Prokariot merupakan organisme bersel tunggal. Prokariot pertama kali diamati pada tahun 1683 oleh penemu mikrokroskop Antonie van Leeuwenhoek. Umumnya, prokariot mempunyai ukuran 1-10μm. Prokariot merupakan organisme paling banyak dan tersebar luas di bumi. Hal ini karena prokariot mempunyai kemampuan adaptasi metabolisme yang tinggi pada lingkungan yang bervariasi. Prokariot mendiami lingkungan aerob pada suhu tubuh kita. Jenis prokariot tertentu berkembang pada kondisi lingkungan yang ekstrim seperti lingkungan yang sangat asam, sangat basa, suhu tinggi. Sel prokariot mempunyai tiga bentuk dasar yaitu berbentuk bola (cocci), seperti batang (bacilli) dan seperti spiral melingkar (spirilla). Spirillum dan spirochete mempunyai bentuk spiral melingkar. Anabaena, E.coli dan Bacillus mempunyai bentuk batang, sedangkan Staphylococcus berbentuk bola. Walaupun bentuknya berbeda sel prokariot dilingkupi membran plasma yang tebalnya sekitar 70Aº.
Studi terbaik dari semua organisme prokariot adalah bakteri E.coli. E.coli ditemukan dan dipelajari genetik dan biokimianya oleh Theodor Escherich lebih 70 tahun yang lalu. Organisme ini telah menjadi sumber informasi selama setengah abad sebagai model sistem biologi. Banyak reaksi biokimia yang digambarkan pada buku ini pertama kali ditemukan pada E.coli. Sel E.coli mempunyai diameter 0,5µm dengan panjang 1,5µm. Jaringan proteinaceous dinamakan flagella berotasi untuk mendorong sel. Pili yang lebih pendek membantu konyugasi seksual dan mungkin membantu sel E.coli menempel ke permukaan sel E.coli yang lain. Ruang periplasmik adalah kompartmen berair yang terpisah oleh membran sitoplasma dan membran luar. E.coli adalah spesies bakteri yang cukup khas tetapi beberapa bakteri berbeda dari E.coli. Kebanyakan keragaman bakteri muncul hanya pada tingkat molekular. Beberapa kelompok prokariot adalah proteobacteria, cyanobacteria, gram-positive bacteria, cren-archaeota, eury-archaeota dan kelompok bakteri lainnya. Dengan demikian, prokariot terpisah dalam dua domain, yaitu Bacteria dan Archaea.
Prokariot ditemukan pada hampir setiap lingkungan di bumi, dari sumber sulfur panas sampai di bawah dasar lautan. DNA genomik prokariot tidak dibungkus membran tetapi tetap berada pada sitoplasma yang dinamakan dengan nucleoid region ‘daerah inti’. Kebanyakan spesies bakteri hanya mempunyai sekitar 1000 gen. Meskipun genom bakteri mengandung relatif sedikit gen, tetapi bakteri melakukan kebanyakan reaksi biokimia fundamental yang ditemukan di dalam semua sel, termasuk sel yang kita miliki. Beratus-ratus genom bakteri telah disekuens urutan basa nukleotidanya. Sekuens ini dimuat pada basis data GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov). GenBank merupakan basis data publik yang dirilis sekitar tahun 1982. Pada tahun 2014 dilaporkan bahwa pada basis data GenBank telah tersedia sekuens basa nukleotida lebih dari 280.000 spesies (Benson et al., 2014). Tersedianya data ini memungkinkan untuk menemukan sejumlah enzim yang selalu diperlukan dalam kehidupan.
Kebanyakan bakteri tidak mempunyai ruang membran internal, meskipun ada banyak pengecualian. Membran plasma biasanya dikelilingi oleh dinding sel yang merupakan jaringan kaku yang berikatan kovalen antara karbohidrat dan rantai peptida. Dinding sel ini memberikan bentuk karakteristik dari spesies bakteri. Meskipun dinding sel mempunyai kekuatan mekanik, dinding sel berpori. Sebagai tambahan, dinding sel kebanyakan bakteri termasuk E.coli memiliki membran luar yang terdiri dari lipid, protein, dan lipid yang berikatan dengan polisakarida. Ruang antara membran plasma bagian dalam dan membran luar dinamakan *periplasmic space *‘ruang periplasmik’ . Ruang ini merupakan ruangan berikatan-membran pada bakteri dan memainkan peranan sangat penting pada beberapa proses biokimia yang penting.
