یوکاریوت و پروکاریوت | به زبان ساده

یوکاریوت و پروکاریوت دو نوع اصلی از سلول‌های موجود در کره زمین هستند. تفاوت‌های زیادی بین این دو نوع سلول وجود دارد، اما بزرگترین تمایز بین آن‌ها این است که یاخته‌های یوکاریوتی هسته جداگانه‌ای دارند که حاوی ماده ژنتیکی سلول است‌، در حالی که سلول‌های پروکاریوتی فضای غشا داری به نام هسته ندارند و به جای آن ماده ژنتیکی آن‌ها در سیتوپلاسم شناور و آزاد است. در این مطلب از مجله فرادرس به معرفی هر دو سلول یوکاریوت و پروکاریوت می‌پردازیم و ویژگی‌ها، شباهت‌ها و تفاوت‌های آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

تعریف سلول

سلول‌ها تعریف مدرنی از اجزا و موجودات زنده به شمار می‌آیند. سلول‌ها به عنوان واحدهای ساختمانی حیاتی به شمار می‌آیند و به طور اختصاصی یک سلول تعریفی از یک موجود زنده است.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه ششم (رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

سلول‌ها فرایندهای شیمیایی را به صورت منظم انجام می‌دهند و این فرایندها در بخش‌های جداگانه‌ای از سلول انجام می‌گیرند، به همین دلیل تداخلی بین فرایندهای هیچ یک از بخش‌های مختلف سلولی به وجود نمی‌آید.

غشای سلولی یک مانع یا سد انتخابی است، به این معنی که به بعضی مواد شیمیایی اجازه ‌می‌دهد، از سلول خارج یا به آن وارد شوند. انجام این کار، تعادل شیمیایی لازم برای زندگی سلول را حفظ ‌می‌کند. غشای سلولی عبور مواد شیمیایی داخل و خارج از سلول را از سه طریق تنظیم ‌می‌کند:

• انتشار (Diffusion): گرایش مولکول‌های حل شونده برای به حداقل رساندن غلظت و در نتیجه حرکت از ناحیه‌ای با غلظت بالاتر به سمت ناحیه‌ای با غلظت کمتر تا رسیدن به تعادل، انتشار نامیده می‌شود.
• اسمز (Osmosis): حرکت حلال در عرض یک غشا با نفوذ پذیری انتخابی به منظور برابر کردن غلظت مولکول‌های حل شونده که قادر به حرکت در طول غشا نیستند را اسمز می‌گویند.
• انتقال انتخابی (Selective Transport): این نوع انتقال از طریق کانال‌‌های غشایی و پمپ‌‌های غشایی که فقط قادر به انتقال برخی از مولکول‌های خاص به طور انتخابی هستند، صورت می‌گیرد.

تعریف سلول پروکاریوت

«پروکاریوت‌ها» (Prokaryotes) اغلب ارگانیسم‌های تک سلولی هستند که سلول‌های آن‌ها فاقد هسته و هر گونه اندامک غشا دار است. برخی از ارگانیسم‌های پرسلولی نیز ممکن است از سلول‌های پروکاریوت تشکیل شده‌ باشند. در پروکاریوت‌ها ماده ژنتیکی ساختار مشخصی ندارد و DNA در این سلول‌ها از یک حلقه یا لوپ تک رشته‌ای تشکیل شده است، برخلاف یوکاریوت‌ها که ماده ژنتیکی آن‌ها در قالب کروموزوم‌ها سازمان یافته‌اند.

دانشمندان پروکاریوت‌ها را در دو گروه دسته‌بندی کرده‌اند که شامل باکتری‌ها و آرکی باکترها هستند. برخی از باکتری‌ها شامل «ایکولای» (E.Coli)، «سالمونلا» (Salmonella) و «لیستریا» (Listeria) در مواد غذایی یافت می‌شوند و اغلب موجب ایجاد بیماری در انسان می‌شوند. برخی دیگر از باکتری‌ها نیز در سیستم گوارش انسان و دیگر عملکردهای بدن انسان مفید هستند. آرکی باکترها دارای ویژگی‌های منحصر به فردی نسبت به سایر موجودات زنده هستند و می‌توانند در محیط‌ها و شرایط سخت مانند چشمه‌های آب گرم و درون یخ‌های قطبی زندگی کنند.

