پروکاریوت چیست؟ – به زبان ساده + تعریف و مثال

پروکاریوت چیست؟

پروکاریوت به هر کدام ارگانیسم‌هایی گفته می‌شود که عمدتاً با فقدان هسته واقعی و سایر بخش‌های سلولی متصل به غشاء به نام اندامک‌های سلولی مشخص می‌شوند. به جای هسته، پروکاریوت‌ها دارای ناحیه نوکلوئیدی هستند که مواد ژنتیکی در آن قرار دارند. پروکاریوت‌ها موجودات تک‌سلولی بوده که ابتدایی‌ترین اشکال حیات روی زمین هستند. سلول‌های پروکاریوتی بسیار کوچک‌تر از سلول‌های یوکاریوتی هستند، هسته ندارند و فاقد اندامک هستند. تمام سلول‌های پروکاریوتی توسط دیواره سلولی محصور شده‌اند. بسیاری نیز دارای لایه کپسول یا لجن ساخته شده از پلی‌ساکارید هستند.

تاریخچه و تکامل پروکاریوت ها

نظریه درون همزیستی چیست؟

ساختار سلول پروکاریوتی چگونه است؟

یوکاریوت و پروکاریوت چیست؟

فیلم آموزش زیست‌ شناسی سلولی در فرادرس

کلیک کنید

طبقه بندی پروکاریوت ها چگونه است؟

برای مدت طولانی، همه پروکاریوت‌ها در یک دامنه طبقه‌بندی می‌شدند. با این حال، کار میکروبیولوژیست کارل ووز در دهه 1970 نشان داد که پروکاریوت‌ها به دو دودمان مجزا تقسیم می‌شوند: آرکئاها و باکتری‌ها. امروزه این گروه‌ها دو حوزه از سه حوزه زندگی را تشکیل می‌دهند. حوزه سوم (یوکاریوت‌ها) شامل همه یوکاریوت‌ها مانند گیاهان، حیوانات و قارچ‌ها می‌شود.

گونه های پروکاریوتی

دانشمندان باکتری‌ها و آرکئاها را بر اساس شباهت‌ها در ظاهر، فیزیولوژی و ژن‌ها به گروه‌هایی طبقه‌بندی می‌کنند. بسیاری از آن‌ها با استفاده از طبقه‌بندی سنتی لینه، با یک جنس و گونه نام گذاری شده‌اند. با این حال، این سوال که چگونه و اینکه آیا پروکاریوت‌ها باید به گونه‌ها گروه‌بندی شوند یا خیر، موضوع بحث بین دانشمندان باقی مانده است. مفهوم گونه صحیح برای این موجودات هنوز در حال پیشرفت است.

دانشمندان تخمین می‌زنند که ممکن است میلیون‌ها گونه پروکاریوتی (یا گروه‌های گونه مانند) وجود داشته باشد، اما ما در مورد بیشتر آن‌ها اطلاعات کمی داریم. این به لطف توالی‌یابی DNA در مقیاس بزرگ شروع به تغییر کرده است. توالی‌یابی DNA این امکان را برای دانشمندان فراهم می‌کند که کل جوامع پروکاریوتی را در زیستگاه‌های طبیعی خود مورد مطالعه قرار دهند. از جمله بسیاری از پروکاریوت‌هایی که غیرقابل کشت هستند و قبلاً برای محققان شناسایی نشده بودند.

پروکاریوت پرسلولی چیست؟

هیچ مدرکی برای اثبات وجود پروکاریوت‌های چندسلولی وجود ندارد. با توجه به برخی تحقیقات و شواهد نشان می‌دهد که وجود باکتری چندسلولی ثابت نشده است. برخی از پروکاریوت‌ها، مانند سیانوباکتری‌ها، ممکن است کلونی‌های بزرگی را تشکیل دهند. برخی دیگر مانند میکسوباکتری‌ها دارای مراحل چندسلولی در چرخه زندگی خود هستند.

