Archaea: Struktur, karakteristika og domæne

Indhold

• Definition af Archaea
• Struktur af Archaea
• Cellevæg
• Celle membran
• Gener og genetisk information
• flageller
• Hvor overlever Archaea?

Archaea er en relativt ny klassificering af livet, der oprindeligt blev foreslået af Carl Woese, en amerikansk mikrobiolog, i 1977.

Han fandt, at bakterier, som er prokaryote celler uden en kerne, kunne opdeles i to forskellige grupper baseret på deres genetiske materiale. Både bakterier og archaea er enkeltcelleorganismer, men archaea har en helt anden cellemembranstruktur, der lader dem overleve i ekstreme miljøer.

Definition af Archaea

Woese foreslog først, at livet skulle grupperes i de tre domæner af Eukarya, Bakterier og Archaebacteria. (Du ser muligvis disse tre navne, der begynder med små bogstaver, men når du taler om de specifikke domæner, er udtrykene store bogstaver.)

Da mere forskning afslørede, at cellerne i domænet Archaebacteria faktisk var ganske forskellige fra bakterier, blev den gamle betegnelse droppet. De nye domænenavne er bakterier, Archaea og Eukarya, hvor Eukarya består af organismer, hvis celler har en kerne.

På livets træ er celler i domænet archaea placeret mellem cellerne af bakterier og cellerne i eukaryaen, der inkluderer flercellede organismer og højere dyr.

Archaea gengiver aseksuelt gennem binær fission; cellerne opdeles i to lignende bakterier. Med hensyn til deres membran og kemiske struktur deler archaea-celler funktioner med eukaryote celler. Unikke archaea-egenskaber inkluderer deres evne til at leve i ekstremt varme eller kemisk aggressive miljøer, og de kan findes overalt på Jorden, uanset hvor bakterier overlever.

De archaea, der lever i ekstreme levesteder, såsom varme kilder og dybhavsåbninger kaldes ekstremofile. På grund af deres forholdsvis nylige identifikation som et separat domæne på livets træ opdages stadig fascinerende oplysninger om arkæer, deres udvikling, deres opførsel og deres struktur.

Struktur af Archaea

Archaea er prokaryoter, hvilket betyder, at cellerne ikke har en kerne eller andre membranbundne organeller i deres celler.

••• Dana Chen | Sciencing

Ligesom bakterier har cellerne en opviklet ring af DNA, og cellecytoplasmaet indeholder ribosomer til produktion af celleproteiner og andre stoffer, som cellen har brug for. I modsætning til bakterier kan cellevæggen og membranen være stiv og give cellen en bestemt form, såsom flad, stavformet eller kubisk.

Archaea-arter har fælles egenskaber som form og stofskifte, og de kan reproducere via binær fission ligesom bakterier. Horisontal genoverførsel er imidlertid almindelig, og archaea-celler kan optage plasmider, der indeholder DNA fra deres miljø eller udveksle DNA med andre celler.

Som et resultat kan archaea-arter udvikle sig og ændre sig hurtigt.

Cellevæg

Den grundlæggende struktur for archaea-cellevægge ligner strukturen for bakterier, idet strukturen er baseret på kulhydratkæder.

Fordi archaea overlever i mere varierede miljøer end andre livsformer, skal deres cellevæg og cellemetabolisme være lige forskellige og tilpasset deres omgivelser.

Som et resultat indeholder nogle archaea-cellevægge kulhydrater, der er forskellige fra bakteriecellevæggene, og nogle indeholder proteiner og lipider for at give dem styrke og resistens over for kemikalier.

Celle membran

Nogle af de unikke egenskaber ved archaea-celler skyldes de særlige træk ved deres cellemembran.

Cellemembranen ligger inde i cellevæggen og styrer udvekslingen af ​​stoffer mellem cellen og dens miljø. Som alle andre levende celler består archaea-cellemembranen af ​​phospholipider med fedtsyrekæder, men bindingerne i archaea-phospholipiderne er unikke.

Alle celler har et phospholipid dobbeltlag, men i archaea-celler har det dobbeltlag æter bindinger, mens cellerne af bakterier og eukaryoter har ester bindinger.

