Informacija

6.2: Įvadas į prokariotų įvairovę – biologija

6.2: Įvadas į prokariotų įvairovę – biologija



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ką išmoksite daryti: aptarkite prokariotinių ląstelių įvairovę

Neseniai mokslininkai suskirstė gyvus daiktus į penkias karalystes – gyvūnus, augalus, grybus, protistus ir prokariotus – remdamiesi keliais kriterijais, tokiais kaip branduolio ir kitų su membranomis susietų organelių nebuvimas arba buvimas, ląstelių sienelės, daugialąsteliškumas ir pan. Domeną Bakterijos sudaro visi bakterijų karalystės organizmai, domeną Archaea sudaro likusieji prokariotai, o domeną Eukarya sudaro visi eukariotai, įskaitant organizmus karalystėse Animalia, Plantae, Fungi ir Protista.

Dvi iš trijų sričių – Bakterijos ir Archėjos – yra prokariotinės. Prokariotai buvo pirmieji Žemės gyventojai, atsiradę prieš 3,5–3,8 milijardo metų. Šių organizmų gausu ir jie yra visur; tai yra, jie yra visur. Be to, kad jie gyvena vidutinio sunkumo aplinkoje, jie randami ekstremaliomis sąlygomis: nuo verdančių šaltinių iki visam laikui užšalusios Antarktidos aplinkos; nuo sūrios aplinkos, tokios kaip Negyvoji jūra, iki aplinkos, kurioje yra didžiulis spaudimas, pavyzdžiui, vandenyno gelmės; ir iš vietovių be deguonies, pavyzdžiui, atliekų tvarkymo gamyklos, į radioaktyviai užterštus regionus, tokius kaip Černobylis. Prokariotai gyvena žmogaus virškinimo sistemoje ir ant odos, yra atsakingi už tam tikras ligas ir atlieka svarbų vaidmenį ruošiant daugelį maisto produktų.


Įvadas

Tam tikri prokariotai gali gyventi ekstremalioje aplinkoje, pavyzdžiui, Morning Glory baseine, karštame versme Jeloustouno nacionaliniame parke. Šviesiai mėlyną šaltinio spalvą suteikia prokariotai, kurie klesti labai karštuose vandenyse. (kreditas: Jono Sullivano darbo modifikacija)

Neseniai mokslininkai suskirstė gyvus daiktus į penkias karalystes – gyvūnus, augalus, grybus, protistus ir prokariotus – remdamiesi keliais kriterijais, tokiais kaip branduolio ir kitų su membranomis susietų organelių nebuvimas arba buvimas, ląstelių sienelės, daugialąsteliškumas ir pan. XX amžiaus pabaigoje Carl Woese ir kitų novatoriškas darbas palygino mažų subvienetų ribosomų RNR (SSU rRNR) sekas, dėl kurių buvo sukurtas fundamentalesnis būdas sugrupuoti organizmus Žemėje. Remdamiesi ląstelių membranų struktūros ir rRNR skirtumais, Woese ir jo kolegos pasiūlė, kad visa gyvybė Žemėje vystytųsi trimis linijomis, vadinamomis domenais. Domeną Bakterijos sudaro visi bakterijų karalystės organizmai, domeną Archaea sudaro likusieji prokariotai, o domeną Eukarya sudaro visi eukariotai, įskaitant organizmus karalystėse Animalia, Plantae, Fungi ir Protista.

Dvi iš trijų sričių – bakterijos ir archeja – yra prokariotinės. Prokariotai buvo pirmieji Žemės gyventojai, atsiradę prieš 3,5–3,8 milijardo metų. Šių organizmų gausu ir jie yra visur, tai yra, jie yra visur. Be to, kad jie gyvena vidutinio sunkumo aplinkoje, jie randami ekstremaliomis sąlygomis: nuo verdančių šaltinių iki visam laikui užšalusios aplinkos Antarktidoje nuo sūrios aplinkos, tokios kaip Negyvoji jūra, iki didžiulio slėgio aplinkos, pavyzdžiui, vandenyno gelmėse ir vietose, kuriose nėra deguonies, pvz. kaip atliekų tvarkymo įmonė, į radioaktyviai užterštus regionus, tokius kaip Černobylis. Prokariotai gyvena žmogaus virškinimo sistemoje ir ant odos, yra atsakingi už tam tikras ligas ir atlieka svarbų vaidmenį ruošiant daugelį maisto produktų.


Įvadas

Tam tikri prokariotai gali gyventi ekstremalioje aplinkoje, pavyzdžiui, Morning Glory baseine, karštame versme Jeloustouno nacionaliniame parke. Šviesiai mėlyną šaltinio spalvą suteikia prokariotai, kurie klesti labai karštuose vandenyse. (kreditas: Jono Sullivano darbo modifikacija)

Neseniai mokslininkai suskirstė gyvus daiktus į penkias karalystes – gyvūnus, augalus, grybus, protistus ir prokariotus – remdamiesi keliais kriterijais, tokiais kaip branduolio ir kitų su membranomis susietų organelių nebuvimas arba buvimas, ląstelių sienelės, daugialąsteliškumas ir pan. XX amžiaus pabaigoje Carl Woese ir kitų novatoriškas darbas palygino mažų subvienetų ribosomų RNR (SSU rRNR) sekas, dėl kurių buvo sukurtas fundamentalesnis būdas sugrupuoti organizmus Žemėje. Remdamiesi ląstelių membranų struktūros ir rRNR skirtumais, Woese ir jo kolegos pasiūlė, kad visa gyvybė Žemėje vystytųsi trimis linijomis, vadinamomis domenais. Domeną Bakterijos sudaro visi bakterijų karalystės organizmai, domeną Archaea sudaro likusieji prokariotai, o domeną Eukarya sudaro visi eukariotai, įskaitant organizmus karalystėse Animalia, Plantae, Fungi ir Protista.

