Rozmnožovanie prokaryotickej bunky: Mechanizmy a význam
Bunka je najmenšia stavebná a funkčná jednotka všetkých živých organizmov (okrem vírusov, viroidov a vírusoidov), ktorá má všetky základné vlastnosti života. Existujú dva základné typy bunky: prokaryotické (neobsahujú jadro) a eukaryotické (obsahujú jadro). Prokaryoty sú jednobunkové organizmy, zatiaľ čo eukaryoty môžu byť jednobunkové alebo mnohobunkové. Prokaryoty zahŕňajú baktérie a archeóny, dve z troch domén života. Prokaryotické bunky boli prvou formou života na Zemi, ktorá sa vyznačovala životne dôležitými biologickými procesmi vrátane bunkovej signalizácie.
Charakteristika prokaryotickej bunky
Prokaryotické bunky sú jednoduchšie a menšie ako eukaryotické bunky a neobsahujú membránovo viazané organely, ako je bunkové jadro. Z evolučného hľadiska je fylogeneticky staršia a podstatne jednoduchšia ako eukaryotická bunka. Jej veľkosť je veľmi variabilná, no najčastejšie sa pohybuje v rozmedzí 0,2-2,0 µm. Tvarovo je taktiež rôznorodá, pričom v mikrosvete dominujú najmä guľovité a tyčinkovité tvary.
Nakoľko prokaryotická bunka neobsahuje jadro, genetický materiál sa nachádza v cytoplazme, v jadrovej oblasti zvanej nukleoid (jadrový ekvivalent alebo prokaryon). Tvorí ho jediná veľká, silne zvinutá kruhová molekula DNA - bakteriálny chromozóm. Táto DNA je „holá“, pretože nie je viazaná na kyslé bielkoviny (históny). Okrem hlavného chromozómu sa v cytoplazme, najmä u baktérií, môžu nachádzať malé kruhové molekuly DNA nazývané plazmidy. Sú prítomné v niekoľkých až mnohých kópiách a replikujú sa úplne nezávisle od chromozómu. Nenesú gény nevyhnutné pre základný život organizmu, no pre bunku predstavujú obrovskú výhodu, pretože často obsahujú gény zodpovedné za odolnosť (rezistenciu) voči antibiotikám alebo toxínom. Špecifickou kategóriou sú konjugatívne plazmidy, ktoré dokážu prechádzať z jednej bunky do druhej procesom konjugácie.
Prokaryotická bunka je haploidná, nemá diploidnú fázu a ani mitózu. Bunkový cyklus prokaryotickej bunky je najčastejšie riadený prostredníctvom chemických látok, ktoré delenie buniek stimulujú alebo inhibujú. Všetky regulátory bunkového delenia ovplyvňujú priebeh bunkového cyklu v G1 fáze, kde je kontrolný uzol. Po pôsobení inhibítorov zostáva bunka v G1 fáze a všetky procesy pripravujúce replikáciu DNA a rastové procesy sa zastavia.
Štruktúra a funkcie
Bunku uzatvára plazmatická membrána pokrytá bunkovou stenou. Bunková stena môže byť u niektorých baktérií obalená treťou vrstvou nazývanou kapsula. Plazmatická membrána a bunková stena dodávajú bunke tuhosť a oddeľujú vnútro bunky od jej okolia. Zároveň slúžia aj ako ochranný filter. Bunková stena baktérií pozostáva z peptidoglykánu a pôsobí ako ochranná bariéra proti vplyvom vonkajšieho prostredia. Taktiež zabraňuje rozširovaniu bunky a prasknutiu (cytolýze) v dôsledku osmotického tlaku v hypotonickom prostredí.
