Procaryota – organizmy bezjądrowe

1. Powstanie komórek
Przez pierwsze 2 miliardy lat istnienia Ziemi nie było na niej życia, trwała jedynie ewolucja chemiczna, prowadząca do wytworzenia zw. organicznych.

Związki te łączyły się w coraz większe struktury (zwane protobiontami), a z nich powstały prawdopodobnie pierwsze prakomórki.

Pierwsze organizmy pojawiły się na ziemi 3,5 miliarda lat temu w postaci pojedynczych komórek o prostej budowie, pozbawionych jądra komórkowego (priokariotyczne), z nich powstały eukarioty (organizmy jądrowe).

2. Budowa komórki bakteryjnej
Są kilkakrotnie mniejsze od komórek innych organizmów (0,5- 10 m) i mogą przybierać różne kształty.

Kuliste:
- ziarniaki (Coccus)
- dwoinki (Diplococcus)
- paciorkowce (Strepotococcus)
- gronkowce (Staphylococcus)
- pakietowce (Sarcina)

Wydłużone, cylindryczne:
- laseczki (Bacillus)
- pałeczki (Bacterium)
- maczugowce (Corynebacterium)
Skręcone spiralnie:
- przecinkowce (Vibrio)
- śrubowce (Spirillum)
- krętki (Spirochaeta)

Rozgałęzione:
- prątki (Mycobacterium)
- promieniowce (Actinomyces)

Każda komórka bakterii to grudka cytoplazmy otoczona białkowo- lipidową błoną komórkową. Na zewnątrz błony jest ściana komórkowa, zbudowana z misternej sieci włókien utworzonych z mureiny, substancji będącej polimerem białkowo- cukrowym, grubość ściany bywa różna. Bakteria o cienkiej ścianie komórkowej wytwarzają dodatkową bł. komórkową na zewnątrz ściany komórkowej. Dość często spotyka się też zewnętrzne otoczki śluzowe spełniające funkcje ochronne. Dodatkowymi elementami, w które mogą być zaopatrzone powłoki komórek bakteryjnych, są rzęski i fimbrie (pile). Centrum komórki wypełnia nukleoid. Jest do obszar cytoplazmy zawierający pozwijaną, kolistą nić DNA, czyli genefor. W cyloplażmie często też występuje mniejsze koliste nici DNA, plazmidy. W komórce znajdują się też rybosomy, ziarna materiału zapasowego (glikogen, wolutyna, skrobia sinicowa), mezosomy, tylakoidy (chromatofory). Laseczki i niektóre maczugowce tworzą endospory (struktury przetrwalnikowe).

FUNKCJE ŻYCIOWE PROKARIOTÓW

3. Odżywianie się prokariotów
Pierwotne prakomórki były heterotroficzne (cudzożywne), wchłaniały je bezpośrednio przez ścianę i błonę komórkową, większe związki były trawione na zewnątrz komórki, aby mogły przejść przez powłoki komórki. Taki sposób odżywiania zachowała większa część bakterii wodnych i glebowych. W późniejszym czasie na skutek niedoboru związków organicznych powstały bakterie autotroficzne, pierwotnie energia potrzebna do syntezy związków bakterie czerpały z procesów chemosyntezy. Niektóre bakterie wykorzystywały do syntezy zamiast energii chemicznej energię świetlną- w procesie fotosyntezy. Ok.2,8 miliarda lat temu u pewnej grupy bakterii, zwanych dziś sinicami pojawił się inny typ chlorofilu, tzw. chlorofil a.

4. Oddychanie wewnątrzkomórkowe prokariotów
Bakterie oddychają zarówno beztlenowo, jak i tlenowo. Proces oddychania beztlenowego, zwany też fermentacją, zachodzi bezpośrednio w cytoplazmie bakterii zwanych anaerobami i polega na rozkładzie cukrów. Wydziela się wówczas energia, końcowym produktem tego rozkładu może być kw. mlekowy, etanol, albo też kw. octowy i inne związki. Fermentacja jest jednak procesem mało wydajnym. Dlatego z chwilą pojawienia się w środowisku tlenu cząsteczkowego niektóre bakterie (zwane aerobami) zaczęły go używać do całkowitego utleniania cukrowców do dwutlenku węgla i wody.

