JEDNOBUNKOVÉ ORGANIZMY: VLASTNOSTI, ROZMNOŽOVANIE, VÝŽIVA - BIOLÓGIE - 2026

Tieto jednobunkové organizmy sú bytosti, ktorých genetický materiál, enzymatická stroje, proteíny a iné molekuly nevyhnutné pre život sú obmedzené na jedinej bunky. Vďaka tomu sú to mimoriadne zložité biologické entity, často veľmi malé.

Z troch oblastí života sú dve z nich - archaea a baktérie - tvorené jednobunkovými organizmami. Tieto prokaryotické organizmy postrádajú jadro a sú veľmi rozmanité a bohaté.

Zdroj pixabay.com

V zostávajúcej doméne, eukaryoty, nachádzame tak jednobunkové, ako aj mnohobunkové organizmy. V jednobunkovej oblasti máme prvoky, huby a riasy.

Hlavné rysy

Asi pred 200 rokmi biológovia tej doby považovali jednobunkové organizmy za relatívne jednoduché. Tento záver bol spôsobený malými informáciami, ktoré dostali od šošoviek, ktoré použili na prezeranie.

Dnes si vďaka technologickému pokroku v oblasti mikroskopie vieme predstaviť komplexnú sieť štruktúr, ktoré majú jednobunkové bytosti, a veľkú rozmanitosť, ktorú tieto línie vykazujú. Ďalej budeme diskutovať najdôležitejšie štruktúry v jednobunkových organizmoch, a to ako v eukaryotoch, tak v prokaryotoch.

Komponenty prokaryotických buniek

Genetický materiál

Najvýraznejšou charakteristikou prokaryotických buniek je nedostatok membrány, ktorá vymedzuje genetický materiál. To znamená, že neexistuje skutočné jadro.

Oproti tomu je DNA umiestnená ako významná štruktúra: chromozóm. Vo väčšine baktérií a archaea je DNA organizovaná na veľký kruhový proteín asociovaný chromozóm.

V modelovej baktérii, ako je Escherichia coli (viac o jej biológii v nasledujúcich častiach), dosahuje chromozóm lineárnu dĺžku až 1 mm, čo je takmer 500-násobok veľkosti bunky.

Na uskladnenie všetkého tohto materiálu musí DNA prevziať super zvinutú konformáciu. Tento príklad je možné extrapolovať na väčšinu členov baktérií. Fyzická oblasť, v ktorej sa nachádza táto kompaktná štruktúra genetického materiálu, sa nazýva nukleoid.

Okrem chromozómu môžu prokaryotické organizmy obsahovať stovky ďalších malých molekúl DNA nazývaných plazmidy.

Tieto, rovnako ako chromozóm, kódujú špecifické gény, ale sú od nich fyzicky izolované. Keďže sú užitočné za veľmi špecifických okolností, tvoria druh pomocných genetických prvkov.

ribozómy

Na výrobu proteínov majú prokaryotické bunky komplexný enzymatický aparát nazývaný ribozómy, ktoré sú distribuované v celom vnútri bunky. Každá bunka môže obsahovať asi 10 000 ribozómov.

Fotosyntetické stroje

Baktérie, ktoré vykonávajú fotosyntézu, majú ďalšie prístroje, ktoré im umožňujú zachytávať slnečné svetlo a neskôr ho prevádzať na chemickú energiu. Membrány fotosyntetických baktérií majú invázie, kde sa ukladajú enzýmy a pigmenty potrebné pre komplexné reakcie, ktoré vykonávajú.

Tieto fotosyntetické vezikuly môžu zostať pripojené k plazmatickej membráne alebo môžu byť oddelené a umiestnené vo vnútri bunky.

cytoskelet

Ako už názov napovedá, cytoskelet je kostra bunky. Základ tejto štruktúry je zložený z vlákien proteínovej povahy, nevyhnutných pre proces bunkového delenia a pre udržanie tvaru bunky.

