archaea. Domain yang tinggal, Eucarya, terdiri dari sel eukariotik yang lebih besar dan lebih kompleks dengan inti yang dibatasi.

Sel prokariotik. Sumber: Oleh Ali Zifan, dari Wikimedia Commons

Salah satu dikotomi yang paling penting dalam sains biologi adalah perbezaan antara sel eukariotik dan prokariotik. Dari segi sejarah, organisma prokariotik dianggap sederhana, tanpa organisasi dalaman, tanpa organel, dan kekurangan sitoskeleton. Walau bagaimanapun, bukti baru menghancurkan paradigma ini.

Sebagai contoh, struktur telah dikenal pasti dalam prokariota yang berpotensi dianggap sebagai organel. Begitu juga, protein yang serupa dengan protein eukariota yang membentuk sitoskeleton telah dijumpai.

Prokariota sangat berbeza dari segi pemakanannya. Mereka dapat menggunakan cahaya dari matahari dan tenaga yang terkandung dalam ikatan kimia sebagai sumber tenaga. Mereka juga boleh menggunakan sumber karbon yang berbeza, seperti karbon dioksida, glukosa, asid amino, protein, antara lain.

Prokariota dibahagi secara aseks dengan pembelahan binari. Dalam proses ini, organisma mereplikasi DNA bulatnya, meningkatkan isipadu dan akhirnya terbahagi kepada dua sel yang sama.

Walau bagaimanapun, terdapat mekanisme pertukaran bahan genetik yang menghasilkan kebolehubahan bakteria, seperti transduksi, konjugasi dan transformasi.

Ciri umum

Prokariota adalah organisma sel tunggal yang agak sederhana. Ciri paling mencolok yang mengenal pasti kumpulan ini adalah ketiadaan inti yang sebenarnya. Mereka dibahagikan kepada dua cabang besar: bakteria sejati atau eubacteria dan archaebacteria.

Mereka telah menjajah hampir setiap habitat yang dapat dibayangkan, dari air dan tanah ke bahagian dalam organisma lain, termasuk manusia. Secara khusus, archaebacteria mendiami kawasan dengan suhu, salinitas, dan pH yang melampau.

Struktur

Sel prokariotik purata.

Skema seni bina prokariota khas adalah, tanpa ragu, Escherichia coli, bakteria yang biasanya mendiami saluran gastrointestinal kita.

Bentuk sel mengingatkan pada batang dan berdiameter 1 um dan panjangnya 2 um. Prokariota dikelilingi oleh dinding sel, terdiri terutamanya dari polisakarida dan peptida.

Dinding sel bakteria adalah ciri yang sangat penting dan, bergantung pada strukturnya, memungkinkan untuk mewujudkan sistem klasifikasi kepada dua kumpulan besar: bakteria gram positif dan gram negatif.

Diikuti oleh dinding sel, kita dapati selaput (unsur umum antara prokariota dan eukariota) bersifat lipid dengan serangkaian unsur prostetik yang tertanam di dalamnya yang memisahkan organisma dari persekitarannya.

DNA adalah molekul bulat yang terletak di kawasan tertentu yang tidak mempunyai jenis membran atau pemisahan dengan sitoplasma.

Sitoplasma menunjukkan penampilan kasar dan mempunyai kira-kira 3.000 ribosom - struktur yang bertanggungjawab untuk sintesis protein.

Jenis prokariota

Prokariota semasa terdiri daripada pelbagai jenis bakteria yang terbahagi kepada dua domain besar: Eubacteria dan Archaebacteria. Menurut bukti, kumpulan-kumpulan ini nampaknya telah berubah pada awal evolusi.

Archaebacteria adalah sekumpulan prokariota yang umumnya hidup di persekitaran dengan keadaan yang tidak biasa, seperti suhu atau kemasinan tinggi. Keadaan ini jarang berlaku pada masa kini, tetapi mungkin telah berlaku di bumi awal.

Sebagai contoh, thermoacidophiles tinggal di kawasan di mana suhu mencapai maksimum 80 ° C dan pH 2.

Eubacteria, tinggal di persekitaran yang biasa bagi kita manusia. Mereka dapat menghuni tanah, air, atau hidup di organisma lain - seperti bakteria yang merupakan bahagian saluran pencernaan kita.

Morfologi prokariota

Bakteria terdapat dalam rangkaian morfologi yang sangat bervariasi dan heterogen. Di antara yang paling biasa kita mempunyai bulat yang disebut kelapa. Ini boleh berlaku secara individu, berpasangan, dalam rantai, tetrad, dll.

Sebilangan bakteria secara morfologi serupa dengan batang dan disebut bacilli. Seperti kelapa, mereka boleh didapati dalam susunan yang berbeza dengan lebih dari satu individu. Kami juga menjumpai spirochetes berbentuk spiral dan mereka yang mempunyai koma atau bentuk butir yang disebut vibrios.

Setiap morfologi yang dijelaskan ini dapat berbeza antara spesies yang berlainan - misalnya, satu bacillus dapat lebih memanjang daripada yang lain atau dengan tepi yang lebih bulat - dan berguna ketika mengenal pasti spesies tersebut.

Pembiakan

Pembiakan aseksual

Pengeluaran semula bakteria adalah aseksual dan berlaku melalui pembelahan binari. Dalam proses ini organisma secara harfiah "terbelah dua", menghasilkan klon dari organisma awal. Sumber yang mencukupi mesti ada untuk perkara ini berlaku.

Prosesnya agak mudah: DNA bulat mereplikasi, membentuk dua heliks berganda yang serupa. Kemudian, bahan genetik ditampung dalam membran sel dan sel mula tumbuh, sehingga saiznya berlipat ganda. Sel akhirnya terbelah dan setiap bahagian yang dihasilkan mempunyai salinan DNA bulat.

Dalam beberapa bakteria, sel-sel dapat membahagi bahan dan tumbuh, tetapi mereka tidak membahagi sepenuhnya dan membentuk sejenis rantai.

Sumber tambahan kebolehubahan genetik

Terdapat kejadian pertukaran gen antara bakteria yang memungkinkan pemindahan gen dan penggabungan semula, proses yang serupa dengan yang kita ketahui sebagai pembiakan seksual. Mekanisme ini adalah konjugasi, transformasi, dan transduksi.

Konjugasi terdiri daripada pertukaran bahan genetik antara dua bakteria melalui struktur yang serupa dengan rambut halus yang disebut pili atau fimbriae, yang bertindak sebagai "jambatan." Dalam kes ini, mesti ada kedekatan fizikal antara kedua-dua individu tersebut.

Transformasi melibatkan pengambilan serpihan DNA telanjang yang terdapat di persekitaran. Maksudnya, dalam proses ini kehadiran organisma kedua tidak diperlukan.

Akhirnya kita ada terjemahan, di mana bakteria memperoleh bahan genetik melalui vektor, misalnya bakteriofag (virus yang menjangkiti bakteria).

Pemakanan

Bakteria memerlukan bahan yang menjamin kelangsungan hidupnya dan yang memberi mereka tenaga yang diperlukan untuk proses selular. Sel akan mengambil nutrien ini dengan penyerapan.

Secara umum, kita dapat mengklasifikasikan nutrien sebagai penting atau asas (air, sumber karbon, dan sebatian nitrogen), sekunder (seperti beberapa ion: kalium dan magnesium) dan unsur surih yang diperlukan dalam kepekatan minimum (besi, kobalt).

Beberapa bakteria memerlukan faktor pertumbuhan tertentu, seperti vitamin dan asid amino dan faktor perangsang yang, walaupun tidak penting, membantu dalam proses pertumbuhan.

Keperluan pemakanan bakteria berbeza-beza, tetapi pengetahuannya diperlukan untuk dapat menyediakan media kultur yang berkesan untuk memastikan pertumbuhan organisma yang diminati.

Kategori pemakanan

Bakteria dapat dikelaskan mengikut sumber karbon yang mereka gunakan, sama ada organik atau bukan organik dan bergantung kepada sumber pengeluaran tenaga.

Menurut sumber karbon, kita mempunyai dua kumpulan: autotrof atau lithotrophs menggunakan karbon dioksida dan heterotrof atau organotrof yang memerlukan sumber karbon organik.

Bagi sumber tenaga, kita juga mempunyai dua kategori: fototrof yang menggunakan tenaga dari matahari atau tenaga berseri dan kemotrop yang bergantung pada tenaga tindak balas kimia. Oleh itu, menggabungkan kedua-dua kategori, bakteria dapat dikelaskan kepada:

Photoautotrophs

Mereka memperoleh tenaga dari cahaya matahari - yang bermaksud bahawa mereka aktif secara fotosintesis - dan sumber karbon mereka adalah karbon dioksida.

Photoheterotrophs

Mereka mampu menggunakan tenaga berseri untuk pengembangan mereka tetapi mereka tidak mampu memasukkan karbon dioksida. Oleh itu, mereka menggunakan sumber karbon lain, seperti alkohol, asid lemak, asid organik dan karbohidrat.

Chemoautotrophs

Mereka memperoleh tenaga dari tindak balas kimia dan mampu memasukkan karbon dioksida.

Kemoheterotrof

Mereka menggunakan tenaga dari tindak balas kimia dan karbon berasal dari sebatian organik, seperti glukosa - yang paling banyak digunakan - lipid dan juga protein. Perhatikan bahawa sumber tenaga dan sumber karbon adalah sama dalam kedua-dua kes, oleh itu perbezaan antara keduanya sukar.

Secara amnya, mikroorganisma yang dianggap sebagai patogen manusia tergolong dalam kategori terakhir ini dan menggunakan asid amino dan sebatian lipid dari inangnya sebagai sumber karbon.

Metabolisme

Metabolisme merangkumi semua reaksi kimia yang dikatalisis enzim kompleks yang berlaku di dalam organisma sehingga dapat berkembang dan berkembang biak.

Pada bakteria, reaksi ini tidak berbeza dengan proses asas yang berlaku pada organisma yang lebih kompleks. Sebenarnya, kita mempunyai banyak jalur yang dikongsi oleh kedua-dua keturunan organisma, seperti glikolisis misalnya.

Reaksi metabolik diklasifikasikan kepada dua kumpulan besar: reaksi biosintesis atau anabolik, dan reaksi degradasi atau katabolik, yang berlaku untuk mendapatkan tenaga kimia.

Reaksi katabolik membebaskan tenaga secara berperingkat yang digunakan tubuh untuk biosintesis komponennya.

Perbezaan asas dari sel eukariotik

Prokariota berbeza dengan prokariota terutamanya dalam kerumitan struktur sel dan proses yang berlaku di dalamnya. Seterusnya kita akan menerangkan perbezaan utama antara kedua keturunan:

Saiz dan kerumitan

Secara umum, sel prokariotik lebih kecil daripada sel eukariotik. Yang pertama mempunyai diameter antara 1 dan 3 µm, berbeza dengan sel eukariotik yang dapat mencapai 100 µm. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa pengecualian.

Walaupun organisma prokariotik uniselular dan kita tidak dapat memerhatikannya dengan mata kasar (kecuali jika kita memerhatikan koloni bakteria, misalnya) kita tidak boleh menggunakan ciri untuk membezakan antara kedua-dua kumpulan. Dalam eukariota kita juga menemui organisma uniselular.

Sebenarnya, salah satu sel yang paling kompleks adalah eukariota uniselular, kerana sel-sel itu mesti mengandungi semua struktur yang diperlukan untuk perkembangannya yang terkurung dalam membran sel. Genera Paramecium dan Trypanosoma adalah contoh yang terkenal.

Sebaliknya, terdapat prokariota yang sangat kompleks, seperti cyanobacteria (kumpulan prokariotik di mana evolusi reaksi fotosintesis berlaku).

Teras

Perkataan "prokariota" merujuk kepada ketiadaan inti (pro = sebelumnya; karyon = nukleus) sementara eukariota mempunyai inti yang benar (eu = benar). Oleh itu, kedua-dua kumpulan ini dipisahkan dengan kehadiran organel penting ini.

Di prokariota, bahan genetik diedarkan di kawasan sel tertentu yang disebut nukleoid - dan ia bukan inti yang benar kerana tidak terikat oleh membran lipid.

Eukariota mempunyai inti yang ditentukan dan dikelilingi oleh membran berganda. Struktur ini sangat kompleks, menampilkan kawasan yang berlainan di dalamnya, seperti nukleolus. Selain itu, organel ini dapat berinteraksi dengan persekitaran dalaman sel berkat adanya liang nuklear.

Organisasi bahan genetik

Prokariota mengandungi dari 0,6 hingga 5 juta pasangan basa dalam DNA mereka dan dianggarkan bahawa mereka dapat membuat kod hingga 5000 protein yang berbeza.

Gen prokariotik mengatur diri mereka menjadi entiti yang disebut operon - seperti operon laktosa yang terkenal - sedangkan gen eukariotik tidak.

Dalam gen kita dapat membezakan dua "wilayah": intron dan ekson. Yang pertama adalah bahagian yang tidak memberi kod untuk protein dan yang mengganggu kawasan pengekodan, yang disebut ekson. Intron adalah perkara biasa pada gen eukariotik tetapi tidak pada prokariota.

