ORGANIZMY JEDNOKOMÓRKOWE: CHARAKTERYSTYKA, ROZMNAŻANIE, ODŻYWIANIE - BIOLOGIA - 2025

Do organizmów jednokomórkowych są ludźmi, których materiał genetyczny, maszyny enzymatyczna, białek i innych cząsteczek niezbędnych do życia są ograniczone do pojedynczej komórki. Dzięki temu są niezwykle złożonymi bytami biologicznymi, często o bardzo małych rozmiarach.

Z trzech domen życia dwie z nich - archeony i bakterie - składają się z organizmów jednokomórkowych. Oprócz tego, że są jednokomórkowe, te organizmy prokariotyczne nie mają jądra i są niezwykle różnorodne i obfite.

Źródło pixabay.com

W pozostałej domenie, eukarionty, znajdujemy zarówno organizmy jednokomórkowe, jak i wielokomórkowe. W obrębie jednokomórkowej mamy pierwotniaki, trochę grzybów i trochę glonów.

Główne cechy

Około 200 lat temu biolodzy uważali organizmy złożone z pojedynczej komórki za stosunkowo proste. Wniosek ten wynikał z niewielkiej ilości informacji, które otrzymali od obiektywów, których używali do oglądania.

Dzisiaj, dzięki postępowi technologicznemu związanemu z mikroskopią, możemy wizualizować złożoną sieć struktur, które posiadają istoty jednokomórkowe oraz ogromną różnorodność, jaką wykazują te linie. Następnie omówimy najważniejsze struktury w organizmach jednokomórkowych, zarówno u eukariontów, jak i prokariotów.

Składniki komórki prokariotycznej

Materiał genetyczny

Najbardziej wyróżniającą cechą komórki prokariotycznej jest brak błony oddzielającej materiał genetyczny. To znaczy brak prawdziwego jądra.

W przeciwieństwie do tego DNA jest zlokalizowane jako znacząca struktura: chromosom. W większości bakterii i archeonów DNA jest zorganizowane w duży okrągły chromosom związany z białkiem.

W modelowej bakterii, takiej jak Escherichia coli (więcej na temat jej biologii w następnych sekcjach), chromosom osiąga długość liniową do 1 mm, prawie 500 razy większą od wielkości komórki.

Aby przechowywać cały ten materiał, DNA musi przyjąć konformację super-zwiniętą. Ten przykład można ekstrapolować na większość przedstawicieli bakterii. Region fizyczny, w którym znajduje się ta zwarta struktura materiału genetycznego, nazywany jest nukleoidem.

Oprócz chromosomu organizmy prokariotyczne mogą posiadać setki dodatkowych małych cząsteczek DNA, zwanych plazmidami.

Te, podobnie jak chromosomy, kodują określone geny, ale są od nich fizycznie izolowane. Ponieważ są przydatne w bardzo specyficznych okolicznościach, stanowią rodzaj pomocniczych elementów genetycznych.

Rybosomy

Do produkcji białek komórki prokariotyczne mają złożoną maszynerię enzymatyczną zwaną rybosomami, które są rozmieszczone we wnętrzu komórki. Każda komórka może zawierać około 10 000 rybosomów.

Maszyny fotosyntetyczne

Bakterie przeprowadzające fotosyntezę mają dodatkową maszynerię, która pozwala im wychwytywać światło słoneczne, a następnie przekształcać je w energię chemiczną. Błony bakterii fotosyntetycznych mają wgłębienia, w których przechowywane są enzymy i pigmenty niezbędne do złożonych reakcji, które przeprowadzają.

Te fotosyntetyczne pęcherzyki mogą pozostać przyczepione do błony komórkowej lub mogą zostać odłączone i umieszczone wewnątrz komórki.

Cytoszkielet

Jak sama nazwa wskazuje, cytoszkielet jest szkieletem komórki. Podstawą tej struktury są włókna o charakterze białkowym, niezbędne w procesie podziału komórek i utrzymaniu kształtu komórki.

Ostatnie badania wykazały, że cytoszkielet u prokariotów składa się ze złożonej sieci włókien i nie jest tak prosty, jak wcześniej sądzono.

Organelle u prokariotów

Historycznie jedną z najbardziej uderzających cech organizmu prokariotycznego był brak wewnętrznych przegród lub organelli.

Obecnie przyjmuje się, że bakterie posiadają określone typy organelli (przedziały otoczone błonami) związane z magazynowaniem jonów wapnia, kryształów minerałów uczestniczących w orientacji komórek i enzymów.

Składniki jednokomórkowej komórki eukariotycznej

W linii eukariontów mamy również organizmy jednokomórkowe. Charakteryzują się one tym, że materiał genetyczny jest zamknięty w organelli otoczonym dynamiczną i złożoną błoną.

Mechanizm do produkcji białek również składa się z rybosomów w tych organizmach. Jednak u eukariontów są one większe. W rzeczywistości różnica w wielkości rybosomów jest jedną z głównych różnic między dwiema grupami.

Komórki eukariotyczne są bardziej złożone niż prokarioty opisane w poprzedniej sekcji, ponieważ mają podkomórki otoczone jedną lub więcej błon zwanych organellami. Wśród nich są między innymi mitochondria, retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego, wakuole i lizosomy.

W przypadku organizmów zdolnych do fotosyntezy posiadają one maszynerię enzymatyczną i pigmenty zmagazynowane w strukturach zwanych tworzywami sztucznymi. Najbardziej znane to chloroplasty, chociaż są też m.in.amyloplasty, chromoplasty, etioplasty.

Niektóre jednokomórkowe eukarionty mają ściany komórkowe, takie jak algi i grzyby (chociaż różnią się pod względem chemicznym).

Różnice między bakteriami a archeonami

Jak wspomnieliśmy, domeny archeonów i bakterii składają się z osobników jednokomórkowych. Jednak fakt dzielenia tej cechy nie oznacza, że ​​linie rodowe są takie same.

Jeśli dokładnie porównamy obie grupy, zdamy sobie sprawę, że różnią się one w ten sam sposób, w jaki my - lub jakikolwiek inny ssak - różnimy się od ryb. Podstawowe różnice są następujące.

Błona komórkowa

Wychodząc od granic komórki, cząsteczki tworzące ścianę i błonę obu linii znacznie się różnią. U bakterii fosfolipidy składają się z kwasów tłuszczowych przyłączonych do glicerolu. W przeciwieństwie do archeonów występują silnie rozgałęzione fosfolipidy (izoprenoidy) przyłączone do glicerolu.

Ponadto wiązania, które tworzą fosfolipidy, również się różnią, co skutkuje bardziej stabilną błoną archeonów. Z tego powodu archeony mogą żyć w środowiskach, w których temperatura, pH i inne warunki są ekstremalne.

Ściana komórkowa

Ściana komórkowa jest strukturą chroniącą organizm komórkowy przed stresem osmotycznym generowanym przez różnicę stężeń między wnętrzem komórki a środowiskiem, tworząc rodzaj egzoszkieletu.

Ogólnie, komórka wykazuje wysokie stężenie substancji rozpuszczonych. Zgodnie z zasadami osmozy i dyfuzji woda wnikałaby do komórki zwiększając jej objętość.

Ścianka chroni komórkę przed pęknięciem dzięki swojej zwartej i włóknistej strukturze. U bakterii głównym składnikiem strukturalnym jest peptydoglikan, chociaż mogą występować pewne cząsteczki, takie jak glikolipidy.

W przypadku archeonów charakter ściany komórkowej jest dość zmienny, aw niektórych przypadkach nieznany. Jak dotąd peptydoglikan nie był obecny w badaniach.

Organizacja genomu

Pod względem strukturalnej organizacji materiału genetycznego archeony są bardziej podobne do organizmów eukariotycznych, ponieważ geny są przerywane przez regiony, które nie będą podlegały translacji, zwane intronami - termin używany dla regionów, które zostaną przetłumaczone, to „ekson ».

Wręcz przeciwnie, organizacja genomu bakterii odbywa się głównie w operonach, gdzie geny znajdują się w jednostkach funkcjonalnych zlokalizowanych jeden po drugim, bez zakłóceń.

Różnice w stosunku do organizmów wielokomórkowych

Podstawową różnicą między organizmem wielokomórkowym a jednokomórkowym jest liczba komórek, z których składa się organizm.

Organizmy wielokomórkowe składają się z więcej niż jednej komórki i na ogół każda z nich specjalizuje się w określonym zadaniu, a podział zadań jest jedną z jego najwybitniejszych cech.

Innymi słowy, skoro komórka nie musi już wykonywać wszystkich czynności niezbędnych do utrzymania organizmu przy życiu, następuje podział zadań.

Na przykład komórki neuronalne wykonują zupełnie inne zadania niż komórki nerek lub mięśni.

Ta różnica w wykonywanych zadaniach wyraża się w różnicach morfologicznych. Oznacza to, że nie wszystkie komórki tworzące organizm wielokomórkowy mają taki sam kształt - neurony mają kształt drzewa, komórki mięśniowe są wydłużone i tak dalej.

Wyspecjalizowane komórki organizmów wielokomórkowych są zgrupowane w tkankach, a te z kolei w narządach. Narządy, które pełnią podobne lub uzupełniające się funkcje, są pogrupowane w systemy. Tak więc mamy strukturalną organizację hierarchiczną, która nie występuje w jednostkach jednokomórkowych.

Reprodukcja

Rozmnażanie bezpłciowe

Organizmy jednokomórkowe rozmnażają się bezpłciowo. Należy zauważyć, że w tych organizmach nie ma specjalnych struktur zaangażowanych w rozmnażanie, jak ma to miejsce u różnych gatunków istot wielokomórkowych.

W tego rodzaju rozmnażaniu bezpłciowym ojciec rodzi potomstwo bez konieczności posiadania partnera seksualnego lub fuzji gamet.

Rozmnażanie bezpłciowe jest klasyfikowane na różne sposoby, na ogół wykorzystując jako odniesienie płaszczyznę lub formę podziału, którą organizm wykorzystuje do podziału.

Powszechnym typem jest rozszczepienie binarne, w którym z osobnika powstają dwa organizmy, identyczne z rodzicem. Niektóre mają zdolność wykonywania rozszczepienia poprzez generowanie więcej niż dwóch potomstwa, co jest znane jako rozszczepienie wielokrotne.

Innym rodzajem jest pączkowanie, w którym organizm rodzi mniejszy. W takich przypadkach organizm rodzicielski wypuszcza przedłużenie, które nadal rośnie do odpowiedniego rozmiaru, a następnie jest odłączane od swojego rodzica. Inne organizmy jednokomórkowe mogą rozmnażać się poprzez tworzenie zarodników.

Chociaż rozmnażanie bezpłciowe jest typowe dla organizmów jednokomórkowych, nie jest unikalne dla tej linii. Niektóre organizmy wielokomórkowe, takie jak między innymi glony, gąbki, szkarłupnie, mogą rozmnażać się dzięki tej modalności.

Horyzontalny transfer genów

Chociaż w organizmach prokariotycznych nie ma rozmnażania płciowego, mogą one wymieniać materiał genetyczny z innymi osobnikami poprzez zdarzenie zwane poziomym transferem genów. Ta wymiana nie polega na przekazywaniu materiału od rodziców do dzieci, ale zachodzi między osobami z tego samego pokolenia.

Dzieje się to przez trzy podstawowe mechanizmy: koniugację, transformację i transdukcję. W pierwszym typie długie fragmenty DNA można wymieniać poprzez fizyczne połączenia między dwiema osobami za pomocą pilusów płciowych.

W obu mechanizmach rozmiar wymienianego DNA jest mniejszy. Transformacja to pobranie nagiego DNA przez bakterię, a transdukcja to odbiór obcego DNA w wyniku infekcji wirusowej.

Obfitość

Życie można podzielić na trzy główne domeny: archeony, bakterie i eukarionty. Pierwsze dwa są prokariotyczne, ponieważ ich jądro nie jest otoczone błoną i wszystkie są organizmami jednokomórkowymi.

Według aktualnych szacunków na Ziemi żyje ponad 3,10 ³⁰ osobników bakterii i archeonów, w większości bezimiennych i bez opisu. W rzeczywistości nasze własne ciało składa się z dynamicznych populacji tych organizmów, które nawiązują z nami symbiotyczne relacje.

Odżywianie

Odżywianie organizmów jednokomórkowych jest niezwykle zróżnicowane. Istnieją organizmy zarówno heterotroficzne, jak i autotroficzne.

Ci pierwsi muszą spożywać swoją żywność ze środowiska, na ogół pochłaniając cząsteczki odżywcze. Warianty autotroficzne posiadają całą maszynerię niezbędną do przekształcania energii świetlnej w chemiczną, zmagazynowaną w cukrach.

Jak każdy organizm żywy, rośliny jednokomórkowe wymagają pewnych składników odżywczych, takich jak woda, źródło węgla, jony mineralne, między innymi, do optymalnego wzrostu i rozmnażania. Jednak niektóre wymagają również określonych składników odżywczych.

Przykłady organizmów jednokomórkowych

Ze względu na dużą różnorodność organizmów jednokomórkowych trudno wymienić przykłady. Wspomnimy jednak o organizmach modelowych w biologii oraz organizmach o znaczeniu medycznym i przemysłowym:

Escherichia coli

Najlepiej zbadanym organizmem jest bez wątpienia bakteria Escherichia coli. Chociaż niektóre szczepy mogą mieć negatywne konsekwencje zdrowotne, E. coli jest normalnym i powszechnym składnikiem ludzkiej mikroflory.

Jest to korzystne z różnych perspektyw. W naszym przewodzie pokarmowym bakterie pomagają w produkcji pewnych witamin i konkurencyjnie wykluczają patogenne mikroorganizmy, które mogłyby dostać się do naszego organizmu.

Ponadto w laboratoriach biologicznych jest to jeden z najczęściej wykorzystywanych organizmów modelowych, bardzo przydatny do odkryć naukowych.

Trypanosoma cruzi

Jest to pierwotniak pasożytniczy, który żyje w komórkach i powoduje chorobę Chagasa. Uważa się to za ważny problem zdrowia publicznego w ponad 17 krajach położonych w tropikach.

Jedną z najwybitniejszych cech tego pasożyta jest obecność wici służącej do poruszania się i pojedynczego mitochondrium. Są przenoszone na swojego żywiciela - ssaka przez owady należące do rodziny Hemiptera, zwane triatominami.

Inne przykłady mikroorganizmów to między innymi Giardia, Euglena, Plasmodium, Paramecium, Saccharomyces cerevisiae.

Bibliografia

1. Alexander, M. (1961). Wprowadzenie do mikrobiologii gleby. John Wiley and Sons, Inc.
2. Baker, GC, Smith, JJ i Cowan, DA (2003). Przegląd i ponowna analiza starterów 16S specyficznych dla domeny. Dziennik metod mikrobiologicznych, 55 (3), 541-555.
3. Forbes, BA, Sahm, DF i Weissfeld, AS (2007). Mikrobiologia diagnostyczna. Mosby.
4. Freeman, S. (2017). Nauki biologiczne. Edukacja Pearson.
5. Murray, PR, Rosenthal, KS i Pfaller, MA (2015). Mikrobiologia medyczna. Elsevier Health Sciences.
6. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV i Jackson, RB (2014). Biologia Campbella. Edukacja Pearson.