Hvad er prokaryoter? Bakterier og arkæer — definition og forskelle

Lær hvad prokaryoter er: definition, forskelle mellem bakterier og arkæer, cellebygning, reproduktion og tre-domænesystemet — klar og letforståelig guide.

Prokaryoter (eller monera) er en af de enkleste levende væsener: bakterier og arkæer. De har generelt ingen cellekerne, kernemembran eller celleorganeller, men der er dog fundet et lille antal undtagelser. Prokaryoter er encellede organismer.

Nogle danner biofilm, der minder lidt om flercellede organismer.

Ud over en kerne mangler prokaryoter andre ting, som eukaryoter (celler med en rigtig kerne) har. De formerer sig uden sammensmeltning af kønsceller. De har ikke membraner inde i cellen. Det betyder, at der ikke er vakuoler, Golgi-apparat, endoplasmatiske retikler eller andre organeller inde i cellen. De har dog ribosomer, men af en enklere art end eukaryoter. Eukaryote celler indeholder organeller, som engang var fritlevende prokaryoter.

I 1977 foreslog Carl Woese at opdele prokaryoter i Bakterier og Archaea (oprindeligt Eubacteria og Archaebacteria) på grund af de store forskelle i struktur og genetik mellem de to grupper af organismer. Denne inddeling af Eukaryota (også kaldet "Eukarya"), Bacteria og Archaea kaldes tre-domænesystemet og erstatter det traditionelle to-empire-system.

Archaea omfatter simple organismer, som først blev opdaget i ekstreme miljøer. De fleste af dem kan overleve ved meget høje eller meget lave temperaturer. Nogle af dem kan også overleve i meget salt, surt eller alkalisk vand. Nogle af dem er fundet i gejsere, sorte røgovne eller oliebrønde.

Struktur og cellulære træk

Prokaryote celler er generelt små (typisk 0,2–5 µm) og har en relativt simpel opbygning. Typiske træk inkluderer:

• Cellemembran: En semipermeabel lipidmembran omgiver cytoplasmaet. Arkæers membraner adskiller sig kemisk fra bakteriers (se nedenfor).
• Cellevæg: Mange prokaryoter har en cellevæg, der giver form og beskyttelse. Hos mange bakterier består den af peptidoglycan (murein), mens arkæer har andre typer vægmaterialer.
• Ribosomer: Prokaryoter har 70S-ribosomer, som er mindre end eukaryoters 80S-ribosomer og har forskelle i sammensætning.
• DNA: Et enkelt cirkulært kromosom ligger frit i cytoplasmaet i et område kaldet nukleoid. Mange prokaryoter har også plasmider (små, cirkulære DNA-molekyler).
• Bevægelighed og overfladestrukturer: Flageller (til bevægelse), pili og fimbriae (tilhæftning) ses hos mange arter. Nogle bakterier danner endosporer (ekstremt resistente hvileformer).

Forskelle mellem Bakterier og Arkæer

Selvom både bakterier og arkæer er prokaryoter, er der væsentlige forskelle:

• Cellvæg og peptidoglykan: Mange bakterier har peptidoglycan i cellevæggen (grundlaget for Gram-farvning), mens arkæers vægge mangler peptidoglykan og i stedet kan bestå af pseudomurein eller andre polymerer.
• Membranlipider: Bakterier har esterbundne fedtsyrer i membranen; arkæer har etherbundne isoprenoider og ofte forgrenede kæder, hvilket giver større stabilitet under ekstreme forhold.
• Genetik og molekylære forskelle: Der er store forskelle i rRNA-sekvenser, i proteiner og i processer som transkription og translation — nogle arkæer ligner eukaryoter i visse nukleærbiologiske træk.
• Følsomhed over for antibiotika: Mange antibiotika virker mod bakterier ved at ramme peptidoglykan eller bakterielle ribosomer; arkæer er ofte resistente over for disse midler på grund af deres forskellige strukturer.

Formering og genetisk udveksling

Prokaryoter formerer sig oftest ved binær fission (simpel deling), hvilket betyder hurtig populationsvækst under gunstige forhold. Selvom de ikke danner kønsceller, kan de udveksle genetisk materiale via:

• Konjugation: Overførsel af plasmider mellem celler via direkte kontakt.
• Transformation: Optagelse af frit DNA fra omgivelserne.
• Transduktion: DNA-overførsel via bakteriofager (virus).

Disse mekanismer muliggør hurtig evolutionær tilpasning, fx spredning af resistensgener.

Levnedsformer og metabolisk mangfoldighed

Prokaryoter udviser en enorm metabolisk variation og kan udnytte mange forskellige energikilder:

• Fototrof: Brug af lys (fx cyanobakterier til fotosyntese).
• Kemolitotrof: Oxidation af uorganiske stoffer (fx svovl-, jern- eller ammoniumoxiderende bakterier).
• Heterotrof: Nedbryder organiske stoffer (mange bakterier i jord og tarmkanaler).

Nogle prokaryoter lever i ekstreme miljøer — varme kilder, salte søer, sure eller basiske miljøer — og mange spiller centrale roller i biogeokemiske kredsløb (nitrogen-, kulstof- og svovlcyklusser).

Biofilm og social adfærd

Som nævnt kan nogle prokaryoter danne biofilm, hvor celler sidder samlet i en selvproduceret matrix. Biofilm beskytter mod miljøstress og antibiotika, og cellerne kommunikerer ofte via quorum sensing for at koordinere adfærd.

Økologi, medicin og teknologi

Prokaryoter påvirker planeten og menneskers liv på mange måder:

• Venlige: Næringsstofkredsløb, nedbrydning, symbioser (fx tarmflora), og bioteknologiske anvendelser (produktion af enzymer, antibiotika, fermenterede fødevarer, bioremediering).
• Skadelige: Patogene arter forårsager sygdomme hos mennesker, dyr og planter. Antimikrobiel resistens er et stort sundhedsproblem.

Historie og klassifikation

I 1977 viste Carl Woese ved hjælp af ribosomalt RNA, at prokaryoter ikke var en enkelt homogen gruppe, men bestod af to meget forskellige domæner: Bakterier og Archaea. Det tre-domæne system (Eukarya, Bacteria, Archaea) afspejler disse dybe evolutionære forskelle. Moderne metagenetik og sekventering har siden afdækket et endnu større mangfoldighed af ukendte prokaryoter i jord, hav og ekstreme habitater.

Vigtige begreber at huske

• Prokaryoter mangler en ægte cellekerne og membranbundne organeller.
• De omfatter to evolutionært adskilte grupper: bakterier og arkæer.
• De er metabolisk meget alsidige og økologisk afgørende.
• Genetisk udveksling og hurtig reproduction gør prokaryoter ekstremt tilpasningsdygtige.

Samlet set er prokaryoter simple i struktur, men komplekse i funktion og af afgørende betydning for liv på Jorden — fra ekstreme varme kilder til menneskets tarmflora og moderne bioteknologi.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er prokaryoter?

Spørgsmål: Har prokaryoter en cellekerne?

Spørgsmål: Hvad er det genetiske materiale i prokaryoter?

Spørgsmål: Hvilken type bakterier omfatter cyanobakterier?

Spørgsmål: Hvordan formerer prokaryoter sig?

Spørgsmål: Har prokaryote celler membraner?

Spørgsmål: Hvor kommer eukaryote celler fra?

Søg efter bogstav