Nedávny výskum ukázal, že cytoskelet v prokaryotoch je tvorený komplexnou sieťou vlákien a nie je taký jednoduchý, ako sa predtým myslelo.

Organely v prokaryotoch

Historicky jednou z najvýraznejších vlastností prokaryotického organizmu bol nedostatok vnútorných priestorov alebo organel.

Dnes sa uznáva, že baktérie majú špecifické typy organel (kompartmenty obklopené membránami) súvisiace so skladovaním iónov vápnika, minerálnych kryštálov, ktoré sa podieľajú na bunkovej orientácii, a enzýmov.

Komponenty jednobunkovej eukaryotickej bunky

V línii eukaryotov máme tiež jednobunkové organizmy. Tieto sa vyznačujú tým, že genetický materiál je uzavretý v organele obklopenej dynamickou a komplexnou membránou.

Stroje na výrobu proteínov sú tiež tvorené ribozómami v týchto organizmoch. V eukaryotoch sú však väčšie. V skutočnosti je rozdiel vo veľkosti ribozómov jedným z hlavných rozdielov medzi týmito dvoma skupinami.

Eukaryotické bunky sú komplexnejšie ako prokaryotické bunky opísané v predchádzajúcej časti, pretože majú podčasti obklopené jednou alebo viacerými membránami nazývanými organely. Medzi nimi máme mitochondrie, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, vakuoly a lyzozómy.

V prípade organizmov schopných fotosyntézy majú enzýmové mechanizmy a pigmenty uložené v štruktúrach nazývaných plasty. Najznámejšie sú chloroplasty, medzi inými sú však aj amyloplasty, chromoplasty, etioplasty.

Niektoré jednobunkové eukaryoty majú bunkové steny, ako sú riasy a huby (hoci sa líšia svojou chemickou podstatou).

Rozdiely medzi baktériami a archaea

Ako sme už spomenuli, domény archaea a baktérie sú tvorené jednobunkovými jedincami. Skutočnosť, že sa delia o túto charakteristiku, však neznamená, že rodové línie sú rovnaké.

Ak dôkladne porovnáme obe skupiny, uvedomíme si, že sa líšia rovnakým spôsobom ako my - alebo akýkoľvek iný cicavec - ako ryba. Základné rozdiely sú nasledujúce.

Bunková membrána

Počnúc bunkovými hranicami sa molekuly, ktoré tvoria stenu a membránu oboch línií, výrazne líšia. V baktériách pozostávajú fosfolipidy z mastných kyselín naviazaných na glycerol. Naproti tomu archaea obsahuje vysoko rozvetvené fosfolipidy (izoprenoidy) naviazané na glycerol.

Okrem toho sa tiež líšia väzby, ktoré tvoria fosfolipidy, čo vedie k stabilnejšej membráne v archaea. Z tohto dôvodu môže archaea žiť v prostrediach s extrémnymi teplotami, pH a inými podmienkami.

Bunková stena

Bunková stena je štruktúra, ktorá chráni organizmus bunky pred osmotickým stresom generovaným rozdielom v koncentráciách medzi vnútorným prostredím bunky a prostredím a vytvára určitý druh exoskeletu.

Všeobecne má bunka vysokú koncentráciu rozpustených látok. Podľa zásad osmózy a difúzie voda vstúpi do bunky a rozšíri jej objem.

Stena chráni bunku pred prasknutím vďaka jej pevnej a vláknitej štruktúre. V baktériách je hlavnou štrukturálnou zložkou peptidoglykán, aj keď môžu byť prítomné určité molekuly, ako sú glykolipidy.

V prípade archaea je povaha bunkovej steny pomerne premenlivá a v niektorých prípadoch neznáma. V doterajších štúdiách však peptidoglykán chýba.