Dvi iš trijų sričių – Bakterijos ir Archėjos – yra prokariotinės. Prokariotai buvo pirmieji Žemės gyventojai, atsiradę prieš 3,5–3,8 milijardo metų. Šių organizmų gausu ir jie yra visur, tai yra, jie yra visur. Be to, kad jie gyvena vidutinio sunkumo aplinkoje, jie randami ekstremaliomis sąlygomis: nuo verdančių šaltinių iki visam laikui užšalusios aplinkos Antarktidoje nuo sūrios aplinkos, tokios kaip Negyvoji jūra, iki didžiulio slėgio aplinkos, pavyzdžiui, vandenyno gelmėse ir vietose, kuriose nėra deguonies, pvz. kaip atliekų tvarkymo įmonė, į radioaktyviai užterštus regionus, tokius kaip Černobylis. Prokariotai gyvena žmogaus virškinimo sistemoje ir ant odos, yra atsakingi už tam tikras ligas ir atlieka svarbų vaidmenį ruošiant daugelį maisto produktų.


6 skyrius Įvadas

6.1 pav. Protistai yra nuo mikroskopinių vienaląsčių (a) Acanthocystis turfacea ir (b) blakstienų Tetrahymena thermophila, abu čia vizualizuojami naudojant šviesos mikroskopiją, iki didžiulių, daugialąsčių (c) rudadumblių (Chromalveolata), besitęsiančių šimtus pėdų. povandeniniuose „miškuose“. (kreditas a: Yuiuji Tsukii darbo modifikavimas b: Richardo Robinsono darbo modifikavimas, Viešoji mokslo biblioteka c: Kipo Evanso darbo modifikavimas, NOAA mastelio juostos duomenys iš Matto Russello)

Žmonės buvo susipažinę su makroskopiniais organizmais (pakankamai dideli, kad matytų plika akimi) dar prieš rašytinę istoriją, ir tikėtina, kad dauguma kultūrų skyrė gyvūnus ir sausumos augalus, ir greičiausiai makroskopinius grybus įtraukė kaip augalus. Todėl prieš kelis šimtmečius sukurti mikroskopus tapo įdomiu iššūkiu susidoroti su mikroorganizmų pasauliu. Per pastaruosius porą šimtmečių buvo naudojama daug skirtingų pavadinimų schemų, tačiau eukariotus, kurie nėra sausumos augalai, gyvūnai ar grybai, vadinti protistais tapo labiausiai paplitusi praktika.

Šį pavadinimą pirmą kartą pasiūlė Ernstas Haeckelis XIX amžiaus pabaigoje. Jis buvo taikomas daugelyje kontekstų ir buvo oficialiai naudojamas reprezentuoti karalystės lygio taksoną, vadinamą Protista. Tačiau daugelis šiuolaikinių sistematikų (biologų, tyrinėjančių organizmų ryšius) pradeda vengti formalių kategorijų, tokių kaip karalystė ir prieglobstis, idėjos. Vietoj to, jie įvardija taksonus kaip organizmų grupes, kurios, kaip manoma, apima visus paskutinio bendro protėvio (monofilinės grupės) palikuonis. Per pastaruosius du dešimtmečius molekulinės genetikos sritis parodė, kad kai kurie protistai yra labiau susiję su gyvūnais, augalais ar grybais nei su kitais protistais. Todėl neįskaitant gyvūnų, augalų ir grybų, Protista karalystė tampa parafiletine grupe arba ta grupe, kuri neapima visų jos bendro protėvio palikuonių. Dėl šios priežasties protistų giminės, iš pradžių priskiriamos Protista karalystei, ir toliau tiriamos ir diskutuojamos. Tuo tarpu terminas „protistas“ vis dar naudojamas neoficialiai apibūdinti šią nepaprastai įvairią eukariotų grupę.

Dauguma protistų yra mikroskopiniai vienaląsčiai organizmai, kurių gausu dirvožemyje, gėlame vandenyje, sūrokoje ir jūrinėje aplinkoje. Jie taip pat paplitę gyvūnų virškinamajame trakte ir augalų kraujagyslių audiniuose. Kiti įsiveržia į kitų protistų, gyvūnų ir augalų ląsteles. Ne visi protistai yra mikroskopiniai. Kai kurios turi didžiules, makroskopines ląsteles, pavyzdžiui, miksomicetų gleivių pelėsių plazmodijas (milžiniškas amebas) arba jūrinius žaliuosius dumblius Caulerpa, kurios gali turėti pavienes ląsteles, kurių dydis gali siekti kelis metrus. Kai kurie protistai yra daugialąsčiai, pavyzdžiui, raudonieji, žalieji ir rudieji jūros dumbliai. Būtent tarp protistų galima rasti daugybę būdų, kaip organizmai gali augti.


Turinys

Išsamiausiu apibrėžimu biochemija gali būti vertinama kaip gyvų būtybių komponentų ir sudėties tyrimas bei tai, kaip jie susijungia ir virsta gyvybe. Šia prasme biochemijos istorija gali siekti net senovės graikus. [10] Tačiau biochemija, kaip specifinė mokslo disciplina, atsirado XIX amžiuje arba šiek tiek anksčiau, priklausomai nuo to, į kurį biochemijos aspektą daugiausia dėmesio skiriama. Vieni teigė, kad biochemijos pradžia galėjo būti pirmojo fermento diastazės (dabar vadinama amilaze) atradimas 1833 m., kurį atliko Anselme Payen [11], o kiti laikė pirmuoju Eduardo Buchnerio demonstravimu apie sudėtingą biocheminį alkoholinės fermentacijos procesą ląstelėse. nemokami ekstraktai 1897 m. buvo biochemijos gimimas. [12] [13] [14] Kai kas taip pat gali nurodyti kaip jos pradžią įtakingam Justo fon Liebigo 1842 m. Gyvūnų chemija arba organinė chemija jos taikymas fiziologijoje ir patologijoje, kuriame buvo pateikta cheminė metabolizmo teorija, [10] arba dar anksčiau iki XVIII amžiaus fermentacijos ir kvėpavimo tyrimai, kuriuos atliko Antoine'as Lavoisier. [15] [16] Daugelis kitų šios srities pionierių, padėjusių atskleisti biochemijos sudėtingumo sluoksnius, buvo paskelbti šiuolaikinės biochemijos įkūrėjais. Emilis Fischeris, tyrinėjęs baltymų chemiją, [17] ir F. Gowlandas Hopkinsas, tyrinėjęs fermentus ir dinamišką biochemijos prigimtį, yra du ankstyvųjų biochemikų pavyzdžiai. [18]

