JEDNOBUNĚČNÉ ORGANISMY: VLASTNOSTI, REPRODUKCE, VÝŽIVA - BIOLOGIE - 2025

Tyto jednobuněčné organismy jsou bytosti, jejichž genetický materiál, enzymatická stroje, proteiny a jiné molekuly nezbytné pro život jsou omezeny na jediné buňky. Díky tomu jsou extrémně složité biologické entity, často velmi malé velikosti.

Ze tří domén života jsou dvě - archaea a bakterie - tvořeny jednobuněčnými organismy. Tyto prokaryotické organismy kromě toho, že jsou jednobuněčné, postrádají jádro a jsou velmi rozmanité a bohaté.

Zdroj pixabay.com

Ve zbývající doméně, eukaryoty, najdeme jak jednobuněčné, tak mnohobuněčné organismy. Uvnitř jednobuněčného máme protozoa, některé houby a některé řasy.

Hlavní rysy

Asi před 200 lety považovali biologové v té době organismy vytvořené z jedné buňky za relativně jednoduché. Tento závěr byl způsoben malými informacemi, které dostali od čoček, které použily k prohlížení.

V dnešní době si díky technologickým pokrokům souvisejícím s mikroskopií můžeme představit komplexní síť struktur, které mají jednobuněčné bytosti, a velkou rozmanitost, kterou tyto linie vykazují. Nyní probereme nejdůležitější struktury v jednobuněčných organismech, a to jak v eukaryotech, tak v prokaryotech.

Složky prokaryotické buňky

Genetický materiál

Nejvýraznější charakteristikou prokaryotické buňky je absence membrány, která vymezuje genetický materiál. To znamená, že chybí skutečné jádro.

Naproti tomu je DNA umístěna jako významná struktura: chromozom. Ve většině bakterií a archaea je DNA organizována do velkého kruhového proteinu asociovaného chromozomu.

V modelové bakterii, jako je Escherichia coli (více o její biologii v následujících sekcích), dosahuje chromozom lineární délku až 1 mm, což je téměř 500násobek velikosti buňky.

Aby bylo možné celý tento materiál uchovat, musí DNA převzít super-stočenou konformaci. Tento příklad lze extrapolovat na většinu členů bakterií. Fyzická oblast, kde se nachází tato kompaktní struktura genetického materiálu, se nazývá nukleoid.

Kromě chromozomu mohou prokaryotické organismy obsahovat stovky dalších malých molekul DNA, které se nazývají plazmidy.

Tyto, stejně jako chromozom, kódují specifické geny, ale jsou od něj fyzicky izolované. Protože jsou užitečné za velmi specifických okolností, tvoří jakýsi pomocný genetický prvek.

Ribosomy

Pro výrobu proteinů mají prokaryotické buňky komplexní enzymatický aparát zvaný ribozomy, které jsou distribuovány v celém vnitřku buňky. Každá buňka může obsahovat asi 10 000 ribozomů.

Fotosyntetické stroje

Bakterie, které provádějí fotosyntézu, mají další vybavení, které jim umožňuje zachytit sluneční světlo a později jej přeměnit na chemickou energii. Membrány fotosyntetických bakterií mají invaze, kde jsou uloženy enzymy a pigmenty nezbytné pro komplexní reakce, které provádějí.

Tyto fotosyntetické vezikuly mohou zůstat připojeny k plazmatické membráně nebo mohou být odděleny a umístěny uvnitř buňky.

Cytoskeleton

Jak název napovídá, cytoskelet je kostra buňky. Základ této struktury je složen z vláken proteinové povahy, nezbytných pro proces buněčného dělení a pro udržování tvaru buněk.

Nedávný výzkum ukázal, že cytoskelet v prokaryotech je tvořen složitou sítí vláken a není tak jednoduchý, jak se dříve myslelo.

Organely v prokaryotech

Historicky jednou z nejvýraznějších charakteristik prokaryotického organismu byl nedostatek vnitřních kompartmentů nebo organel.

Dnes se uznává, že bakterie mají specifické typy organel (kompartmenty obklopené membránami) související se skladováním iontů vápníku, minerálních krystalů, které se podílejí na buněčné orientaci, a enzymy.

Složky jednobuněčné eukaryotické buňky

V linii eukaryotů máme také jednobuněčné organismy. Vyznačují se tím, že genetický materiál je uzavřen v organele obklopené dynamickou a komplexní membránou.

Stroje na výrobu proteinů jsou také tvořeny ribosomy v těchto organismech. V eukaryotech jsou však větší. Ve skutečnosti je rozdíl ve velikosti ribozomů jedním z hlavních rozdílů mezi oběma skupinami.