یک سلول پروکاریوتی در حالت کلی می‌تواند ویژگی‌های زیر را داشته باشد:

• دیواره سلولی (Cell Wall): لایه مستحکمی که اطراف غشای سلولی را می‌پوشاند و از سلول محافظت می‌کند.
• سیتوپلاسم (Cytoplasm): این بخش فضای داخلی سلول را پر می‌کند و تمام قسمت‌های سلول را در بر می‌گیرد.
• تاژک و پیلی (Flagella and Pili): رشته‌ها یا فیلامنت‌های پروتئینی که در سطح خارجی بسیاری از پروتئين‌ها یافت می‌شوند.
• نوکلئوئید (Nucleoid): ناحیه از سلول است که ماده ژنتیکی در آن جای می‌گیرد.
• پلاسمید (Plasmid): مولکول‌های کوچکی از DNA که به صورت مستقل از ژنوم سلول همانندسازی می‌کنند، پلاسمید نامیده می‌شوند.

تعریف سلول یوکاریوت

«یوکاریوت‌ها» (Eukaryotes) ارگانیسم‌هایی هستند که سلول‌های آن‌ها دارای ساختار پیچیده‌ای است که با استفاده از غشای دورنی و اسکلت سلولی سازماندهی شده‌اند. تخصصی‌ترین ساختار غشایی درون سلول‌های یوکاریوت در غشای هسته قابل مشاهده است. به دلیل وجود همین هسته مشخص نیز آن‌ها را یوکاریوت‌ها می‌نامند. از انواع سلول‌های یوکاریوتی می‌توان به جانوران، گیاهان، قارچ‌ها و آغازیان اشاره کرد.

فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش زیست و زمین شناسی در فرادرس

کلیک کنید

یک سلول یوکاریوت در حالت کلی با غشای پلاسمایی احاطه شده است و در بر دارنده ساختارهای متعدد و اندامک‌هایی است که هر یک عملکردهای متفاوتی را در یوکاریوت‌ها انجام می‌دهند. به عنوان مثال می‌توان از کروموزوم‌ها نام برد که ساختارهایی هستند که از نوکلئوتیدها و پروتئین‌ها تشکیل شده‌اند واطلاعات ژنتیکی را در قالب ژن‌ها حمل می‌کنند، علاوه بر این میتوکندری‌ها نیز یکی از اندامک‌های مهم یوکاریوت‌ها هستند که وظیفه تولید انرژی در سلول‌ها را بر عهده دارند.

کدام سلسله جانداران پروکاریوت و یوکاریوت هستند؟

همه موجودات زنده را می‌توان به سه حوزه اساسی تقسیم کرد:

• باکتری‌ها (در سلسله باکتری‌ها)
• آرکی باکترها (در سلسله آرکی‌ها)
• یوکاریا (Eukarya) (سلسله جانوران، گیاهان، قارچ‌ها و آغازیان در این حوزه قرار دارند)

ارگانیسم‌های تک سلولی در حوزه باکتری‌ها و آرکی‌ها یافت می‌شوند و به عنوان پروکاریوت شناخته می‌شوند. این ارگانیسم‌ها از سلول‌های پروکاریوتی یعنی کوچکترین، ساده‌ترین و قدیمی‌ترین سلول‌ها ساخته شده‌اند.

جانداران موجود در حوزه یوکاریا از سلول‌های پیچیده یوکاریوتیک ساخته شده‌اند. این ارگانیسم‌ها که یوکاریوت نامیده می‌شوند، می‌توانند تک سلولی یا چند سلولی باشند و  حیوانات، گیاهان، قارچ‌ها و آغازیان را در بر می‌گیرند. پیش‌تر در مورد اینکه آیا مخمرها یا قارچ‌ها پروکاریوت هستند یا یوکاریوت اختلاف نظر وجود داشت اما امروزه مشخص شده است که مخمرها و قارچ‌‌ها هر دو یوکاریوت هستند و ساختار سلولی مشابه با همه یوکاریوت‌های دیگر دارند.

