Eukarióták - meghatározás, sejtfelépítés, eredet és osztályozás

Az eukarióta olyan szervezet, amelynek összetett sejtjei vannak, vagy egyetlen sejt összetett szerkezetű. Ezekben a sejtekben a genetikai anyag kromoszómákba szerveződik a sejtmagban.

Az állatok, növények, algák és gombák mind eukarióták. Az egysejtűek között is vannak eukarióták. Ezzel szemben az egyszerűbb szervezetek, például a baktériumok és az archaea, nem rendelkeznek sejtmaggal és más összetett sejtstruktúrával. Az ilyen szervezeteket prokariótáknak nevezzük.

Az eukariótákat gyakran szuperkirályságként vagy tartományként kezelik.

Az eukarióták a proterozoikumban fejlődtek ki. A legrégebbi ismert valószínűsíthető eukarióta a Grypania, egy tekervényes, elágazás nélküli, akár 30 mm hosszúságú fonál. A legrégebbi Grypania fosszíliák a michigani Negaunee melletti vasbányából származnak. A fosszíliákat eredetileg 2100 millió évvel ezelőttre datálták, de a későbbi kutatások szerint ez a dátum körülbelül 1874 millió évvel ezelőttre tehető. A Grypania a mezoproterozoikum korszakáig tartott.

Egy másik ősi csoport az akritarchák, amelyekről úgy vélik, hogy az alga plankton cisztái vagy szaporodási stádiumai. Ezek 1400 millió évvel ezelőtt, a mezoproterozoikumban találhatók. ^p57

Az Eukariota osztályozásáról aktív vita folyik, és számos rendszertani javaslatot tettek. Minden modern változat öt birodalmat határoz meg, de nem értenek egyet abban, hogy mely csoportok tartoznak az egyes birodalmakba.

Sejtfelépítés és jellegzetességek

Az eukarióta sejtek legfontosabb jellemzője a sejtmag, amelyben a genetikai anyag több, lineáris kromoszómába szerveződik, és egy kettős membrán (a nukleáris membrán) választja el a citoplazmától. Emellett a eukarióta sejtekre jellemzőek a membránnal határolt sejtszervecskék (organellumok):

• Mitokondriumok – a sejt energiatermelésének központjai; a ma elfogadott nézet szerint egy ősi alpha-proteobaktérium endoszimbiózisa révén alakultak ki.
• Plasztiszok (pl. kloroplasztiszok) – a fotoszintetizáló növények és egyes algák jellegzetes organellumai; eredetük összefügg a cianobaktériumokkal történt ősi endoszimbiózissal.
• Endoplazmatikus retikulum és Golgi-készülék – felelősek a fehérjék feldolgozásáért, szállításáért és a membránok lipid összetételéért.
• Lizozómák – lebontó funkciókért felelnek; szerepük van az intracelluláris emésztésben és sejttisztításban.
• Citoszkeleton – mikrofilamentumokból, mikrotubulusokból és köztes filamentumokból álló hálózat, amely biztosítja a sejtszervecskék helyzetét, a sejt alakját és a mozgást.

Eukariótákra jellemző továbbá a nagyobb sejtméret (általában 10–100 μm), bonyolultabb sejtkommunikáció és gyakori a többsejtűség kialakulása (szövetek, szervek). A genetikai anyagban gyakran találhatók intronok és komplex génszabályozó elemek, amelyek a génexpresszió finomhangolását teszik lehetővé.

Eredet és evolúció

A eukarióták keletkezésére vonatkozó legelfogadottabb magyarázat az endoszimbiózis elmélete. Eszerint egy Ős-eukarióta sejt heterotróf életmódot folytató prokariótát vett fel, amely később mitokondriummá specializálódott. Később bizonyos vonalakban egy másik endoszimbiózis során cianobaktériumokból fejlődtek ki a plastiszok (pl. kloroplasztiszok), ami a fotoszintetizáló növények és algák kialakulásához vezetett.

A fosszilis és molekuláris adatok alapján az eukarióták megjelenése a proterozoikum időszakára tehető. A cikk elején említett Grypania és az akritarchák ősi bizonyítékok lehetnek eukarióta szervezetekre, bár a fosszíliák értelmezése néha vitatott. Molekuláris órák és genetikai összehasonlítások alapján az eukarióta fejlődés legkorábbi eseményei több száz millió éve történhettek a prokarióták diverzifikációját követően.

Szaporodás és genetika

Az eukariótákban két alapvető kromoszóma-elosztódási típus ismert:

• Mitozis – a testsejtek osztódásának folyamata, amely biztosítja a kromoszómaszám megőrzését a leánysejtekben.
• Meiózis – redukciós osztódás, amelynek során haploid gaméták keletkeznek; alapja a szexuális reprodukciónak és a genetikai változatosság növelésének.

Eukarióták genomjai jellemzően lineáris kromoszómákból épülnek fel és komplex DNS-csomagolási rendszert (kromatin, hisztonok) használnak. Sok eukarióta genomban találhatók intronok, amelyek az exonok közti nemkódoló szakaszok, és fontos szerepük lehet a génexpresszió szabályozásában.

Osztályozás és rendszertan

Az Eukariota osztályozása régóta vita tárgya. A régebbi, iskolai tananyagban szereplő ötbirodalmas felosztás (Monera, Protista, Fungi, Plantae, Animalia) egyszerűlt megközelítést ad, de a molekuláris rendszertan jelentősen módosította ezt az elképzelést. A modern vizsgálatok több, egymástól jól elkülönülő nagy csoportot (ún. szupercsoportokat) különítenek el, amelyek közé gyakran sorják:

• Opisthokonta – ide tartoznak az állatok és a gombák valamint közeli egysejtű rokonaik.
• Archaeplastida – növények és számos zöld és vörös alga, ezek rendelkeznek plastiszokkal.
• SAR – egy nagy, heterogén csoport, amelybe a Stramenopiles (pl. barna algák), Alveolata (pl. dinoflagelláták, apicomplexák) és Rhizaria tartoznak.
• Excavata – többnyire egysejtű, gyakran heterotróf csoportok.
• Amoebozoa – amőboid mozgású egysejtűek és közeli többsejtű rokonaik.

A fenti felosztások dinamikusan változnak a genom- és metagenomadatok bővülésével; ezért az egyes rendszertani munkák eltérhetnek abban, hogy mely csoportokat és milyen rangon kezelik.

Jelentőség és ökológiai szerep

Az eukarióták központi szerepet játszanak a Föld ökoszisztémáiban: a fotoszintetizáló növények és algák termelik a biomassza és az oxigén nagy részét, az állatok és gombák lebontó- és fogyasztói szerepet töltenek be, továbbá sok eukarióta fontos az emberi élet szempontjából (élelmiszer, gyógyszerek, biotechnológia, környezeti indikátorok).

Rövid összefoglalás

• Az eukarióta sejteknek van sejtmagjuk és membránnal határolt organellumaik.
• Az eukarióták közé tartoznak az állatok, növények, algák, gombák és számos egysejtű csoport.
• Eredetükre a legvalószínűbb magyarázat az endoszimbiózis, amely megmagyarázza a mitokondriumok és plastiszok eredetét.
• Rendszertani helyzetük és belső csoportosításuk még ma is aktív kutatás tárgya, a molekuláris adatok folyamatosan finomítják a képet.

Szerkezet

Az eukarióta sejtek általában sokkal nagyobbak, mint a prokarióták. Akár tízszer nagyobbak is lehetnek. Az eukarióta sejtek számos különböző belső membránnal és szerkezettel, úgynevezett organellumokkal rendelkeznek. Citoszkelettel is rendelkeznek. A citoszkeleton mikrotubulusokból és mikrofilamentumokból áll. Ezek a részek nagyon fontosak a sejt alakjában. Az eukarióta DNS kromoszómáknak nevezett kötegekbe kerül, amelyeket a sejtosztódás során mikrotubuláris orsó választ el egymástól. A legtöbb eukarióta valamilyen módon, megtermékenyítéssel szaporodik szexuális úton, amit a prokarióták nem alkalmaznak.

