Prokariotski organizmi ili prokarioti jednostanični su organizmi građeni od prokariotskih stanica. Iako su za većinu primjera prokariotskoga tipa građe stanice korištene čovjeku dobro poznate bakterije, ovaj tip građe odnosi se i na tek slabo istražene arheje. Promotrite slike i raspravite koje su uloge prokariota u ekosustavu, odnosno koja im je važnost za čovjeka.
Prokariotski organizmi iliprokarioti jednostanični su organizmi.
Prokarioti su građeni od prokariotskih stanica.
Primjeri građe prokariotske stanice većinom su čovjeku poznate bakterije.
Ovaj tip građe odnosi se i na tek slabo istražene bakterije arheje.
Promotrite slike.
Raspravite:
- koje su uloge prokariota u ekosustavu
- koja je važnost prokariota za čovjeka.
Velik broj bakterija u ekosustavu ima ulogu razlagača koji tkiva svih mrtvih organizama razlaže na manje kemijske spojeve u zemlji kojima se drugi organizmi poput biljaka mogu koristiti za rast i razvoj.
U ljudskome probavilu živi nekoliko stotina različitih vrsta bakterija, a nedavno je nađeno i nekoliko vrsta arheja. One imaju ulogu u probavi hrane, ali i pomažu našem imunološkom sustavu u obrani protiv bolesti.
Neke bakterije mogu provoditi mliječno-kiselinsko vrenje koje se u prehrambenoj industriji upotrebljava za kiseljenje mnogih namirnica.
Građa bakterijske stanice
Bakterijske stanice mnogo su manje od eukariotskih stanica i jednostavnije su građe. Većina bakterijskih stanica duljine je od 0,5 do 2 μm.
Slika1.2.1.:Crvene su krvne stanice među najmanjim stanicama koje izgrađuju ljudski organizam, no ipak mnogo su veće od bakterijskih stanica.
Bakterijske stanice najčešće se pojavljuju u sljedeća četiri oblika: stanice štapićastoga oblika nazivamo bacili, stanice kuglastoga oblika nazivamo koki, stanice spiralnoga oblika nazivamo spirili i stanice oblika zareza nazivamo vibrioni. Pogledajte fotografije bakterijskih stanica različitih oblika snimanih elektronskim mikroskopom.
Bakterijske su stanice u odnosu na eukariotske stanice
- mnogo manje
- jednostavnije građe.
Većina bakterijskih stanica duljine je od 0,5 do 2 μm.
Slika 1.2.1.: Crvene su krvne stanice među najmanjim stanicama koje izgrađuju ljudski organizam, no ipak mnogo su veće od bakterijskih stanica.
Bakterijske stanice najčešće se pojavljuju u sljedeća četiri oblika:
• stanice štapićastoga oblika - bacili
• stanice kuglastoga oblika - koki
• stanice spiralnoga oblika - spirili
• stanice oblika zareza - vibrioni.
Pogledajte fotografije bakterijskih stanica različitih oblika snimanih elektronskim mikroskopom.
Oblici bakterijskih stanica
Mnoge bakterije poput vrste Escherichia coli koja nastanjuje debelo crijevo čovjeka jesu štapićastoga oblika. Povećanje: 4000 x
Velik broj bakterijskih vrsta ima stanice kuglastoga oblika. Povećanje: 4000 x
Bakterija koja uzrokuje koleru pojavljuje se u oblika zareza. Kolera je crijevna infekcija čiji simptomi poput proljeva i povraćanja mogu uzrokovati za život opasnu dehidraciju. Povećanje: 10 000 x
Sifilis je spolno prenosiva bolest, a uzrokuje ga bakterija spiralnoga oblika. Povećanje: 3250 x
×
Mnoge bakterije poput vrste Escherichia coli koja nastanjuje debelo crijevo čovjeka jesu štapićastoga oblika. Povećanje: 4000 x
Velik broj bakterijskih vrsta ima stanice kuglastoga oblika. Povećanje: 4000 x
Bakterija koja uzrokuje koleru pojavljuje se u oblika zareza. Kolera je crijevna infekcija čiji simptomi poput proljeva i povraćanja mogu uzrokovati za život opasnu dehidraciju. Povećanje: 10 000 x
Sifilis je spolno prenosiva bolest, a uzrokuje ga bakterija spiralnoga oblika. Povećanje: 3250 x
Iako su bakterijski organizmi jednostanični, stanice mnogih bakterijskih vrsta udružuju se u kolonije. Ponekad takve nakupine mogu činiti biofilm, to jest stanice povezane sluzavim omotačem koje žive na raznim površinama. Jedna vrsta biofilma jest bakterijski plak na površini zuba.
