Wetenschappers geloven dat prokaryotische cellen enkele van de eerste levensvormen op aarde waren. Deze cellen zijn vandaag nog steeds overvloedig en kunnen worden onderverdeeld in bacteriën en archaea.

Een klassiek voorbeeld van een prokaryotische cel is Escherichia coli (E. coli)
.

Prokaryotic cellen zijn fundamenteel voor het beheersen van de celbiologie van de middelbare school. Lees verder voor meer informatie over de verschillende cellulaire componenten van prokaryoten.
Wat zijn Prokaryoten?

Prokaryoten zijn meestal eenvoudige eencellige organismen zonder membraangebonden organellen of een kern. Eukaryoten hebben deze structuren.

Miljarden jaren geleden kunnen prokaryoten zijn geëvolueerd uit membraangebonden organische moleculen genaamd protobionts
. Het zijn misschien de eerste levensvormen op de planeet geweest.

Je kunt prokaryoten in twee domeinen verdelen: Bacteriën en Archaea.

(Merk op dat wanneer je over de domeinen schrijft, de namen moeten zijn met een hoofdletter, maar u kunt ze in kleine letters laten staan wanneer u over de twee groepen in het algemeen schrijft.)

Beide groepen bestaan uit kleine eencellige organismen, maar er zijn verschillen tussen hen. Bacteriën hebben peptidoglycanen in hun celwanden en archaea niet. Bovendien hebben bacteriën vetzuren in hun plasmamembraanlipiden, terwijl archaea phytanyl-groepen heeft.

Enkele voorbeelden van veel voorkomende bacteriën zijn E. coli
en Staphylococcus aureus
(beter bekend als staph). Zouthoudende halofielen zijn een voorbeeld van archaea.
Bacteriën: de basisprincipes

Bacteriën zijn een van de twee domeinen waaruit prokaryotische cellen bestaan. Het zijn verschillende levensvormen en planten zich voort door binaire splijting.

Er zijn drie basale bacteriële celvormen: cocci, bacillen en spirilla. De cocci zijn ovale of bolvormige bacteriën, de bacillen zijn staafvormig en de spirilla zijn spiralen.

Bacteriën spelen een belangrijke rol bij de ziekte en de gezondheid van de mens. Sommige van deze microben, zoals Staphylococcus aureus
, kunnen infecties bij mensen veroorzaken. Andere bacteriën zijn echter nuttig, zoals Lactobacillus acidophilus
, die uw lichaam helpt lactose af te breken die in zuivelproducten wordt aangetroffen.
Archaea: The Basics

Aanvankelijk geclassificeerd als oude bacteriën en genoemd 'archeobacteriën', archaea hebben nu hun eigen domein. Veel soorten archaea zijn extremofielen
en leven in extreme omstandigheden, zoals kokende hete bronnen of zuur water, die bacteriën niet kunnen verdragen.

Enkele voorbeelden zijn hyperthermofielen die voorkomen bij temperaturen boven 176 graden Fahrenheit (80 graden Celsius) en halofielen die kunnen leven in zoutoplossingen die variëren van 10 tot 30 procent. De celwanden in archaea bieden bescherming en laten ze in extreme omgevingen leven.

Archaea heeft veel verschillende vormen en maten die variëren van staven tot spiralen. Sommige aspecten van het gedrag van archaea, zoals reproductie, zijn vergelijkbaar met bacteriën. Ander gedrag, zoals genexpressie, lijkt echter op de eukaryoten.
Hoe reproduceren prokaryoten?

Prokaryoten kunnen zich op verschillende manieren reproduceren. De basistypen van reproductie omvatten ontluikende, binaire splijting en fragmentatie. Hoewel sommige bacteriën sporenvorming hebben, wordt het niet als reproductie beschouwd omdat er geen nakomelingen worden gevormd door dit proces.

Ontluikende
gebeurt wanneer een cel een knop maakt die eruit ziet als een bubbel. De knop blijft groeien terwijl hij aan de oudercel is bevestigd. Uiteindelijk breekt de knop af van de oudercel.

Binaire splijting
gebeurt wanneer een cel in twee identieke dochtercellen splitst. Fragmentatie
gebeurt wanneer een cel in kleine stukjes of fragmenten breekt, en elk stuk een nieuwe cel wordt.
Wat is binaire splijting?

Binaire splijting is een veelgebruikt type reproductie in prokaryotisch cellen. Het proces omvat het splitsen van de oudercel in twee identieke cellen. De eerste stap in binaire splijting is het kopiëren van het DNA. Vervolgens verplaatst het nieuwe DNA zich naar het andere uiteinde van de cel.

Vervolgens begint de cel te groeien en uit te breiden. Uiteindelijk vormt zich een septale ring in het midden en knijpt de cel in twee stukken. Het resultaat is twee identieke cellen.