پروکاریوت ها کجا زندگی می کنند؟

پروکاریوت‌ها تقریباً در تمام محیط‌های روی زمین زندگی می‌کنند. برخی از آرکئاها و باکتری‌ها اکستریموفیل هستند و در شرایط سخت مانند دماهای بالا (ترموفیل) یا شوری بالا (هالوفیل) رشد می‌کنند. بسیاری از آرکئاها به صورت پلانکتون در اقیانوس‌ها رشد می‌کنند. پروکاریوت‌های همزیست در بدن سایر موجودات از جمله انسان یا روی بدن آن‌ها زندگی می‌کنند. پروکاریوت‌ها جمعیت بالایی در خاک دارند. پروکاریوت‌های خاک با وجود نزدیکی به انسان و اهمیت اقتصادی فوق‌العاده‌ای که برای کشاورزی دارند، هنوز به شدت از ویژگی‌های آن‌ها برخوردار نیستند.

انواع پروکاریوت ها

پروکاریوت‌ها، که هم شامل باکتری‌ها و هم آرکئاها می‌شوند، تقریباً در همه جا و در هر اکوسیستم، سطوح خانه‌ها و داخل بدن ما یافت می‌شوند. برخی از پروکاریوت‌ها در محیط‌هایی زندگی می‌کنند که برای موجودات دیگر بسیار شدید است، مانند منافذ داغ در کف اقیانوس. اگرچه پروکاریوت‌ها در اطراف ما یافت می‌شوند، شناسایی، شمارش و طبقه‌بندی پروکاریوت‌ها دشوار است. گونه‌های پروکاریوتی که امروزه می‌شناسیم، بخش کوچکی از همه گونه‌های پروکاریوتی هستند که تصور می‌شود وجود داشته باشند. در ادامه انواع پروکاریوت‌ها را بررسی کرده‌ایم.

باکتری ها

انواع باکتری ها

باکتری‌ها بر اساس واکنش آن‌ها به رنگ‌آمیزی گرم به دو گروه عمده گرم مثبت و گرم منفی تقسیم می‌شوند. توجه داشته باشید که همه باکتری‌های گرم مثبت متعلق به یک گروه هستند. باکتری‌های موجود در فیلاهای دیگر (پروتئوباکتری‌ها، کلامیدیاها، اسپیروکت‌ها، سیانوباکتری‌ها و سایرین) گرم منفی هستند. روش رنگ آمیزی گرم به نام مخترع آن، دانشمند دانمارکی هانس کریستین گرام (1853-1938) نام‌گذاری شده است. پاسخ‌های مختلف باکتری به روش رنگ‌آمیزی در نهایت به دلیل ساختار دیواره سلولی است.

باکتری‌های گرم منفی دیواره سلولی نسبتاً نازکی دارند که از چند لایه پپتیدوگلیکان (تنها 10 درصد از کل دیواره سلولی) تشکیل شده است که توسط یک پوشش بیرونی حاوی لیپوپلی ساکاریدها (LPS) و لیپوپروتئین‌ها احاطه شده است. این پوشش خارجی گاهی اوقات به عنوان لایه دوم لیپیدی نامیده می‌شود. شیمی این پوشش بیرونی بسیار متفاوت است، با این حال، با شیمی دولایه لیپیدی معمولی که غشاهای پلاسمایی را تشکیل می‌دهد.

آرکئاها

• ترموفیل‌ها در دمای بالا زندگی می‌‌کنند.
• هایپرترموفیل‌ها در دمای بسیار بالا زندگی می‌کنند (رکورد کنونی 121 درجه سانتی‌گراد است).
• سایکروفیل‌ها (که کرایوفیل نیز نامیده می‌شوند) هوای سرد را دوست دارند (یکی از آن‌ها در قطب جنوب در دمای 4 درجه سانتی‌گراد بهترین رشد را دارد).
• هالوفیل‌ها در محیط‌های بسیار شور زندگی می‌کنند (مانند دریای مرده).
• اسیدوفیل‌ها در PH پایین زندگی می‌کنند (به اندازه pH= 1)
• آلکالوفیل‌ها در pH بالا رشد می‌کنند.