Organizácia genómu

Pokiaľ ide o štrukturálnu organizáciu genetického materiálu, archaea sú viac podobné eukaryotickým organizmom, pretože gény sú prerušené regiónmi, ktoré sa nepreložia, nazývajú sa intróny - termín používaný pre oblasti, ktoré sa budú prekladať, je „exón“ ».

Naopak, organizácia bakteriálneho genómu sa vykonáva hlavne v operónoch, kde gény sú vo funkčných jednotkách umiestnených jedna po druhej, bez prerušenia.

Rozdiely s mnohobunkovými organizmami

Rozhodujúci rozdiel medzi mnohobunkovým organizmom a jednobunkovým organizmom je počet buniek, ktoré organizmus tvoria.

Mnohobunkové organizmy sa skladajú z viac ako jednej bunky a obvykle sa každá špecializuje na konkrétnu úlohu, pričom rozdelenie úloh je jednou z jej najvýznamnejších vlastností.

Inými slovami, keďže bunka už nemusí vykonávať všetky činnosti potrebné na udržanie organizmu nažive, vzniká rozdelenie úloh.

Napríklad neurónové bunky vykonávajú úplne iné úlohy ako obličkové alebo svalové bunky.

Tento rozdiel vo vykonaných úlohách je vyjadrený v morfologických rozdieloch. To znamená, že nie všetky bunky, ktoré tvoria viacbunkový organizmus, majú rovnaký tvar - neuróny majú tvar stromu, svalové bunky sú pretiahnuté a tak ďalej.

Špecializované bunky viacbunkových organizmov sú zoskupené v tkanivách, ktoré sa zasa delia do orgánov. Orgány, ktoré vykonávajú podobné alebo doplnkové funkcie, sú zoskupené do systémov. Máme teda štrukturálnu hierarchickú organizáciu, ktorá sa neobjavuje v jednobunkových entitách.

rozmnožovanie

Nepohlavné rozmnožovanie

Jednobunkové organizmy sa rozmnožujú asexuálne. Všimnite si, že v týchto organizmoch sa na reprodukcii nezúčastňujú žiadne špeciálne štruktúry, ako sa vyskytuje u rôznych druhov mnohobunkových bytostí.

Pri tomto type asexuálnej reprodukcie otec vedie k potomkom bez potreby sexuálneho partnera alebo fúzie gamét.

Asexuálna reprodukcia sa klasifikuje rôznymi spôsobmi, zvyčajne sa používa ako referenčná rovina alebo forma rozdelenia, ktorú organizmus delí.

Bežným typom je binárne štiepenie, pri ktorom jednotlivec vedie k vzniku dvoch organizmov, ktoré sú identické s rodičmi. Niektoré majú schopnosť uskutočniť štiepenie generovaním viac ako dvoch potomkov, čo sa nazýva viacnásobné štiepenie.

Ďalším typom je pučanie, kde organizmus vedie k menšiemu. V týchto prípadoch rodičovský organizmus pučí predĺženie, ktoré stále rastie na primeranú veľkosť a je následne oddelené od svojho rodiča. Iné jednobunkové organizmy sa môžu množiť spórami.

Aj keď je asexuálna reprodukcia typická pre jednobunkové organizmy, nie je jedinečná pre túto líniu. Určité mnohobunkové organizmy, ako sú napríklad riasy, špongie, ostnokožce, sa môžu reprodukovať prostredníctvom tejto modality.

Horizontálny prenos génov

Hoci v prokaryotických organizmoch neexistuje sexuálna reprodukcia, môžu si vymieňať genetický materiál s inými jedincami prostredníctvom udalosti nazývanej horizontálny prenos génov. Táto výmena nezahŕňa odovzdávanie materiálu od rodičov k deťom, ale prebieha medzi jednotlivcami tej istej generácie.

K tomu dochádza tromi základnými mechanizmami: konjugáciou, transformáciou a transdukciou. V prvom type sa dlhé kúsky DNA môžu vymieňať prostredníctvom fyzického spojenia medzi dvoma jedincami pomocou sexuálnej pili.