Pats terminas „biochemija“ yra kilęs iš biologijos ir chemijos derinio. 1877 m. Feliksas Hoppe-Seyleris pavartojo terminą (biochemija vokiškai) kaip fiziologinės chemijos sinonimą pirmojo numerio pratarmėje „Zeitschrift für Physiologische Chemie“. (Journal of Physiological Chemistry), kur jis pasisakė už institutų, skirtų šiai studijų sričiai, steigimą. [19] [20] Tačiau dažnai minimas vokiečių chemikas Carlas Neubergas, kuris 1903 m. sukūrė šį žodį, [21] [22] [23], o kai kurie jį priskyrė Franzui Hofmeisteriui. [24]

Kadaise buvo visuotinai manoma, kad gyvybė ir jos medžiagos turi kokią nors esminę savybę arba substanciją (dažnai vadinamą „gyvybiniu principu“), kuri skiriasi nuo bet kurios negyvosios medžiagos molekulės, ir buvo manoma, kad tik gyvos būtybės gali gaminti gyvybės molekules. gyvenimą. [26] 1828 m. Friedrichas Wöhleris paskelbė straipsnį apie savo žiaurią karbamido sintezę iš kalio cianato ir amonio sulfato, kai kurie tai laikė tiesioginiu vitalizmo žlugimu ir organinės chemijos įsigalėjimu. [27] [28] Tačiau Wöhlerio sintezė sukėlė ginčų, nes kai kurie atmeta vitalizmo mirtį nuo jo rankos. [29] Nuo to laiko biochemija pažengė į priekį, ypač nuo XX amžiaus vidurio, sukūrus naujus metodus, tokius kaip chromatografija, rentgeno spindulių difrakcija, dvigubos poliarizacijos interferometrija, BMR spektroskopija, radioizotopinis žymėjimas, elektronų mikroskopija ir molekulinės dinamikos modeliavimas. Šie metodai leido atrasti ir išsamiai išanalizuoti daugelį ląstelės molekulių ir metabolizmo būdų, tokių kaip glikolizė ir Krebso ciklas (citrinų rūgšties ciklas), ir leido suprasti biochemiją molekuliniu lygmeniu.

Kitas svarbus istorinis įvykis biochemijoje yra geno atradimas ir jo vaidmuo perduodant informaciją ląstelėje. 1950-aisiais Jamesas D. Watsonas, Francisas Crickas, Rosalind Franklin ir Maurice'as Wilkinsas padėjo išspręsti DNR struktūrą ir pasiūlė jos ryšį su genetiniu informacijos perdavimu. [30] 1958 m. George'as Beadle'as ir Edwardas Tatumas gavo Nobelio premiją už darbą su grybais, rodančius, kad vienas genas gamina vieną fermentą. [31] 1988 m. Colinas Pitchforkas buvo pirmasis asmuo, nuteistas už žmogžudystę su DNR įrodymais, o tai paskatino kriminalistikos mokslą. [32] Visai neseniai Andrew Z. Fire ir Craigas C. Mello gavo 2006 m. Nobelio premiją už RNR trukdžių (RNAi) vaidmens atradimą nutildant genų ekspresiją. [33]

Maždaug dvi dešimtys cheminių elementų yra būtini įvairiai biologinei gyvybei. Daugumos retų elementų Žemėje gyvybei nereikia (išimtis yra selenas ir jodas), [34] o kai kurie įprasti elementai (aliuminis ir titanas) nenaudojami. Dauguma organizmų turi bendrų elementų poreikių, tačiau tarp augalų ir gyvūnų yra keletas skirtumų. Pavyzdžiui, vandenyno dumbliai naudoja bromą, bet sausumos augalams ir gyvūnams jo nereikia. Visiems gyvūnams reikia natrio, tačiau kai kuriems augalams to nereikia. Augalams reikia boro ir silicio, bet gyvūnams gali ir nereikia (arba gali prireikti itin mažų kiekių).

Tik šeši elementai – anglis, vandenilis, azotas, deguonis, kalcis ir fosforas – sudaro beveik 99 % gyvų ląstelių masės, įskaitant esančias žmogaus kūne (visą sąrašą žr. žmogaus kūno sudėtyje). Be šešių pagrindinių elementų, sudarančių didžiąją dalį žmogaus kūno, žmonėms reikia mažesnių kiekių, galbūt dar 18. [35]

4 pagrindinės molekulių klasės biochemijoje (dažnai vadinamos biomolekulėmis) yra angliavandeniai, lipidai, baltymai ir nukleorūgštys. [36] Daugelis biologinių molekulių yra polimerai: pagal šią terminiją monomerai yra santykinai mažos makromolekulės, kurios yra susijungusios ir sukuria dideles makromolekules, žinomas kaip polimerai. Kai monomerai yra sujungti, kad susintetintų biologinį polimerą, jie patiria procesą, vadinamą dehidratacijos sinteze. Įvairios makromolekulės gali susiburti į didesnius kompleksus, dažnai reikalingus biologiniam aktyvumui.

Angliavandeniai Redaguoti

Dvi pagrindinės angliavandenių funkcijos yra energijos kaupimas ir struktūros suteikimas. Vienas iš įprastų cukrų, žinomų kaip gliukozė, yra angliavandeniai, tačiau ne visi angliavandeniai yra cukrūs. Žemėje yra daugiau angliavandenių nei bet kuris kitas žinomas biomolekulių tipas, naudojamas energijai ir genetinei informacijai kaupti, taip pat vaidina svarbų vaidmenį ląstelių sąveikoje ir ryšiuose.

