Le prime cellule procariotiche in evoluzione sono apparse circa 3-3,5 miliardi di anni fa. Il loro nome deriva dal greco. pro-do, karion-kernel perché non hanno un kernel formalizzato. Il loro materiale genetico sotto forma di una singola molecola di DNA a forma di anello non è circondata da una guaina di membrana, si trova direttamente nel citoplasma ed è chiamata genoforo(o nucleoide).
Nel citoplasma degli organoidi ci sono solo piccoli ribosomi (70 S invece di 80 S- negli eucarioti).
Inoltre, i batteri possono contenere DNA sotto forma di minuscoli plasmidi simili al DNA extranucleare eucariotico. I plasmidi sono portatori dell'eredità citoplasmatica e determinano alcune delle proprietà specifiche dei batteri.
Fig.10. La struttura di una cellula procariotica.
Sopra il citoplasma nei procarioti c'è la membrana cellulare, costituita dalla membrana plasmatica e dalla parete cellulare. La membrana plasmatica nei procarioti ha sporgenze piegate nel citoplasma del mesosoma, sulla cui superficie sono presenti enzimi respiratori e viene sintetizzato l'ATP. Formazioni di membrana simili sono coinvolte anche nella fissazione dell'azoto.
Nelle cellule procariotiche capaci di fotosintesi (alghe blu-verdi, batteri verdi e viola), sono presenti grandi invaginazioni strutturate di membrana - tilacoidi contenenti pigmenti (inclusa la batterioclorofilla). Tutti gli enzimi che forniscono processi vitali sono diffusamente dispersi nel citoplasma o fissati sulla membrana. In molti procarioti, le sostanze di deposito si depositano all'interno del citoplasma: grassi, polisaccaridi, ecc.
Al di fuori della membrana plasmatica, i procarioti hanno una struttura meccanicamente resistente: la parete cellulare, costituita nella maggior parte dei casi da mureina.
La parete cellulare mantiene la forma delle cellule, garantisce la loro rigidità e proprietà antigeniche. Serve come protezione aggiuntiva per le cellule e, in alcuni casi, per la formazione di colonie cellulari. La parete cellulare di alcuni batteri è circondata da uno spesso strato di muco di polisaccaridi e polipeptidi.
I batteri si riproducono asessualmente dividendosi in due. Dopo la duplicazione del cromosoma ad anello e l'allungamento della cellula, si forma un setto trasversale. Quindi le cellule figlie divergono.
La riproduzione è talvolta preceduta da un processo sessuale sotto forma dell'emergere di nuove combinazioni di geni nel cromosoma. Esistono tre metodi per la formazione dei ricombinanti: trasformazione, coniugazione, trasduzione.
A trasformazione dalla cellula donatrice esce un piccolo frammento di DNA, che viene attivamente assorbito dalla cellula ricevente e incluso nel suo DNA, sostituendo in essa un frammento simile, sebbene non necessariamente identico.
Coniugazioneè il trasferimento del DNA tra cellule in contatto tra loro. In questo caso, i plasmidi con il fattore sessuale, o fattore F+, sono coinvolti nel trasferimento genico.
trasduzioneè il trasferimento di un frammento di DNA da una cellula all'altra da parte di un batteriofago.
Molti batteri tendono a sporulare quando mancano i nutrienti nell'ambiente o quando i prodotti metabolici si accumulano in eccesso. La sporulazione inizia con il distacco di una parte del citoplasma dalla cellula madre. La parte staccata contiene un cromosoma ed è circondata da una membrana, e poi da una parete cellulare, spesso multistrato. Allo stesso tempo, i processi vitali praticamente si fermano. Le spore secche risultanti sono molto stabili e possono rimanere vitali per centinaia e migliaia di anni, resistendo a forti sbalzi di temperatura. Una volta in condizioni favorevoli, le spore vengono convertite in una cellula batterica attiva.
| Strutture cellulari | cellula eucariotica | cellula procariota |
| membrana citoplasmatica | Mangiare | Mangiare; le invaginazioni della membrana formano i mesosomi |
| Nucleo | Ha una membrana a due membrane, contiene uno o più nucleoli | NO; esiste un nucleo equivalente - nucleoide - una parte del citoplasma che contiene DNA che non è circondata da una membrana |
| materiale genetico | Molecole di DNA lineare associate ai dorsi | Molecole circolari di DNA non associate a proteine |
| Reticolo endoplasmatico | Mangiare | NO |
| Complesso di Golgi | Mangiare | NO |
| Lisosomi | Mangiare | NO |
| Mitocondri | Mangiare | NO |
| plastidi | Mangiare | NO |
| Centrioli, microtubuli, microfilamenti | Mangiare | NO |
| Flagelli | Se presenti, sono costituiti da microtubuli circondati da una membrana citoplasmatica | Se presenti, non contengono microtubuli e non sono circondati da una membrana citoplasmatica |
| parete cellulare | Ci sono piante (la forza dà la cellulosa) e funghi (la forza dà la chitina) | Sì (la forza dà peptidoglicano) |
| capsula o strato mucoso | NO | Alcuni batteri ce l'hanno |
| Ribosomi | Sì, grande (anni '80) | Sì, piccolo (anni '70) |
Test:
1. Il supporto vitale a qualsiasi livello è associato al fenomeno della riproduzione. A quale livello di organizzazione, la riproduzione viene effettuata sulla base della sintesi della matrice
A. Molecolare
B. subcellulare
V. Cellulare
G. Tkanev
D. A livello dell'organismo
2. È stato stabilito che non ci sono organelli di membrana nelle cellule degli organismi e il loro materiale ereditario non ha un'organizzazione nucleosomiale. Quali sono questi organismi?
A. Protozoi
B. Virus
B. Ascomiceti
G. Eucarioti
D. Procarioti
3. Durante una lezione di biologia, l'insegnante ha chiesto di indicare nel lavoro di laboratorio il grado di ingrandimento del microscopio, utilizzato nello studio delle micropreparazioni. Uno degli studenti non è riuscito a far fronte al compito da solo. Come calcolare correttamente questo indicatore?
A. Moltiplicare gli indicatori indicati su tutti gli obiettivi del microscopio
B. Dividere il valore di una lente con ingrandimento inferiore per il valore di una lente con ingrandimento maggiore
B. Moltiplicare gli ingrandimenti dell'obiettivo e dell'oculare
D. Dividere l'ingrandimento dell'obiettivo per l'oculare
E. Sottrarre i valori indicati su tutti gli obiettivi del microscopio dal valore dell'ingrandimento dell'oculare
4. Durante lo studio della micropreparazione, lo studente, dopo averla fissata sul tavolo portaoggetti e aver ottenuto l'illuminazione ottimale del campo visivo, ha installato la lente “x40” e ha guardato nella lente. L'insegnante ha fermato lo studente e ha detto che era stato commesso un errore fondamentale durante il lavoro. Quale errore è stato commesso?
R. Non valeva la pena aggiustare la micropreparazione
B. Lo studio della micropreparazione avrebbe dovuto essere iniziato con un obiettivo a basso ingrandimento
B. L'illuminazione viene regolata per ultima
D. La fissazione del farmaco viene eseguita prima del completamento dello studio
D. Tutte le manipolazioni dovrebbero essere eseguite nell'ordine inverso.
5. L'esistenza della vita a tutti i livelli è determinata dalla struttura del livello inferiore. Quale livello di organizzazione precede e garantisce l'esistenza della vita a livello cellulare:
A. Popolazione-specie
B. Tkaneva
B. Molecolare
G. Organismico
D. Biocenotico
Compiti per il controllo della conoscenza:
1. Durante il tentativo di studiare una micropreparazione utilizzando un microscopio ottico, il ricercatore ha scoperto che l'intero campo visivo era oscurato. Quale potrebbe essere la causa di questo fenomeno? Come risolvere questo problema?
2. Durante il tentativo di studiare una micropreparazione utilizzando un microscopio ottico, il ricercatore ha scoperto che solo la metà del campo visivo era illuminata. Quale potrebbe essere la causa di questo fenomeno? Come risolvere questo problema?
3. Quali manipolazioni dovrebbero essere eseguite se l'oggetto osservato non è chiaramente visibile quando si utilizza un microscopio ottico?
A) se l'oculare ha la designazione "x15" e sull'obiettivo "x8"
B) se l'ingrandimento della lente dell'oculare è “x10” e l'obiettivo è “x40”
6. Materiali per l'analisi con l'insegnante e controllo della sua assimilazione:
6.1. Analisi con l'insegnante delle questioni chiave per padroneggiare l'argomento della lezione.
6.2. Dimostrazione dei metodi da parte dell'insegnante pratico trucchi sull'argomento.
6.3. Materiale per controllo padroneggiare il materiale:
Domande per la discussione con l'insegnante:
1. La biologia medica come scienza sulle basi della vita umana, studiando i modelli di ereditarietà, variabilità, sviluppo individuale ed evolutivo, nonché questioni di adattamento morfofisiologico e sociale di una persona alle condizioni ambientali in connessione con la sua essenza biosociale.
2. L'attuale fase di sviluppo della biologia generale e medica. Il posto della biologia nel sistema della formazione medica.
3. Essenza della vita. proprietà dei viventi. Forme di vita, sue proprietà e attributi fondamentali. Definizione del concetto di vita all'attuale livello di sviluppo della scienza biologica.
4. Livelli strutturali di organizzazione della vita condizionati evolutivamente; strutture elementari dei livelli e fenomeni biologici fondamentali che li caratterizzano.
5. Il significato delle idee sui livelli di organizzazione della vita per la medicina.
6. Il posto speciale dell'uomo nel sistema del mondo organico.
7. Il rapporto tra fenomeni fisico-chimici, biologici e sociali nella vita umana.
8. Sistemi ottici nella ricerca biologica. La struttura del microscopio ottico e le regole per lavorarci.
9. Tecnica per realizzare micropreparazioni temporanee, loro studio e descrizione. Metodi per lo studio della struttura cellulare
Parte pratica
1. Utilizzando le linee guida, studia la struttura del microscopio e le regole per lavorarci.
2. Sviluppare le capacità di lavorare con un microscopio e realizzare preparazioni temporanee di fibre di cotone idrofilo, scaglie di ali di farfalla. Esaminare le micropreparazioni: buccia del bulbo, foglia di elodea, striscio di sangue di rana, studiare il carattere tipografico.
3. Inserire nel protocollo il grafico della struttura logica “La struttura del microscopio”.
4. Entra nel protocollo "Regole per lavorare con un microscopio"
5. Compila la tabella "Livelli di organizzazione e ricerca di un organismo multicellulare".
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Le cellule procariotiche sono più piccole e più semplici delle cellule eucariotiche. Tra loro non ci sono organismi multicellulari, solo a volte formano una specie di colonie. I procarioti non hanno solo il nucleo cellulare, ma anche tutti gli organelli di membrana (mitocondri, cloroplasti, ER, complesso di Golgi, centrioli, ecc.).
I procarioti includono batteri, alghe blu-verdi (cianobatteri), archaea, ecc. I procarioti furono i primi organismi viventi sulla Terra.
Le funzioni delle strutture della membrana sono eseguite da escrescenze (invaginazioni) della membrana cellulare all'interno del citoplasma. Sono tubolari, lamellari, di forma diversa. Alcuni di loro sono chiamati mesosomi. Pigmenti fotosintetici, enzimi respiratori e altri si trovano su formazioni così diverse e quindi svolgono le loro funzioni.
Nei procarioti c'è solo un grande cromosoma nella parte centrale della cellula ( nucleoide), che ha una struttura anulare. Contiene DNA. Invece delle proteine che danno forma al cromosoma come negli eucarioti, qui c’è l’RNA. Il cromosoma non è separato dal citoplasma da una membrana, quindi si dice che i procarioti siano organismi privi di nucleo. Tuttavia, in un punto, il cromosoma è attaccato alla membrana cellulare.
Oltre al nucleoide, la struttura delle cellule procariotiche contiene plasmidi (anche i piccoli cromosomi hanno una struttura ad anello).
A differenza degli eucarioti, il citoplasma dei procarioti è immobile.
I procarioti hanno ribosomi, ma sono più piccoli dei ribosomi eucariotici.
Le cellule procariotiche si distinguono per la complessa struttura delle loro membrane. Oltre alla membrana citoplasmatica (plasmalemma), hanno una parete cellulare, nonché una capsula e altre formazioni, a seconda del tipo di organismo procariotico. La parete cellulare svolge una funzione di sostegno e impedisce la penetrazione di sostanze nocive. La parete cellulare batterica contiene mureina (un glicopeptide).
Sulla superficie dei procarioti sono spesso presenti flagelli (uno o più) e vari villi.
Con l'aiuto dei flagelli, le cellule si muovono in un mezzo liquido. I villi svolgono diverse funzioni (forniscono non bagnatura, attaccamento, trasferiscono sostanze, partecipano al processo sessuale, formando un ponte di coniugazione).
Le cellule procariotiche si dividono per scissione binaria. Non hanno mitosi né meiosi. Prima della divisione il nucleoide raddoppia.
I procarioti spesso formano spore, che sono un modo per sopravvivere a condizioni avverse. Le spore di numerosi batteri rimangono vitali a temperature elevate ed estremamente basse. Quando si forma una spora, la cellula procariotica è ricoperta da una membrana spessa e densa. La sua struttura interna cambia leggermente.
La struttura di una cellula eucariotica
La parete cellulare di una cellula eucariotica, a differenza della parete cellulare dei procarioti, è costituita principalmente da polisaccaridi. Nei funghi, il principale polisaccaride contenente azoto è la chitina. Nel lievito, il 60-70% dei polisaccaridi sono glucani e mannani, che sono associati a proteine e lipidi. Le funzioni della parete cellulare degli eucarioti sono le stesse di quelle dei procarioti.
Anche la membrana citoplasmatica (CPM) ha una struttura a tre strati. La superficie della membrana presenta sporgenze vicine ai mesosomi procariotici. La CMP regola i processi del metabolismo cellulare.
Negli eucarioti, il CPM è in grado di catturare grandi goccioline contenenti carboidrati, lipidi e proteine dall'ambiente. Questo fenomeno è chiamato pinocitosi. Il CPM di una cellula eucariotica è anche in grado di catturare particelle solide dall'ambiente (fenomeno della fagocitosi). Inoltre, il CPM è responsabile del rilascio di prodotti metabolici nell'ambiente.
Riso. 2.2 Schema della struttura di una cellula eucariotica:
1 parete cellulare; 2 membrana citoplasmatica;
3 citoplasma; 4 nuclei; 5 reticolo endoplasmatico;
6 mitocondri; 7 complesso del Golgi; 8 ribosomi;
9 lisosomi; 10 vacuoli
Il nucleo è separato dal citoplasma da due membrane con pori. I pori nelle cellule giovani sono aperti; servono per la migrazione dei precursori dei ribosomi, messaggeri e trasferimento dell'RNA dal nucleo al citoplasma. Nel nucleo del nucleoplasma ci sono i cromosomi, costituiti da due molecole di DNA a catena filiforme collegate a proteine. Il nucleo contiene anche un nucleolo ricco di RNA messaggero e associato a un cromosoma specifico, l'organizzatore nucleolare.
La funzione principale del nucleo è la partecipazione alla riproduzione cellulare. È il portatore di informazioni ereditarie.
In una cellula eucariotica, il nucleo è il portatore più importante, ma non l'unico, delle informazioni ereditarie. Alcune di queste informazioni sono contenute nel DNA dei mitocondri e dei cloroplasti.
Struttura della membrana dei mitocondri contenente due membrane esterna ed interna, altamente ripiegate. Gli enzimi redox sono concentrati sulla membrana interna. La funzione principale dei mitocondri è fornire energia alla cellula (formazione di ATP). I mitocondri sono un sistema autoriproduttivo, poiché hanno un proprio DNA circolare cromosomico e altri componenti che fanno parte di una normale cellula procariotica.
Il reticolo endoplasmatico (ER) è una struttura di membrana costituita da tubuli che penetrano nell'intera superficie interna della cellula. È liscio e ruvido. Sulla superficie dell'ES ruvido si trovano ribosomi più grandi di quelli dei procarioti. Le membrane ES contengono anche enzimi che sintetizzano lipidi, carboidrati e sono responsabili del trasporto di sostanze nella cellula.
Il complesso del Golgi è costituito da serbatoi di vescicole a membrana appiattita in cui avviene l'imballaggio e il trasporto delle proteine all'interno della cellula. Nel complesso del Golgi avviene anche la sintesi degli enzimi idrolitici (il sito di formazione dei lisosomi).
I lisosomi contengono enzimi idrolitici. Qui avviene una scissione dei biopolimeri (proteine, grassi, carboidrati).
I vacuoli sono separati dal citoplasma tramite membrane. I vacuoli di riserva contengono nutrienti cellulari di riserva, mentre i vacuoli di scorie contengono prodotti metabolici non necessari e sostanze tossiche.
Il più ovvio la differenza tra procarioti ed eucarioti è che questi ultimi hanno un nucleo, che si riflette nel nome di questi gruppi: "karyo" è tradotto dal greco antico come il nucleo, "pro" - prima, "eu" - buono. Quindi, i procarioti sono organismi prenucleari, gli eucarioti sono nucleari.
Tuttavia, questa non è l'unica e forse non la principale differenza tra organismi procarioti ed eucarioti. Non ci sono organelli di membrana nelle cellule procariotiche.(con rare eccezioni) - mitocondri, cloroplasti, complesso del Golgi, reticolo endoplasmatico, lisosomi.
Le loro funzioni sono svolte da escrescenze (invaginazioni) della membrana cellulare, sulla quale si trovano vari pigmenti ed enzimi che forniscono processi vitali.
I procarioti non hanno cromosomi eucariotici. Il loro principale materiale genetico è il nucleoide, solitamente a forma di anello. Nelle cellule eucariotiche, i cromosomi sono complessi di DNA e proteine istoniche (svolgono un ruolo importante nell'impacchettamento del DNA). Questi complessi chimici sono chiamati cromatina. Il nucleoide dei procarioti non contiene istoni e le molecole di RNA ad esso associate gli danno la forma.
I cromosomi eucariotici si trovano nel nucleo. Nei procarioti, il nucleoide si trova nel citoplasma ed è solitamente attaccato in un punto alla membrana cellulare.
Oltre al nucleoide, le cellule procariotiche hanno un numero diverso di plasmidi: nucleoidi di dimensioni significativamente più piccole rispetto a quello principale.
Il numero di geni nel nucleoide dei procarioti è un ordine di grandezza inferiore a quello dei cromosomi. Gli eucarioti hanno molti geni che svolgono una funzione regolatrice in relazione ad altri geni. Ciò rende possibile la specializzazione delle cellule eucariotiche di un organismo multicellulare, contenenti la stessa informazione genetica; cambiando il tuo metabolismo, rispondi in modo più flessibile ai cambiamenti nell'ambiente esterno ed interno. Anche la struttura dei geni è diversa. Nei procarioti, i geni nel DNA sono organizzati in gruppi: gli operoni. Ogni operone viene trascritto come una singola unità.
Esistono anche differenze tra procarioti ed eucarioti nei processi di trascrizione e traduzione. La cosa più importante è che nelle cellule procariotiche questi processi possono procedere simultaneamente su una molecola di RNA matrice (informazione): mentre è ancora in fase di sintesi sul DNA, i ribosomi sono già “seduti” alla sua estremità finita e sintetizzano le proteine. Nelle cellule eucariotiche, l'mRNA subisce la cosiddetta maturazione dopo la trascrizione. E solo dopo è possibile sintetizzare le proteine.
I ribosomi dei procarioti sono più piccoli (coefficiente di sedimentazione 70S) di quelli degli eucarioti (80S). Il numero di proteine e molecole di RNA nella composizione delle subunità ribosomiali differisce. Va notato che i ribosomi (così come il materiale genetico) dei mitocondri e dei cloroplasti sono simili ai procarioti, il che potrebbe indicare la loro origine da antichi organismi procarioti che si trovavano all'interno della cellula ospite.
I procarioti solitamente differiscono per la struttura più complessa dei loro gusci. Oltre alla membrana citoplasmatica e alla parete cellulare, hanno anche una capsula e altre formazioni, a seconda del tipo di organismo procariotico. La parete cellulare svolge una funzione di sostegno e impedisce la penetrazione di sostanze nocive. La parete cellulare batterica contiene mureina (un glicopeptide). Tra gli eucarioti, le piante hanno una parete cellulare (il suo componente principale è la cellulosa), i funghi hanno la chitina.
Le cellule procariotiche si dividono per scissione binaria. Loro hanno non esistono processi complessi di divisione cellulare (mitosi e meiosi) caratteristico degli eucarioti. Anche se prima della divisione il nucleoide raddoppia, proprio come la cromatina nei cromosomi. Nel ciclo vitale degli eucarioti si osserva un'alternanza di fasi diploidi e aploidi. In questo caso prevale solitamente la fase diploide. A differenza di loro, i procarioti non ce l'hanno.
Le cellule eucariotiche variano in dimensioni, ma in ogni caso sono significativamente più grandi delle cellule procariotiche (decine di volte).
I nutrienti entrano nelle cellule dei procarioti solo con l'aiuto dell'osmosi. Nelle cellule eucariotiche si possono inoltre osservare fago- e pinocitosi (“cattura” di cibo e liquidi mediante la membrana citoplasmatica).
In generale, la differenza tra procarioti ed eucarioti risiede nella struttura nettamente più complessa di questi ultimi. Si ritiene che le cellule di tipo procariotico siano nate attraverso l'abiogenesi (evoluzione chimica a lungo termine nelle condizioni della Terra primordiale). Gli eucarioti apparvero più tardi dai procarioti, combinandoli (ipotesi simbiotica e chimerica) o mediante l'evoluzione di singoli rappresentanti (ipotesi di invaginazione). La complessità delle cellule eucariotiche ha permesso loro di organizzare un organismo multicellulare, nel processo di evoluzione per fornire tutta la diversità fondamentale della vita sulla Terra.
Tabella delle differenze tra procarioti ed eucarioti
| NO | Mangiare |
| NO. Le loro funzioni sono svolte da invaginazioni della membrana cellulare, sulla quale si trovano pigmenti ed enzimi. | Mitocondri, plastidi, lisosomi, RE, complesso del Golgi |
| Più complesse, ci sono varie capsule. La parete cellulare è costituita da mureina. | Il componente principale della parete cellulare è la cellulosa (nelle piante) o la chitina (nei funghi). Le cellule animali non hanno una parete cellulare. |
| Decisamente meno. È rappresentato da un nucleoide e da plasmidi, che hanno una forma ad anello e si trovano nel citoplasma. | La quantità di informazioni ereditarie è significativa. Cromosomi (costituiti da DNA e proteine). caratterizzato da diploidia. |
| Divisione cellulare binaria. | C'è mitosi e meiosi. |
| Non tipico dei procarioti. | Sono rappresentati sia da forme unicellulari che multicellulari. |
| più piccola | Più grandi |
| Più diversificati (eterotrofi, autotrofi che fotosintetizzano e chemiosintetizzano in vari modi; respirazione anaerobica e aerobica). | Autotrofia solo nelle piante attraverso la fotosintesi. Quasi tutti gli eucarioti sono aerobi. |
| Dalla natura inanimata nel processo di evoluzione chimica e prebiologica. | Dai procarioti nel corso della loro evoluzione biologica. |
cellule eucariotiche
L'organizzazione più complessa è inerente alle cellule eucariotiche di animali e piante. La struttura delle cellule animali e vegetali è caratterizzata da somiglianze fondamentali, ma la loro forma, dimensione e massa sono estremamente diverse e dipendono dal fatto che l'organismo sia unicellulare o multicellulare. Ad esempio, diatomee, euglenoidi, lieviti, mixomiceti e protozoi sono eucarioti unicellulari, mentre la stragrande maggioranza degli altri tipi di organismi sono eucarioti multicellulari, il numero di cellule in cui varia da poche (ad esempio, in alcuni elminti) a miliardi (nei mammiferi) per organismo. Il corpo umano è composto da circa 10 cellule diverse, che differiscono nelle loro funzioni.
Nel caso degli esseri umani esistono più di 200 tipi di cellule diverse. Le cellule più numerose nel corpo umano sono le cellule epiteliali, tra cui le cellule cheratinizzanti (capelli e unghie), le cellule con funzioni di assorbimento e barriera (nel tratto gastrointestinale, nel tratto urinario, nella cornea, nella vagina e in altri sistemi di organi), le cellule del rivestimento gli organi interni e le cavità (pneumociti, cellule sierose e molti altri). Ci sono cellule che forniscono il metabolismo e l'accumulo di sostanze di riserva (epatociti, cellule adipose). Un ampio gruppo è costituito da cellule epiteliali e del tessuto connettivo che secernono matrice extracellulare (amiloblasti, fibroblasti, osteoblasti e altri) e ormoni, nonché cellule contrattili (muscoli scheletrici e cardiaci, iride e altre strutture), cellule del sangue e sistema immunitario ( eritrociti, neutrofili, eosinofili, basofili, linfociti T e altri). Ci sono anche cellule che agiscono come trasduttori sensoriali (fotorecettori, tattili, uditivi, olfattivi, gustativi e altri recettori). Un numero significativo di cellule è rappresentato da neuroni e cellule gliali del sistema nervoso centrale. Esistono anche cellule specializzate del cristallino dell'occhio, cellule pigmentate e cellule nutritive, di seguito denominate cellule inferiori. Sono noti anche molti altri tipi di cellule umane.
In natura non esiste una cellula tipica, perché tutte sono caratterizzate da un'estrema diversità. Tuttavia, tutte le cellule eucariotiche differiscono significativamente dalle cellule procariotiche in una serie di proprietà, principalmente in volume, forma e dimensione. Il volume della maggior parte delle cellule eucariotiche supera il volume dei procarioti di 1.000-10.000 volte. Un tale volume di cellule procariotiche è associato al contenuto in essi di vari organelli che svolgono varie funzioni cellulari. Le cellule eucariotiche sono inoltre caratterizzate dalla presenza di una grande quantità di materiale genetico, concentrato principalmente in un numero relativamente elevato di cromosomi, che offre loro grandi opportunità di differenziazione e specializzazione.
Una caratteristica altrettanto importante delle cellule eucariotiche è che sono caratterizzate da una compartimentazione fornita dalla presenza di sistemi di membrane interne. Di conseguenza, molti enzimi sono localizzati in determinati compartimenti. Ad esempio, quasi tutti gli enzimi che catalizzano la sintesi proteica nelle cellule animali sono localizzati nei ribosomi, mentre gli enzimi che catalizzano la sintesi dei fosfolipidi sono concentrati principalmente sulla membrana citoplasmatica cellulare. A differenza delle cellule procariotiche, le cellule eucariotiche hanno un nucleolo.
Le cellule eucariotiche, rispetto alle cellule procariotiche, hanno un sistema più complesso per percepire le sostanze dall'ambiente, senza il quale la loro vita è impossibile. Esistono altre differenze tra le cellule eucariotiche e procariotiche.
La forma delle cellule è la più varia e spesso dipende anche dalle funzioni che svolgono. Ad esempio, molti protozoi sono ovali, mentre i globuli rossi sono dischi ovali e le cellule muscolari dei mammiferi sono allungate. Le dimensioni delle cellule eucariotiche sono microscopiche (Tabella 3).
Alcuni tipi di cellule sono caratterizzati da dimensioni significative. Ad esempio, la dimensione delle cellule nervose nei grandi animali raggiunge diversi metri di lunghezza e negli esseri umani fino a 1 metro. Le cellule dei singoli tessuti vegetali raggiungono diversi millimetri di lunghezza.
Si ritiene che quanto più grande è un organismo all'interno di una specie, tanto più grandi sono le sue cellule. Tuttavia, per specie animali affini che differiscono per dimensioni, sono caratteristiche anche cellule di dimensioni simili. Ad esempio, gli eritrociti hanno dimensioni simili in tutti i mammiferi.
Le cellule differiscono anche in massa. Ad esempio, una singola cellula epatica umana (epatocita) pesa 19-9 g.
Una cellula somatica umana (una tipica cellula eucariotica) è una formazione costituita da molti componenti strutturali di dimensioni microscopiche e submicroscopiche (Fig. 46).