Slika 1.2.2.: Bakterije koje uzrokuju karijes mogu se udružiti u biofilm na površini zuba ako se ne održava oralna higijena. Povećanje: 5000 x
Tipična bakterijska stanica sadrži brojne unutarnje i vanjske stanične dijelove. Unutarnji dijelovi jesu oni dijelovi koji se nalaze u staničnoj citoplazmi, okruženi staničnom membranom. To su nukleoid, ribosomi i plazmid. Vanjske dijelove nalazimo s vanjske strane stanične membrane. To su bakterijska stijenka, kapsula, bičevi i pili.
Istražite građu bakterijske stanice. Klikom na pojedini stanični dio doznajte koja je njegova uloga.
Jednostanične bakterijske stanice mnogih vrsta udružuju se u kolonije.
Ponekad takve kolonije ili nakupine mogu činiti biofilm.
Biofilm čine stanice povezane sluzavim omotačem.
Jedna vrsta biofilma jest bakterijski plak na površini zuba.
Slika 1.2.2.: Bakterije koje uzrokuju karijes mogu se udružiti u biofilm na površini zuba ako se ne održava oralna higijena. Povećanje: 5000 x
Tipična bakterijska stanica sadrži brojne unutarnje i vanjske stanične dijelove.
• Unutarnji dijelovi nalaze se u staničnoj citoplazmi, okruženi staničnom membranom. To su:
- nukleoid
- ribosomi
- plazmid.
• Vanjske dijelove nalazimo s vanjske strane stanične membrane. To su:
- bakterijska stijenka
- kapsula
- bičevi
- pili.
Istražite građu bakterijske stanice klikom na pojedini stanični dio.
Doznajte koja je uloga pojedinoga staničnog dijela.
Prouči uloge pojedinih dijelova bakterijske stanice.
Pilus
Kapsula
Stijenka
Nukleoid
Ribosom
Plazmid
Bič
Stanična membrana
Bakterije se razmnožavaju nespolno procesom koji se zove binarna dioba. Prije svake diobe potrebno je da se molekula DNA udvostruči. Binarnom diobom nastaju dvije nove stanice s istim genskim zapisom, što ih čini klonovima. Nakon svake diobe broj se stanica udvostruči. U idealnim uvjetima bakterijske se stanice mogu dijeliti svakih 10 - 30 minuta, mnogo brže od eukariotskih stanica. Razmislite i predložite idealne uvjete za brzo razmnožavanje bakterija.
Bakterijese razmnožavaju nespolno procesom koji se zove binarna dioba.
• Prije svake diobe potrebno je da se molekula DNA udvostruči.
• Binarnom diobom nastaju dvije nove stanice.
• Dvije nove stanice imaju isti genski zapis, što ih čini klonovima.
U idealnim se uvjetima bakterijske stanice mogu dijeliti svakih 10 - 30 minuta.
Bakterijske se stanice dijele mnogo brže od eukariotskih stanica.
Razmislite i predložite.
- koji bi bili idealni uvjeti za brzo razmnožavanje bakterija.
Proučite tablicu i promotrite eksponencijalni rast broja stanica. Razmislite mogu li se stanice dijeliti eksponencijalno unedogled.
Tablica 1.1.Ovisnost broja prokariotskih stanica o broju dioba (primjer prikazuje broj stanica nastalih iz jedne početne stanice)
broj dioba
0
1
2
3
4
5
broj stanica
1
2
4
8
16
32
Broj stanica možemo izračunati kao vrijednost 2n pri kojoj je n broj dioba. Iz tablice je vidljivo da je tada lako izračunati da nakon 4 diobe iz jedne ishodišne stanice nastaje 24 = 16 bakterijskih stanica.
Nakon svake diobe broj se stanica udvostruči.
Proučite tablicu i promotrite eksponencijalni rast broja stanica.
Razmislite mogu li se stanice dijeliti eksponencijalno unedogled.
Tablica 1.1. Ovisnost broja prokariotskih stanica o broju dioba (primjer prikazuje broj stanica nastalih iz jedne početne stanice)
broj dioba
0
1
2
3
4
5
broj stanica
1
2
4
8
16
32
Broj stanica možemo izračunati kao vrijednost 2n pri kojoj je n broj dioba.