به گفته مؤسسه ملی بهداشت (NIH)، یوکاریوت‌ها حداقل 2٫7 میلیارد سال پیش و پس از 1 تا 1٫5 میلیارد سال تکامل پروکاریوتی رشد کردند. براساس تحقیقات صورت گرفته در این زمینه دانشمندان فرض می‌كنند كه هسته و سایر خصوصیات یوکاریوتیک ممکن است برای اولین بار پس از اینکه سلول‌های پروکاریوتی از طریق بلع وارد یکدیگر شدند، شکل گرفته باشند. مطابق این نظریه، ارگانیسم بلعیده شده در عملکرد میزبان خود نقش داشته است.

شباهت پروکاریوت و یوکاریوت

اگرچه سلول‌های یوکاریوت‌ و پروکاریوت تفاوت‌های زیادی دارند، اما آن‌ها در برخی از ویژگی‌ها شباهت‌هایی با یکدیگر دارند که در زیر به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:

• مولکول DNA: کدهای ژنتیکی که همه خصوصیات و عملکردهای موجودت زنده را تعیین می‌کنند در هر دو یوکاریوت و پروکاریوت مشابه هستند.
• غشای سلول: لایه بیرونی که سلول را از محیط اطرافش جدا می‌کند غشای سلولی نام دارد و به عنوان سدی برای ورود و خروج ترکیبات سلولی عمل می‌کند. غشا در هر دو سلول‌ یوکاریوت و پروکاریوت وجود دارد.
• سیتوپلاسم: سیال ژلی که فضای دورنی سلول را پر کرده است و از آب، نمک و پروتئين و انواع یون‌ها تشکیل شده، سیتوپلاسم نام دارد. سیتوپلاسم در انواع یوکاریوت و پروکاریوت‌ دیده می‌شوند.
• ریبوزوم: این اندامک‌های سلولی در هر دو سلول‌های یوکاریوت و پروکاریوت وجود دارند و وظیفه‌ آن‌ها سنتز پروتئین است.

تفاوت یوکاریوت و پروکاریوت

هسته / DNA: سلول‌‌های یوکاریوتی هسته‌ای دارند که توسط یک پاکت هسته‌ای احاطه شده است و از غشای دو لایه لیپیدی تشکیل شده است. این هسته، DNA سلول یوکاریوتی را در خود نگه ‌می‌دارد. سلول‌های پروکاریوتی هسته‌ای ندارند. براساس مشاهدات میکروسکوپی سلول‌های پروکاریوت دارای ناحیه‌ای به نام نوکلئوئید هستند که ماده ژنتیکی سلول در آن ناحیه قرار می‌گیرد.

فیلم آموزش زیست شناسی سلولی Cell Biology در فرادرس

کلیک کنید

کروموزوم (Chromosomes): کل DNA در یک سلول را ‌می‌توان در قطعات جداگانه‌ای به نام کروموزوم یافت. سلول‌های یوکاریوتی دارای کروموزوم‌‌های زیادی هستند که در طی تقسیم سلولی دچار میوز و میتوز ‌می‌شوند، در حالی که بیشتر سلول‌های پروکاریوتی فقط از یک کروموزوم حلقوی تشکیل شده‌اند. با این حال، مطالعات اخیر نشان داده‌اند که در برخی از پروکاریوت‌‌ها چهار کروموزوم خطی یا حلقوی وجود دارد. به عنوان مثال، باکتری «ویبریو کلرا» (Vibrio cholerae)، باکتری که به عنوان پاتوژن بیماری وبا شناخته ‌می‌شود، دارای دو کروموزوم حلقوی است.