A prokariótáknak nincs nemük, de képesek DNS-t átadni más baktériumoknak. Sejtosztódásuk aszexuális. A bakteriális konjugáció az, amikor a baktériumok egy genetikai elemet (gyakran plazmidot vagy transzpozont) visznek át egymásról a másikra.

Az eukarióták a sejtmagban elhelyezkedő lineáris kromoszómakészletekkel rendelkeznek, és a kromoszómák száma általában fajonként jellemző.

Belső membrán

Az eukarióta sejtekben sok mindent membránok vesznek körül. Mindezeket együttesen endomembrán rendszernek nevezzük. Az egyszerű zsákok, amelyeket vezikuláknak vagy vakuolumoknak neveznek, néha más membránokról való leválással jönnek létre, ahogyan a gyerekek buborékokat készítenek a játékaikkal. Sok sejt az endocitózisnak nevezett módszerrel veszi fel a táplálékot és más dolgokat. Az endocitózis során a külsőhöz legközelebbi membrán befelé hajlik, majd lecsípődik, hogy egy vezikulát hozzon létre. Sok más membránnal rendelkező organellum is valószínűleg vezikulaként indult.

A sejtmagot két membrán veszi körül, amelyeken lyukak vannak, hogy a dolgok ki és be tudjanak menni. A sejtmag burkából csöveknek és lapoknak látszó dolgok állnak ki. Ezeket endoplazmatikus retikulumnak nevezik, amit gyakran ER-nek rövidítenek. Az ER a fehérjék mozgatásával és érlelésével foglalkozik.

Az ER két részből áll, a durva és a sima ER-ből. A durva ER-hez riboszómák kapcsolódnak. A durva ER-hez kapcsolódó riboszómák által előállított fehérjék a durva ER belsejébe, az úgynevezett lumenbe kerülnek. Ezután általában a vezikulákba kerülnek, amelyek a sima ER-ből nőnek és lecsípődnek. A legtöbb eukariótában a fehérjékkel teli vezikulák a Golgi-testeknek nevezett lapított vezikulák halmaival olvadnak össze, ahol a bennük lévő fehérjék ismét átalakulnak.

A hólyagokat néha úgy változtatják meg, hogy egy dolgot nagyon jól tudjanak csinálni. Ezt nevezik specializációnak vagy differenciálódásnak. Például a lizoszómákban olyan enzimek vannak, amelyek lebontják az élelmiszervakuolumokból származó táplálékot, a peroxiszómákban pedig olyan enzimek, amelyek lebontják a peroxidot, egy mérget, így az már nem mérgező.

Sok protozoa rendelkezik kontraktilis vakuolumokkal, azaz olyan vakuolumokkal, amelyek képesek a külső membránról lecsípődni vagy összeolvadni. A kontraktilis vakuolumokat gyakran használják a nem szükséges víz megszerzésére és eltávolítására. Az extruszómák olyan anyagokat lövellnek ki, amelyek a ragadozókat elűzik vagy táplálékot fognak el. A többsejtű szervezetekben a hormonok gyakran vezikulákban készülnek. A bonyolult növényekben a növényi sejt belsejének nagy részét egy központi vakuólum foglalja el. Ez a központi vakuólum a legfontosabb, amely fenntartja az ozmotikus nyomást, hogy a sejt meg tudja tartani az alakját.

Az endomembrán rendszer és komponensei részletei

Kérdések és válaszok

K: Mi az az eukarióta?

K: Miben különböznek az eukarióták a prokariótáktól?

K: Mikor alakultak ki az eukarióták?

K: Mi az a Grypania?

K: Mik azok az akritarchák?

K: Létezik-e DNS az eukaroytákban?

K: Hány királyságot javasol az Euakryota modern osztályozása?

Keresés betűvel