سیانوباکترها

آن‌ها ممکن است فاقد هسته باشند، اما دارای ریز محفظه‌ها (مانند تیلاکوئیدها و کربوکسیزوم‌ها) هستند. آن‌ها همچنین دارای رنگدانه‌های فتوسنتزی (به ویژه فیکوبیلیپروتئین‌ها) هستند که رنگ سبز مایل به آبی سلول‌های آن‌ها را تشکیل می‌دهند. سیانوباکتری‌ها شامل Chroococcales، Pleurocapsales، Oscillatoriales، Nostocales و Stigonematales هستند.

همانندسازی در پروکاریوت ها و تولید مثل آن ها

شکافت دوتایی

شکافت دوتایی شکلی از تولید مثل غیرجنسی است که در آن یک سلول برای تولید دو سلول دختر یکسان تقسیم می‌شود. تولید مثل غیرجنسی با تولید مثل جنسی تفاوت دارد زیرا شامل میوز یا لقاح گامت‌ها نمی‌شود. این فرآیند در نهایت میلیون‌ها سلول یکسان تولید می‌کند. شکافت دوتایی در شکل زیر نشان داده شده است. در شرایط بهینه، باکتری‌ها می‌توانند به سرعت رشد کرده و تقسیم شوند و برخی از باکتری‌ها می‌توانند به سرعت هر 20 دقیقه دو برابر شوند.

برخی از پروکاریوت‌ها می‌توانند ساختارهای تولید مثلی پیچیده‌تری را تشکیل دهند که امکان پراکندگی سلول‌های دختر تازه تشکیل شده را فراهم می‌‌کند. به عنوان مثال می‌توان به تشکیل بدن بارده توسط میکسوباکتریا و تشکیل هیف‌هایی توسط استرپتومایسس اشاره کرد.

مراحل شکافت دوتایی

• شکافت دوتایی با تکثیر مولکول DNA آغاز می‌شود. هر دو نسخه از DNA به غشای سلولی متصل می‌شوند.
• در مرحله بعد، غشای سلولی بین دو مولکول DNA شروع به رشد می‌کند. هنگامی که باکتری تقریباً اندازه اصلی خود را دو برابر کرد، غشای سلولی شروع به فشرده شدن به سمت داخل می‌کند.
• سپس دیواره سلولی بین دو مولکول DNA تشکیل می‌شود که سلول اصلی را به دو سلول دختر یکسان تقسیم می‌کند.

هم یوغی یا کونژوگاسیون

کونژوگاسیون باکتریایی انتقال ماده ژنتیکی بین باکتری‌ها از طریق تماس مستقیم سلول به سلول است. سلول اهداکننده ساختاری به نام «پیلوس جنسی» (F pilus) می‌سازد. پیلوس یک سلول را به سلول دیگر متصل می‌کند. غشاهای دو سلول با هم ادغام می‌شوند و مواد ژنتیکی (معمولاً پلاسمید)، به سلول گیرنده حرکت می‌کند، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

ترانسفورماسیون

ترانسداکسیون

گاهی اوقات، قطعات کوچک DNA پروکاریوتی، به جای ژنوم فاژ، در فاژ بسته می‌شود. در همان زمان، برخی از ژن‌های فاژ در کروموزوم پروکاریوتی باقی می‌مانند. سپس این ژن‌های پروکاریوتی توسط فاژ جدید به پروکاریوت‌های دیگر منتقل می‌شوند.