Paprasčiausias angliavandenių tipas yra monosacharidas, kuriame, be kitų savybių, yra anglies, vandenilio ir deguonies, daugiausia santykiu 1:2:1 (apibendrinta formulė CnH2nOn, kur n yra bent 3). Gliukozė (C6H12O6) yra vienas iš svarbiausių angliavandenių, kiti apima fruktozę (C6H12O6), cukrus, paprastai siejamas su saldžiu vaisių skoniu, [37] [a] ir dezoksiribozė (C5H10O4), DNR komponentas. Monosacharidas gali persijungti iš aciklinės (atviros grandinės) formos į ciklinę formą. Atviros grandinės forma gali būti paversta anglies atomų žiedu, sujungtu deguonies atomu, sukurtu iš karbonilo grupės viename gale ir hidroksilo grupės kitame gale. Ciklinė molekulė turi pusacetalinę arba hemiketinę grupę, priklausomai nuo to, ar linijinė forma buvo aldozė, ar ketozė. [38]

Šiose ciklinėse formose žiedas paprastai turi 5 arba 6 atomai. Šios formos atitinkamai vadinamos furanozėmis ir piranozėmis - pagal analogiją su furanu ir piranu, paprasčiausiais junginiais, turinčiais tą patį anglies-deguonies žiedą (nors jiems trūksta šių dviejų molekulių anglies-anglies dvigubų jungčių). Pavyzdžiui, aldoheksozės gliukozė gali sudaryti pusacetalinę jungtį tarp hidroksilo ant anglies 1 ir deguonies ant anglies 4, todėl susidaro molekulė su 5 narių žiedu, vadinama gliukofuranoze. Ta pati reakcija gali vykti tarp 1 ir 5 anglies atomų, kad susidarytų molekulė su 6 narių žiedu, vadinama gliukopiranoze. Ciklinės formos su 7 atomų žiedu, vadinamos heptozėmis, yra retos.

Du monosacharidai gali būti sujungti glikozidine arba eterine jungtimi į a disacharidas per dehidratacijos reakciją, kurios metu išsiskiria vandens molekulė. Atvirkštinė reakcija, kurios metu disacharido glikozidinė jungtis suskaidoma į du monosacharidus, vadinama hidrolizė. Geriausiai žinomas disacharidas yra sacharozė arba paprastas cukrus, kurį sudaro gliukozės ir fruktozės molekulės, sujungtos kartu. Kitas svarbus disacharidas yra piene randama laktozė, susidedanti iš gliukozės molekulės ir galaktozės molekulės. Laktozę gali hidrolizuoti laktazė, o šio fermento trūkumas sukelia laktozės netoleravimą.

Kai susijungia keli (maždaug nuo trijų iki šešių) monosacharidų, tai vadinama an oligosacharidas (oligo- reiškia „mažai“). Šios molekulės dažniausiai naudojamos kaip žymenys ir signalai, taip pat kai kuriais kitais tikslais. [39] Daugelis monosacharidų, sujungtų kartu, sudaro polisacharidus. Jie gali būti sujungti į vieną ilgą linijinę grandinę arba gali būti šakoti. Du iš labiausiai paplitusių polisacharidų yra celiuliozė ir glikogenas, abu susideda iš pasikartojančių gliukozės monomerų. Celiuliozė yra svarbus struktūrinis augalo ląstelių sienelių komponentas ir glikogeno naudojamas kaip energijos kaupimo būdas gyvūnams.

Cukrus gali būti apibūdinamas tuo, kad turi redukuojančius arba neredukuojančius galus. Redukuojantis angliavandenio galas yra anglies atomas, kuris gali būti pusiausvyroje su atviros grandinės aldehidu (aldoze) arba keto forma (ketoze). Jei monomerai jungiasi prie tokio anglies atomo, piranozės arba furanozės formos laisva hidroksi grupė pakeičiama kito cukraus OH šonine grandine, todėl susidaro pilnas acetalis. Tai apsaugo nuo grandinės atidarymo iki aldehido arba keto formos, o modifikuotas likutis neredukuoja. Laktozės gliukozės dalis turi redukcinį galą, o galaktozės dalis sudaro pilną acetalą su gliukozės C4-OH grupe. Sacharozė neturi redukuojančio galo, nes tarp gliukozės aldehido anglies (C1) ir fruktozės keto anglies (C2) susidaro visiškas acetalis.

Lipidai Redaguoti

Lipidai susideda iš įvairių molekulių ir tam tikru mastu yra santykinai vandenyje netirpių arba nepolinių biologinės kilmės junginių, įskaitant vaškus, riebalų rūgštis, iš riebalų rūgščių gautus fosfolipidus, sfingolipidus, glikolipidus ir terpenoidus (pvz., retinoidus ir steroidus), santrauka. . Kai kurie lipidai yra linijinės, atviros grandinės alifatinės molekulės, o kiti turi žiedinę struktūrą. Kai kurie iš jų yra aromatingi (su cikline [žiedu] ir plokštuma [plokščia] struktūra), o kiti – ne. Kai kurie yra lankstūs, o kiti yra standūs.

Lipidai paprastai gaminami iš vienos glicerolio molekulės, sujungtos su kitomis molekulėmis. Trigliceriduose, pagrindinėje birių lipidų grupėje, yra viena glicerolio molekulė ir trys riebalų rūgštys. Riebalų rūgštys šiuo atveju laikomos monomeru ir gali būti sočiosios (anglies grandinėje nėra dvigubų jungčių) arba nesočiosios (viena ar daugiau dvigubų jungčių anglies grandinėje).

Dauguma lipidų turi tam tikrą polinį pobūdį, be to, kad jie dažniausiai yra nepoliniai. Apskritai, didžioji jų struktūros dalis yra nepolinė arba hidrofobinė („bijo vandens“), o tai reiškia, kad ji blogai sąveikauja su poliniais tirpikliais, tokiais kaip vanduo. Kita jų struktūros dalis yra polinė arba hidrofilinė („mėgsta vandenį“) ir bus linkusi asocijuotis su poliniais tirpikliais, tokiais kaip vanduo. Dėl to jie yra amfifilinės molekulės (turinčios ir hidrofobines, ir hidrofilines dalis). Cholesterolio atveju polinė grupė yra tik –OH (hidroksilas arba alkoholis). Fosfolipidų atveju polinės grupės yra daug didesnės ir poliariškesnės, kaip aprašyta toliau.

