Struktura a funkce prokaryotní buňky

Prokaryotní buňka

Netvoří tkáně, jen sklony ke sdružování. Jednodušší struktura než eukarya – méně organel.

• jaderný ekvivalent = nukleoid (neoddělen membránou od cytoplazmy + ribozomy + cytoplazmatické membrána + cytoplazma + buněčná stěna)
• nukleoid obsahuje jednu kruhovou dsDNA – prokaryotní chromozom
  • neobsahuje introny
  • na mRNA již v průběhu transkripce nasedají ribozomy
  • translace začíná formylmethioninem (iniciační triplet AUG)
• buněčná stěna z peptidoglykanových polymerů (mureinu)
  • dlouhých disacharidových a kratších peptidových řetězců - tvořící mřížku
  • zajišťuje tvar bakterií a umožňuje jim přežití v hypotonickém prostředí  
  • umožňuje výměnu látek s okolím
• buňka může být chráněna také kapsulou – pouzdro, často slizové (z polysacharidů)
• plazmid = útvar tvořený DNA nesoucí doplňující genetické informace
  • může přecházet do jiných bakterií (přenos resistence proti antibiotikům)
• mohou být vyztuženy mikrotubulárními strukturami cytoskeletu
• pohyb = jednoduchý prokaryotní bičík nebo příchytná vlákna
• rozmnožují se nepohlavně prostým buněčným dělením (20-30min)

Prokaryota = nadříše prvojaderných organismů

Nebuněčné organismy (Subcellulata) – s oddělením protoorganismů (Eobionta) a virů

Prvobuněčné organismy (Protocellulata) – s oddělením bakterie, sinice (Cyanophyta) a prochlorofyta

Metabolicky pestrá skupina:

• heterotrofní
  • dekompozitoři - živí se produkty rozpadu a mrtvou organickou hmotou
  • parazité - vyvolávají infekční onemocnění rostlin a živočichů
• autotrofní
  • schopné získávat energii fotosyntézou nebo oxidací anorganických látek

Sinice

• autotrofní organismy s organelami (tylakoidy) obsahujícími chlorofyl a další barviva uplatňující se při fotosyntéze
• žijí ve vodě a na vlhkých místech
• byly pravděpodobně prvním zdrojem O₂ v zemské atmosféře

Viry

• nebuněčné formy života - nitrobuněční paraziti, schopní reprodukce pouze s využitím buněčných struktur a metabolismu hostitelských buněk
• vysoce specializované
• v medicíně mohou být využity i jako vektory v genetickém inženýrství a genové léčbě
• zbytek viz 88. Struktura, reprodukce a rekombinace virů (DNA viry, RNA viry), význam v medicíně

Viroidy

• ještě menší a jednodušší částice než viry
• schopné přenášet genetickou informaci či vyvolávat choroby
• tvořeny jen cirkulární molekulou RNA bez proteinového obalu
• schopné se replikovat ve velkém množství v rostlinných buňkách a vyvolávat choroby rostlin
• přenos je možný jen z poškozené do poškozené buňky¨

Priony

• ještě menší než viroidy
• schopné vyvolat onemocnění
• tvořeny proteiny (neobsahují NK)
• mohou být přenášeny mezi živočichy a vyvolávat zejména nervové choroby

př. Creutzfeld–Jacobova choroba – dědí se dominantně  a priony jsou produktem mutovaného genu PRNP (prion protein gene); normální buněčné prion proteiny (PrP) jsou glykoproteiny buněčného povrchu, jejich izoforma se kumuluje v buňkách a způsobuje poruchu funkce neuronů a jejich smrt

Bakterie

• všudypřítomné - popsáno více než 2000 druhů bakterií
• nemají vytvořenou jadernou membránu ani jadérko, transkripce i translace probíhají prakticky současně
• obrovskou úloha v ekosystémech: degradují organické látky, recyklují živiny, fermentují potraviny, jsou schopné fotosyntézy, ale způsobují i onemocnění rostlin a živočichů
• rychle se množí
• neobyčejně přizpůsobivé
• obrovská diverzita metabolismu a schopností využívat různé zdroje energie
• velikost: 1 – 10 mikrom
• v cytoplazmě: ribosomy a jaderný ekvivalent (nukleoid – oblast uložení chromosomu)
• mají jeden hlavní kruhový chromosom
  • mnohonásobně spiralizovaná dvoušroubovice DNA (cca 3Mbp o délce asi 1–2mm) - stupeň spiralizace závisí na transkripční aktivitě genů
  • velikost genomu bakterií je druhově specifická
  • množství proteinů je nekonstantní a závisí na intenzitě proteosyntézy
  • zastoupení RNA v chromosomu závisí na počtu aktuálně transkribovaných genů
  • jádro není morfologicky ohraničeno  

• v cytoplazmě několik plazmidů
  • genetickou informaci k určité selekční výhodě
  • využívají se pro svou velkou replikační schopnost jako vektory v genetickém inženýrství

• cytoplazmatická membrána zesílena buněčnou stěnou
  • informace o struktuře bakteriální stěny jsou podstatné pro volbu antibiotik v léčbě bakteriálních infekcí
• rozdílu ve struktuře bakteriální stěny využívá Gramovo diferenciální barvení:
  • Gram- - opouzdřené bakterie s lipopolysacharidy
  • Gram+ - bakterie se stěnou pouze z peptidoglykanů
• mohou mít kapsulu – ochrana
• možnost fimbrií - adhezi na buňky hostitele

• tvar bakteriální buňky může být: kulatý (koky), tyčinkovitý (vibria, spirily, spirochety)

• bakterie postrádají klasický cytoskelet: jádro není vytvořeno, chromosom je v tzv. nukleolární oblasti a je uchycen v jednom místě k cytoplazmatické membráně (OriC)
  • jedinou organelou jsou zde ribosomy – jsou menší než u eukaryot

• pohyb bakterií
  • pomocí bičíku – má jednodušší stavbu než u eukaryot; pohyb vyvolán rotací (prstenec proteinů v plazmatické membráně kolem úponu bičíku reaguje změnou konformace na změnu gradientu H⁺ iontů )
  • spirochety se pohybují změnou svého tvaru
  • myxobakterie se pohybují pomocí produkovaného sekretu

• vybaveny četnými chemoreceptory a reagují pohybem (pozitivně / negativně)
• vysoce adaptabilní
• prototrofní = schopné žít na minimální půdě a syntetizovat všechny pro život potřebné látky
• biochemické ztrátové mutace způsobí, že bakterie jsou schopné růst pouze v prostředí, které obsahuje látku, kterou nejsou schopné syntetizovat = auxotrofní
• aerobní i anaerobní – ohrožují pacienty s poruchami prokrvení tkání