بخش های مختلف سلول پروکاریوت

غشای پلاسمایی پروکاریوتی

سلول‌های پروکاریوتی می‌توانند غشاهای پلاسمایی متعددی داشته باشند. به عنوان مثال، پروکاریوت‌هایی که به عنوان «باکتری‌های گرم منفی» شناخته می‌شوند، اغلب دارای دو غشای پلاسمایی هستند که فضایی بین آن‌ها به نام پری‌پلاسم شناخته می‌شود. مانند تمام سلول‌ها، غشای پلاسمایی در سلول‌های پروکاریوتی مسئول کنترل آنچه به داخل و خارج از سلول می‌رود، است. مجموعه‌ای از پروتئین‌های گیرکرده در غشاء همچنین به سلول‌های پروکاریوتی در برقراری ارتباط با محیط اطراف کمک می‌کنند. از جمله، این ارتباط می‌تواند شامل ارسال و دریافت سیگنال‌های شیمیایی از باکتری‌های دیگر و تعامل با سلول‌های موجودات یوکاریوتی در طول فرآیند عفونت باشد.

دیواره سلولی پروکاریوت

سیتوپلاسم سلول‌های پروکاریوتی دارای غلظت بالایی از املاح محلول است. بنابراین فشار اسمزی درون سلول نسبتاً زیاد است. دیواره سلولی لایه محافظ است که برخی از سلول‌ها را احاطه کرده و به آن‌ها شکل و استحکام می‌بخشد. خارج از غشای سلولی قرار دارد و از لیز اسمزی (ترکیدن به دلیل افزایش حجم) جلوگیری می‌کند. ترکیب شیمیایی دیواره‌های سلولی بین آرکئا و باکتری‌ها متفاوت است. همچنین بین گونه‌های باکتریایی می‌تواند متفاوت باشد.

کپسول باکتری

ضمائم پروکاریوتی

سلول‌های پروکاریوتی اغلب دارای زائده‌هایی (برآمدگی‌هایی از سطح سلول) هستند که به سلول اجازه می‌دهد به سطوح بچسبد، حرکت کند یا DNA را به سلول‌های دیگر منتقل کند. رشته‌های نازکی به نام فیمبریا مانند آنچه در تصویر زیر نشان داده شده است، برای چسبندگی استفاده می‌شود یعنی به سلول‌ها کمک می‌کند تا به اشیا و سطوح در محیط خود بچسبند. زائده‌های بلندتر که پیلی (مفرد: پیلوس) نامیده می‌شوند، انواع مختلفی داشته که نقش‌های متفاوتی دارند.

به عنوان مثال، پیلوس جنسی دو سلول باکتری را در کنار هم نگه می‌دارد و اجازه می‌دهد تا DNA بین آن‌ها در فرآیندی به نام کونژوگاسیون منتقل شود. دسته دیگری از پیلی باکتریایی، به نام پیلی نوع IV، به حرکت باکتری در محیط اطراف کمک می‌کند. با این حال، متداول‌ترین زائده‌هایی که برای رفت و آمد استفاده می‌شوند، تاژک هستند. این ساختارهای دم مانند مانند ملخک به اطراف می‌چرخند تا سلول‌ها را در محیط‌های آبکی حرکت دهند.

نوکلئوئید و کروموزوم پروکاریوتی

تمام حیات سلولی دارای یک ژنوم DNA است که به صورت یک یا چند کروموزوم سازماندهی شده است. کروموزوم‌های پروکاریوتی معمولاً دایره‌ای، هاپلوئید (جفت نشده) هستند و به غشای هسته‌ای پیچیده محدود نمی‌شوند. DNA پروکاریوتی و پروتئین‌های مرتبط با DNA در ناحیه نوکلوئیدی سلول متمرکز شده‌اند. به طور کلی، DNA پروکاریوتی با پروتئین‌های مرتبط با نوکلوئید (NAPs) که به سازماندهی و بسته‌بندی کروموزوم کمک می‌کند، تعامل دارد. در باکتری‌ها، NAP‌ها مشابه هیستون‌ها عمل می‌کنند. هیستون‌ها پروتئین‌های سازمان‌دهنده DNA هستند که در سلول‌های یوکاریوتی یافت می‌شوند. در آرکئاها، نوکلوئید توسط NAPs یا پروتئین‌های سازمان‌دهنده DNA شبه هیستون سازماندهی می‌شود.

پلاسمیدها

سلول‌های پروکاریوتی همچنین ممکن است حاوی DNA خارج کروموزومی یا DNA‌ای باشد که بخشی از کروموزوم نیست. این DNA خارج کروموزومی در پلاسمیدها یافت می‌شود که مولکول‌های کوچک، دایره‌ای و دو رشته‌ای DNA هستند. سلول‌هایی که پلاسمید دارند اغلب صدها عدد از آن‌ها را در یک سلول واحد دارند. پلاسمیدها بیشتر در باکتری‌ها یافت می‌شوند. با این حال، پلاسمیدها در موجودات آرکی‌باکتر و یوکاریوتی یافت شده است. پلاسمیدها اغلب حامل ژن‌هایی هستند که ویژگی‌های مفیدی مانند مقاومت آنتی‌بیوتیکی را ایجاد می‌کنند. بنابراین، آن‌ها برای بقای ارگانیسم مهم هستند.

محفظه های داخلی پروکاریوت ها

گرانول‌های «ولوتین» (Volutin) که به دلیل ویژگی‌های رنگ‌آمیزی‌شان گرانول‌های متاکروماتیک نیز نامیده می‌شوند، اجزایی هستند که فسفات معدنی پلیمریزه شده را ذخیره می‌کنند که می‌تواند در متابولیسم استفاده شود و به تشکیل بیوفیلم کمک کند. میکروب‌های شناخته شده حاوی دانه‌های ولوتین عبارتند از: آرکیا متانوسارسینا، باکتری کورینه‌باکتریوم دیفتری و جلبک یوکاریوتی تک‌سلولی کلامیدوموناس.

گرانول‌های گوگرد، نوع دیگری از اجسام اینکلوژن، در باکتری‌های گوگردی از جنس تیوباسیلوس یافت می‌شوند. این گرانول‌ها گوگرد عنصری را ذخیره می‌کنند که باکتری‌ها از آن برای متابولیسم استفاده می‌کنند. گاهی اوقات، انواع خاصی از اینکلوژن‌ها توسط یک تک‌لایه فسفولیپیدی که با پروتئین جاسازی شده است احاطه می‌شوند. پلی‌هیدروکسی بوتیرات (PHB)، که می‌تواند توسط گونه‌های باسیلوس و سودوموناس تولید شود، نمونه‌ای از گنجایشی است که این نوع ساختار تک‌لایه را نشان می‌دهد. در صنعت، PHB همچنین به عنوان منبع پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر برای پلاستیک‌های زیستی استفاده شده است.

برخی از سلول‌های پروکاریوتی دارای انواع دیگری از اینکلوژن‌ها هستند که اهدافی غیر از ذخیره مواد مغذی دارند. برای مثال، برخی از سلول‌های پروکاریوتی، واکوئل‌های گازی، تجمع وزیکول‌های گازی کوچک با پوشش پروتئینی تولید می‌کنند. این واکوئل‌های گازی به سلول‌های پروکاریوتی که آن‌ها را سنتز می‌کنند این امکان را می‌دهند که شناوری خود را تغییر دهند تا بتوانند مکان خود را در ستون آب تنظیم کنند. باکتری‌های مغناطیسی، مانند Magnetospirillum magnetotacticum، حاوی مگنتوزوم‌هایی هستند که شامل اکسید آهن مغناطیسی یا سولفید آهن هستند و توسط یک لایه لیپیدی احاطه شده اند. این‌ها به سلول‌ها اجازه می‌دهند در امتداد میدان مغناطیسی قرار بگیرند و به حرکت آن‌ها کمک کنند.

ریبوزوم پروکاریوتی چیست؟

تمام حیات سلولی پروتئین‌ها را سنتز می‌کنند و موجودات در هر سه حوزه زندگی دارای ریبوزوم هستند، ساختارهایی که سنتز پروتئین را بر عهده دارند. با این حال، ریبوزوم‌ها در هر یک از سه حوزه از نظر ساختاری متفاوت هستند. ریبوزوم‌ها خود از پروتئین‌ها به همراه RNA ریبوزومی (rRNA) ساخته می‌شوند. ریبوزوم‌های پروکاریوتی در سیتوپلاسم یافت می‌شوند. آن‌ها ریبوزوم 70S نامیده می‌شوند زیرا اندازه آن‌ها 70S است، در حالی که ریبوزوم‌های سیتوپلاسمی یوکاریوتی دارای اندازه 80S هستند. اگرچه اندازه آن‌ها یکسان است، اما ریبوزوم‌های باکتریایی و آرکئاها دارای پروتئین‌ها و مولکول‌های rRNA متفاوتی هستند و نسخه‌های آرکی‌باکترها بیشتر شبیه همتایان یوکاریوتی خود هستند تا نمونه‌های موجود در باکتری‌ها.

نکته: (S مخفف Svedberg unit، اندازه‌گیری رسوب در یک اولتراسانتریفیوژ است که بر اساس اندازه، شکل و کیفیت سطح ساختار مورد تجزیه و تحلیل است).

اندوسپور پروکاریوتی

سلول‌های باکتریایی عموماً به‌عنوان سلول‌های رویشی مشاهده می‌شوند، اما برخی از جنس‌های باکتری توانایی تشکیل اندوسپور را دارند، اندوسپورها ساختارهایی هستند که اساساً از ژنوم باکتری در حالت غیرفعال و زمانی که شرایط محیطی نامطلوب است محافظت می‌کنند. اندوسپورها به برخی از سلول‌های باکتریایی اجازه می‌دهند تا برای مدت طولانی بدون غذا یا آب و همچنین قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، دمای شدید و حتی تشعشع زنده بمانند. این ساختارها نباید با اسپورهای تولیدمثلی ایجاد شده توسط قارچ‌ها یا باکتری‌ها اشتباه گرفته شوند. در جدول زیر تفاوت‌های اندوسپورهای پروکاریوت و یوکاریوت را بررسی می‌کنیم.

اسپورولاسیون در پروکاریوت ها چیست؟

با قرار دادن لایه‌هایی از کلسیم و اسید دی‌پیکولینیک بین غشاها، به تدریج یک قشر در اطراف فورسپور تشکیل می‌شود. سپس یک پوشش اسپور پروتئین در اطراف قشر ایجاد می‌شود در حالی که DNA سلول مادر متلاشی می‌شود. بلوغ بیشتر اندوسپور با تشکیل بیرونی‌ترین اگزوسپوریوم اتفاق می‌افتد. آندوسپور پس از متلاشی شدن سلول مادر آزاد می‌شود و هاگ‌زایی را کامل می‌کند.

در این تصویر هر دو حالت اسپورولاسیون پروکاریوتی نشان داده شده است. (a) اسپورزایی به دنبال تقسیم سلولی نامتقارن شروع می‌شود. پیش اسپور توسط یک لایه دوگانه غشاء، یک قشر و یک پوشش هاگ پروتئین احاطه می‌شود، قبل از اینکه به عنوان یک اندوسپور بالغ پس از متلاشی شدن سلول مادر آزاد شود. b) یک میکروگراف الکترونی از اندوسپور کربوکسیدوترموس هیدروژنوفورمانس. (c) در این باسیلوس سلول‌ها در حال اسپورزایی هستند. اندوسپورها با استفاده از رنگ‌آمیزی اسپور مالاکیت سبز مشاهده شده اند.

بررسی شده که اندوسپورهای گونه‌های خاصی برای مدت طولانی، تا هزاران سال، در حالت خاموش باقی می‌مانند. با این حال، هنگامی که شرایط زندگی بهبود می‌یابد، اندوسپورها جوانه می‌زنند و دوباره وارد حالت رویشی می‌شوند. پس از جوانه‌زنی، سلول دوباره از نظر متابولیکی فعال می‌شود و قادر به انجام کلیه عملکردهای طبیعی خود از جمله رشد و تقسیم سلولی است.

همه باکتری‌ها توانایی تشکیل اندوسپور را ندارند. با این حال، تعدادی از باکتری‌های گرم مثبت تشکیل‌دهنده آندوسپور بالینی مهم از جنس باسیلوس و کلستریدیوم وجود دارد. انواع آن‌ها عبارتند از باسیلوس آنتراسیس، عامل ایجادکننده سیاه زخم، که آندوسپورهایی تولید می‌کند که قادر به زنده ماندن برای چندین دهه است. یا کلستریدیوم تتانی که عامل بیماری کزاز است. مبارزه با این‌گونه پاتوژن‌ها دشوار است زیرا کشتن اندوسپورهای آن‌ها بسیار سخت است. روش‌های عقیم‌سازی ویژه برای باکتری‌های تشکیل‌دهنده آندوسپور در کنترل رشد میکروبی مورد بحث قرار گرفته‌اند.

فیلم آموزش زیست شناسی سلولی و مولکولی – مبانی و مفاهیم مقدماتی در فرادرس

کلیک کنید

اندازه سلول پروکاریوتی

با قطر 0/1 تا 5/0 میکرومتر، سلول‌های پروکاریوتی به طور قابل توجهی کوچک‌تر از سلول‌های یوکاریوتی هستند که قطر آن‌ها از 10 تا 100 میکرومتر متغیر است. اندازه کوچک پروکاریوت‌ها به یون‌ها و مولکول‌های آلی که وارد آن‌ها می‌شوند اجازه می‌دهد تا به سرعت به سایر قسمت‌های سلول پخش شوند. به طور مشابه، هر گونه زباله تولید شده در یک سلول پروکاریوتی می‌تواند به سرعت خارج شود. با این حال، سلول‌های یوکاریوتی بزرگ‌تر سازگاری‌های ساختاری متفاوتی برای افزایش حمل‌ونقل سلولی ایجاد کرده‌اند.

در واقع، اندازه بزرگ این سلول‌ها بدون این سازگاری‌ها امکان‌پذیر نخواهد بود. به طور کلی، اندازه سلول محدود است زیرا حجم بسیار سریع‌تر از سطح سلول افزایش می‌یابد. با بزرگ‌تر شدن سلول، به دست آوردن مواد کافی برای پشتیبانی از فرآیندهای درون سلول برای سلول دشوار و دشوارتر می‌شود، زیرا اندازه نسبی سطحی که مواد باید در سراسر آن منتقل شوند کاهش می‌یابد.

مورفولوژی پروکاریوت ها

سلول‌های منفرد ارگانیسم پروکاریوتی خاص معمولاً از نظر شکل یا مورفولوژی سلولی مشابه هستند. اگرچه هزاران ارگانیسم پروکاریوتی شناسایی شده است، تنها تعداد انگشت‌شماری از مورفولوژی‌های سلولی معمولاً به صورت میکروسکوپی دیده می‌شوند. در جدول زیر مورفولوژی‌های سلولی و شکل‌های رایج سلول‌های پروکاریوتی را نام می‌برد و نشان می‌دهد.

نام	توصیف	شکل	تصویر میکروسکوپی
کوکوس (شکل کوکسی)	گرد (مدور)
باسیلوس (جمع: باسیلی)	میله‌ای
ویبریو (جمع: ویبریوس)	میله منحنی
کوکوباسیلوس (جمع کوکوباسیلی)	میله کوتاه
اسپیریلوم (جمع اسپیرلا)	مارپیچ
اسپیروکت	مارپیچ بلند، شل و مارپیچ

علاوه بر شکل سلولی، سلول‌های پروکاریوتی از همان گونه ممکن است بسته به سطح تقسیم سلولی، در ترتیبات مشخصی با هم گروه می‌شوند. انواع حالات قرارگیری سلول‌های پروکاریوتی در کنار هم شامل موارد زیر است.