Wanneer u binaire splijting vergelijkt met celdeling in eukaryotische cellen, ziet u mogelijk enkele kleine overeenkomsten. Zowel mitose als binaire splijting creëren bijvoorbeeld identieke dochtercellen. Beide processen omvatten ook de duplicatie van DNA.
Prokaryotische celstructuur

De celstructuur van prokaryoten kan variëren, maar de meeste organismen hebben verschillende basiscomponenten. Prokaryoten hebben een celmembraan
of plasmamembraan
die werkt als een beschermhoes. Ze hebben ook een stijve celwand
voor extra ondersteuning en bescherming.

Prokaryotische cellen hebben ribosomen
, moleculen die eiwitten maken. Hun genetisch materiaal zit in de nucleoid
, de regio waar DNA leeft. Extra ringen van DNA genaamd plasmiden
zweven rond het cytoplasma
. Het is belangrijk op te merken dat prokaryoten geen kernmembraan hebben.

Naast deze interne structuren hebben sommige prokaryote cellen een pilus
of flagellum
om hen te helpen Actie. Een pilus is een haarachtige externe functie, terwijl een flagellum een whiplike externe functie is. Sommige prokaryoten zoals bacteriën hebben een capsule buiten hun celwanden. Opslag van voedingsstoffen kan ook variëren, maar veel prokaryoten gebruiken opslagkorrels in hun cytoplasma.
Genetische informatie in Prokaryotes

Er bestaat genetische informatie in prokaryoten in de nucleoïde. In tegenstelling tot eukaryoten hebben prokaryoten geen membraangebonden kern. In plaats daarvan leven de cirkelvormige DNA-moleculen in een regio van het cytoplasma. Het circulaire bacteriële chromosoom is bijvoorbeeld een grote lus in plaats van afzonderlijke chromosomen.

DNA-synthese in bacteriën begint met de initiatie van replicatie bij een specifieke nucleotidesequentie. Dan vindt verlenging plaats om nieuwe nucleotiden toe te voegen. Vervolgens vindt beëindiging plaats na de nieuwe chromosoomvormen.
Genexpressie in prokaryoten

In prokaryoten gebeurt genexpressie op een andere manier. Zowel bacteriën als archaea kunnen tegelijkertijd transcriptie en translatie laten plaatsvinden.

Dit betekent dat cellen op elk moment aminozuren
kunnen maken, de bouwstenen van eiwitten.
De prokaryotische celwand

De celwand in prokaryoten heeft verschillende doeleinden. Het beschermt de cel en biedt ondersteuning. Bovendien helpt het de cel zijn vorm te behouden en voorkomt het dat het barst. Buiten de plasmamembraan is de algehele structuur van de celwand ingewikkelder dan die in planten.

In bacteriën bestaat de celwand uit peptidoglycan
of murein
, dat bestaat uit polysacharideketens. De celwanden verschillen echter tussen gram-positieve en gram-negatieve bacteriën.

Gram-positieve bacteriën hebben een dikke celwand, terwijl gram-negatieve bacteriën een dunne hebben. Omdat hun wanden dun zijn, hebben gramnegatieve bacteriën een extra laag lipopolysacchariden.

Antibiotica en andere medicijnen kunnen zich op de celwanden in bacteriën richten zonder mensen te schaden, omdat mensen dit soort wanden niet in hun cellen hebben. Sommige bacteriën ontwikkelen echter antibioticaresistentie en de medicijnen werken niet meer.

Antibioticaresistentie vindt plaats wanneer bacteriën evolueren, en degenen met mutaties waardoor ze de medicijnen kunnen overleven, kunnen zich vermenigvuldigen.
Opslag van voedingsstoffen in Prokaryotes

Opslag van voedingsstoffen is belangrijk voor prokaryoten omdat sommige ervan voorkomen in omgevingen die het moeilijk maken om consistente voedselvoorraden te hebben. Prokaryoten hebben specifieke structuren ontwikkeld voor de opslag van voedingsstoffen.

Vacuolen
fungeren als opslagbellen voor voedsel of voedingsstoffen. Bacteriën kunnen ook insluitsels
hebben, structuren voor het aanhouden van glycogeenreserves of zetmelen. Micro-compartimenten
in prokaryoten hebben eiwitschillen en kunnen enzymen of eiwitten bevatten. Er zijn gespecialiseerde soorten microcompartimenten zoals magnetosomen
en carboxysomen
.
Wat is antibioticaresistentie?

Er is een toenemende bezorgdheid over antibioticaresistentie over de hele wereld. Antibioticaresistentie treedt op wanneer bacteriën kunnen evolueren en niet langer reageren op geneesmiddelen die ze eerder hebben vernietigd. Dit betekent dat mensen die een antibioticum gebruiken, de bacteriën in hun lichaam niet kunnen doden.

Natuurlijke selectie bevordert de weerstand bij bacteriën. Sommige bacteriën hebben bijvoorbeeld willekeurige mutaties waardoor ze antibiotica kunnen weerstaan. Wanneer u een medicijn neemt, werkt het niet op deze resistente bacteriën. Vervolgens kunnen deze bacteriën groeien en zich vermenigvuldigen.

Ze kunnen ook hun weerstand aan andere bacteriën geven door genen te delen, waardoor superbacteriën ontstaan die moeilijk te behandelen zijn. Meticillineresistente Staphylococcus aureus
(MRSA) is een voorbeeld van een superbug die resistent is tegen antibiotica.