Eukaryotické buňky jsou složitější než prokaryotické buňky popsané v předchozí části, protože mají podsložky obklopené jednou nebo více membránami zvané organely. Mezi nimi máme mitochondrie, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, vakuoly a lysozomy.

V případě organismů schopných fotosyntézy mají enzymatické stroje a pigmenty uloženy ve strukturách zvaných plasty. Nejznámější jsou chloroplasty, ačkoli mezi jinými jsou také amyloplasty, chromoplasty, etioplasty.

Některé jednobuněčné eukaryoty mají buněčné stěny, jako jsou řasy a houby (i když se liší svou chemickou podstatou).

Rozdíly mezi bakteriemi a archaea

Jak jsme zmínili, domény archaea a bakterií jsou tvořeny jednobuněčnými jedinci. Skutečnost sdílení této charakteristiky však neznamená, že linie jsou stejné.

Pokud důkladně porovnáme obě skupiny, zjistíme, že se liší stejným způsobem, jako my - nebo jakýkoli jiný savec - se liší od ryby. Základní rozdíly jsou následující.

Buněčná membrána

Počínaje buněčnými hranicemi se molekuly, které tvoří stěnu a membránu obou linií, výrazně liší. V bakteriích fosfolipidy sestávají z mastných kyselin vázaných na glycerol. Naproti tomu archaea obsahuje vysoce rozvětvené fosfolipidy (isoprenoidy) připojené k glycerolu.

Kromě toho se také liší vazby, které tvoří fosfolipidy, což vede k stabilnější membráně v archaea. Z tohoto důvodu může Archaea žít v prostředích, kde je teplota, pH a další podmínky extrémní.

Buněčná zeď

Buněčná stěna je struktura, která chrání buněčný organismus před osmotickým stresem generovaným rozdílem v koncentracích mezi buněčným vnitřkem a prostředím a vytváří jakýsi exoskelet.

Obecně má buňka vysokou koncentraci solutů. Podle principů osmózy a difúze by voda vstoupila do buňky a rozšířila svůj objem.

Stěna chrání buňku před prasknutím díky její pevné a vláknité struktuře. U bakterií je hlavní strukturální složkou peptidoglykan, ačkoli mohou být přítomny určité molekuly, jako jsou glykolipidy.

V případě archaea je povaha buněčné stěny poměrně proměnlivá a v některých případech neznámá. Ve studiích však dosud peptidoglykan chyběl.

Organizace genomu

Pokud jde o strukturální organizaci genetického materiálu, archaea je více podobná eukaryotickým organismům, protože geny jsou přerušeny oblastmi, které nebudou přeloženy, nazývané introny - termín používaný pro oblasti, které budou přeloženy, je „exon“ ».

Naopak, organizace bakteriálního genomu se provádí hlavně v operonech, kde jsou geny ve funkčních jednotkách umístěných jedna po druhé, bez přerušení.

Rozdíly s mnohobuněčnými organismy

Zásadní rozdíl mezi mnohobuněčným organismem a jednobuněčným organismem je počet buněk, které organismus tvoří.

Mnohobuněčné organismy se skládají z více než jedné buňky a obvykle se každý specializuje na určitý úkol, přičemž rozdělení úkolů je jednou z jeho nejvýznamnějších vlastností.

Jinými slovy, protože buňka již nemusí provádět všechny činnosti nezbytné k udržení organismu naživu, vzniká rozdělení úkolů.

Například neuronální buňky plní úplně jiné úkoly než ledvinové nebo svalové buňky.

Tento rozdíl ve vykonaných úkolech je vyjádřen v morfologických rozdílech. To znamená, že ne všechny buňky, které tvoří mnohobuněčný organismus, mají stejný tvar - neurony jsou ve tvaru stromu, svalové buňky jsou protáhlé a tak dále.

Specializované buňky mnohobuněčných organismů jsou seskupeny v tkáních a ty zase v orgánech. Orgány, které vykonávají podobné nebo doplňkové funkce, jsou seskupeny do systémů. Máme tedy strukturální hierarchickou organizaci, která se neobjevuje v jednobuněčných entitách.

Reprodukce

Nepohlavní reprodukce

Jednobuněčné organismy se rozmnožují asexuálně. Všimněte si, že v těchto organismech neexistují žádné zvláštní struktury podílející se na reprodukci, jak se vyskytuje u různých druhů mnohobuněčných bytostí.

V tomto typu asexuální reprodukce vede otec k potomkům bez potřeby sexuálního partnera nebo fúze gamet.

Asexuální reprodukce je klasifikována různými způsoby, obvykle se jako referenční používá rovina nebo forma dělení, kterou organismus používá k rozdělení.

Běžným typem je binární štěpení, kdy jedinec způsobí vznik dvou organismů, identických s rodiči. Někteří mají schopnost provádět štěpení generováním více než dvou potomků, což je známo jako vícenásobné štěpení.

