Archaea: Structuur, Kenmerken & Domein

Inhoud

• Archaea definiëren
• Structuur van Archaea
• Celwand
• Celmembraan
• Genen en genetische informatie
• flagella
• Waar overleeft Archaea?

Archaea is een relatief nieuwe levensindeling die oorspronkelijk werd voorgesteld door Carl Woese, een Amerikaanse microbioloog, in 1977.

Hij ontdekte dat bacteriën, die prokaryotische cellen zonder kern zijn, in twee afzonderlijke groepen kunnen worden verdeeld op basis van hun genetisch materiaal. Zowel bacteriën als archaea zijn eencellige organismen, maar archaea hebben een compleet andere celmembraanstructuur waardoor ze kunnen overleven in extreme omgevingen.

Archaea definiëren

Woese suggereerde eerst dat het leven gegroepeerd werd in de drie domeinen Eukarya, Bacteria en Archaebacteria. (Mogelijk ziet u deze drie namen met kleine letters beginnen, maar als u het over de specifieke domeinen hebt, worden de termen met een hoofdletter geschreven.)

Toen uit meer onderzoek bleek dat de cellen van het domein Archaebacteria eigenlijk heel anders waren dan bacteriën, werd de oude term geschrapt. De nieuwe domeinnamen zijn Bacteria, Archaea en Eukarya, waarbij Eukarya bestaat uit organismen waarvan de cellen een kern hebben.

Aan de levensboom bevinden de cellen van het domein archaea zich tussen de cellen van bacteriën en die van de eukarya, waaronder meercellige organismen en hogere dieren.

Archaea reproduceren aseksueel door binaire splijting; de cellen splitsen zich in twee dezelfde bacteriën. In termen van hun membraan en chemische structuur delen de archaea-cellen kenmerken met eukaryotische cellen. Unieke archaea-kenmerken omvatten hun vermogen om te leven in extreem hete of chemisch agressieve omgevingen, en ze kunnen overal op de aarde worden gevonden, waar bacteriën overleven.

Die archaea die in extreme habitats leven, zoals warmwaterbronnen en diepzee-openingen, worden extremofielen genoemd. Vanwege hun vrij recente identificatie als een afzonderlijk domein in de boom van het leven, wordt fascinerende informatie over archae, hun evolutie, hun gedrag en hun structuur nog steeds ontdekt.

Structuur van Archaea

Archaea zijn prokaryoten, wat betekent dat de cellen geen kern of andere membraangebonden organellen in hun cellen hebben.

••• Dana Chen | Sciencing

Net als bacteriën hebben de cellen een opgerolde ring van DNA en het celcytoplasma bevat ribosomen voor de productie van celeiwitten en andere stoffen die de cel nodig heeft. In tegenstelling tot bacteriën kunnen de celwand en het membraan stijf zijn en de cel een specifieke vorm geven, zoals plat, staafvormig of kubisch.

Archaea-soorten hebben gemeenschappelijke kenmerken zoals vorm en metabolisme, en ze kunnen zich reproduceren via binaire splijting, net als bacteriën. Horizontale genoverdracht is echter gebruikelijk en archaea-cellen kunnen plasmiden opnemen die DNA uit hun omgeving bevatten of DNA met andere cellen uitwisselen.

Als gevolg hiervan kunnen archaea-soorten snel evolueren en veranderen.

Celwand

De basisstructuur van archaea-celwanden is vergelijkbaar met die van bacteriën in die zin dat de structuur is gebaseerd op koolhydraatketens.

Omdat archaea in meer gevarieerde omgevingen overleven dan andere levensvormen, moeten hun celwand en celmetabolisme even gevarieerd en aangepast zijn aan hun omgeving.

Als gevolg hiervan bevatten sommige archaea-celwanden koolhydraten die verschillen van die van de celwanden van bacteriën, en sommige bevatten eiwitten en lipiden om ze sterkte en weerstand tegen chemicaliën te geven.

Celmembraan

Sommige van de unieke kenmerken van archaea-cellen zijn te wijten aan de speciale kenmerken van hun celmembraan.

Het celmembraan ligt in de celwand en regelt de uitwisseling van stoffen tussen de cel en zijn omgeving. Net als alle andere levende cellen bestaat het archaea-celmembraan uit fosfolipiden met vetzuurketens, maar de bindingen in de archaea-fosfolipiden zijn uniek.

Alle cellen hebben een fosfolipide dubbellaag, maar in archaea-cellen heeft de dubbellaag ether bindingen terwijl de cellen van bacteriën en eukaryoten hebben ester obligaties.

