Prokaryota - najprostsza żywa istota

Życie na Ziemi rozpoczęło się od powstania bardzo prostych pod względem struktury, pojedynczych komórek, nieposiadających jądra. Były to pierwsze z organizmów, jakie pojawiły się na kuli ziemskiej i otrzymały one miano prokaryotów. 

Prokaryota z gr. oznacza pro, czyli „przed” i karyon, czyli „jądro”. Najprawdopodobniej były one łudząco podobne do dzisiejszych archeanów, dlatego przyjęto, że właśnie ta grupa stała się gałęzią, z której powstały wszystkie inne prokaryota, a także eukaryota – organizmy jądrowe.

Rozmiary prokaryotów

Komórki bakterii są najmniejszymi spośród organizmów żywych. Ich rozmiary (Rys. 1.) lokują się w zakresie 0,3 – 10 µm. Jednak istnieją „olbrzymy” w królestwie prokaryota, m.in. krętki, sięgające nawet 500 µm, a to przecież aż pół milimetra!

Rys. 1. Escherichia coli: Scanning electron micrograph of Escherichia coli, grown in culture and adhered to a cover slip
Credit: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH - NIAID.

Budowa komórki bakteryjnej

Struktura komórki bakterii jest najprostszą wśród wszystkich znanych organizmów. Najwięcej miejsca zajmuje tu cytoplazma stanowiąca hydroszkielet organizmu. Komórka jest otoczona podwójną, białkowo-lipidową błoną. Bakterie nie mają typowych, oddzielonych otoczkami, organelli komórkowych. Błona komórkowa bakterii może natomiast tworzyć wpuklenia. Jeżeli są one rozległe i blaszkowate, wypełnione barwnikami to są to tylakoidy, nazywane również chromatoforami. Biorą one udział w odżywianiu dzięki barwnikom fotosyntetycznym, np. bakteriochlorofilowi, czy chlorofilowi a. Jeżeli pofałdowania błony są koncentryczne, niewielkie i biorą udział w oddychaniu komórkowym to mowa jest o mezosomach. Do nich przyczepiona jest inna struktura – genofor, czyli niczym nieotoczona, kolista, zwinięta nić DNA. Znamienny wyjątek stanowią Planctomycetes. Jedynie one posiadają nukleoid otoczony błoną, obecną również wokół reszty organelli. Takie przedziały tworzą w komórce kilka kompartmentów. W klasycznych przypadkach genofor wraz z cytoplazmą, w której jest zanurzony nosi nazwę nukleoidu. Taki przedział znajduje się zawsze mniej więcej pośrodku komórki. Nie jest to jedyna informacja genetyczna komórki bakteryjnej. W cytoplazmie znajdują się również niewielkie, tworzące mniej lub bardziej regularny okręgi, nici DNA o nazwie plazmidy. Plazmid to jedna z charakterystycznych struktur bakteryjnych, szeroko przebadana i używana w inżynierii genetycznej. 

Ponadto w cytozolu bakteryjnym znajdują się rybosomy, inne niż u eukaryotów, bo są one mniejsze, a ich stała sedymentacji to 70S. Z kolei, do ziaren materiału zapasowego, znajdujących się również bezpośrednio w cytoplazmie, należą: wolutyna (występująca także u grzybów), glikogen (charakterystyczny dla zwierząt) oraz skrobia sinicowa (podobna chemicznie do glikogenu).

Cała komórka bakteryjna otoczona jest ścianą, zbudowaną z sieci włókien polimeru białkowo-cukrowego, tzw. mureiny. Grubość ściany jest cechą, wg której klasyfikuje się bakterie za pomocą metody Grama. Te, które mają grubą ścianę komórkową wybarwiają się na niebiesko i określane są jako Gram-dodatnie, G+ (Rys. 2.). Te, które posiadają cienką ścianę to bakterie Gram-ujemne, G- i barwią się na czerwono. Dla tych ostatnich charakterystyczne jest występowanie drugiej, dodatkowej, zewnętrznej błony komórkowej.

Rys. 2. Gram-dodatnie bakterie wąglika, wybarwione na fioletowo. Znajdują się one w próbce płynu mózgowo-rdzeniowego i mają wydłużony kształt. Pozostałe, owalne komórki to leukocyty. 