5. Rozmnażanie się prokariotów
Wszystkie bakterie mają jedną cząsteczkę DNA, będącą pojedynczym zestawem genów. Takie organizmy nazywamy haploidalnymi. Prokarioty rozmnażają się jedynie w sposób bezpłciowy przez podział komórki lub rzadziej fragmentacje kolonii. Genefor nie tworzy klasycznego chromosomu, mino to podział bakterii polega na podwojeniu cząsteczki DNA i podzieleniu cytoplazmy mniej więcej na połowę. Taki sposób jest stosunkowo prosty – nazwany został podziałem bezpośrednim lub amitozą. Kolejne podziały w sprzyjających warunkach mogą zachodzić nawet co 15 min.

6. Koniugacja prokariotów
bakterie nie rozmnażają się płciowo. Jednak u niektórych zaobserwowano proces wymiany materiału genetycznego pomiędzy osobnikami, nazywany konigacją. Bakterie łączą się ze sobą za pomocą fimbrii i wymieniają część materiału genetycznego w postaci plazmidów bądź fragmentów geneforu. Proces ten prowadzi do zwiększenia różnorodności genetycznej bakterii.

7. Systematyka prokariotów
Metody klasyfikacji
Jedną z pierwszych metod naukowej klasyfikacji bakterii wprowadził w roku 1884 Hans Gram – tzw. metoda Grama. Za pomocą barwienia ustalił on dwie główne grupy bakterii: Gram- dodatnie (G+)barwiące się na niebiesko, i Gram- ujemne (G- )barwiące się na czerwono. W późniejszych badaniach okazało się że sposób barwienia zależy od budowy ściany komórkowej, G+ mają grubą ścianę mureinową, G- mają ściane komórkową cienką ale mają podwójną bł. komórkową. Dzisiejszy system klasyfikacji opiera się na badaniu podobieństwa kwasu DNA (stopnia hemologii) oraz obecności określonych enzymów i szlaków metabolicznych.

Podział systematyczny
Organizmy prokariotyczne dzielimy na:
- archeany (inaczej archabakterie, Archea), charakteryzują się specyficzną budową chemiczną bł. komórkowej, brakiem mureiny w ścianie komórkowej i odmiennymi właściwościami kw.RNA. Zamieszkują środowisko wyjątkowo nieprzyjemne dla innych organizmów – solanki, gorące i kwaśne źródła i ścieki.

Eubakterie (bakterie właściwe,Eubacteria), dzielą się na wiele linii rozwojowych:
Sinice – jednokomórkowe lub kolonijne organizmy wodne; są samożywne- przeprowadzają fotosyntezie za pomocą chlorofilu a, mają też specyficzne barwniki fotosyntetyczne z grupy fikobilin – czerwoną fikoerytrynę i niebieską fikocyjaninę, które w połączeniu z chlorofilem nadają komórką siną barwę. Sinice potrafią wiązać wolny azot cząsteczkowy przy użyciu heterocyst. Materiałem zapasowym jest skrobia sinicowa.

Promieniowce – cechują je komórki o grubych ścianach (G+), tworzące rozgałęzione kolonie przypominające strzępki grzybów. Żyją zazwyczaj w glebie ale zdarzają się w śród nich groźne pasożyty.
Krętki – bakterie śrubowo skręcone, mające bardzo cienką ścianę komórkową, dzięki czemu mogą się poruszać ruchem wijącym, a także skracać długość komórki; są to organizmy cudzożywne saprofityczne (odżywiające się martwą materią) lub pasożyty.
Proteobakterie – najprostsze formy prokariotów, zarówno G+ i G- . są w większości heterotroficzne, spotyka się też chemo- i autotrofy wykorzystujące bakteriochlorofil. Mają zazwyczaj sztywną, mureinową ścianę komórkową, a niektóre zaopatrzone są w wici. Zaliczamy tu wszystkie ziarniaki, pałeczki, laseczki, a także przecinkowce i śrubowce.

8. Występowanie prokariotów
W ekosystemach wraz z innymi organizmami tworzą poziom troficzny destruentów. Są pożywieniem dla olbrzymiej liczby protistów. Biorą udział w krążeniu materii w ekosystemach, oraz pierwiastków w całej biosferze (np. węgla, tlenu, azotu, wodoru, siarki, fosforu i in.)

Bakterie symbiotyczne – żyją wewnątrz innych organizmów, przy czym współżycie to jest obustronnie korzystne lub korzystne dla bakterii i obojętne dla organizmu w którym żyją.

Bakterie pasożytnicze – szkodzą swojemu żywicielowi, niszcząc tkanki i wytwarzając substancje toksyczne, wywołując stany chorobowe.