DNA-replicatie vindt sneller plaats in prokaryoten dan eukaryoten, zodat bacteriën zich veel sneller kunnen voortplanten tarief dan mensen kunnen. Het ontbreken van controlepunten tijdens replicatie in bacteriën in vergelijking met eukaryoten maakt ook meer willekeurige mutaties mogelijk. Al deze factoren dragen bij aan antibioticaresistentie.
Probiotica en vriendelijke bacteriën

Hoewel bacteriën vaak ziekten bij de mens veroorzaken, hebben mensen ook symbiotische relaties met sommige microben. Gunstige bacteriën zijn belangrijk voor de huid, de mond en de spijsvertering.

Bijvoorbeeld, Bifidobacteriën
leven in uw darmen en helpen u voedsel af te breken. Ze zijn cruciale onderdelen van een gezond darmsysteem.

Prebiotica zijn voedingsmiddelen die de microflora in uw darm helpen. Enkele veel voorkomende voorbeelden zijn knoflook, ui, prei, bananen, paardebloemgroen en asperges. Prebiotica leveren de vezels en voedingsstoffen die nuttige darmbacteriën nodig hebben om te groeien.

Anderzijds zijn probiotica levende bacteriën die uw spijsvertering kunnen helpen. U kunt ook probiotische organismen vinden in voedingsmiddelen zoals yoghurt of kimchi.
Genoverdracht in Prokaryotes

Er zijn drie hoofdtypen van genoverdracht in prokaryoten: transductie, vervoeging en transformatie. Transductie is horizontale genoverdracht die plaatsvindt wanneer een virus helpt DNA van de ene bacterie naar de andere te verplaatsen.

Vervoeging houdt de tijdelijke fusie van microben in om DNA over te dragen. Dit proces omvat meestal een pilus. Transformatie vindt plaats wanneer een prokaryoot stukjes DNA uit zijn omgeving opneemt.

Genoverdracht is belangrijk voor ziekten omdat microben DNA kunnen delen en resistent kunnen worden tegen medicijnen. Bacteriën die resistent zijn tegen een antibioticum, kunnen bijvoorbeeld genen delen met andere bacteriën. Je kunt genoverdracht tussen microben tegenkomen in je wetenschapsklassen, vooral hogeschoollaboratoria, omdat het belangrijk is voor wetenschappelijk onderzoek.
Prokaryote metabolisme

Metabolisme in prokaryoten varieert meer dan wat je in eukaryoten zult vinden. Hiermee kunnen prokaryoten zoals extremofielen in extreme omgevingen leven. Sommige organismen gebruiken fotosynthese, maar anderen kunnen energie ontlenen aan anorganische brandstof.

Je kunt prokaryoten indelen in autotrophs
en heterotrophs
. Autotrofen verkrijgen koolstof uit kooldioxide en maken hun eigen biologisch voedsel uit anorganische materialen, maar heterotrofen krijgen koolstof uit andere levende wezens en kunnen hun eigen biologisch voedsel niet maken.

De belangrijkste soorten autotrofen zijn fototrofen
, lithotrofen
en organotrofen
. Fototrofen gebruiken fotosynthese om energie te krijgen en brandstof te maken. Ze maken echter niet allemaal zuurstof zoals plantencellen dat doen tijdens het proces.

Cyanobacteriën zijn een voorbeeld van fototrofen. Lithotrofen gebruiken anorganische moleculen als voedsel, en ze vertrouwen meestal op rotsen als de bron. Lithotrofen kunnen echter geen koolstof uit rotsen krijgen, dus hebben ze lucht of andere materie nodig die dit element bevat. Organotrofen gebruiken organische verbindingen om voedingsstoffen te verkrijgen.
Prokaryoten versus Eukaryoten

Prokaryoten en eukaryoten zijn niet hetzelfde omdat de soorten cellen die ze hebben sterk verschillen. Prokaryoten hebben niet de membraangebonden organellen en kern die u in eukaryoten aantreft; hun DNA drijft in het cytoplasma.

Bovendien hebben prokaryoten een kleiner oppervlak dan eukaryoten. Bovendien zijn prokaryoten eencellig ondanks dat sommige organismen kunnen aggregeren om kolonies te vormen.
Prokaryotische cellen zijn minder georganiseerd dan eukaryotische cellen. Er zijn ook verschillen in de niveaus van regulatie, zoals celgroei, in prokaryoten. Je kunt dit zien aan de mutatiesnelheid van bacteriën, omdat minder voorschriften snelle mutaties en vermenigvuldiging mogelijk maken.

Aangezien prokaryoten geen organellen hebben, is hun metabolisme anders en minder efficiënt. Dit voorkomt dat ze groot worden en beperkt soms hun reproductievermogen. Niettemin vormen prokaryoten een belangrijk onderdeel van alle ecosystemen. Van de menselijke gezondheid tot wetenschappelijk onderzoek, deze kleine organismen zijn belangrijk en kunnen grote gevolgen voor u hebben