ژن (Genes): پروکاریوت‌‌ها همچنین در ساختار، بسته‌بندی، تراکم و ترتیب ژن‌های خود بر روی کروموزوم با یوکاریوت‌‌ها تفاوت دارند. پروکاریوت‌‌ها در مقایسه با یوکاریوت‌‌ها ژنوم‌‌های فوق العاده کوچک‌تری دارند، بیشتر به این دلیل که ژن‌‌های پروکاریوتی فاقد اینترون‌‌ها و مناطق بزرگ غیر کد کننده بین هر ژن هستند. در حالی که تقریبا 95٪ از ژنوم انسان توالی‌های پروتئین یا RNA را کد نمی‌کنند و یا شامل بخش‌های تنظیمی و پروموتور ژن‌ها هستند، اما تقریباً تمام ژنوم پروکاریوتی پروتئینی را کد ‌می‌کنند یا چیزی را کنترل ‌می‌کنند. ژن‌‌های پروکاریوتی همچنین به صورت جداگانه در گروه‌‌هایی معروف به «اپرون» (Operon) شناخته ‌می‌شوند. در یک سلول پروکاریوتی، تمام ژن‌هایی که یک عملکرد دارند (سه ژن در مورد اپرون مشهور لک یا لاکتوز) در یک قطعه RNA رونویسی ‌می‌شوند و سپس در قالب پروتئین‌‌های جداگانه سنتز ‌می‌شوند، در حالی که اگر این ژن‌‌ها متعلق به ‌یوکاریوت‌‌ها باشند، هرکدام از ژن‌ها، پروموتور متعلق خود را خواهند داشت و در رشته جداگانه‌ای از mRNA رونویسی ‌می‌شوند. این امر میزان کمتری از کنترل بر بیان ژن و سادگی عملکرد‌های بیانی را در پروکاریوت‌‌ها در مقایسه با یوکاریوت‌‌ها نشان می‌دهد.

اندامک‌‌ها در سلول‌‌های یوکاریوتی: سلول‌‌های یوکاریوتی چندین اندامک احاطه شده با غشا دارند که در سلول‌‌های پروکاریوتی یافت نمی‌شوند. این‌ اندامک‌ها شامل میتوکندری (تبدیل انرژی ترکیبات غذایی به آدنوزین تری فسفات یا ATP با استفاده از واکنش‌های بیوشیمیایی)، شبکه آندوپلاسمی ‌خشن و صاف (یک شبکه به هم پیوسته از لوله‌‌ها و کیسه‌های محصور در غشا و فرآیند‌های غشایی که پروتئین‌‌های سنتز شده را حمل ‌می‌کنند)، دستگاه گلژی (بسته‌بندی و برچسب گذاری پروتئین‌ها برای ارسال به نقاط مختلف داخل و خارج سلول را بر عهده دارد) و در مورد سلول‌های گیاهی، کلروپلاست‌ها (انجام فتوسنتز) هستند. همه این اندامک‌‌ها در سیتوپلاسم سلول‌های یوکاریوتی قرار دارند.

ریبوزوم‌ها (Ribosomes): در سلول‌های یوکاریوتی، ریبوزوم‌ها بزرگتر، پیچیده‌تر و محدود به غشا هستند، آن‌ها در جا‌های مختلفی یافت ‌می‌شوند: بعضی اوقات به طور آزادانه در سیتوپلاسم، بر روی شبکه آندوپلاسمی خشن و یا متصل به غشای هسته‌ای مشاهده می‌شوند. در سلول‌های پروکاریوتی، ریبوزوم‌ها به صورت پراکنده و آزادانه در سراسر سیتوپلاسم شناور ‌هستند. ریبوزوم‌ها دارای دو زیر واحد هستند که در ریبوزوم‌های موجود در سلول‌های پروکاریوتی این زیر واحد‌‌ها اندازه کوچک‌تری دارند. تمام ریبوزوم‌ها (در هر دو سلول یوکاریوتی و پروکاریوتی) از دو زیر واحد بزرگ و کوچک ساخته شده‌اند. در یوکاریوت‌‌ها، این قطعات توسط دانشمندان به عنوان زیرمجموعه‌‌های  60S و 40S شناخته ‌می‌شوند. در پروکاریوت‌ها، ریبوزوم‌ها از زیرمجموعه‌‌های کمی ‌کوچکتر ساخته شده‌اند که به آن‌ها زیرواحدهای 50S و 30S می‌گویند.