Lipidai yra neatsiejama mūsų kasdienės mitybos dalis. Dauguma aliejų ir pieno produktų, kuriuos naudojame gamindami ir valgydami, pavyzdžiui, sviestą, sūrį, ghi ir kt., yra sudaryti iš riebalų. Augaliniuose aliejuose gausu įvairių polinesočiųjų riebalų rūgščių (PUFA). Lipidų turintys maisto produktai virškinami organizme ir suskaidomi į riebalų rūgštis ir glicerolį, kurie yra galutiniai riebalų ir lipidų skilimo produktai. Lipidai, ypač fosfolipidai, taip pat naudojami įvairiuose farmacijos produktuose, kaip ko-solubilizatoriai (pvz., parenterinės infuzijos) arba kaip vaistų nešiklio komponentai (pvz., liposomoje arba transfersomoje).

Redaguoti baltymus

Baltymai yra labai didelės molekulės - makro-biopolimerai - pagaminti iš monomerų, vadinamų aminorūgštimis. Aminorūgštis susideda iš alfa anglies atomo, prijungto prie amino grupės -NH2, karboksirūgšties grupė, –COOH (nors jie egzistuoja kaip –NH3 + ir –COO – fiziologinėmis sąlygomis), paprastas vandenilio atomas ir šoninė grandinė, paprastai žymima „–R“. Šoninė grandinė "R" yra skirtinga kiekvienai aminorūgščiai, iš kurių yra 20 standartinių. Būtent ši „R“ grupė padarė kiekvieną aminorūgštį skirtingą, o šoninių grandinių savybės daro didelę įtaką bendrai trimatei baltymo konformacijai. Kai kurios aminorūgštys atlieka savo funkcijas arba modifikuotą formą, pavyzdžiui, glutamatas veikia kaip svarbus neurotransmiteris. Aminorūgštys gali būti sujungtos peptidine jungtimi. Šios dehidratacijos sintezės metu pašalinama vandens molekulė ir peptidinė jungtis sujungia vienos aminorūgšties amino grupės azotą su kitos karboksirūgšties grupės anglimi. Gauta molekulė vadinama a dipeptidas, ir vadinami trumpi aminorūgščių ruožai (dažniausiai mažiau nei trisdešimt). peptidai arba polipeptidai. Ilgesni ruožai nusipelno titulo baltymai. Pavyzdžiui, svarbus kraujo serumo baltymas albuminas turi 585 aminorūgščių liekanas. [42]

Baltymai gali turėti struktūrinį ir (arba) funkcinį vaidmenį. Pavyzdžiui, baltymų aktino ir miozino judesiai galiausiai yra atsakingi už skeleto raumenų susitraukimą. Viena daugelio baltymų savybė yra ta, kad jie specifiškai jungiasi prie tam tikros molekulės arba molekulių klasės – jie gali būti nepaprastai pasirinkti, ką jie suriša. Antikūnai yra baltymų, kurie prisijungia prie vieno konkretaus tipo molekulės, pavyzdys. Antikūnai susideda iš sunkiųjų ir lengvųjų grandinių. Dvi sunkiosios grandinės būtų sujungtos su dviem lengvosiomis grandinėmis per disulfidinius ryšius tarp jų aminorūgščių. Antikūnai yra specifiniai dėl variacijų, pagrįstų N-galinio domeno skirtumais. [43]

Su fermentais susijęs imunosorbentinis tyrimas (ELISA), kuriame naudojami antikūnai, yra vienas jautriausių šiuolaikinės medicinos naudojamų testų įvairioms biomolekulėms aptikti. Tačiau tikriausiai svarbiausi baltymai yra fermentai. Beveik kiekvienai gyvos ląstelės reakcijai reikalingas fermentas, kuris sumažintų reakcijos aktyvavimo energiją. [12] Šios molekulės atpažįsta specifines reagentų molekules, vadinamas substratai tada jie katalizuoja tarpusavio reakciją. Sumažinus aktyvacijos energiją, fermentas pagreitina tą reakciją 10 11 ar daugiau [12], o reakcija, kuri paprastai užtruktų daugiau nei 3000 metų, spontaniškai pasibaigtų, gali užtrukti mažiau nei sekundę su fermentu. Pats fermentas procese nenaudojamas ir gali katalizuoti tą pačią reakciją su nauju substratų rinkiniu. Naudojant įvairius modifikatorius, galima reguliuoti fermento aktyvumą, leidžiantį kontroliuoti visos ląstelės biochemiją. [12]

Baltymų struktūra tradiciškai apibūdinama keturių lygių hierarchija. Pirminę baltymo struktūrą sudaro jo linijinė aminorūgščių seka, pavyzdžiui, "alaninas-glicinas-triptofanas-serinas-glutamatas-asparaginas-glicinas-lizinas-…". Antrinė struktūra yra susijusi su vietine morfologija (morfologija yra struktūros tyrimas). Kai kurie aminorūgščių deriniai linkę susisukti į ritę, vadinamą α-spirale, arba į lakštą, vadinamą β lakštu. Kai kurios α-spiralės gali būti matomos aukščiau esančioje hemoglobino schemoje. Tretinė struktūra yra visa trimatė baltymo forma. Šią formą lemia aminorūgščių seka. Tiesą sakant, vienas pakeitimas gali pakeisti visą struktūrą. Hemoglobino alfa grandinėje yra 146 aminorūgščių liekanos, 6 pozicijoje esančios glutamato liekanos pakeitimas valino liekana taip pakeičia hemoglobino elgseną, kad sukelia pjautuvinę ligą. Galiausiai, ketvirtinė struktūra yra susijusi su baltymo, turinčio kelis peptidų subvienetus, struktūra, kaip hemoglobinas su keturiais jo subvienetais. Ne visi baltymai turi daugiau nei vieną subvienetą. [44]

Suvartoti baltymai plonojoje žarnoje paprastai suskaidomi į atskiras aminorūgštis arba dipeptidus ir tada absorbuojami. Tada jie gali būti sujungti, kad susidarytų nauji baltymai. Tarpiniai glikolizės produktai, citrinų rūgšties ciklas ir pentozės fosfatas gali būti naudojami visoms dvidešimties aminorūgščių susidarymui, o dauguma bakterijų ir augalų turi visus reikalingus fermentus joms sintetinti. Tačiau žmonės ir kiti žinduoliai gali susintetinti tik pusę jų. Jie negali sintetinti izoleucino, leucino, lizino, metionino, fenilalanino, treonino, triptofano ir valino. Kadangi jas būtina nuryti, tai yra nepakeičiamos aminorūgštys. Žinduoliai turi fermentų, reikalingų alaninui, asparaginui, aspartatui, cisteinui, glutamatui, glutaminui, glicinui, prolinui, serinui ir tirozinui, nepakeičiamoms aminorūgštims, sintetinti. Nors jie gali sintetinti argininą ir histidiną, jie negali pagaminti pakankamai jo jauniems, augantiems gyvūnams, todėl jie dažnai laikomi nepakeičiamomis aminorūgštimis.