Iz tablice je vidljivo da:
nakon 4 diobe iz jedne ishodišne stanice nastaje 24 = 16 bakterijskih stanica.
Riješite zadatak i klikom provjerite rješenje.
Bakterija E. coli u povoljnim se uvjetima dijeli svakih 30 minuta. Izračunajte koliko će stanica biti prisutno nakon tri sata dijeljenjem samo jedne početne stanice u povoljnim uvjetima.
Točan odgovor:
64
Bakterije i zdravlje čovjeka
Prokariotske stanice imaju vrlo raznolik metabolizam. Neke se hrane autotrofno, a neke heterotrofno. Većina heterotrofnih bakterija jesu razlagači koji su neophodan dio svakoga ekosustava. Mnoge bakterije žive kao korisni organizmi u životinjama. Bakterije možemo naći i u ljudskome organizmu u kojemu imaju važnu ulogu u probavi, poglavito u debelome crijevu. Mnoge vrste bakterija prisutne su i na ljudskoj koži i u ustima, a nedavno su u čovjeku pronađene i malobrojne vrste arheja (također prokariotskih organizama, o kojima će više riječi biti u nastavku). Dakle, normalno je da se određene bakterije pojavljuju u određenim dijelovima našeg tijela i tamo one ne izazivaju problem za ljudsko zdravlje, međutim ako se te određene bakterije nađu na nekom drugom mjestu u ljudskom organizmu, mogu izazvati bolest, odnosno tada one postaju patogene. Manji broj vrsta bakterija je isključivo patogen.
Istražite neke česte bakterijske bolesti klikom na pojedini dio čovjekova tijela.
Prokariotske stanice imaju vrlo raznolik metabolizam. Prokariotske stanice mogu se hraniti • autotrofno
• heterotrofno.
Većina heterotrofnih bakterija jesu razlagači i neophodan su dio svakoga ekosustava.
Mnoge bakterije žive kao korisni organizmi u životinjama.
Bakterije možemo naći u ljudskome organizmu.
Za čovjeka maju veliku ulogu u probavi, poglavito u debelome crijevu.
Mnoge vrste nalazimo još i na koži i u ustima.
Nedavno su u čovjeku pronađene i malobrojne vrste arheja.
Korisne vrste bakterija mogu postati patogene.
Patogene postaju ako se prošire u dijelove tijela u kojemu nisu predviđene:
u krvotok, živčani ili mokraćni sustav.
.
Manji je broj vrsta bakterija isključivo patogen. Bakterije koje su isključivo patogene uzrokuju bolesti.
Istražite neke česte bakterijske bolesti klikom na pojedini dio čovjekova tijela.
Tetanus
Sifilis, gonoreja i klamidija
Tuberkuloza
Akne
Gastritis
Angina
Urinarna infekcija
Karijes
Mogućnost zaraze bakterijama može se znatno umanjiti pravilnim higijenskim postupcima. Ako ipak dođe do zaraze, jedan od mogućih načina liječenja jest korištenje antibiotika. Antibiotici su spojevi koji djeluju na metabolizam prokariotske stanice te koče i zaustavljaju razvoj mikroorganizama (bakteriostatički učinak) ili ih usmrćuju (baktericidni učinak). Na taj način mogu smanjiti broj patogenih bakterija te umanjiti prijetnju imunosnomu sustavu domaćina. Antibiotike prirodno proizvode mnogi mikroorganizmi kao što su plijesni. Do danas je otkriveno mnogo vrsta antibiotika. Neki antibiotici su učinkoviti u suzbijanju velikog broja različitih vrsta bakterija, a neki su učinkoviti u borbi protiv manjeg broja bakterijskih vrsta. Ipak, u današnje je doba zabrinjavajuća sve češća pojava sojeva bakterija otpornih (rezistentnih) na pojedini antibiotik. Ako neki soj bakterija postane otporan na određeni antibiotik, u liječenju bolesti koju uzrokuje taj bakterijski soj potrebno je primijeniti neki drugi učinkoviti antibiotik. Međutim, s vremenom bakterije mogu razviti otpornost i na njega. Poznato je nekoliko vrsta bakterija koje su otporne na različite vrste antibiotika. Takve se bakterije nazivaju superbakterije i bolesti koje uzrokuju teško je liječiti. Čestim i nepotrebnim korištenjem antibiotika, primjerice, protiv virusnih bolesti, ubrzava se pojava otpornih sojeva bakterija.