• کوکوس (کره تک)
• دیپلوکوکوس (دو کره کنار هم)
• تتراد (گروه‌بندی چهارسلولی که در یک مربع قرار گرفته‌اند)
• استرپتوکوک (زنجیره‌ای از کوکسی‌ها)
• استافیلوکوک (خوشه‌ای از کوکسی‌ها)
• باسیلوس (تک میله)
• استرپتوباسیلوس (زنجیره‌ای از میله‌ها)

در اکثر سلول‌های پروکاریوتی، مورفولوژی توسط دیواره سلولی در ترکیب با عناصر اسکلت سلولی حفظ می‌شود. دیواره سلولی ساختاری است که در بیشتر پروکاریوت‌ها و برخی یوکاریوت‌ها یافت می‌شود. غشای سلولی را می‌پوشاند و سلول را از تغییرات فشار اسمزی محافظت می‌کند. فشار اسمزی به دلیل تفاوت در غلظت املاح در طرف مقابل یک غشای نیمه‌تراوا رخ می‌دهد.

نقش مورفولوژی در نقل و انتقالات سلول پروکاریوت

• در محیط ایزوتونیک، غلظت املاح در داخل و خارج سلول تقریباً برابر است، بنابراین هیچ حرکت خالص آب در طول غشای سلولی وجود ندارد.
• در محیط هایپرتونیک، غلظت املاح در خارج از سلول بیشتر از داخل سلول است، بنابراین آب به خارج از سلول و به محیط خارجی پخش می‌شود.
• در محیط هیپوتونیک، غلظت املاح در داخل سلول بیشتر از خارج سلول است، بنابراین آب با اسمز به داخل سلول حرکت می‌کند. این باعث می‌شود که سلول متورم شود و به طور بالقوه لیز یا ترکیده شود.

به درجه‌ای که یک سلول خاص می‌تواند تغییرات فشار اسمزی را تحمل کند، تونیسیته می‌گویند. سلول‌هایی که دیواره سلولی دارند بهتر می‌توانند تغییرات ظریف فشار اسمزی را تحمل کنند و شکل خود را حفظ کنند. در محیط‌های هیپرتونیک، سلول‌هایی که فاقد دیواره سلولی هستند، می‌توانند کم‌آب شوند و باعث ایجاد یا چروک شدن سلول شوند. غشای پلاسمایی منقبض می‌شود و پوسته پوسته یا بریده به نظر می‌رسد. در مقابل، سلول‌هایی که دارای دیواره سلولی هستند، به جای ایجاد شدن، تحت پلاسمولیز قرار می‌گیرند.

در پلاسمولیز، غشای پلاسمایی منقبض شده و از دیواره سلولی جدا می‌شود و حجم داخلی کاهش می‌یابد، اما دیواره سلولی دست نخورده باقی می‌ماند و به سلول اجازه می‌دهد تا شکل و یکپارچگی خود را برای مدتی حفظ کند. به همین ترتیب، سلول‌هایی که فاقد دیواره سلولی بوده، در محیط‌های هیپوتونیک بیشتر مستعد لیز هستند. وجود دیواره سلولی به سلول اجازه می‌دهد تا قبل از لیز کردن، شکل و یکپارچگی خود را برای مدت طولانی‌تری حفظ کند.

در این تصویر نحوه ورود و خروج آب در انواع محیط‌های مختلف نشان داده شده است. در سلول‌های پروکاریوتی، دیواره سلولی در برابر تغییرات فشار اسمزی محافظت می‌کند و به آن اجازه می‌دهد شکل خود را برای مدت طولانی حفظ کند. در قسمت (الف) غشای سلولی معمولاً در محیط ایزوتونیک به دیواره سلولی متصل می‌شودو میزان ورود و خروج آب به سلول برابر است، در قسمت (ب) در محیط هایپرتونیک، غشای سلولی از دیواره سلولی جدا شده و با خروج آب از سلول منقبض می‌شود (پلاسمولیز). (ج) در محیط هیپوتونیک، دیواره سلولی از انبساط غشای سلولی تا نقطه ترکیدن جلوگیری می‌کند، اگرچه در صورت جذب آب بیش از حد، لیز در نهایت رخ می‌دهد.