Vnútri bunky sa nachádza cytoplazmatická oblasť, ktorá obsahuje genóm (DNA), ribozómy a rôzne druhy inklúzií. Všetky prokaryotické bunky obsahujú ribozómy, ktoré slúžia ako miesta na syntézu bielkovín. Sú voľne rozptýlené v cytoplazme a ich primárna funkcia je rovnaká ako u eukaryotov. Zásadne sa však líšia veľkosťou - sú menšie a majú nižšiu sedimentačnú konštantu (70S). Tento veľkostný rozdiel v štruktúre ribozómov má obrovský význam v medicíne. Cytoplazma je uzatvorená v cytoplazmatickej membráne a je nevyhnutnou podmienkou pre funkciu jadrovej hmoty a ribozómov.
Na pohyb a komunikáciu s okolím slúžia povrchové výbežky. Niektoré bunky majú na pohyb v tekutom prostredí bičík (flagellum). Jeho štruktúra je úplne odlišná od eukaryotického bičíka (nemá stavbu 9+2). Tvorí ho jedinečná bielkovina flagelín a v bunke je ukotvený bazálnym telieskom, ktorého rotačný pohyb poháňa bunku vpred. Kratšími povrchovými vláknami sú fimbrie (pilusy).
Rozmnožovanie prokaryotov - Amitóza
Prokaryotické bunky sa delia jednoduchým spôsobom, známym ako amitóza. Ide o rýchle a efektívne nepohlavné priečne delenie. Zložité procesy spojené s tvorbou deliaceho vretienka (ako je mitóza či meióza) sa u nich vôbec nevyskytujú. Za optimálnych laboratórnych podmienok sa dokážu takto rozdeliť už za 20-30 minút.
Fázy priečneho delenia
Proces delenia prebieha v troch základných krokoch:
- Zdvojenie genetického materiálu: Bunka si vytvorí presnú kópiu svojej kruhovej molekuly DNA. Oba chromozómy zostávajú prichytené vedľa seba na vnútornej strane cytoplazmatickej membrány.
- Rast bunky a tvorba priehradky: Bunka sa začne predlžovať. Rastom cytoplazmatickej membrány v úseku medzi chromozómami sa od seba fyzicky vzďaľujú. Následne sa bunka začne v strede zaškrcovať a vytvára sa priečna priehradka (septum). Do nej sa postupne ukladá materiál na stavbu novej membrány a bunkovej steny.
- Rozdelenie: Keď je septum úplne dokončené, bunky sa od seba jednoducho odtrhnú. Výsledkom sú dve dcérske bunky, ktoré sú presnými genetickými kópiami materskej bunky.
ANIMÁCIA S BAKTÉRIAMI?! (proces)
Plazmidy a genetické manipulácie
Plazmidy sú malé kruhové molekuly DNA, ktoré sa môžu v cytoplazme baktérií vyskytovať okrem hlavného chromozómu. Replikujú sa nezávisle od replikácie prokaryotického chromozómu. Informácia v nich obsiahnutá je pre bunku doplnková (neesenciálna), obsahujú napríklad gény rezistencie na antibiotiká. Genetické manipulácie s plazmidmi sú možné - do kruhovej štruktúry plazmidu možno včleniť gény z iných plazmidov alebo chromozómov, čím baktéria získava nové vlastnosti, ktoré predtým nemala.
Diferenciácia a spóry
V rámci životného cyklu si niektoré baktérie (bacily) dokážu v nepriaznivých podmienkach vytvoriť okolo svojej DNA a časti cytoplazmy extrémne odolný hrubostenný obal. Tieto tvarovo a funkčne odlišné bunky v stave hlbokej dormancie sa nazývajú endospóry (alebo len spóry). V tomto „uspatom“ štádiu bez aktívneho metabolizmu dokážu prežiť zničujúce podmienky ako var, vysušenie či silnú radiáciu aj milióny rokov. To je príkladom bunkovej diferenciácie u prokaryotov, kde bunky menia svoju štruktúru a funkciu, aby prežili v extrémnych podmienkach.
tags: #rozmnozovanie #prokaryotickej #bunky