Slika 1.2.3.:Najpoznatija superbakterija današnjice jest zlatni stafilokok ili MRSA (eng. methicilin resistant Staphylococcus aureus). Bakterija je čest stanovnik kože čovjeka, no u ljudi slaboga imuniteta može izazvati infekciju pogotovo nakon kirurških zahvata.
Pogledajte videozapis i doznajte koje su posljedice nepravilnoga korištenja antibiotika.
Zaraze bakterijama mogu se znatno umanjiti pravilnim higijenskim postupcima. Ako dođe do zaraze, jedan od načina liječenja jest korištenje antibiotika.
Antibiotici su organski spojevi koji mogu
- ubiti bakterije djelujući na metabolizam prokariotske stanice (baktericidni učinak)
- usporiti razmnožavanje tako da nisu prijetnja imunosnomu sustavu domaćina (bakteriostatički učinak).
Antibiotike prirodno proizvode mnogi mikroorganizmi kao što su plijesni.
Do danas je otkriveno mnogo vrsta antibiotika.
Neki su antibiotici djelotvorni na velik broj različitih bakterijskih vrsta, a neki na manji broj vrsta. Sve su češći sojevi bakterija otpornih (rezistentnih) na pojedini antibiotik.
Ako neki soj postane otporan, potrebno je upotrijebiti neku drugu vrstu antibiotika.
S vremenom bakterije mogu razviti otpornost i na tu drugu vrstu antibiotika.
Poznato je nekoliko vrsta bakterija koje su otporne na različite vrste antibiotika.
Bakterije otporne na antibiotike nazivamo superbakterije.
Superbakterije uzrokuju bolesti koje je teško liječiti.
Često i nepotrebno korištenje antibiotika nije poželjno
primjerice protiv virusnih bolesti.
Učestalom upotrebom antibiotika ubrzava se pojava otpornih sojeva bakterija.
Slika 1.2.3.: Najpoznatija superbakterija današnjice jest zlatni stafilokok ili MRSA (eng. methicilin resistant Staphylococcus aureus). Bakterija je čest stanovnik kože čovjeka, no u ljudi slaboga imuniteta može izazvati infekciju pogotovo nakon kirurških zahvata.
Pogledajte videozapis i doznajte koje su posljedice nepravilnoga korištenja antibiotika.
Na početku videozapisa prikazan je Aleksandar Fleming u laboratoriju. Fleming je u bijeloj kuti i u ruci drži Petrijevu zdjelicu u kojoj se nalazi plijesan koja proizvodi antibiotik. U laboratoriju je vidljiv velik broj naslaganih Petrijevih zdjelica. Slijedi slika pacijenta koji razgovara s liječnicom, a tekst nas upozorava da se antibiotici koriste isključivo prema preporuci liječnika. Prikazuje se simulacija brojnosti bakterija pri uzimanju antibiotika. Bakterije su na simulaciji prikazane kao narančasti krugovi. Njihov broj se uzimanjem antibiotika na simulaciji postepeno smanjuje. Zatim se u simulaciji obustavlja korištenje antibiotika prije nego su sve bakterije uništene. Dvije bakterije su ostale žive i s vremenom se njihov broj tijekom simulacije opet poveća na prvotnu razinu. Zatim je simulacijom prikazano što se događa ako neke bakterije postanu otporne na antibiotik. Te bakterije su prikazane u simulaciji kao zeleni krugovi. Na njih antibiotik ne djeluje te one prežive uzimanje antibiotika i zatim se njihov broj značajno poveća.
Arheje
Pripadnici arheja svojim oblikom i veličinom ne razlikuju se od bakterija, no u provođenju mnogih metaboličkih reakcija sličniji su eukariotskim organizmima negoli bakterijama. Za arheje se prvotno smatralo da nastanjuju samo staništa u kojima vladaju ekstremni životni uvjeti.
Promotrite raznolika staništa ekstremnih uvjeta u kojima su pronađene arheje.
Arheje
• ne razlikuju od bakterija svojim oblikom i veličinom
• sličnije su eukariotskim stanicama negoli bakterijama u provođenju mnogih metaboličkih reakcija.
Arheje su isprva bile prepoznate samo u staništima ekstremnih životnih uvjeta.
Promotrite raznolika staništa ekstremnih uvjeta u kojima su pronađene arheje.
Staništa arheja
Hidrotermalne izvore najčešće nalazimo na oceanskome dnu gdje se miješaju magma i oceanska voda. Takva su područja bogata raznolikim kemijskim spojevima otopljenim u vodi.