Etherbindinger er mere modstandsdygtige over for kemisk aktivitet og tillader archaea-celler at overleve i ekstreme miljøer, der ville dræbe andre livsformer. Mens etherbindingen er en nøgle-differentierende karakteristik for archaea-celler, adskiller cellemembranen sig også fra den for andre celler i detaljerne om dens struktur og dens anvendelse af lange isoprenoid kæder til at fremstille sine unikke phospholipider med fedtsyrer.

Forskellene i cellemembraner indikerer et evolutionært forhold, hvor bakterier og eukaryoter udviklede sig efter eller separat fra archaea.

Gener og genetisk information

Som alle levende celler er archaea afhængige af replikation af DNA for at sikre, at datterceller er identiske med forældercellen. Archaea's DNA-struktur er enklere end eukaryoter og ligner den bakterielle genstruktur. DNA'et findes i enkle cirkulære plasmider, der oprindeligt er coiled, og som udjævnes inden celledeling.

Mens denne proces og den efterfølgende binære fission af cellerne er som bakterier, foregår replikationen og translationen af ​​DNA-sekvenser, som det gør i eukaryoter.

Når celle-DNA'et er afviklet, ligner RNA-polymeraseenzymet, der bruges til at kopiere generne, mere eukaryot-RNA-polymerase end det er det tilsvarende bakterieenzym. Oprettelse af DNA-kopien adskiller sig også fra bakterieprocessen.

DNA-replikation og translation er en af ​​måderne, hvorpå archaea ligner cellerne hos dyr end bakterier.

flageller

Som med bakterier, tillader flagella archaea at bevæge sig.

Deres struktur og driftsmekanisme er ens i archaea og bakterier, men hvordan de udviklede sig og hvordan de er bygget adskiller sig. Disse forskelle antyder igen, at archaea og bakterier udviklede sig separat med et punkt på differentiering tidligt i evolutionære termer.

Ligheder mellem medlemmer af de to domæner kan spores til senere horisontal DNA-udveksling mellem celler.

Flagellumet i archaea er en lang stilk med en base, der kan udvikle en roterende handling sammen med cellemembranen. Den roterende handling resulterer i en piskelignende bevægelse, der kan fremdrage cellen fremad. I archaea konstrueres stilken ved at tilføje materiale ved basen, mens i bakterier opbygges den hule stilk ved at bevæge materiale op i det hule centrum og afsætte det øverst.

Flagella er nyttige til at bevæge celler mod mad og til at sprede sig efter celledeling.

Hvor overlever Archaea?

Det vigtigste, der kendetegner arkaea, er deres evne til at overleve i giftige miljøer og ekstreme levesteder.

Afhængigt af deres omgivelser tilpasses archaea med hensyn til deres cellevæg, cellemembran og stofskifte. Archaea kan bruge en række forskellige energikilder, herunder sollys, alkohol, eddikesyre, ammoniak, svovl og kulstoffiksering fra kuldioxid i atmosfæren.

Affaldsprodukter inkluderer methan, og methanogen archaea er de eneste celler, der er i stand til at fremstille dette kemikalie.

Archaea-celler, der er i stand til at leve i ekstreme miljøer, kan klassificeres afhængigt af deres evne til at leve under specifikke forhold. Fire sådanne klassifikationer er:

Nogle af de mest fjendtlige miljøer på Jorden er dybhavs-hydrotermiske åbninger i bunden af ​​Stillehavet og varme kilder som dem, der findes i Yellowstone National Park. Høje temperaturer i kombination med ætsende kemikalier er normalt fjendtlige overfor livet, men archaea som ignicoccus har ingen problemer med disse placeringer.

Archaea's modstand mod sådanne forhold har ført forskere til at undersøge, hvorvidt archaea eller lignende organismer kunne overleve i rummet eller på anden måde fjendtlige planeter som Mars.

Med deres unikke egenskaber og forholdsvis nylige fremkomst til prominens lover Archaea-domænet at afsløre mere interessante egenskaber og muligheder for disse celler, og det kan tilbyde overraskende afsløringer i fremtiden.