Prokariotu un eikariotu šūnu atšķirības

Prokariota šūna ir vienkārša, bet ne primitīva. Tās ārpusē parasti ir šūnas siena, kas baktērijām sastāv no peptidoglikāna un nosaka šūnas formu un izturību. Zem tās atrodas šūnas membrāna, kas šeit uzņemas arī uzdevumus, kurus eikariotiem veic atsevišķi organoīdi, tostarp enerģijas ieguves procesus.

Iekšpusē nav ne kodola, ne membrānu norobežotu nodalījumu. Iedzimtības materiāls parasti ir viena noslēgta, gredzenveida dezoksiribonukleīnskābes molekula, kas atrodas nukleoīda apgabalā. Papildus var būt mazi patstāvīgi gredzeni, ko sauc par plazmīdām, un tieši tajās bieži atrodas rezistences pret antibiotikām gēni.

Ārpusē daudzām baktērijām ir papildu struktūras. Kapsula pasargā no imūnsistēmas rijējšūnām, pili ļauj pieķerties virsmām un apmainīties ar plazmīdām, bet vicas nodrošina kustību. Katra no šīm struktūrām ir svarīga arī klīniski, jo tās nosaka, cik viegli baktērija iekaro audus.

Eikariota šūnas galvenā iezīme ir iekšēja sadalīšana nodalījumos. Kodolu (nucleus) ietver dubulta membrāna ar porām, caur kurām notiek apmaiņa ar citoplazmu. Kodolā hromosomas ir lineāras un savītas ap olbaltumvielām, kas ļauj milzīgu daudzumu iedzimtības materiāla iepakot nelielā telpā.

Citoplazmā atrodas organoīdi ar sadalītiem uzdevumiem. Mitohondriji ražo lielāko daļu šūnas enerģijas. Raupjais endoplazmatiskais tīkls ar ribosomām sintezē olbaltumvielas izvadīšanai, gludais tīkls piedalās tauku vielmaiņā. Golgi komplekss olbaltumvielas apstrādā un šķiro, lizosomas sagremo nevajadzīgo.

Formu un kustību nodrošina citoskelets, olbaltumvielu pavedienu tīkls, kas vienlaikus kalpo par sliedēm, pa kurām pārvietojas pūslīši. Tieši citoskelets ļauj eikariotu šūnai būt lielai, mainīt formu, migrēt un veidot specializētas struktūras, piemēram, nervu šūnas izaugumus vai muskuļa saraušanās aparātu.

Tipiska baktērija ir vairākkārt mazāka par tipisku cilvēka šūnu, un šī izmēra starpība nav nejauša. Maza šūna spēj iztikt bez iekšējas transporta sistēmas, jo difūzija tajā notiek pietiekami ātri. Lielai šūnai difūzija vien vairs nepietiek, un tieši tāpēc eikariotiem ir vajadzīgs citoskelets, pūslīšu transports un atsevišķi nodalījumi.

Izmērs nosaka arī vairošanās ātrumu. Prokariotu šūna labvēlīgos apstākļos var dalīties ļoti bieži, tāpēc baktēriju populācija aug strauji, un tieši tāpēc baktēriju infekcija var attīstīties dažu stundu laikā. Eikariotu šūnas cikls ir garāks un stingrāk kontrolēts.

Ir arī izņēmumi, kas norāda, ka dalījums nav absolūts. Daļa baktēriju ir neparasti lielas, un daļa eikariotu šūnu ir ļoti mazas. Tāpēc šūnas tipu nosaka pēc uzbūves, nevis pēc izmēra.

Prokarioti dalās vienkāršā dalīšanās procesā, kurā gredzenveida molekula tiek nokopēta un abas kopijas atvirzās uz šūnas pretējiem galiem, pēc tam šūna sadalās uz pusēm. Nav ne vārpstas, ne hromosomu kondensācijas, ne vairāku kontroles punktu.

Eikariotu šūnas dalās sarežģītāk, jo tām jāsadala vairākas hromosomas precīzi vienādi. To nodrošina mitoze, kurā no vienas šūnas rodas divas ģenētiski identiskas, un mejoze, kurā veidojas dzimumšūnas ar uz pusi mazāku hromosomu skaitu.

Šī sarežģītība ir arī vājā vieta. Kļūdas hromosomu sadalē rada hromosomu skaita novirzes, un kļūdas šūnas cikla kontrolē ir viens no ļaundabīgu audzēju veidošanās pamatmehānismiem.

1. Prokariotam: iedzimtības gredzens tiek nokopēts.
2. Prokariotam: kopijas atvirzās uz pretējiem galiem un šūna pāršķeļas.
3. Eikariotam: šūna dubulto hromosomas un pārbauda kopiju pareizību.
4. Eikariotam: hromosomas sablīvējas un tiek piestiprinātas dalīšanās vārpstai.
5. Eikariotam: hromatīdas atdalās, veidojas divi kodoli, un citoplazma sadalās.