Prokariota umumnya haploid (satu beban genetik) dan eukariota mempunyai beban haploid dan polyploid. Contohnya, kita manusia diploid. Begitu juga, prokariota mempunyai satu kromosom dan eukariota lebih dari satu.

Pemadatan bahan genetik

Di dalam nukleus sel, eukariota menunjukkan organisasi DNA yang kompleks. Rantai DNA panjang (kira-kira dua meter) mampu memutar sedemikian rupa sehingga dapat disatukan ke dalam nukleus dan, semasa proses pembelahan, ia dapat dilihat di bawah mikroskop dalam bentuk kromosom.

Proses pemadatan DNA ini melibatkan serangkaian protein yang mampu mengikat pada helai dan membentuk struktur yang menyerupai kalung mutiara, di mana helai itu diwakili oleh DNA dan manik-manik oleh mutiara. Protein ini dipanggil histon.

Histon telah dipelihara secara meluas sepanjang evolusi. Dengan kata lain, histon kita sangat mirip dengan tikus, atau lebih jauh dengan serangga. Secara struktural, mereka mempunyai sebilangan besar asid amino bermuatan positif yang berinteraksi dengan cas negatif DNA.

Dalam prokariota, protein tertentu yang homolog dengan histon telah dijumpai, yang umumnya dikenali sebagai seperti histon. Protein ini menyumbang kepada kawalan ekspresi gen, penggabungan semula dan replikasi DNA dan, seperti histon di eukariota, turut serta dalam organisasi nukleoid.

Organelles

Dalam sel eukariotik, serangkaian petak subselular yang sangat kompleks dapat dikenal pasti yang melakukan fungsi tertentu.

Yang paling relevan adalah mitokondria, yang bertanggungjawab untuk proses pernafasan sel dan penghasilan ATP, dan dalam kloroplas tumbuhan menonjol, dengan sistem tiga membrannya dan dengan mesin yang diperlukan untuk fotosintesis.

Begitu juga, kita mempunyai kompleks Golgi, retikulum endoplasma licin dan kasar, vakuola, lisosom, peroksisom, antara lain.

Struktur ribosom

Ribosom

Ribosom terdiri daripada mesin yang diperlukan untuk sintesis protein, jadi ia mesti ada di kedua-dua eukariota dan prokariota. Walaupun strukturnya sangat diperlukan untuk kedua-duanya, ukurannya sangat berbeza.

Ribosom terdiri daripada dua subunit: besar dan kecil. Setiap subunit dikenal pasti oleh parameter yang disebut koefisien pemendapan.

Dalam prokariota, subunit besar ialah 50S dan subunit kecil ialah 30S. Keseluruhan struktur disebut 70S. Ribosom tersebar di seluruh sitoplasma, di mana mereka menjalankan tugasnya.

Eukariota mempunyai ribosom yang lebih besar, subunit besar 60S, subunit kecil 40S, dan seluruh ribosom ditetapkan sebagai 80S. Ini terletak terutamanya berlabuh di retikulum endoplasma kasar.

Dinding selular

Dinding sel adalah elemen penting untuk menghadapi tekanan osmotik dan berfungsi sebagai penghalang pelindung daripada kemungkinan kerosakan. Hampir semua prokariota dan beberapa kumpulan eukariota mempunyai dinding sel. Perbezaannya terletak pada sifat kimia daripadanya.

Dinding bakteria terdiri daripada peptidoglikan, polimer yang terdiri daripada dua elemen struktur: N-asetil-glukosamin dan asid N-asetillmuramik, dihubungkan bersama oleh ikatan jenis β-1,4.

Di dalam garis keturunan eukariotik terdapat juga sel dinding, terutama di beberapa kulat dan di semua tanaman. Sebatian yang paling banyak terdapat di dinding kulat adalah kitin dan di dalam tumbuhan adalah selulosa, polimer yang terdiri daripada banyak unit glukosa.

Pembahagian selular

Seperti yang dibincangkan sebelumnya, prokariota dibahagi dengan pembelahan binari. Eukariota mempunyai sistem pembahagian yang kompleks yang melibatkan tahap pembelahan nuklear yang berlainan, baik mitosis atau meiosis.

Filogeni dan klasifikasi

Umumnya kita terbiasa mendefinisikan spesies sesuai dengan konsep biologi yang diusulkan oleh E. Mayr pada tahun 1989: "kumpulan populasi semula jadi yang diasingkan secara reproduktif dari kumpulan lain".