Gejziri su vodeni izvori čiji se podzemni kanali nalaze u blizini vulkana. Magma periodički zagrijava podzemnu vodu koja pod visokim tlakom bude izbačena na površinu.
Mrtvo more jedno je od najslanijih jezera na svijetu, a dobilo je ime zbog nedostatka životinjskoga i biljnoga života. Ipak, takvo je ekstremno stanište dom mnogim arhejama.
×
Hidrotermalne izvore najčešće nalazimo na oceanskome dnu gdje se miješaju magma i oceanska voda. Takva su područja bogata raznolikim kemijskim spojevima otopljenim u vodi.
Gejziri su vodeni izvori čiji se podzemni kanali nalaze u blizini vulkana. Magma periodički zagrijava podzemnu vodu koja pod visokim tlakom bude izbačena na površinu.
Mrtvo more jedno je od najslanijih jezera na svijetu, a dobilo je ime zbog nedostatka životinjskoga i biljnoga života. Ipak, takvo je ekstremno stanište dom mnogim arhejama.
Iako su još uvijek slabo istražene, danas su arheje pronađene u gotovo svim staništima na Zemlji. Nalazimo ih u tlu, u oceanima, a dio su i crijevnoga mikrobioma čovjeka. Nijedna opisana arheja nije patogena. Naprotiv, često žive u simbiozi s drugim organizmima ili su kemosintetski autotrofi.
Arheje su još uvijek slabo istražene. Danas su arheje pronađene u gotovo svim staništima na Zemlji.
Nalazimo ih u tlu, u oceanima, a dio su i crijevnoga mikrobioma čovjeka. Nijedna opisana arheja nije patogena.
Naprotiv, često žive u simbiozi s drugim organizmima ili su kemosintetski autotrofi.
Evolucija prokariotskih organizama
Pretpostavlja se da su prvi organizmi na Zemlji bili prokarioti koji su živjeli prije otprilike 4 milijarde godina, vrlo brzo nakon nastanka planeta Zemlje. Arheje i bakterije razdvojile su se veoma rano na evolucijskome stablu, a smatra se i da je upravo jedan ogranak danas izumrlih arheja predak svih današnjih eukariota.
Slika 1.2.4.: Pojedine sličnosti u genomu arheja i eukariota navele su znanstvenike da zaključe kako su arheje srodnije eukariotskim organizmima nego bakterijama.
Pretpostavlja se da su prvi organizmi na Zemlji bili prokarioti.
Prokarioti su nastali vrlo brzo nakon nastanka planeta Zemlje.
Živjeli su prije otprilike 4 milijarde godina. Arheje i bakterije razdvojile su se veoma rano na evolucijskome stablu.
Smatra se da je jedan ogranak izumrlih arheja predak svih današnjih eukariota.
Slika 1.2.4.: Pojedine sličnosti u genomu arheja i eukariota navele su znanstvenike da zaključe kako su arheje srodnije eukariotskim organizmima nego bakterijama.
Za kraj...
Prokariotske stanice jednostavnije su građe od eukariotskih.
Uglavnom su kuglastoga ili štapićastoga oblika, a još mogu biti spiralnoga oblika ili oblika zareza.
Dijele se nespolno binarnom diobom kojom nastaju stanice klonovi.
Bakterijske se infekcije mogu liječiti antibioticima, no mnogi sojevi razviju otpornost na pojedine antibiotike.
Čestim i nepotrebnim korištenjem antibiotika ubrzavamo proces njihova stjecanja otpornosti.
Arheje su manje istraženi organizmi od bakterija, a najpoznatiji su oblici oni koji nastanjuju staništa ekstremnih uvjeta.
• Prokariotske stanice jednostavnije su građe od eukariotskih.
Uglavnom su
- kuglastoga ili štapićastoga oblika
- mogu biti i spiralnoga oblika ili oblika zareza.
• Dijele se nespolno binarnom diobom kojom nastaju stanice klonovi.
• Bakterijske se infekcije mogu liječiti antibioticima.
.
• Mnogi sojevi bakterija razviju otpornost na pojedine antibiotike.
• Čestim i nepotrebnim korištenjem antibiotika ubrzavamo proces njihova stjecanja otpornosti.
• Arheje su manje istraženi organizmi od bakterija.
• Najpoznatiji oblici arheja nastanjuju staništa ekstremnih uvjeta.