V oboch mechanizmoch je veľkosť vymenenej DNA menšia. Transformácia je odobratie nahej DNA baktériou a transdukcia je príjem cudzej DNA v dôsledku vírusovej infekcie.

hojnosť

Život možno rozdeliť do troch hlavných oblastí: archaea, baktérie a eukaryoty. Prvé dve sú prokaryotické, pretože ich jadro nie je obklopené membránou a všetky sú jednobunkové organizmy.

Podľa súčasných odhadov je na Zemi viac ako 3,10 ³⁰ jedincov baktérií a archaea, väčšina z nich bez názvu a bez opisu. V skutočnosti je naše vlastné telo tvorené dynamickými populáciami týchto organizmov, ktoré s nami vytvárajú symbiotické vzťahy.

Výživa

Výživa v jednobunkových organizmoch je veľmi rôznorodá. Existujú heterotrofné aj autotrofné organizmy.

Prvé musia konzumovať svoje jedlo z prostredia, všeobecne pohlcujú výživné častice. Autotrofné varianty majú všetky stroje potrebné na premenu svetelnej energie na chémiu uložené v cukroch.

Ako každý živý organizmus, aj jednobunkové rastliny vyžadujú pre svoj optimálny rast a reprodukciu určité živiny, ako je voda, zdroj uhlíka, minerálne ióny. Niektoré však tiež vyžadujú špecifické živiny.

Príklady jednobunkových organizmov

Vzhľadom na veľkú rozmanitosť jednobunkových organizmov je ťažké uviesť príklady. Spomenieme však modelové organizmy v biológii a organizmy s lekárskym a priemyselným významom:

Escherichia coli

Najlepším študovaným organizmom sú bezpochyby baktérie Escherichia coli. Aj keď niektoré kmene môžu mať nepriaznivé zdravotné následky, E. coli je normálnou a hojnou súčasťou ľudskej mikrobioty.

Je prospešný z rôznych perspektív. V našom tráviacom trakte pomáhajú baktérie produkovať určité vitamíny a konkurenčne vylučujú patogénne mikroorganizmy, ktoré sa môžu dostať do nášho tela.

Okrem toho je v biologických laboratóriách jedným z najpoužívanejších modelových organizmov a je veľmi užitočný pre objavy vedy.

Trypanosoma cruzi

Je to protozoálny parazit, ktorý žije vo vnútri buniek a spôsobuje Chagasovu chorobu. Toto sa považuje za dôležitý problém v oblasti verejného zdravia vo viac ako 17 krajinách nachádzajúcich sa v trópoch.

Jednou z najvýraznejších vlastností tohto parazita je prítomnosť bičíka pre pohyb a jedného mitochondriu. Prenášajú sa na svojho cicavčieho hostiteľa hmyzom patriacim do čeľade Hemiptera, ktorý sa nazýva triatomíny.

Ďalšími príkladmi mikroorganizmov sú okrem iného Giardia, Euglena, Plasmodium, Paramecium, Saccharomyces cerevisiae.

Referencie

1. Alexander, M. (1961). Úvod do mikrobiológie pôdy. John Wiley and Sons, Inc.
2. Baker, GC, Smith, JJ, a Cowan, DA (2003). Preskúmanie a opätovná analýza doménových primerov 16S primerov. Žurnál mikrobiologických metód, 55 (3), 541-555.
3. Forbes, BA, Sahm, DF a Weissfeld, AS (2007). Diagnostická mikrobiológia. Mosby.
4. Freeman, S. (2017). Biologická veda. Pearson Education.
5. Murray, PR, Rosenthal, KS a Pfaller, MA (2015). Lekárska mikrobiológia. Elsevier Health Sciences.
6. Reece, JB, Urry, LA, Kain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV a Jackson, RB (2014). Campbellova biológia. Pearsonovo vzdelávanie.