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

Menurut Rosselló-Mora et al. (2011), konsep filo-fenetik sesuai dengan garis keturunan ini: "satu set organisma individu monofletik dan genomik yang menunjukkan tahap kesamaan umum yang tinggi dalam banyak ciri bebas, dan dapat didiagnosis oleh sifat fenotipik yang membezakan".

Sebelumnya, semua prokariota diklasifikasikan dalam satu "domain" tunggal, sehingga Carl Woese menyarankan agar pohon kehidupan harus mempunyai tiga cabang utama. Mengikuti klasifikasi ini, prokariota merangkumi dua domain: Archaea dan Bakteria.

Di dalam bakteria itu kita dapati lima kumpulan: proteobacteria, chlamydia, cyanobacterial spirochetes dan gram positive bakteria. Begitu juga, kami mempunyai empat kumpulan utama archaea: Euryarchaeota, TACK Group, Asgard dan DPANN Group.

Wawasan baru

Salah satu konsep yang paling meluas dalam biologi adalah kesederhanaan sitosol prokariotik. Walau bagaimanapun, bukti baru menunjukkan bahawa terdapat potensi organisasi dalam sel prokariotik. Pada masa ini, para saintis berusaha untuk memecahkan dogma ketiadaan organel, sitoskeleton dan ciri-ciri lain dalam garis keturunan sel tunggal ini.

Organel dalam prokariota

Pengarang cadangan yang sangat baru dan kontroversial ini memastikan bahawa terdapat tahap kompartemen dalam sel eukariotik, terutamanya dalam struktur yang dibatasi oleh protein dan lipid intraselular.

Menurut pembela idea ini, organel adalah petak yang dikelilingi oleh membran biologi dengan fungsi biokimia tertentu. Di antara "organel" yang sesuai dengan definisi ini, kita mempunyai badan lipid, karboksi-som, gas vakuola, dan lain-lain.

Magnetosom

Salah satu bahagian bakteria yang paling menarik adalah magnetosom. Struktur ini berkaitan dengan kemampuan bakteria tertentu - seperti Magnetospirillum atau Magnetococcus - untuk menggunakan medan magnet untuk orientasi.

Secara struktural mereka adalah badan kecil 50 nanometer yang dikelilingi oleh membran lipid, bahagian dalamnya terdiri daripada mineral magnetik.

Membran fotosintetik

Selanjutnya, beberapa prokariota mempunyai "membran fotosintetik", yang merupakan petak yang paling banyak dikaji dalam organisma ini.

Sistem ini berfungsi untuk memaksimumkan kecekapan fotosintesis, meningkatkan jumlah protein fotosintetik yang ada dan memaksimumkan permukaan membran yang terkena cahaya.

Kompartmen di

Tidak mungkin menelusuri jalan evolusi yang masuk akal dari petak-petak yang disebutkan sebelumnya ke organel eukariota yang sangat kompleks.

Namun, genus Planctomycetes mempunyai serangkaian petak di dalamnya yang mengingatkan organel yang tepat dan dapat dicadangkan sebagai nenek moyang bakteria eukariota. Dalam genus Pirellula terdapat kromosom dan ribosom yang dikelilingi oleh membran biologi.

Komponen sitoskeleton

Begitu juga, terdapat protein tertentu yang secara historis dianggap unik untuk eukariota, termasuk filamen penting yang merupakan sebahagian daripada sitoskeleton: tubulin, aktin, dan filamen perantaraan.

Penyelidikan baru-baru ini berjaya mengenal pasti protein yang homolog kepada tubulin (FtsZ, BtuA, BtuB dan lain-lain), hingga aktin (MreB dan Mb1) dan kepada filamen perantaraan (CfoA).

Rujukan

1. Cooper, GM (2000). Sel: Pendekatan molekul. Sinauer Associates.
2. Dorman, CJ, & Deighan, P. (2003). Pengaturan ekspresi gen oleh protein seperti histon dalam bakteria. Pendapat semasa dalam genetik & perkembangan, 13 (2), 179-184.
3. Guerrero, R., & Berlanga, M. (2007). Bahagian tersembunyi dari sel prokariotik: menemui semula dunia mikroba. Mikrobiologi Antarabangsa, 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, AI, Belova, GI, Kozyavkin, SA, & Lake, JA (1998). Bukti untuk awal prokariotik histon H2A dan H4 sebelum kemunculan eukariot. Penyelidikan asid nukleik, 26 (2), 427-430.
7. Souza, WD (2012). Sel prokariotik: organisasi struktur sitoskeleton dan organel. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz, 107 (3), 283-293.