Kebanyakan bakteri mempunyai protein fiber, yang dinamakan pili, pada permukaan luar selnya. Pili ini berperan sebagai sisi penempelan untuk interaksi antara sel. Kebanyakan spesies bakteri mempunyai satu atau lebih flagella. Flagella panjang, bentuknya seperti ‘cambuk’ yang dapat berotasi seperti ‘kipas’ pada sebuah perahu yang fungsinya mendorong bakteri pada lingkungan berair. Satu organel sel yang dominan dalam sitoplasma adalah ribosom yaitu kompleks besar antara protein dan rRNA yang dibutuhkan untuk sintesa protein. Semua sel hidup mempunyai ribosom, tetapi ribosom bakteri berbeda dibandingkan ribosom eukariotik dalam hal ukuran dan jumlah protein yang terikat pada rRNA dan juga ukuran rRNAnya.
Kebanyakan sel bakteri (termasuk E.coli) berada dalam bentuk individual, tetapi beberapa sel dari spesies tertentu (seperti myxobacteria) memperlihatkan ‘sifat sosial’ yang sederhana, yaitu membentuk kumpulan banyak sel. E.coli merupakan prokariot yang paling banyak dipelajari. Pada sitoplasma E.coli terdapat sekitar 15.000 ribosom. Pada setiap sel E.coli terdapat 70% air, sekitar 3.000 macam protein yang berbeda dan lebih dari 3.000 RNA yang berbeda dengan 500 subunit monomer dan intermediet, 20 lipid yang berbeda, 5 polisakarida berbeda, 20 macam ion inorganik dan 1 molekul DNA.
Sel bakteri mengandung satu untai molekul DNA panjang sirkuler yang dinamakan DNA genomik dan satu atau lebih molekul DNA sirkuler kecil yang dinamakan DNA plasmid atau ‘plasmid’. Di alam, beberapa plasmid resisten dengan racun dan antibiotik yang terdapat pada lingkungan bakteri tersebut. Pada laboratorium, segmen DNA ini digunakan untuk ‘manipulasi’ dan merupakan alat yang sangat berguna pada rekayasa genetik (genetic engineering). Hal penting yang membedakan sel prokariot dan sel eukariot adalah material genetik sel eukariot dilingkupi membran dan pada sel eukariot terdapat organel sel bermembran seperti mitokondria.
Sel prokariot mempunyai tiga struktur dinding sel yang berbeda sehingga dikenal Mycoplasma, bakteri gram-positip dan bakteri gram-negatif. Mycoplasma merujuk sebagai genus bakteri yang kekurangan dinding sel. Oleh karena itu, Mycoplasma tidak dipengaruhi oleh kebanyakan antibiotik seperti penisilin, atau antibiotik beta-laktam lainnya yang targetnya adalah menghalangi sintesa dinding sel bakteri. Mycoplasma adalah sel bakteri yang paling kecil yang ditemukan dengan diameter sekitar 0,1µm. Mycoplasma dapat bertahan hidup tanpa oksigen. Dinding sel Mycoplasma kurang kaku dibandingkan prokariot lainnya karena Mycoplasma hanya mempunyai lipopolisakarida bilayer untuk membran selnya.
Pada bakteri gram-positip, membran sitoplasma dilingkupi peptidoglikan sebagai dinding selnya, sedangkan pada bakteri gram-negatif terdapat *periplasmic space *‘ruang periplasmik’ antara membran sitoplasma dan peptidoglikan. Selain itu, pada bakteri gram-negatif, peptidoglikan dilingkupi membran yang dinamakan membran luar. Lapisan ini adalah lapisan lipid bilayer yang kedua pada bakteri gram negatif. Oleh sebab itu, bakteri gram-positip dan bakteri gram-negatif dapat dibedakan dengan pewarnaan gram stain. Bakteri gram-negatif memiliki membran luar yang merupakan membran kedua yang kompleks yang mengelilingi peptidoglikan sehingga menghalangi pewarnaan gram. Pada bakteri gram negatif peptidoglikan lebih tipis, hanya 10% dari total dinding sel. Bakteri gram-positip tidak memiliki membran luar ini sehingga tidak menghalangi perwarnaan gram.