طبق مطالعات انجام شده در زمینه زیست شناسی سلولی، تفاوت در انواع زیر واحد‌‌ها به دانشمندان این امکان را داده است تا دارو‌های آنتی بیوتیکی بسازند که مانند «استرپتومایسین» (Streptomycin) به انواع خاصی از باکتری‌‌های بیماری‌زا حمله کنند. از سویی دیگر، برخی از سموم باکتریایی و ویروس فلج اطفال از تفاوت‌‌های ریبوزوم به نفع خود استفاده ‌می‌کنند و آن‌ها ‌می‌توانند مکانیسم ترجمه سلول‌‌های یوکاریوتی یا فرایندی که طی آن RNA پیام‌رسان به پروتئین‌‌ها ترجمه می‌شوند را شناسایی کرده و مورد حمله قرار دهند.

تولید مثل (Reproduction): اکثر یوکاریوت‌‌ها از طریق جنسی تولید مثل ‌می‌کنند (اگرچه برخی از پروتئین‌‌ها و قارچ‌‌های تک سلولی ممکن است از طریق میتوز تولید مثل کنند که عملکردی شبیه به تولید مثل غیر جنسی به شمار می‌آید). پروکاریوت‌ها به صورت غیر ‌جنسی تولید مثل ‌می‌کنند و در نتیجه سلول‌های حاصل از آن‌ها کلون‌های کاملا مشابهی از سلول‌های اولیه هستند. طبق مفاهیم زیست شناسی، برخی از سلول‌های پروکاریوتی نیز دارای پیلی هستند که بر این اساس، پیلی‌ها زائده‌هایی مو مانند و چسبنده‌ای هستند که برای تبادل مواد ژنتیکی در طی یک نوع روند جنسی به نام هم یوغی مورد استفاده قرار ‌می‌گیرند. هم یوغی ‌می‌تواند در باکتری‌‌ها، تک یاخته‌‌ها و برخی جلبک‌‌ها و قارچ‌‌ها اتفاق بیفتد.

دیواره سلولی: بیشتر سلول‌های پروکاریوتی دیواره سلولی مستحکم و پایداری دارند که غشای پلاسمایی را احاطه کرده و شکل و ساختار معینی را برای سلول‌ها ایجاد می‌کند. در یوکاریوت‌‌ها، مهره‌داران دیواره سلولی ندارند اما گیاهان دارای دیواره سلولی هستند. دیواره‌‌های سلولی پروکاریوت‌‌ها از نظر شیمیایی با دیواره‌‌های سلولی یوکاریوتی متفاوت هستند به طور مثال، دیواره سلول‌های گیاهی در بیشتر موارد از سلولز ساخته ‌می‌شوند، طبق تحقیقات صورت گرفته در زیست شناسی سلولی، در باکتری‌ها، دیواره‌‌های سلولی از  پپتیدوگلیکان‌ها (قند‌ها و اسید‌های آمینه) تشکیل شده است.

ویروس یوکاریوت است یا پروکاریوت؟

ویروس‌ها مانند باکتری‌ها و سلولی‌های یوکاریوتی دارای ساختار سلولی نیستند و از یک ماده ژنتیکی (DNA یا RNA) تشکیل شده‌اند که درون پوششی از جنس پروتئین به نام کپسید قرار گرفته‌اند. برخی از ویروس‌ها دارای غشای پلاسمایی تغییر شکل یافته‌ای هستند که آن را از سلول میزبان گرفته‌اند. این غشا از جنس لیپید و برخی از مولکول‌های کربوهیدراتی میزبان است و به آن پاکت ویروسی می‌گویند. تفاوت‌ها و شباهت‌های سلول‌های یوکاریوت و پروکاریوت در قالب جدول آورده شده است: