Prokaryota

Rozbalit box

Obsah boxu

Prokaryota (z řeckého pro - před a karyon - jádro), česky též prvojaderní nebo předjaderní, je souhrnné označení pro mikroorganismy, jejichž buňka nemá pravé buněčné jádro obalené membránou a postrádá většinu ostatních membránových organel. Jedná se o evolučně velmi staré a zároveň nejrozšířenější organismy na Zemi. Dříve byla prokaryota řazena do jediné říše Monera, ale moderní fylogenetika na základě molekulárních analýz ukázala, že se ve skutečnosti jedná o dvě odlišné hlavní domény života: Bakterie (Bacteria) a Archea (Archaea). Třetí doménou jsou pak Eukaryota, organismy s pravým buněčným jádrem.

🧬 Struktura a funkce

Prokaryotická buňka je v průměru asi desetkrát menší a výrazně jednodušší než eukaryotická buňka. Mezi její klíčové charakteristiky patří:

• Nukleoid: Oblast v cytoplazmě, kde se nachází genetický materiál. Není oddělena od okolí membránou. Genetická informace je nejčastěji uložena v jediné, do kruhu uzavřené molekule DNA (tzv. cirkulární chromozom).
• Nepřítomnost organel: Prokaryotické buňky postrádají membránové organely typické pro eukaryota, jako jsou mitochondrie, chloroplasty, endoplazmatické retikulum nebo Golgiho aparát.
• Ribozomy: Jsou menší (typ 70S) než v cytoplazmě eukaryot (80S) a jsou volně rozptýleny v cytoplazmě. Právě odlišná stavba ribozomů je cílem některých antibiotik.
• Buněčná stěna: Většina prokaryot má pevnou buněčnou stěnu, která buňce dodává tvar a chrání ji. U bakterií je tvořena především peptidoglykanem (mureinem), zatímco u archeí má jiné složení.
• Cytoplazmatická membrána: Ohraničuje buňku a reguluje příjem a výdej látek. U některých prokaryot může být vchlípená a podílet se na metabolických procesech, jako je fotosyntéza nebo buněčné dýchání.
• Plazmidy: Malé, kruhové molekuly DNA nacházející se v cytoplazmě mimo nukleoid. Nesou doplňkové geny, které nejsou pro buňku životně nezbytné, ale mohou jí poskytovat výhody, například rezistenci k antibiotikům.
• Pohybové struktury: Některé prokaryotické buňky se mohou pohybovat pomocí bičíků, které mají jednodušší stavbu než bičíky eukaryot. K přichycení na povrchy slouží kratší vlákna zvaná fimbrie a pilusy.

🦠 Klasifikace a domény

Na základě fylogenetických studií, které v 70. letech 20. století provedl Carl Woese, byla prokaryota rozdělena do dvou samostatných domén. Toto rozdělení je dnes všeobecně přijímáno.

• Bakterie (Bacteria): Jsou nejrozšířenější a metabolicky nejrozmanitější skupinou prokaryot. Patří sem jak původci mnoha onemocnění (např. Salmonella, Staphylococcus), tak organismy nezbytné pro ekosystémy a lidské zdraví (např. Escherichia coli ve střevech).
• Archea (Archaea): Dříve byly považovány za "podivné bakterie". Mnohé z nich jsou extrémofilové, což znamená, že obývají extrémní prostředí, jako jsou horké vřídla, vysoce slaná jezera nebo anaerobní sedimenty. Jejich buněčná stěna neobsahuje peptidoglykan a jejich biochemické procesy se v mnoha ohledech podobají spíše eukaryotům.

⏳ Evoluční historie

Prokaryota jsou považována za nejstarší buněčné organismy na Zemi. Fosilní záznamy, jako jsou stromatolity, naznačují, že existovaly již před 3,5 miliardami let. Po dobu přibližně dvou miliard let byly dominantní formou života na planetě.

Předpokládá se, že eukaryotická buňka vznikla procesem zvaným eukaryogeneze, při kterém jedna prokaryotická buňka (pravděpodobně archeon) pohltila jinou (alfaproteobakterii). Pohlcená bakterie se postupně přeměnila v mitochondrii. Podobným způsobem, pohlcením fotosyntetizující sinice, vznikly později chloroplasty v buňkách řas a rostlin.

🌍 Ekologický význam

Prokaryota hrají klíčovou roli ve všech ekosystémech na Zemi. Jejich význam spočívá v:

• Koloběhu živin: Jako rozkladači (dekompozitoři) rozkládají mrtvou organickou hmotu a uvolňují anorganické látky zpět do prostředí, kde je mohou využít rostliny.
• Fixace dusíku: Některé bakterie (např. Rhizobium) jsou schopny vázat vzdušný dusík a převádět ho do formy využitelné rostlinami, což je zásadní proces pro růst rostlin.
• Produkce kyslíku: Sinice (Cyanobacteria) byly prvními organismy, které začaly produkovat kyslík prostřednictvím fotosyntézy, čímž dramaticky změnily složení zemské atmosféry.
• Symbióza: Žijí v symbiotických vztazích s mnoha organismy. Například bakterie v trávicím traktu člověka pomáhají trávit potravu a produkují některé vitamíny.

🧑‍🔬 Vztah k člověku

Vztah mezi prokaryoty a člověkem je komplexní a zahrnuje jak pozitivní, tak negativní aspekty.

• Patogeny: Mnoho bakterií způsobuje infekční onemocnění, jako jsou tuberkulóza, angína, Lymská borelióza nebo zápal plic.
• Biotechnologie a průmysl: Člověk využívá prokaryota v mnoha oblastech. V potravinářství se podílejí na výrobě jogurtů, sýrů, octa nebo kysaného zelí (proces kvašení). V lékařství se používají k produkci antibiotik, vitamínů a pomocí genového inženýrství i inzulinu.
• Lidský mikrobiom: Tělo člověka je osídleno obrovským množstvím mikroorganismů, především bakterií, které tvoří tzv. lidský mikrobiom. Tyto mikroorganismy jsou klíčové pro správnou funkci imunitního systému a trávení.

🤔 Prokaryota pro laiky

Představte si prokaryotickou buňku jako malý jednopokojový byt nebo garsonku. Všechno je v jednom hlavním prostoru. Není tu žádná oddělená ložnice pro "šéfa" (tedy pro DNA). Všechny důležité plány a návody (genetická informace) se jen tak povalují v jednom rohu, kterému říkáme nukleoid. V bytě jsou malé dílny (ribozomy), které vyrábějí vše potřebné pro chod bytu, ale nejsou nijak oddělené zdmi. Celý byt má pevné vnější zdi (buněčná stěna), které ho chrání, a pod nimi ještě tenkou stěnu (membránu), která funguje jako vrátnice – rozhoduje, kdo a co smí dovnitř a ven.

Naproti tomu eukaryotická buňka, ze které jsme složeni my, lidé, je jako velký dům s mnoha místnostmi. Má oddělenou kancelář pro šéfa (buněčné jádro), kde jsou bezpečně uloženy všechny plány (DNA). Má také vlastní elektrárnu (mitochondrie), kuchyň (endoplazmatické retikulum) a další specializované pokoje, všechny oddělené zdmi (membránami). Prokaryota jsou tedy jednodušší, menší a vše dělají "na jednom místě".

🔄 Rozmnožování a genetika

Prokaryota se rozmnožují primárně nepohlavně procesem zvaným binární dělení. Během tohoto procesu buňka zkopíruje svůj chromozom, zvětší svůj objem a následně se rozdělí na dvě geneticky identické dceřiné buňky. Tento proces může být velmi rychlý, za ideálních podmínek se některé bakterie dělí každých 20 minut.

Ačkoliv binární dělení nevytváří genetickou rozmanitost, prokaryota mají jiné mechanismy pro výměnu genetické informace, což jim umožňuje rychlou adaptaci:

• Konjugace: Přímý přenos plazmidů nebo částí chromozomu z jedné buňky do druhé pomocí speciálního vlákna zvaného pilus.
• Transformace: Buňka přijme volnou DNA ze svého okolí, která mohla být uvolněna z odumřelých buněk.
• Transdukce: Přenos DNA mezi buňkami prostřednictvím bakteriofágů (virů napadajících bakterie).

Zdroje

Wikipedie: Prokaryota Khan Academy: Prokaryota a eukaryota Wikipedie: Prokaryotická buňka Metabolismus bakterií Vývoj života na Zemi a prokaryotické organismy Britannica: Prokaryote WikiSkripta: Prokaryota