ساختار سلول پروکاریوتی

سلول پروکاریوتی طرح ساختاری مشترک بین باکتری‌ها (و آرکی‌ها) است: سلولی که ماده ژنتیکی آن آزادانه در سیتوپلاسم و بدون هسته محدود به غشا قرار دارد، توسط یک غشای پلاسمایی و در بیشتر باکتری‌ها، یک دیواره سلولی احاطه شده است و مجهز به ساختارهای سطحی و داخلی است که حرکت، اتصال و شیمی پایه حیات را انجام می‌دهند.

Definition

ساختار سلول پروکاریوتی، سازمان‌دهی سلولی باکتری‌ها است که با عدم وجود هسته محدود به غشا و اندامک‌های محدود به غشا مشخص می‌شود، با کروموزومی که به صورت نوکلئوئید سازمان‌دهی شده و سنتز پروتئین توسط ریبوزوم‌های 70S انجام می‌شود.

Scope

این موضوع به توصیف اجزای مشترک سلول‌های باکتریایی، نوکلئوئید و پلاسمیدها، سیتوپلاسم و ریبوزوم‌های 70S، غشای پلاسمایی، دیواره سلولی و پوشش، و ضمائم سطحی مانند تاژک‌ها، پیلی‌ها و کپسول‌ها می‌پردازد و طرح پروکاریوتی را با سلول یوکاریوتی مقایسه می‌کند. این موارد به عنوان آناتومی مرجع در نظر گرفته می‌شوند؛ پوشش، شکل و رنگ‌آمیزی به تفصیل در موضوعات مرتبط پوشش داده شده‌اند.

Core questions

• کدام ساختارها تقریباً در تمام سلول‌های باکتریایی مشترک هستند؟
• کروموزوم باکتریایی بدون هسته چگونه سازمان‌دهی و به صورت فضایی مرتب شده است؟
• چه چیزی طرح سلولی پروکاریوتی را از طرح یوکاریوتی متمایز می‌کند؟

Key concepts

• نوکلئوئید و پلاسمیدها
• ریبوزوم‌های 70S
• غشای پلاسمایی
• دیواره سلولی و پوشش
• پروتئین‌های اسکلت سلولی (مانند MreB، FtsZ)
• ضمائم سطحی: تاژک‌ها، پیلی‌ها، کپسول
• عدم وجود اندامک‌های محدود به غشا

Mechanisms

یک سلول باکتریایی سیتوپلاسم خود را درون یک غشای پلاسمایی محصور می‌کند که تبدیل انرژی و انتقال را انجام می‌دهد؛ در بیشتر گونه‌ها یک دیواره خارجی شکل و محافظت را فراهم می‌کند. کروموزوم معمولاً یک مولکول DNA حلقوی است که به صورت نوکلئوئید متراکم شده و توسط یک غشای هسته‌ای از سیتوپلاسم جدا نمی‌شود، بنابراین رونویسی و ترجمه می‌توانند همزمان رخ دهند؛ ژن‌های اضافی ممکن است روی پلاسمیدها قرار داشته باشند. سنتز پروتئین از ریبوزوم‌های 70S استفاده می‌کند. اگرچه مدت‌ها بدون ساختار در نظر گرفته می‌شدند، باکتری‌ها دارای پروتئین‌های اسکلت سلولی مانند همولوگ اکتین MreB و همولوگ توبولین FtsZ هستند که سلول را سازمان‌دهی می‌کنند، کروموزوم را موقعیت‌یابی می‌کنند و تقسیم و شکل را هدایت می‌کنند. ساختارهای سطحی، تاژک‌ها برای حرکت، پیلی‌ها برای اتصال و هم‌یوغی، و کپسول‌ها یا لایه‌های لزج، تعامل با محیط را واسطه می‌کنند.

Clinical relevance

چندین ساختار خاص پروکاریوتی، دیواره، ریبوزوم 70S، و ماشین‌آلات غشایی و تقسیم منحصر به فرد، نقاطی هستند که زیست‌شناسی پروکاریوتی و یوکاریوتی از هم جدا می‌شوند و بنابراین برای نحوه توصیف و تمایز سلول‌های باکتریایی توسط میکروبیولوژیست‌ها مرکزی هستند. این مدخل یک آناتومی مرجع توصیفی است و مبنایی برای تصمیمات تشخیصی یا درمانی فردی نیست.

Evidence & guidelines

توصیف ساختاری در کتاب‌های درسی استاندارد میکروبیولوژی تثبیت شده است، در حالی که تمایز مولکولی دامنه پروکاریوتی و کشف اسکلت سلولی باکتریایی بر اساس ادبیات اولیه در فیلوژنی مولکولی و زیست‌شناسی سلولی استوار است.

History

تمایز پروکاریوت-یوکاریوت در اواسط قرن بیستم بر اساس عدم وجود هسته و اندامک‌ها رسمی شد، و فیلوژنی مولکولی دهه 1970 جهان پروکاریوتی را بازتعریف کرد. کشف بعدی که باکتری‌ها دارای پروتئین‌های اسکلت سلولی هستند، تصویر قدیمی سلول باکتریایی را به عنوان یک کیسه بدون ساختار از آنزیم‌ها واژگون کرد.

Key figures

• Carl Woese
• Lucy Shapiro
• Zemer Gitai

Seminal works

• woese-1977
• silhavy-2010
• gitai-2005

Frequently asked questions

تفاوت اصلی بین سلول پروکاریوتی و یوکاریوتی چیست؟

سلول‌های پروکاریوتی فاقد هسته محدود به غشا و اندامک‌های محدود به غشا هستند؛ کروموزوم آن‌ها به صورت نوکلئوئید در سیتوپلاسم قرار دارد و از ریبوزوم‌های 70S به جای 80S استفاده می‌کنند.

آیا باکتری‌ها اسکلت سلولی دارند؟

بله. باکتری‌ها دارای پروتئین‌های اسکلت سلولی مانند MreB (همولوگ اکتین) و FtsZ (همولوگ توبولین) هستند که شکل سلول، موقعیت کروموزوم و تقسیم را سازمان‌دهی می‌کنند.