Antipiretik untuk anak-anak diresepkan oleh dokter anak. Namun ada situasi darurat demam ketika anak perlu segera diberikan obat. Kemudian orang tua mengambil tanggung jawab dan menggunakan obat antipiretik. Apa yang boleh diberikan kepada bayi? Bagaimana cara menurunkan suhu pada anak yang lebih besar? Obat apa yang paling aman?
Sel prokariotik jauh lebih sederhana dibandingkan sel hewan dan tumbuhan. Di bagian luar ditutupi dengan dinding sel yang melakukan fungsi pelindung, formatif, dan transportasi. Kekakuan dinding sel disediakan oleh murein. Kadang-kadang sel bakteri ditutupi di atasnya dengan kapsul atau lapisan lendir.
Protoplasma bakteri, seperti eukariota, dikelilingi membran plasma. Invaginasi membran sakular, tubular atau pipih mengandung mesosom yang terlibat dalam proses respirasi, bakterioklorofil dan pigmen lainnya. Materi genetik prokariota tidak membentuk nukleus, tetapi terletak langsung di sitoplasma. DNA bakteri adalah molekul melingkar tunggal, yang masing-masing terdiri dari ribuan dan jutaan pasangan nukleotida. Genom sel bakteri jauh lebih sederhana dibandingkan sel makhluk yang lebih berkembang: rata-rata, DNA bakteri mengandung beberapa ribu gen.
Tidak ada dalam sel prokariotik retikulum endoplasma, A ribosom mengapung bebas di sitoplasma. Prokariota tidak punya mitokondria; Fungsinya sebagian dilakukan oleh membran sel.
Prokariota
Bakteri adalah organisme terkecil dengan struktur seluler; ukurannya berkisar antara 0,1 hingga 10 mikron. Sebuah titik pencetakan pada umumnya dapat menampung ratusan ribu bakteri berukuran sedang. Bakteri hanya dapat dilihat melalui mikroskop, itulah sebabnya disebut demikian mikroorganisme atau mikroba; mikroorganisme sedang dipelajari mikrobiologi . Cabang ilmu mikrobiologi yang mempelajari bakteri disebut bakteriologi . Ilmu ini dimulai Anthony van Leeuwenhoek pada abad ke-17.
Bakteri - organisme tertua yang diketahui. Jejak aktivitas vital bakteri dan ganggang biru-hijau (stromatolit) berasal dari zaman Archean dan berusia 3,5 miliar tahun.Karena kemungkinan pertukaran gen antar perwakilan berbagai jenis dan bahkan genera, cukup sulit untuk mensistematisasikan prokariota. Taksonomi prokariota yang memuaskan belum dibangun; semua sistem yang ada adalah buatan dan mengklasifikasikan bakteri menurut kelompok karakteristik tertentu, tanpa memperhitungkan hubungan filogenetiknya. Sebelumnya, bakteri bersama dengan jamur Dan ganggang termasuk dalam subkingdom tumbuhan tingkat rendah. Saat ini, bakteri diklasifikasikan sebagai superkingdom prokariota yang terpisah. Sistem klasifikasi yang paling umum adalah Sistem Bergey, yang didasarkan pada struktur dinding sel.
Pada akhir abad ke-20, para ilmuwan menemukan bahwa sel-sel dari kelompok bakteri yang relatif sedikit dipelajari - archaebacteria - berisi rRNA, strukturnya berbeda dari r-RNA prokariota dan r-RNA eukariota. Struktur peralatan genetik archaebacteria (keberadaan intron dan mengulangi urutan, pengolahan, membentuk ribosom) membawa mereka lebih dekat ke eukariota; di sisi lain, archaebacteria juga memiliki ciri khas prokariota (tidak adanya inti dalam sel, adanya flagela, plasmid dan vakuola gas, ukuran rRNA, fiksasi nitrogen). Terakhir, archaebacteria berbeda dari semua organisme lain dalam struktur dinding selnya, jenis fotosintesis, dan beberapa karakteristik lainnya. Archaebacteria mampu hidup dalam kondisi ekstrim (misalnya di sumber air panas dengan suhu di atas 100 °C, di kedalaman laut pada tekanan 260 atm, dalam larutan garam jenuh (30% NaCl)). Beberapa archaebacteria menghasilkan metana, yang lain menggunakan senyawa belerang untuk menghasilkan energi.
Rupanya, archaebacteria adalah kelompok organisme yang sangat kuno; kemungkinan "ekstrim" menunjukkan karakteristik kondisi permukaan bumi zaman Archean. Archaebacteria diyakini paling dekat dengan “pro-sel” hipotetis yang kemudian memunculkan seluruh keanekaragaman kehidupan di Bumi.
Baru-baru ini menjadi jelas bahwa ada tiga tipe utama rRNA, disajikan, masing-masing, yang pertama - dalam sel eukariotik, yang kedua - dalam sel bakteri nyata, serta dalam mitokondria Dan kloroplas eukariota, yang ketiga - di archaebacteria. Penelitian di bidang genetika molekuler telah memaksa kita untuk melihat kembali teori asal usul eukariota. Sekarang diyakini bahwa tiga cabang prokariota berbeda berevolusi secara bersamaan di Bumi purba - archaebacteria, eubacteria dan urkariota , dicirikan oleh struktur yang berbeda dan metode yang berbeda untuk memperoleh energi. Urkariota, yang pada dasarnya merupakan komponen nuklir-sitoplasma eukariota, kemudian dimasukkan sebagai simbion perwakilan dari berbagai kelompok eubacteria, yang berubah menjadi mitokondria dan kloroplas sel eukariotik masa depan.
Dengan demikian, peringkat kelas yang sebelumnya dialokasikan untuk archaebacteria jelas tidak mencukupi. Saat ini, banyak peneliti cenderung membagi prokariota menjadi dua kingdom: archaebacteria dan bakteri nyata (eubakteri ) atau bahkan memisahkan archaebacteria menjadi Archaea superkingdom yang terpisah.
Klasifikasi bakteri nyata diberikan dalam skema.
DI DALAM sel bakteri Tidak ada nukleus, kromosom terletak bebas di sitoplasma. Selain itu, sel bakteri tidak memiliki organel membran: mitokondria, EPS, Aparat Golgi dll. Bagian luar membran sel ditutupi dengan dinding sel.
Kebanyakan bakteri bergerak secara pasif, menggunakan aliran air atau udara. Hanya beberapa dari mereka yang memiliki organel gerak - flagela . Flagela prokariotik memiliki struktur yang sangat sederhana dan terdiri dari protein flagelin, yang membentuk silinder berongga dengan diameter 10-20 nm. Mereka memasang sekrup ke dalam medium, mendorong sel ke depan. Rupanya, inilah satu-satunya struktur yang diketahui di alam yang menggunakan prinsip roda.
Berdasarkan bentuknya, bakteri dibedakan menjadi beberapa kelompok:
kokus (memiliki bentuk bulat);
basil (memiliki bentuk berbentuk batang);
spirila (berbentuk spiral);
vibrio (berbentuk koma).
Berdasarkan cara respirasinya, bakteri dibedakan menjadi aerob (sebagian besar bakteri) dan anaerob (agen penyebab tetanus, botulisme, gangren gas). Yang pertama membutuhkan oksigen untuk bernapas; sedangkan yang kedua, oksigen tidak berguna atau bahkan beracun.
Bakteri berkembang biak dengan membelah diri kira-kira setiap 20 menit (dalam kondisi yang menguntungkan). DNA direplikasi, dengan setiap sel anak menerima salinan DNA induknya sendiri. Transfer DNA antar sel yang tidak membelah juga dimungkinkan (melalui penangkapan DNA “telanjang”, menggunakan bakteriofag atau oleh konjugasi , ketika bakteri terhubung satu sama lain melalui fimbria sanggama), namun peningkatan jumlah individu tidak terjadi. Reproduksi dicegah oleh sinar matahari dan produk limbahnya sendiri.Perilaku bakteri tidak terlalu rumit. Reseptor kimia mencatat perubahan keasaman lingkungan dan konsentrasi berbagai zat: gula, asam amino, oksigen. Banyak bakteri merespons perubahan suhu atau cahaya, dan beberapa bakteri dapat merasakan medan magnet bumi.
Dalam kondisi buruk, bakteri menjadi tertutup cangkang padat, sitoplasma mengalami dehidrasi, dan aktivitas vital hampir terhenti. Dalam keadaan ini, spora bakteri dapat bertahan dalam ruang hampa selama berjam-jam dan tahan terhadap suhu dari –240 °C hingga +100 °C.
Semua organisme hidup dapat diklasifikasikan menjadi salah satu dari dua kelompok (prokariota atau eukariota) tergantung pada struktur dasar selnya. Prokariota adalah organisme hidup yang terdiri dari sel-sel yang tidak mempunyai inti sel dan organel membran. Eukariota adalah organisme hidup yang mengandung nukleus dan organel membran.
Sel adalah komponen fundamental dari definisi modern kita tentang kehidupan dan makhluk hidup. Sel dipandang sebagai bahan penyusun dasar kehidupan dan digunakan untuk mendefinisikan apa artinya "hidup".
Mari kita lihat salah satu definisi kehidupan: “Makhluk hidup adalah organisasi kimia yang tersusun atas sel dan mampu bereproduksi” (Keaton, 1986). Definisi ini didasarkan pada dua teori - teori sel dan teori biogenesis. pertama kali diusulkan pada akhir tahun 1830-an oleh ilmuwan Jerman Matthias Jakob Schleiden dan Theodor Schwann. Mereka berpendapat bahwa semua makhluk hidup terbuat dari sel. Teori biogenesis yang dikemukakan oleh Rudolf Virchow pada tahun 1858 menyatakan bahwa semua sel hidup muncul dari sel (hidup) yang sudah ada dan tidak dapat muncul secara spontan dari benda mati.
Komponen sel terbungkus dalam membran yang berfungsi sebagai pembatas antara dunia luar dan komponen internal sel. Membran sel adalah penghalang selektif, artinya memungkinkan bahan kimia tertentu melewatinya untuk menjaga keseimbangan yang diperlukan untuk fungsi sel.
Membran sel mengatur pergerakan bahan kimia dari sel ke sel dengan cara berikut:
- difusi (kecenderungan molekul suatu zat untuk memperkecil konsentrasi, yaitu pergerakan molekul dari daerah dengan konsentrasi lebih tinggi ke daerah dengan konsentrasi lebih rendah sampai konsentrasinya seimbang);
- osmosis (pergerakan molekul pelarut melalui membran permeabel sebagian untuk menyamakan konsentrasi zat terlarut yang tidak mampu bergerak melalui membran);
- transportasi selektif (menggunakan saluran membran dan pompa).
Prokariota adalah organisme yang terdiri dari sel-sel yang tidak memiliki inti sel atau organel yang terikat membran. Artinya materi genetik DNA pada prokariota tidak terikat di dalam inti. Selain itu, DNA prokariota kurang terstruktur dibandingkan DNA eukariota. Pada prokariota, DNA berbentuk sirkuit tunggal. DNA eukariotik disusun menjadi kromosom. Kebanyakan prokariota hanya terdiri dari satu sel (uniseluler), namun ada sedikit yang multiseluler. Para ilmuwan membagi prokariota menjadi dua kelompok: dan.
Sel prokariotik yang khas meliputi:
- membran plasma (sel);
- sitoplasma;
- ribosom;
- flagela dan pili;
- nukleoid;
- plasmid;
Eukariota
Eukariota adalah organisme hidup yang sel-selnya mengandung nukleus dan organel membran. Pada eukariota, materi genetik terletak di dalam nukleus, dan DNA disusun menjadi kromosom. Organisme eukariotik dapat berbentuk uniseluler atau multiseluler. adalah eukariota. Eukariota juga termasuk tumbuhan, jamur dan protozoa.
Sel eukariotik yang khas meliputi:
- nukleolus;
sel bakteri
Sel prokariotik adalah organisme paling primitif, berstruktur sangat sederhana yang mempertahankan ciri-ciri zaman dahulu kala. Organisme prokariotik (atau pranuklir) termasuk bakteri dan ganggang biru-hijau (cyanobacteria). Berdasarkan kesamaan struktur dan perbedaan tajam dari sel lain, mereka dipisahkan menjadi kingdom independen dari sel yang hancur.
Mari kita lihat struktur sel prokariotik dengan menggunakan bakteri sebagai contoh.
Peralatan genetik diwakili oleh DNA dari satu kromosom sirkular, terletak di sitoplasma dan tidak dibatasi oleh membran. Analog inti ini disebut nukleoid. DNA tidak membentuk kompleks dengan protein dan oleh karena itu semua gen yang merupakan bagian dari kromosom “bekerja”, yaitu. informasi terus dibaca dari mereka.
Sel prokariotik dikelilingi oleh membran yang memisahkan sitoplasma dari dinding sel, terbentuk dari zat kompleks yang sangat polimer. Ada sedikit organel di sitoplasma, tetapi terdapat banyak ribosom kecil (sel bakteri mengandung 5.000 hingga 50.000 ribosom).
Sitoplasma dipenuhi dengan membran yang membentuk retikulum endoplasma, mengandung ribosom yang melakukan sintesis protein.
Bagian dalam dinding sel diwakili oleh membran plasma, yang tonjolannya ke dalam sitoplasma membentuk mesosom, yang terlibat dalam konstruksi dinding sel, reproduksi, dan merupakan tempat perlekatan DNA. Respirasi pada bakteri terjadi di mesosom, dan pada ganggang biru-hijau di membran sitoplasma.
Banyak bakteri menyimpan zat cadangan di dalam sel: polisakarida, lemak, polifosfat. Zat cadangan, bila dimasukkan dalam metabolisme, dapat memperpanjang umur sel tanpa adanya sumber energi eksternal.
Struktur sel prokariotik
(1 dinding sel, 2 membran sitoplasma luar, 3 kromosom (molekul DNA melingkar), 4 ribosom, 5 mesosom, 6 invaginasi membran sitoplasma luar, 7 vakuola, 8 flagela, 9 tumpukan membran tempat terjadinya fotosintesis)
Biasanya, bakteri berkembang biak dengan membelah diri menjadi dua. Setelah pemanjangan sel, septum melintang secara bertahap terbentuk, yang diletakkan dari luar ke dalam, kemudian sel anak menyimpang atau tetap terhubung dalam kelompok karakteristik - rantai, paket, dll. Bakteri E. coli menggandakan jumlahnya setiap 20 menit.
Bakteri dicirikan oleh pembentukan spora. Ini dimulai dengan pelepasan sebagian sitoplasma dari sel induk. Bagian yang terlepas berisi satu genom dan dikelilingi oleh membran sitoplasma. Kemudian dinding sel, seringkali berlapis-lapis, tumbuh di sekitar spora. Pada bakteri, proses seksual terjadi berupa pertukaran informasi genetik antara dua sel. Proses seksual meningkatkan variabilitas mikroorganisme secara turun-temurun.
Bentuk sel prokariotik tidak begitu beragam. Sel bulat disebut kokus. Archaea dan Eubacteria dapat memiliki bentuk ini. Streptococci adalah kokus yang memanjang dalam rantai. Stafilokokus adalah “kelompok” kokus, diplokokus adalah kokus yang bersatu dalam dua sel, tetrad empat, dan sarcina delapan. Bakteri berbentuk batang disebut basil. Dua batang - diplobacillus, memanjang dalam rantai - streptobacilli. Spesies lain termasuk bakteri coryneform (dengan ekstensi seperti tongkat di ujungnya), spirilla (sel melengkung panjang), vibrio (sel melengkung pendek) dan spirochetes (menggulung berbeda dari spirilla).
Bentuk sel bakteri merupakan salah satu karakteristik sistematis yang paling penting.
Ada 4 bentuk sel utama:
1) Kokus merupakan bakteri yang berbentuk bulat. Bakteri berbentuk bola setelah pembelahan dapat membentuk:
a) diplokokus - dua sel dalam satu kapsul. Perwakilan: pneumococcus - agen penyebab pneumonia;
b) streptokokus - dibentuk oleh kokus yang berbentuk rantai. Perwakilan: agen penyebab sakit tenggorokan dan demam berdarah;
c) stafilokokus - menyerupai seikat buah anggur. Perwakilan: strain stafilokokus yang berbeda menyebabkan furunculosis, pneumonia, keracunan makanan dan beberapa penyakit lainnya.
2) Basil adalah bakteri lurus berbentuk batang:
a) batang yang tidak membentuk spora disebut bakteri. Perwakilan: simbion usus biasa, patogen demam tifoid, bakteri bintil;
b) batang pembentuk spora disebut basil. Perwakilan: banyak di dalam tanah, misalnya bakteri pengikat nitrogen, agen penyebab antraks, agen penyebab tuberkulosis - basil Koch.
3) Spirila, spirocheta- bentuk spiral.
A) spirilla adalah batang spiral dengan satu flagel. Perwakilan: penduduk biasa rongga mulut.
b) spirochetes - bentuk selnya sangat kompleks, tetapi terdapat perbedaan dalam cara pergerakannya. Perwakilan: penghuni rongga mulut biasa, agen penyebab sifilis.
4) Vibrio berbentuk batang pendek, selalu melengkung berbentuk koma. Perwakilan: agen penyebab kolera.
Prokariota muncul di Bumi sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu dan mungkin merupakan bentuk kehidupan seluler pertama, sehingga memunculkan prokariota dan eukariota modern.
Dalam artikel kami, kami akan melihat struktur prokariota dan eukariota. Organisme ini berbeda secara signifikan dalam tingkat organisasinya. Dan alasannya adalah kekhasan struktur informasi genetik.
Ciri-ciri struktur sel prokariotik
Prokariota adalah semua organisme hidup yang selnya tidak mengandung inti. Dari lima perwakilan modern, hanya satu yang termasuk di dalamnya - Bakteri. Prokariota yang strukturnya sedang kita pertimbangkan juga mencakup perwakilan ganggang biru-hijau dan archaea.
Meskipun sel-selnya tidak memiliki inti yang terbentuk, mereka mengandung materi genetik. Hal ini memungkinkan penyimpanan dan transmisi informasi turun-temurun, tetapi membatasi variasi metode reproduksi. Semua prokariota berkembang biak dengan membagi selnya menjadi dua. Mereka tidak mampu melakukan mitosis dan meiosis.
Struktur prokariota dan eukariota
Ciri-ciri struktural prokariota dan eukariota yang membedakannya cukup signifikan. Selain struktur materi genetik, hal ini juga berlaku untuk banyak organel. Eukariota, yang meliputi tumbuhan, jamur dan hewan, mengandung mitokondria, kompleks Golgi, retikulum endoplasma, dan banyak plastida di sitoplasmanya. Prokariota tidak memilikinya. Dinding sel yang keduanya miliki berbeda komposisi kimia. Pada bakteri mengandung karbohidrat kompleks pektin atau murein, pada tumbuhan berbahan dasar selulosa, dan pada jamur mengandung kitin.
Sejarah penemuan
Ciri-ciri struktural dan fungsi prokariota baru diketahui para ilmuwan pada abad ke-17. Dan ini terlepas dari kenyataan bahwa makhluk-makhluk ini telah ada di planet ini sejak awal mulanya. Pada tahun 1676, mereka pertama kali diperiksa melalui mikroskop optik oleh penciptanya, Antonie van Leeuwenhoek. Seperti semua organisme mikroskopis, ilmuwan menyebutnya “animalcules.” Istilah "bakteri" baru muncul pada awal abad ke-19. Hal ini dikemukakan oleh naturalis Jerman terkenal Christian Ehrenberg. Konsep “prokariota” muncul kemudian, pada era penciptaan mikroskop elektron. Selain itu, pada awalnya, para ilmuwan menetapkan fakta perbedaan struktur peralatan genetik sel berbagai makhluk. E. Chatton pada tahun 1937 mengusulkan untuk menyatukan organisme atas dasar ini menjadi dua kelompok: pro dan eukariota. Pembagian ini masih ada sampai sekarang. Pada paruh kedua abad ke-20, ditemukan perbedaan di antara prokariota itu sendiri: archaea dan bakteri.
Fitur peralatan permukaan
Peralatan permukaan prokariota terdiri dari membran dan dinding sel. Masing-masing bagian tersebut mempunyai ciri khasnya masing-masing. Membrannya dibentuk oleh lapisan ganda lipid dan protein. Prokariota yang strukturnya cukup primitif memiliki dua jenis struktur dinding sel. Jadi, pada bakteri gram positif, sebagian besar terdiri dari peptidoglikan, memiliki ketebalan hingga 80 nm dan melekat erat pada membran. Ciri khas struktur ini adalah adanya pori-pori di dalamnya, tempat sejumlah molekul menembus. Dinding sel bakteri gram negatif sangat tipis - maksimal 3 nm. Itu tidak menempel erat pada membran. Beberapa perwakilan prokariota juga memiliki kapsul lendir di bagian luar. Ini melindungi organisme dari kekeringan, kerusakan mekanis, dan menciptakan penghalang osmotik tambahan.
Organel prokariota
Struktur sel prokariota dan eukariota memiliki perbedaan yang signifikan, yang terutama terletak pada adanya organel tertentu. Struktur permanen ini menentukan tingkat perkembangan organisme secara keseluruhan. Prokariota kekurangan sebagian besar dari mereka. Sintesis protein dalam sel-sel ini terjadi di ribosom. Prokariota akuatik mengandung aerosom. Ini adalah rongga gas yang memberikan daya apung dan mengatur derajat perendaman organisme. Hanya sel prokariotik yang mengandung mesosom. Lipatan membran sitoplasma ini hanya terjadi bila metode fiksasi kimia digunakan selama persiapan mikroskop. Organel pergerakan bakteri dan archaea adalah silia atau flagela. Dan penempelan pada substrat dilakukan dengan pili. Struktur yang dibentuk oleh silinder protein ini juga disebut vili dan fimbriae.
Apa itu nukleoid
Namun perbedaan yang paling signifikan terletak pada struktur gen prokariota dan eukariota. semua organisme ini miliki. Pada eukariota, ia terletak di dalam inti yang terbentuk. Organel bermembran ganda ini memiliki matriksnya sendiri yang disebut nukleoplasma, selubung, dan kromatin. Di sini, tidak hanya informasi genetik yang disimpan, tetapi juga sintesis molekul RNA. Dalam nukleolus, subunit ribosom kemudian terbentuk darinya - organel yang bertanggung jawab untuk sintesis protein.
Struktur gen prokariotik lebih sederhana. Materi keturunannya diwakili oleh nukleoid atau wilayah nuklir. DNA pada prokariota tidak dikemas menjadi kromosom, melainkan memiliki struktur melingkar tertutup. Nukleoid juga mencakup molekul RNA dan protein. Fungsi terakhir menyerupai histon eukariotik. Mereka terlibat dalam duplikasi DNA, sintesis RNA, pemulihan struktur kimia dan pemecahan asam nukleat.
Ciri-ciri kehidupan
Prokariota, yang strukturnya tidak terlalu rumit, melakukan proses kehidupan yang agak rumit. Ini adalah nutrisi, pernapasan, reproduksi jenisnya sendiri, pergerakan, metabolisme... Dan hanya satu sel mikroskopis, yang ukurannya berkisar hingga 250 mikron, yang mampu melakukan semua ini! Jadi kita hanya bisa berbicara tentang keprimitifan secara relatif.
Ciri-ciri struktural prokariota juga menentukan mekanisme fisiologinya. Misalnya, mereka dapat memperoleh energi dengan tiga cara. Yang pertama adalah fermentasi. Hal ini dilakukan oleh beberapa bakteri. Proses ini didasarkan pada reaksi redoks, di mana molekul ATP disintesis. Ini adalah senyawa kimia yang, ketika dipecah, melepaskan energi dalam beberapa tahap. Oleh karena itu, tidak heran jika disebut sebagai “baterai seluler”. Cara selanjutnya adalah bernapas. Inti dari proses ini adalah oksidasi zat organik. Beberapa prokariota mampu melakukan fotosintesis. Contohnya adalah ganggang biru-hijau dan ganggang yang mengandung plastida di dalam selnya. Tapi archaea mampu melakukan fotosintesis bebas klorofil. Selama proses ini, karbon dioksida tidak difiksasi, tetapi molekul ATP langsung terbentuk. Jadi, pada intinya, ini adalah fotofosforilasi yang sebenarnya.
Tipe daya
Bentuk reproduksi
Prokariota, yang strukturnya diwakili oleh satu sel, berkembang biak dengan membaginya menjadi dua bagian atau dengan bertunas. Ciri ini juga disebabkan oleh strukturnya.Proses pembelahan biner diawali dengan penggandaan atau replikasi DNA. Dalam hal ini, molekul asam nukleat pertama-tama terlepas, setelah itu setiap untai diduplikasi.Kromosom yang dihasilkan menyimpang ke kutub. Sel-sel bertambah besar ukurannya, penyempitan terbentuk di antara mereka, dan kemudian terjadi pemisahan terakhir. Beberapa bakteri juga mampu membentuk sel reproduksi aseksual – spora.
Bakteri dan Archaea: Ciri Khas
Untuk waktu yang lama, archaea, bersama dengan bakteri, adalah perwakilan Kerajaan Drobyanka. Memang, mereka memiliki banyak ciri struktural yang serupa. Ini terutama ukuran dan bentuk selnya. Namun penelitian biokimia menunjukkan bahwa mereka memiliki sejumlah kesamaan dengan eukariota. Ini adalah sifat enzim, di bawah pengaruh proses sintesis RNA dan molekul protein terjadi.
Archaea telah menguasai hampir semua habitat. Mereka sangat beragam dalam komposisi plankton. Awalnya, semua archaea tergolong ekstremofil, karena mereka mampu hidup di sumber air panas, di waduk dengan salinitas tinggi, dan di kedalaman dengan tekanan signifikan.
Pentingnya prokariota di alam dan kehidupan manusia
Peran prokariota di alam sangatlah penting. Pertama-tama, mereka adalah organisme hidup pertama yang muncul di planet ini. Para ilmuwan telah menemukan bahwa bakteri dan archaea muncul sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu. Teori simbiogenesis menyatakan bahwa beberapa organel sel eukariotik juga berasal darinya. Secara khusus, kita berbicara tentang plastida dan mitokondria.
Banyak prokariota menemukan penerapannya dalam bioteknologi untuk memperolehnya obat, antibiotik, enzim, hormon, pupuk, herbisida. Manusia telah lama menggunakannya fitur yang bermanfaat bakteri asam laktat untuk membuat keju, kefir, yogurt, produk fermentasi. Dengan bantuan organisme ini, badan air dan tanah dibersihkan dan bijih berbagai logam diperkaya. Bakteri membentuk mikroflora usus manusia dan banyak hewan. Seiring dengan archaea, mereka melakukan siklus banyak zat: nitrogen, besi, belerang, hidrogen.
Di sisi lain, banyak bakteri yang menjadi agen penyebabnya penyakit berbahaya, mengatur jumlah banyak spesies tumbuhan dan hewan. Ini termasuk wabah, sifilis, kolera, antraks, dan difteri.
Jadi, prokariota adalah organisme yang sel-selnya tidak memiliki inti yang terbentuk. Materi genetik mereka diwakili oleh nukleoid, yang terdiri dari molekul DNA melingkar. Di antara organisme modern, prokariota termasuk bakteri dan archaea.
Semua mikroorganisme yang termasuk dalam kingdom ini dicirikan oleh jenis organisasi sel prokariotik, yang ditentukan oleh karakteristik ultrastrukturnya, serta struktur dan fungsi sejumlah makromolekul. Dari semua sel yang diketahui, prokariotik adalah sel paling sederhana dan mungkin sel pertama yang muncul sekitar 3,6 miliar tahun yang lalu.
Saat ini diasumsikan bahwa pada suatu saat, evolusi sel berjalan dalam dua arah yang independen. Dua kelompok organisme muncul - prokariota, yang bahan nuklirnya tidak dibatasi oleh selubung, dan eukariota, yang inti terbentuk dengan selubung inti.
Perbedaan utama antara prokariota dan eukariota adalah sebagai berikut:
dalam sel prokariotik tidak ada kompartemen atau organel yang dibatasi dari sitoplasma oleh membran lipoprotein intraseluler khusus: retikulum endoplasma (retikulum), mitokondria, aparatus Golgi, lisosom, kloroplas;
struktur inti prokariota, yang disebut nukleoid, tidak memiliki selubung inti dengan kompleks pori dan diwakili oleh makromolekul DNA dengan protein (tanpa histon);
genom sel prokariotik disusun menjadi satu kromosom melingkar, yang merupakan replika tunggal dan tidak terbagi melalui mitosis;
replika tambahan dapat diwakili oleh molekul DNA plasmid sirkular;
sel prokariotik hanya mengandung satu jenis ribosom dengan konstanta sedimentasi 708, dan beberapa ribosom berhubungan dengan membran sitoplasma, yang tidak pernah diamati pada eukariota;
Dinding sel prokariota mengandung karakteristik bioheteropolimer yang hanya dimiliki bakteri - peptidoglikan.
Beberapa prokariota memiliki struktur yang tidak ditemukan pada eukariota:
bakteri motil memiliki flagela bakteri khusus yang terbuat dari protein flagelin;
bentuk bakteri pembentuk spora dalam kondisi buruk berubah menjadi jenis sel istirahat yang unik dalam tingkat stabilitasnya - spora bakteri;
Sel prokariotik berukuran sangat kecil; diameter sebagian besar sel bakteri tidak melebihi 1 mikron, tetapi panjangnya bisa sangat signifikan, misalnya, pada beberapa spirochetes mencapai 500 mikron. Dipercayai bahwa ukuran kecil prokariota disebabkan oleh kurangnya sistem membran khusus dalam ultrastrukturnya, sehingga sulit untuk mengoordinasikan proses intraseluler sebanding dengan peningkatan ukuran sel.
Struktur seluler dengan jelas memisahkan prokariota dari virus. Menekankan keprimitifan organisasi sel bakteri, perlu dicatat bahwa mereka telah berevolusi ke arahnya dalam jangka waktu yang jauh lebih lama daripada sel eukariotik, dan meskipun kemampuan evolusi sel prokariotik tampaknya terbatas, perubahan dalam organisasi seluler mereka terjadi selama proses evolusi, yang secara bertahap menyebabkan komplikasinya.
Dalam beberapa hal, bakteri memiliki perbedaan mendasar dengan eukariota, dan pengetahuan tentang ciri-ciri struktur dan fungsinya memungkinkan kita untuk memahami kemungkinan efek antimikroba selektif dari obat kemoterapi. Penggunaan mikroskop elektron dan studi sitokimia yang baik memungkinkan untuk mempelajari ultrastrukturnya (Gbr. 1). Komponen penting sel bakteri adalah membran sitoplasma yang mengelilingi sitoplasma, yang mengandung ribosom dan nukleoid. Sel semua bakteri, kecuali bentuk L dan mikoplasma, memiliki dinding sel. Struktur lain bersifat tambahan dan menentukan ciri morfologi dan fungsional berbagai spesies: kapsul, flagela, pili, spora, inklusi.
Beras. 1. Skema struktur sel prokariotik:
/ - kapsul; 2 - dinding sel; 3 - membran sitoplasma; 4 - mesosom; 5 - sitoplasma; 6 - nukleoid; 7 - plasmid;
8 - ribosom dan polisom; 9 - flagela; 10 - minum; 11 - butiran glikogen; 12 - tetesan lipid; 13 - butiran volutin; 14 - inklusi belerang
Struktur permukaan. Kapsul - Ini adalah lapisan mukosa terluar dan paling atas dari suatu sel dengan ketebalan bervariasi dengan struktur fibrilar atau globular. Ia memiliki sifat polisakarida, mukopolisakarida atau polipeptida dan mengandung hingga 98% air. Tergantung pada ketebalannya, mikrokapsul (ketebalan kurang dari 0,2 mikron) dan makrokapsul dibedakan. Kapsul bukanlah elemen struktural wajib sel. Makna biologis pembentukan kapsul ditentukan oleh beberapa fungsi, antara lain: perlindungan dari fagosit dan virus, racun dan radiasi; mimikri imunologi pada bakteri patogen; retensi kelembaban dalam kondisi kelembaban rendah; perlekatan sel pada permukaan yang padat.
Pili (fimbriae, vili, silia) - Ini adalah formasi silinder lurus yang bersifat protein, panjang 0,3-10 mikron, diameter hingga 10 nm, menutupi permukaan sel secara merata (hingga beberapa ratus per sel), dan tidak melakukan fungsi lokomotor.
Ada pili tipe umum, yang mendorong perlekatan sel bakteri ke substrat, sel manusia (fenomena adhesi mikroorganisme) dan pili seksual, yang terlibat dalam transfer materi genetik dari sel donor ke sel penerima di dalam. proses konjugasi, serta menyebabkan adsorpsi bakteriofag tertentu pada sel.
Flagela - alat gerak bakteri berupa bentukan silinder melengkung spiral yang bersifat protein (protein flagellin) pada permukaan sel dengan panjang 3-12 µm dan tebal 10-30 nm, dilekatkan oleh badan basal (sistem cakram) pada membran sitoplasma (lihat penyertaan I). Nomor dan lokasi
Perilaku flagela bisa berbeda-beda dan merupakan ciri spesies (Gbr. 2). Ada monotrich (bakteri dengan satu flagel di ujungnya), amfitrich (bakteri dengan flagela terletak di kutub), lofotrik (sel dengan seikat flagela di salah satu ujungnya) dan peritrich (dengan 2-30 flagela di seluruh tubuh sel).
Pili dan flagela bukanlah organel wajib sel bakteri.
Dinding sel - salah satu elemen struktural utama bakteri, memberikan perlindungan mekanis pada sel. Kecuali mikoplasma dan bentuk L, sel semua bakteri ditutupi dengan dinding sel yang ketebalannya adalah jenis yang berbeda berkisar antara 0,01-14 mikron. Ini adalah struktur elastis padat -
Beras. 2. Bentuk utama bakteri (menurut A. A. Vorobyov et al., 1994):
/ - stafilokokus; 2 - streptokokus; 3 - sarcin; 4 - gonokokus;
5- pneumokokus; 6- kapsul pneumokokus; 7- Corynebacterium difteri; 8 - klostridia; 9 - basil; 10 - vibrio; 11 - spirila; 12 - treponsma; - borrelia; 14 - Leptospira; 15- aktinomisetes; 16 - lokasi flagela: A - monotrich; B - lofotrik; c - amfitrich; g - peritrik
py, yang mengelilingi protoplas sel dan memberinya bentuk dan kekakuan permanen. Dinding sel mencegah pembengkakan osmotik dan pecahnya sel ketika memasuki lingkungan hipotonik. Air, molekul kecil lainnya, dan berbagai ion dengan mudah melewati pori-pori kecil di dinding sel, namun molekul besar protein dan asam nukleat tidak melewatinya.
Komponen kimia utama dinding sel adalah heteropolimer spesifik - peptidoglikan (murein, mukopeptida, glukosaminopeptida, glikopeptida), terdiri dari rantai di mana residu asam N-asetilglukosamin dan M-asetilmuramat bergantian, dihubungkan oleh ikatan β-1,4-glikosidik . Hal ini secara tajam membedakan struktur selubung bakteri dari struktur eukariotik dan menciptakan “kelemahan” bakteri yang digunakan untuk kemoterapi antimikroba.
Organisasi sitoplasma. membran sitoplasma(CM) Merupakan salah satu struktur seluler wajib, memiliki ketebalan 7-13 nm dan terletak tepat di bawah dinding sel, membatasi protoplas sel. Struktur membran sel bakteri, hewan dan tumbuhan sangat mirip. Saat ini, sebagian besar ilmuwan telah mengadopsi model struktur CM fluid-mosaik. Menurut model ini, CM terdiri dari lapisan ganda (15-30% molekul fosfolipid dan trigliserida dengan ujung hidrofobik mengarah ke dalam dan “kepala” hidrofilik mengarah ke luar. Molekul protein (50-70%) terbenam secara mosaik di dalamnya. membran juga mengandung karbohidrat (2-5%) dan RNA.CM adalah formasi “cairan” plastik yang memainkan peran penting dalam metabolisme, merupakan struktur semi-permeabel, mempertahankan tekanan osmotik, mengontrol masuknya zat ke dalam sel dan ekskresi metabolit akhir melalui sistem permease spesifik substrat (enzim- pembawa terlokalisasi pada membran) Proses respirasi yang memasok energi ke sel berhubungan dengan CM, yaitu fungsi-fungsi yang dilakukan oleh membran mitokondria dan kloroplas bertanggung jawab dalam sel eukariotik.
Ada yang disebut mesosom - Invaginasi CM adalah sistem membran campuran yang dibentuk oleh tabung, vesikel, dan lamela. Mereka diharapkan berfungsi sebagai pusat aktivitas pernapasan bakteri, berpartisipasi dalam pembelahan sel dan divergensi kromosom anak setelah replikasi.
Sitoplasma mengisi volume bakteri yang dibatasi oleh CM. Ini adalah sistem koloid kompleks yang terdiri dari protein, asam nukleat, karbohidrat, lipid, mineral, dan 70-80% air. Sitoplasma adalah lokasi organel intraseluler (nukleoid, ribosom, berbagai inklusi) dan terlibat dalam metabolisme intraseluler. Karakter-
Ciri-ciri utama organisasi sitoplasma prokariota dibandingkan dengan sel hewan dan tumbuhan adalah tidak adanya retikulum endoplasma dan kerapatan elektron yang tinggi.
Nukleoid - bahan inti sel bakteri. Ini diwakili oleh makromolekul DNA untai ganda dengan berat molekul 2-3 10 dalam kombinasi dengan protein, di antaranya tidak ada protein inti (histon dan mirip histon) yang merupakan karakteristik eukariota. Berbeda dengan inti sel eukariotik yang sebenarnya, nukleoid tidak memiliki membran inti berlubang, tidak membelah secara mitosis, dan selama periode pembelahan merupakan satu kromosom melingkar yang mengkode semua informasi genetik.
Plasmid - struktur intraseluler opsional dalam bentuk bagian DNA sirkular ekstrakromosom yang mampu bereplikasi sendiri. Mereka menyebabkan pewarisan sifat-sifat tambahan: resistensi obat, toksigenisitas, bakteriosinogenisitas, dll.
Ribosom - organel tempat berlangsungnya sintesis protein. Setiap ribosom memiliki dimensi 20x30x30 nm dan konstanta sedimentasi 70S (karena selama ultrasentrifugasi, ribosom mengendap dengan kecepatan sekitar 70 unit Swedenberg (S), berbeda dengan ribosom sitoplasma eukariota yang lebih besar dengan konstanta sedimentasi 808). Dalam keadaan bebas, ribosom bakteri berbentuk dua subunit - 30S dan 50S, kedua subunit tersebut mengandung sekitar 40% RNA ribosom dan 60% protein. Selama sintesis protein, ribosom, dengan bantuan messenger RNA, membentuk polisom, biasanya berhubungan dengan CM. Bakteri dapat mengandung 5.000 hingga 50.000 ribosom, bergantung pada usia sel dan kondisi kultur.
Pengetahuan tentang perbedaan antara ribosom bakteri dan sel eukariotik penting untuk memahami mekanisme kerja antimikroba antibiotik yang menghambat sintesis protein pada ribosom bakteri dan tidak mempengaruhi fungsi ribosom 80S.
Spora (endospora) bakteri - bentuk istirahat dari beberapa jenis bakteri gram positif dalam kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan.
Sporulasi terjadi dalam beberapa tahap; ketika spora sudah matang sepenuhnya, bagian vegetatif sel menjadi lisis dan mati (lihat termasuk I, II).
Dalam proses sporulasi (sporulasi), dapat dibedakan beberapa tahapan utama. Sel yang melewati sporulasi berhenti tumbuh; biasanya, ia mengandung dua atau lebih nukleoid. Pada tahap pertama, bagian dari DNA seluler terlokalisasi di salah satu kutub sel. Kemudian bagian sitoplasmanya mengandung
Kromosom lain di dalamnya dipisahkan oleh membran sitoplasma, seolah-olah tumbuh jauh ke dalam sel, dan terbentuklah prospora yang dikelilingi oleh membran membran ganda.
Kemudian, di antara kedua membran tersebut, terjadi pembentukan dinding berlapis-lapis dan korteks (korteks) spora peptidoglikan. Cangkang polipeptida dan eksosporium juga terbentuk di luar membran, mengelilingi spora dalam bentuk selubung bebas. Spora bakteri yang terbentuk sempurna adalah area sel yang dipadatkan dengan nukleoid dan ribosom, dibatasi oleh membran multilayer padat yang diresapi dengan garam kalsium dari asam dipikolinat.
Sporulasi merupakan ciri bakteri berbentuk batang - basil dan clostridia (lihat Gambar 2). Terdapat lokasi spora sentral, terminal dan subterminal di bagian vegetatif sel, yang merupakan ciri diagnostik diferensial dari patogen.
Dalam satu bakteri, satu spora terbentuk, yang berada dalam tahap tidak aktif, sementara semua proses metabolisme praktis dikurangi menjadi nol, namun potensi kelangsungan hidup sel tetap terjaga. Karena peningkatan jumlah mikroorganisme tidak terjadi dalam proses ini, maka sporulasi pada bakteri bukanlah suatu metode reproduksi, tetapi hanya adaptasi untuk kelangsungan hidup. Spora bakteri, yang unik dalam tingkat ketahanannya terhadap faktor fisik dan kimia, dapat bertahan hidup di lingkungan luar tanpa kehilangan kelangsungan hidupnya dalam waktu yang lama (puluhan tahun), sehingga sulit untuk memerangi bakteri patogen pembawa spora.
Inklusi intraplasma. Istilah “inklusi” mengacu pada struktur intraseluler bakteri yang, jelas, tidak mutlak diperlukan untuk kehidupan mereka. Namun sifat dan fungsinya mungkin berbeda. Dalam beberapa kasus, inklusi adalah produk metabolisme sel bakteri, dalam kasus lain merupakan pasokan nutrisi.
Dari polisakarida cadangan, glukan sangat umum - glikogen, pati, granulosa. Mereka terdeteksi di sel basil, clostridia, enterobacteria, dll.
Lipid cadangan diwakili oleh poliester dan lilin asam β-hidroksibutirat. Lilin, ester asam lemak bermolekul tinggi, dan alkohol merupakan ciri khas mikobakteri.
Pada corynebacteria, cadangan fosfor dibuat dalam bentuk butiran polifosfat (volutin), yang memiliki nilai diagnostik.