Dalším typem je začínající, kde organismus vede k menšímu. V těchto případech rodičovský organismus vyklíčí prodlužování, které stále roste do odpovídající velikosti a je následně odpojeno od svého rodiče. Jiné jednobuněčné organismy se mohou množit spory.

Ačkoli asexuální reprodukce je typická pro jednobuněčné organismy, není pro tuto linii jedinečná. Určité mnohobuněčné organismy, jako jsou řasy, houby, ostnokožci, se mohou touto modalitou množit.

Horizontální přenos genů

Ačkoli v prokaryotických organismech nedochází k žádné pohlavní reprodukci, mohou si genetický materiál vyměnit s ostatními jedinci prostřednictvím události zvané horizontální přenos genů. Tato výměna nezahrnuje předávání materiálu od rodičů dětem, ale dochází mezi jednotlivci stejné generace.

K tomu dochází třemi základními mechanismy: konjugací, transformací a transdukcí. V prvním typu mohou být dlouhé kousky DNA vyměňovány prostřednictvím fyzického spojení mezi dvěma jedinci pomocí sexuální pili.

V obou mechanismech je velikost vyměněné DNA menší. Transformace je odběr nahé DNA bakterií a transdukce je příjem cizí DNA v důsledku virové infekce.

Hojnost

Život lze rozdělit do tří hlavních domén: archaea, bakterie a eukaryoty. První dva jsou prokaryotičtí, protože jejich jádro není obklopeno membránou a jsou to jednobuněčné organismy.

Podle současných odhadů je na Zemi více než 3,10 ³⁰ jedinců bakterií a archaea, většina z nich bez názvu a bez popisu. Ve skutečnosti je naše vlastní tělo tvořeno dynamickými populacemi těchto organismů, které s námi navazují symbiotické vztahy.

Výživa

Výživa u jednobuněčných organismů je velmi rozmanitá. Existují jak heterotrofní, tak i autotrofní organismy.

První z nich musí konzumovat své jídlo z prostředí, obvykle pohlcující výživné částice. Autotrofní varianty mají veškerý stroj nezbytný pro přeměnu světelné energie na chemii uložený v cukrech.

Stejně jako každý živý organismus i jednobuněčné rostliny vyžadují pro svůj optimální růst a reprodukci určité živiny, jako je voda, zdroj uhlíku, minerální ionty. Některé však také vyžadují specifické živiny.

Příklady jednobuněčných organismů

Vzhledem k velké rozmanitosti jednobuněčných organismů je obtížné uvést příklady. Budeme však zmínit modelové organismy v biologii a organismy s lékařským a průmyslovým významem:

Escherichia coli

Nejlépe studovaným organismem jsou bezpochyby bakterie Escherichia coli. Ačkoli některé kmeny mohou mít negativní zdravotní důsledky, E. coli je normální a hojnou součástí lidské mikrobioty.

Je to prospěšné z různých perspektiv. V našem trávicím traktu pomáhají bakterie při produkci určitých vitamínů a konkurenčně vylučují patogenní mikroorganismy, které by se mohly dostat do našeho těla.

Kromě toho je v biologických laboratořích jedním z nejpoužívanějších modelových organismů a je velmi užitečný pro objevy ve vědě.

Trypanosoma cruzi

Je to protozoanský parazit, který žije uvnitř buněk a způsobuje Chagasovu nemoc. Toto je považováno za důležitý problém veřejného zdraví ve více než 17 zemích v tropech.

Jednou z nejvýraznějších vlastností tohoto parazita je přítomnost bičíku pro pohyb a jediného mitochondrie. Jsou přenášeny na svého savčího hmyzu hmyzem patřícím do čeledi Hemiptera, zvaným triatominy.

Dalšími příklady mikroorganismů jsou mimo jiné Giardia, Euglena, Plasmodium, Paramecium, Saccharomyces cerevisiae.

Reference

1. Alexander, M. (1961). Úvod do mikrobiologie půdy. John Wiley and Sons, Inc..
2. Baker, GC, Smith, JJ, & Cowan, DA (2003). Zkontrolujte a znovu analyzujte 16S primery specifické pro danou doménu. Žurnál mikrobiologických metod, 55 (3), 541-555.
3. Forbes, BA, Sahm, DF a Weissfeld, AS (2007). Diagnostická mikrobiologie. Mosby.
4. Freeman, S. (2017). Biologická věda. Pearsonovo vzdělávání.
5. Murray, PR, Rosenthal, KS a Pfaller, MA (2015). Lékařská mikrobiologie. Elsevier Health Sciences.
6. Reece, JB, Urry, LA, Kain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV a Jackson, RB (2014). Campbellova biologie. Pearsonovo vzdělávání.