Źródło: Originally from the English Wikipedia, where it was uploaded by TenOfAllTrades

Bakterie często są pokryte zewnętrzną otoczką śluzową, niedopuszczającą do wysychania komórki. Występuje ona przede wszystkim u drobnoustrojów chorobotwórczych. Pełni ona bowiem funkcję ochronną przed rozłożeniem intruza przez białe krwinki gospodarza.

Dodatkowymi strukturami, jakie mogą pojawić się w organizmie bakteryjnym są fimbrie i rzęski. Rzęski to struktury wprawiające w ruch komórkę bakteryjną. Składają się one ze skręconych spiralnie włókien białkowych, podobnych do miozyny, o nazwie flagelina. Rzęska osadzona jest w strukturach otaczających komórkę bakteryjną za pomocą haczyka i pierścieni białkowych. Jest to swoisty mechanizm napędzający ruch obrotowy rzęski. 
Fimbrie, innymi słowy pile, to białkowe rurki wystające równomiernie z cytoplazmy komórki bakteryjnej.  Zapewniają one przytwierdzenie drobnoustrojów do powierzchni. Istnieją fimbrie, które pełnią inną funkcje, mianowicie odpowiadają za łączenie się komórek bakteryjnych podczas koniugacji. Pile te nazwano płciowymi, ze względu na pierwotną, niewłaściwą interpretację wspomnianego procesu.

Podstawowe formy morfologiczne bakterii

Najczęstszymi postaciami bakterii są formy: kuliste, wydłużone, skręcone oraz rozgałęzione. Formy kuliste to: 

• ziarniaki, Coccus – komórki takich bakterii nigdy się ze sobą nie łączą (Rys. 3A); 
• dwoinki, Diplococcus – powstają gdy dwie komórki potomne nie rozłączą się po podziale (Rys. 3B); 
• tetrady, czworaczki, Tetracoccus - przybierają formę 4 złączonych ze sobą ziarniaków (Rys. 3C);
• paciorkowce, Streptococcus – to długie sznury połączonych ze sobą ziarniaków (Rys. 3D); 
• pakietowce, Sarcina – sznury połączonych ze sobą ziarniaków, ułożone w warstwy, tworzące dość regularne szcześciany (Rys. 3F); 
• gronkowce, Staphylococcus – komórki tworzące skupiska o nieregularnych kształtach (Rys. 3E). 

Do form wydłużonych zakwalifikowano: 

• pałeczki, Bacterium – wydłużone, owalne komórki, nie tworzą one przetrwalników (Rys. 3G); 
• laseczki, Bacillus – wydłużone komórki, kształtują przetrwalniki (Rys. 3H); 
• maczugowce, Corynebacterium – mają wydłużony kształt, ich przetrwalniki tworzą się nieregularnie, a całość przybiera formę podobną do maczugi, czemu zawdzięczają swą nazwę (Rys. 3I). 

Natomiast postacie rozgałęzione bakterii to: 

• prątki, Mycobacterium – tworzą niewielkie odgałęzienia, wyglądają mniej więcej jak niekształtna proca (Rys. 3N); 
• promieniowce, Actinomyces – komórki silnie rozgałęzione, przypominające kształtem gałązki, mogą tworzyć sieci (Rys. 3M). 

Ostatnią grupę w tej klasyfikacji stanowią formy skręcone, spiralne: 

• przecinkowce, Vibrio – czyli komórki bakteryjne wygięte w kształt przecinka (Rys. 3J); 
• śrubowce, Spirillum – wydłużone komórki o kilku pełnych skrętach (Rys. 3K); 
• krętki, Spirochaeta – komórki skręcone wiele razy, o strukturze na kształt korkociągów (Rys. 3L). 

Rys. 3. Formy bakteryjne.

Opracowanie: Iza Kołodziejczyk

Źródła:
Porter JR., van Leeuwenhoek A. Antony van Leeuwenhoek: tercentenary of his discovery of bacteria. „Bacteriological Reviews”. 40 (2), s. 260–9, 1976.
Prats C., López D., Giró A., Ferrer J., Valls J. Individual-based modelling of bacterial cultures to study the microscopic causes of the lag phase. „Journal of theoretical biology”. 4 (241), s. 939–53, 2006.

Photos Selected by freepik and biostrefa.net