Etherbindingen zijn beter bestand tegen chemische activiteit en laten archaea-cellen overleven in extreme omgevingen die andere levensvormen zouden doden. Hoewel de etherbinding een belangrijk onderscheidend kenmerk van archaea-cellen is, verschilt het celmembraan ook van dat van andere cellen in de details van zijn structuur en het gebruik van lange isoprenoid ketens om zijn unieke fosfolipiden te maken met vetzuren.

De verschillen in celmembranen duiden op een evolutionaire relatie waarin bacteriën en eukaryoten zich ontwikkelden na of afzonderlijk van archaea.

Genen en genetische informatie

Zoals alle levende cellen, vertrouwt archaea op de replicatie van DNA om ervoor te zorgen dat dochtercellen identiek zijn aan de oudercel. De DNA-structuur van archaea is eenvoudiger dan die van eukaryoten en lijkt op de bacteriële genstructuur. Het DNA wordt gevonden in enkele cirkelvormige plasmiden die aanvankelijk worden opgerold en die rechttrekken voorafgaand aan celdeling.

Hoewel dit proces en de daaropvolgende binaire splitsing van de cellen vergelijkbaar is met die van bacteriën, vindt de replicatie en translatie van DNA-sequenties plaats zoals bij eukaryoten.

Als het cel-DNA eenmaal is opgerold, lijkt het RNA-polymerase-enzym dat wordt gebruikt om de genen te kopiëren meer op eukaryote RNA-polymerase dan op het overeenkomstige bacteriële enzym. Het maken van de DNA-kopie verschilt ook van het bacteriële proces.

DNA-replicatie en -vertaling is een van de manieren waarop archaea meer op cellen van dieren lijken dan op die van bacteriën.

flagella

Net als bij bacteriën, laat flagella de archaea bewegen.

Hun structuur en bedieningsmechanisme zijn vergelijkbaar in archaea en bacteriën, maar hoe ze evolueerden en hoe ze zijn gebouwd, verschillen. Deze verschillen suggereren opnieuw dat archaea en bacteriën afzonderlijk evolueerden, met een punt van differentiatie vroeg in evolutionaire termen.

Overeenkomsten tussen leden van de twee domeinen kunnen worden herleid tot latere horizontale DNA-uitwisseling tussen cellen.

Het flagellum in archaea is een lange steel met een basis die een roterende werking kan ontwikkelen in combinatie met het celmembraan. De roterende actie resulteert in een whiplike beweging die de cel vooruit kan stuwen. In archaea wordt de stengel geconstrueerd door materiaal aan de basis toe te voegen, terwijl in bacteriën de holle stengel wordt opgebouwd door materiaal omhoog door het holle centrum te bewegen en aan de bovenkant af te zetten.

Flagella zijn nuttig bij het verplaatsen van cellen naar voedsel en bij het verspreiden na celdeling.

Waar overleeft Archaea?

Het belangrijkste onderscheidende kenmerk van archaea is hun vermogen om te overleven in giftige omgevingen en extreme habitats.

Afhankelijk van hun omgeving zijn archaea aangepast met betrekking tot hun celwand, celmembraan en metabolisme. Archaea kan een verscheidenheid aan energiebronnen gebruiken, waaronder zonlicht, alcohol, azijnzuur, ammoniak, zwavel en koolstoffixatie van koolstofdioxide in de atmosfeer.

Afvalproducten zijn methaan en methanogene archaea zijn de enige cellen die deze chemische stof kunnen produceren.

De archaea-cellen die in extreme omgevingen kunnen leven, kunnen worden geclassificeerd afhankelijk van hun vermogen om in specifieke omstandigheden te leven. Vier van dergelijke classificaties zijn:

Enkele van de meest vijandige omgevingen op aarde zijn de diepzeehydrothermische ventilatieopeningen op de bodem van de Stille Oceaan en hete bronnen zoals die gevonden in Yellowstone National Park. Hoge temperaturen in combinatie met corrosieve chemicaliën zijn meestal vijandig voor het leven, maar archaea zoals ignicoccus hebben geen problemen met die locaties.

De weerstand van archaea tegen dergelijke omstandigheden heeft wetenschappers ertoe gebracht te onderzoeken of archaea of ​​soortgelijke organismen in de ruimte of op anderszins vijandige planeten zoals Mars konden overleven.

Met hun unieke kenmerken en relatief recente verschijning aan bekendheid, belooft het Archaea-domein interessantere kenmerken en mogelijkheden van deze cellen te onthullen, en het kan verrassende onthullingen in de toekomst bieden.