Jei amino grupė pašalinama iš aminorūgšties, ji palieka anglies skeletą, vadinamą α-keto rūgštimi. Fermentai, vadinami transaminazėmis, gali lengvai perkelti amino grupę iš vienos aminorūgšties (padarydami ją α-keto rūgštimi) į kitą α-keto rūgštį (padarydami ją aminorūgštimi). Tai svarbu aminorūgščių biosintezei, nes daugelyje būdų tarpiniai produktai iš kitų biocheminių kelių paverčiami α-keto rūgšties skeletu, o tada pridedama amino grupė, dažnai per amino rūgščių sintezę. Tada aminorūgštys gali būti sujungtos, kad susidarytų baltymas.

Panašus procesas naudojamas ir baltymams skaidyti. Pirmiausia jis hidrolizuojamas į jo sudedamąsias aminorūgštis. Laisvasis amoniakas (NH3), esantis kraujyje kaip amonio jonas (NH4+), yra toksiškas gyvybės formoms. Todėl turi būti tinkamas jo pašalinimo būdas. Priklausomai nuo gyvūnų poreikių, skirtingiems gyvūnams išsivystė skirtinga taktika. Vienaląsčiai organizmai tiesiog išskiria amoniaką į aplinką. Taip pat kaulinės žuvys gali išleisti amoniaką į vandenį, kur jis greitai praskiedžiamas. Paprastai žinduoliai amoniaką paverčia karbamidu per karbamido ciklą.

Norėdami nustatyti, ar du baltymai yra susiję, arba, kitaip tariant, nuspręsti, ar jie yra homologiški, ar ne, mokslininkai naudoja sekų palyginimo metodus. Metodai, tokie kaip sekų derinimas ir struktūrinis derinimas, yra galingi įrankiai, padedantys mokslininkams nustatyti homologijas tarp susijusių molekulių. Baltymų homologijų radimo svarba neapsiriboja baltymų šeimų evoliucinio modelio formavimu. Išsiaiškinę, kokios panašios yra dvi baltymų sekos, įgyjame žinių apie jų struktūrą, taigi ir funkciją.

Nukleino rūgštys Redaguoti

Nukleino rūgštys, vadinamos dėl jų paplitimo ląstelių branduoliuose, yra bendrinis biopolimerų šeimos pavadinimas. Tai sudėtingos didelės molekulinės masės biocheminės makromolekulės, galinčios perduoti genetinę informaciją visose gyvose ląstelėse ir virusuose. [2] Monomerai vadinami nukleotidais ir kiekvienas susideda iš trijų komponentų: azoto heterociklinės bazės (purino arba pirimidino), pentozės cukraus ir fosfato grupės. [45]

Labiausiai paplitusios nukleorūgštys yra dezoksiribonukleorūgštis (DNR) ir ribonukleorūgštis (RNR). Kiekvieno nukleotido fosfatų grupė ir cukrus jungiasi vienas su kitu, kad sudarytų nukleino rūgšties pagrindą, o azoto bazių seka saugo informaciją. Dažniausios azoto bazės yra adeninas, citozinas, guaninas, timinas ir uracilas. Kiekvienos nukleorūgšties grandinės azotinės bazės sudarys vandenilinius ryšius su tam tikromis kitomis azotinėmis bazėmis papildomoje nukleorūgšties grandinėje (panašiai kaip užtrauktukas). Adeninas jungiasi su timinu ir uracilu, timinas jungiasi tik su adeninu, o citozinas ir guaninas gali jungtis tik vienas su kitu. Adeninas ir timinas bei adeninas ir uracilas turi du vandenilinius ryšius, o vandenilinių jungčių, susidarančių tarp citozino ir guanino, skaičius yra trys.

Be genetinės ląstelės medžiagos, nukleino rūgštys dažnai atlieka antrųjų pasiuntinių vaidmenį, taip pat sudaro bazinę molekulę adenozino trifosfatui (ATP), pirminei energijos nešiklio molekulei, randamai visuose gyvuose organizmuose. Taip pat dviejose nukleorūgštyse galimos azoto bazės yra skirtingos: adenino, citozino ir guanino yra ir RNR, ir DNR, timinas – tik DNR, o uracilas – RNR.

Angliavandeniai kaip energijos šaltinis Redaguoti

Gliukozė yra daugumos gyvybės formų energijos šaltinis. Pavyzdžiui, polisacharidus fermentai suskaido į monomerus (glikogeno fosforilazė pašalina gliukozės likučius iš glikogeno, polisacharido). Disacharidai, tokie kaip laktozė ar sacharozė, suskaidomi į jų dviejų komponentų monosacharidus.


Įvadas į Archaea

Domenas Archaea dar visai neseniai nebuvo pripažintas pagrindine gyvenimo sfera. Iki XX amžiaus dauguma biologų manė, kad visi gyvi dalykai gali būti klasifikuojami kaip augalai arba gyvūnai. Tačiau šeštajame ir šeštajame dešimtmečiuose dauguma biologų suprato, kad ši sistema nesugebėjo prisitaikyti prie grybelių, protistų ir bakterijų. Iki aštuntojo dešimtmečio penkių karalysčių sistema buvo priimta kaip modelis, pagal kurį galima klasifikuoti visus gyvus dalykus. Esminiu lygmeniu buvo daromas skirtumas tarp prokariotų bakterijos ir keturios eukariotų karalystes (augalai, gyvūnai, grybai ir protistai). Skirtumas atpažįsta bendrus eukariotinių organizmų bruožus, tokius kaip branduoliai, citoskeletai ir vidinės membranos.

Mokslo bendruomenę aštuntojo dešimtmečio pabaigoje sukrėtė visiškai nauja organizmų grupė – Archaea. Daktaras Carlas Woese'as ir jo kolegos iš Ilinojaus universiteto tyrė prokariotų santykius naudodami DNR sekas ir nustatė, kad yra dvi aiškiai skirtingos grupės. Tos „bakterijos“, kurios gyveno aukštoje temperatūroje arba gamino metaną, susibūrė kaip grupė, toli nuo įprastų bakterijų ir eukariotų. Dėl šio didžiulio genetinės sandaros skirtumo Woese pasiūlė gyvenimą padalyti į tris dalis domenai: eukariotos, eubakterijos ir archebakterijos. Vėliau jis nusprendė, kad terminas Archaebacteria yra klaidingas pavadinimas, ir sutrumpino jį iki Archaea. The three domains are shown in the illustration above at right, which illustrates also that each group is very different from the others.

Further work has revealed additional surprises, which you can read about on the other pages of this exhibit. It is true that most archaeans don't look that different from bacteria under the microscope, and that the extreme conditions under which many species live has made them difficult to culture, so their unique place among living organisms long went unrecognized. However, biochemically and genetically, they are as different from bacteria as you are. Although many books and articles still refer to them as "Archaebacteria", that term has been abandoned because they aren't bacteria -- they're Archaea.

Archaeans include inhabitants of some of the most extreme environments on the planet. Some live near rift vents in the deep sea at temperatures well over 100 degrees Centigrade. Others live in hot springs (such as the ones pictured above), or in extremely alkaline or acid waters. They have been found thriving inside the digestive tracts of cows, termites, and marine life where they produce methane. They live in the anoxic muds of marshes and at the bottom of the ocean, and even thrive in petroleum deposits deep underground.

Some archaeans can survive the dessicating effects of extremely saline waters. One salt-loving group of archaea includes Halobakterija, a well-studied archaean. The light-sensitive pigment bacteriorhodopsin duoda Halobakterija its color and provides it with chemical energy. Bacteriorhodopsin has a lovely purple color and it pumps protons to the outside of the membrane. When these protons flow back, they are used in the synthesis of ATP, which is the energy source of the cell. This protein is chemically very similar to the light-detecting pigment rodopsinas, found in the vertebrate retina.

Archaeans may be the only organisms that can live in extreme habitats such as thermal vents or hypersaline water. They may be extremely abundant in environments that are hostile to all other life forms. However, archaeans are not restricted to extreme environments new research is showing that archaeans are also quite abundant in the plankton of the open sea. Much is still to be learned about these microbes, but it is clear that the Archaea is a remarkably diverse and successful clade of organisms.


Cyanophyceae: Characteristics, Occurrence and Classification

Šiame straipsnyje aptarsime: - 1. Introduction to Cyanophyceae 2. Characteristics of Cyanophyceae 3. Occurrence 4. Thallus Organisation 5. Reproduction 6. Origin 7. Affinities 8. Economic Importance.

Introduction to Cyanophyceae:

It is a primitive group of algae, consists of 150 genera and about 2,500 species. In India, the division is represented by 98 genera and about 833 species. Members of the class Myxophyceae (Cyanophyceae) are commonly known as blue green algae. The name blue green algae is given because of the presence of a domi­nant pigment c-phycocyanin, the blue green pigment.

In addition, other pigments like chloro­phyll a (green), c-phycoerythrin (red), β-carotene and different xanthophylls are also present. The members of this class are the simplest living autotrophic prokaryotes.

They have the following important charac­teristics:

a. Nucleus is of prokaryotic nature i.e., devoid of nuclear membrane and nucle­olus,

b. Absence of well-organised cell orga­nelles, and

c. Pigments are distributed throughout the chromoplasm (the outer part of proto­plasm).

Depending on the above prokaryotic cha­racteristics many microbiologists consider the members of Cyanophyceae as bacteria. Based on prokaryotic cell structure like bacteria, Christensen (1962) placed both Cyanophyta and bacteria under a common phylum Prokaryota. Cyanophyta or blue green algae have also been named as cyanobacteria.

Important Characteristics of Cyanophyceae:

The important characteristics of the division are as follows:

1. The individual cells are prokaryotic in nature. The nucleus is incipient type and they lack membrane bound organelles.

2. Both vegetative and reproductive cells are non-flagellate.

3. Cell wall is made up of microfibrils and is differentiated into four (4) layers. The cell wall composed of mucopeptide, along with carbohydrates, amino acids and fatty acids.

4. Locomotion is generally absent, but when occurs, it is of gliding or jerky type.

5. The principal pigments are chlorophylls a (green), c-phycocyanin (blue) and c-phyco- erythrin (red). In addition, other pigments like β-carotene and different xanthophylls like myxoxanthin and myxoxanthophyll are also present.

6. Membrane bound chromatophore are absent. Pigments are found embedded in thylakoids.

7. The reserve foods are cyanophycean starch and cyanophycean granules (protein).

8. Many filamentous members possess specia­lized cells of disputed function (supposed to be the centre of N2 fixation) known as heterocysts.

9. Reproduction takes place by vegetative and asexual methods. Vegetative reproduction takes place by cell division, fragmentation etc. Asexual reproduction takes place by endospores, exospores, akinetes, nannospores etc.

10. Sexual reproduction is completely absent. Genetic recombination is reported in 2 cases.

Occurrence of Cyanophyceae:

Members of Cyanophyceae are available in different habitats. Most of the species are fresh water (e.g., Oscillatoria, Rivularia), a few are marine (e.g., Trichodesmium, Darmocarpa), and some species of Oscillatoria and Nostoc are grown on terrestrial habitat.

Species of some members like Anabaena grow as endophytes in thallus of Anthoceros (Bryophyta) and in leaves of Azolla (Pteridophyta) and Nostoc in the root of Cycas (Gymnosperm).

Species of Nostoc, Scytonema, Gloeocapsa, and Chroococcus grow symbiotically with different fungi and form lichen. Some members like Nostoc, Anabaena etc. can fix atmospheric nitrogen and increase soil fertility.

Thallus Organisation in Cyanophyceae:

Plants of this group show much variation in their thallus organisation.

The thallus may be of unicellular or colonial forms:

In unicellular form, the cells may be oval or spherical. Common members are Gloeocapsa (Fig. 3.23A), Chroococcus and Synechococcus.

In most of the members the cells after division remain attached by their cell wall or remain together in a common gelatinous matrix, called a colony.

The colonies may be of two types:

a. Non-Filamentous Type:

The cells of this type divide either alternately or in three planes, thereby they form spherical (Gomphosphaera, Coelosphaerum), cubical (Eucapsis alpine, Fig. 3.23C), squarish (Merismopedia) or irregular (Microcystis, Fig. 3.23B) colony.

By the repeated cell division in one plane, single row of cells are formed, known as trichome. e.g., Oscillatoria (Fig. 3.23D), Spirulina, Arthosporia etc. The trichome when covered by mucilaginous sheath is called a filament. The filament may contain single trichome (Oscillatoria, Lyngbya) or several trichomes (Hydrocoleus, Microcoleus, Fig. 3.23E).

The trichomes may be unbranched (Oscillatoria, Lyngbya), branched (Mastigocladus limilosus, Fig. 3.23J) and falsely branched (Scytonema, Fig. 3.23K and Tolypothrix).

Reproduction in Cyanophyceae:

The blue green algae (Cyanophyceae) reproduce by both vegetative and asexual means. Sexual reproduc­tion is absent.

The vegetative reproduction performs through fission (Synechococcus), fragmentation (Oscillatoria, Cylindrospermum muscicola), hormogonia formation (Oscillatoria, Nostoc), hormospores (Westiella lanosa), planococci and Palmelloid stage.

During asexual reproduction various types of asexual spores are formed. These are akinetes (Anabaena sphaerica, Gloeotrichia natans, Calothrix fusca), endospores (Dermocarpa), exospores (Chamaesiphon) and nannocyte (Microcystis) (Fig. 3.27).

Gaidukov phenomenon or complementary chromatic adaptation:

The efficiency to change the pigment com­position, to absorb maximum light for photosyn­thesis, with the variation of the incident light is called complementary chromatic adaptation.

Many members of Cyanophyceae have the capacity to change their colour in relation to the wave length of incident light. Due to variation of the wavelength of incident light they can change their pigment composition.

It may appear blue green in yellow light, green in red light and reddish in green light. Gaidukov (1903) first invented the phenomenon and according to his name it is also known as Gaidukov phenomenon.

Origin of Cyanophyceae:

This group is considered to be the most primitive because of the presence of some important features.

a. Presence of unorganised nucleus,

b. Absence of chromatophores,

c. Absence of flagella, and

d. Lack of sexual reproduction.

They are found in all habitats where life is possible and distributed throughout the world. Fossil records indicate that they have originated in early Pre-Cambrian period. But their ancestry is not known. Absence of flagella and the prokaryotic nature of cells lead to believe that possibly they have originated from unicellular aflagellate cells.

Presence of most of the mem­bers in terrestrial habitat leads to believe by most of the investigators that the Cyanophyceae have originated from terrestrial members.

Affinities of Cyanophyceae:

The members of Cyanophyceae show some relationship with both bacteria and Rhodo­phyceae.

Similarities of Cyanophyceae with Bacteria:

1. Cell structure is prokaryotic in both the group, having unorganised nucleus and devoid of membrane bound organelle.

2. The capsule of bacteria (if present) and mucilaginous sheath of blue green algal cells are made up of fine fibrils.

3. Cell wall composed of mucopeptide (murein).

4. Oscillatoria (blue green alga) shows simi­larity with Beggiatoa (sulphur bacterium), both in shape and movement.

5. Both are sensitive to antibiotics.

6. Both the groups show similarity in many metabolic processes like nitrogen and sulphur metabolism.

7. Absence of sexual reproduction.

8. Genetic recombination has been reported in Anacystis nidulans, a member of Cyano­phyceae, showing similarity with bacteria.

Similarities of Cyanophyceae with Rhodophyceae (Red Algae):

1. Both the groups resemble in the absence of motile cells.

2. The Cyanophycean pigments, c-phycocyanin (blue) and c-phycoerythrin (red) are chemically similar to the Rhodophycean pigment r-phycocyanin and r-phycoerythrin.

3. Stignema and some other members of Cyanophyceae have pit connections, and show relationship by having similar struc­tures as found in the members of Rhodophyceae.

Economic Importance of Cyanophyceae:

The Cyanophycean members show both beneficial and harmful activities.

Beneficial Activities:

1. Nostoc commune is boiled and used as soup in China.

2. Few species of Nostoc, Anabaena, Scyto­nema form a thick substratum over the soil resulting a reclamation of land.

3. About twenty two (22) filamentous members of Cyanophyceae like Nostoc, Anabaena, Aulosira, Anabinopsis, Calothrix, Scytonema etc. can fix atmospheric nitrogen and form nitrogenous compounds. These compounds are further absorbed by the plant for their metabolic activity and increase yield.

All the above members have heterocyst. But certain non-heterocystous members like Plectonema boryanum are able to fix atmospheric nitrogen in anaerobic condition.

Harmful Activities:

1. Some members of Cyanophyceae cause damage of building plasters, stones etc. It can be avoided by spraying CuSO4 and sodium arcenate.

2. Some members like Microcystis, Anabaena, form water blooms and can grow well in O2 deficient water. Continuous respiration by submerged plants and animals during night time (when photosynthesis does not take place) causes the depletion of O2 to almost zero level. At that condition mortality of both animals and other submerged plants takes place due to suffocation.

3. Blue green algae contaminate the water of reservoirs. They develop a foul odour in water and make it unhygienic for human being and cause several diseases.

Different diseases like gastric troubles may appear by drinking the water contaminated with Microcystis and Anabaena.


Variation & overproduction

To understand how natural selection leads to evolution it is important to know about variation and overproduction of offspring. These two concepts are the key to understanding evolution. In this activity students see examples of variation in different populations, make links with the genetics topic and consider the nature of overproduction of offspring in sexual reproduction.Mutation, meiosis and sexual reproduction.

To access the entire contents of this site, you need to log in or subscribe to it.


Žiūrėti video įrašą: Bakterijos - Nuostabusis biologijos projektas (Rugpjūtis 2022).