Zāļu darbība balstās uz atšķirībām. Daudzas antibiotikas iedarbojas uz baktērijas šūnas sienu, kādas cilvēka šūnai vispār nav, citas traucē baktērijas ribosomu darbu, kuras pēc uzbūves atšķiras no cilvēka ribosomām. Tāpēc šīs zāles baktēriju nogalina, bet cilvēka šūnu būtiski neskar.

No tā izriet arī tas, ko antibiotikas nespēj. Vīruss nav šūna: tam nav ne ribosomu, ne šūnas sienas, ne pašam savas vielmaiņas, tāpēc antibiotikas pret vīrusu infekcijām nedarbojas. Sēne savukārt ir eikariots, un tās šūna cilvēka šūnai ir tuva, tāpēc pretsēnīšu līdzekļiem mērķu ir maz un blakusparādību vairāk.

Ar baktēriju izraisītām slimībām strādā infektologs sadarbībā ar mikrobiologa laboratoriju, bet ikdienā ārstēšanu visbiežāk sāk ģimenes ārsts. Pie ārsta jāvēršas, ja drudzis saglabājas vairākas dienas, ja stāvoklis strauji pasliktinās, ja parādās izsitumi, kas nebālē, apjukums vai elpas trūkums.

• Šūnas sienas sintēzes bloķēšana: darbojas tikai pret baktērijām.
• Baktēriju ribosomu darbības traucēšana: cilvēka ribosomas skartas daudz mazāk.
• Baktēriju iedzimtības materiāla kopēšanas traucēšana.
• Sēnīšu šūnas membrānas sastāvdaļu ietekmēšana: šaurāka drošības robeža.

Plaši atzītā izcelsmes skaidrojumā mitohondriji cēlušies no brīvi dzīvojošas prokariotiskas šūnas, kas nonākusi citas šūnas iekšienē un tur palikusi. Šo skaidrojumu sauc par endosimbiozes teoriju, un to atbalsta vairākas mitohondriju iezīmes: tiem ir sava neliela gredzenveida iedzimtības molekula, savas ribosomas, kas līdzinās baktēriju ribosomām, un tie dalās neatkarīgi no šūnas dalīšanās.

Šim faktam ir praktiskas sekas. Mitohondriju iedzimtības materiālu bērns saņem no mātes, nevis no abiem vecākiem, tāpēc mitohondriju slimības pārmantojas pa mātes līniju. Tas arī izskaidro, kāpēc atsevišķas antibiotikas, kas vērstas pret baktēriju ribosomām, retos gadījumos var ietekmēt arī cilvēka mitohondrijus.

Tādā pašā veidā radušies arī augu hloroplasti. Tas nozīmē, ka robeža starp abām šūnu grupām vēsturiski nav bijusi tik strikta, kā izskatās mūsdienu shēmā.

Parastais gaismas mikroskops ļauj redzēt, ka eikariota šūnai ir kodols, bet baktērijai tāda nav, un tas jau bieži ir pietiekami. Baktēriju sākotnējai grupēšanai izmanto Grama krāsošanu, kas parāda šūnas sienas uzbūves atšķirības un sadala baktērijas divās lielās grupās.

Organoīdus mikroskopā ar parasto palielinājumu saskatīt nevar, tāpēc to uzbūvi pēta ar elektronmikroskopiju. Konkrētas struktūras šūnā parāda arī iekrāsošana ar antivielām, kas piesaistās tikai vienai olbaltumvielai.

Klīniskajā praksē baktēriju identificē nevis pēc izskata, bet pēc augšanas uz barotnēm, bioķīmiskajām īpašībām un molekulārajām metodēm. Tajā pašā uzsējumā nosaka arī jutību pret antibiotikām, un tieši šis rezultāts nosaka ārstēšanas izvēli.

Pirmais un biežākais ir vīrusa pieskaitīšana šūnām. Vīruss ir iedzimtības materiāls olbaltumvielu apvalkā, tam nav ne membrānas vielmaiņas, ne ribosomu, un tas var vairoties tikai svešas šūnas iekšienē. Tāpēc dalījums prokarioti un eikarioti uz vīrusiem vispār neattiecas.

Otrs ir arheju sajaukšana ar baktērijām. Abas ir prokariotu šūnas bez kodola, taču to šūnas sienas un daudzu olbaltumvielu uzbūve atšķiras, un vairākos aspektos arhejas ir tuvākas eikariotiem. Cilvēka slimības tās praktiski neizraisa.

Trešais ir pieņēmums, ka eikariots vienmēr nozīmē daudzšūnu organismu. Daudzi eikarioti ir vienšūnas organismi, piemēram, raugs un vairāki parazīti, kas cilvēkam izraisa slimības. Tieši tāpēc tādu infekciju ārstēšana atšķiras no baktēriju infekciju ārstēšanas.