L'uso della microscopia elettronica e di altri metodi ha permesso di stabilire una straordinaria diversità nella struttura sia del guscio che del citoplasma e del nucleo. In particolare, è stato stabilito il principio della membrana della struttura delle strutture intracellulari, sulla base del quale si distinguono numerosi componenti strutturali della cellula, vale a dire.
Ricordare!
Quali sono le differenze fondamentali nella struttura delle cellule procariotiche ed eucariotiche?
Qual è il ruolo dei batteri in natura?
Varietà di procarioti. Il regno dei procarioti è rappresentato principalmente dai batteri, gli organismi più antichi del nostro pianeta. Emersi più di 3,5 miliardi di anni fa, i procarioti hanno effettivamente creato la biosfera terrestre, creando le condizioni per l'ulteriore evoluzione degli organismi.
Per la prima volta i batteri furono visti al microscopio e descritti nel 1683 dal naturalista olandese A. Leeuwenhoek. Le dimensioni dei batteri variano da 1 a 15 micron. Una singola cellula batterica può essere vista solo con un microscopio abbastanza sofisticato, motivo per cui vengono chiamati microrganismi.
Riso. 34. Alcuni rappresentanti dei batteri moderni: A - streptococco (nel processo di divisione); B - vibrione del colera; B - batterio Clostridium a forma di bastoncino; D - micobatterio a forma di bastoncino che causa la tubercolosi
I batteri vivono ovunque: nel suolo, nell'acqua, nell'aria, sulla superficie e all'interno di altri organismi, nei prodotti alimentari. Alcuni batteri si insediano nelle sorgenti termali, dove la temperatura dell'acqua raggiunge i 78°C e oltre. Il numero di batteri sul pianeta è enorme, ad esempio 1 g di terreno fertile contiene circa 2,5 miliardi di cellule batteriche.
La forma delle cellule batteriche è estremamente varia (Fig. 34). Assegnare a forma di bastoncino - bacilli, sferico - cocchi, spirale - spirilla, avente la forma di una virgola - vibrioni.
Molti procarioti sono capaci di formare spore (Fig. 35). controversia si presentano, di regola, in condizioni sfavorevoli e rappresentano cellule con un livello di metabolismo bruscamente ridotto. Le spore sono ricoperte da un guscio protettivo, rimangono vitali per centinaia e persino migliaia di anni e resistono a sbalzi di temperatura da -243 a 140 ° C. Quando si verificano condizioni favorevoli, le spore “germogliano” e danno origine ad una nuova cellula batterica.
Riso. 35. Formazione di spore nei batteri
Pertanto, la sporulazione nei procarioti è una fase del ciclo di vita che garantisce la sopravvivenza in condizioni ambientali avverse. Inoltre, allo stato di spore, i microrganismi possono essere facilmente diffusi dal vento e da altri mezzi.
Spore di batteri patogeni che sono rimasti in uno stato dormiente per molti anni nel terreno, penetrando nei corpi idrici durante vari lavori di sterro, possono causare epidemie di malattie infettive. Ad esempio, le spore del bacillo dell’antrace rimangono vitali per più di 30 anni.
I microbiologi hanno coltivato colonie di microrganismi da spore intrappolate in un campione di ghiaccio risalente a più di 10.000 anni fa.
La struttura di una cellula procariotica. Considera la struttura fondamentale di una cellula batterica (Fig. 36).
Cella circondata membrana fabbricato ordinario, all'esterno del quale si trova parete cellulare. Nella parte centrale del citoplasma ce n'è uno molecola di DNA circolare non separati da una membrana dal resto del citoplasma. Viene chiamata l'area di una cellula che contiene materiale genetico nucleoide(dal latino nucleus - nucleo e dal greco eidos - vista). Oltre al "cromosoma" circolare principale, i batteri contengono solitamente diverse piccole molecole di DNA sotto forma di piccoli anelli disposti in modo lasco, i cosiddetti plasmide, coinvolti nello scambio di materiale genetico tra batteri.
Riso. 36. La struttura di una cellula procariotica
Nelle cellule batteriche non ci sono organelli di membrana caratteristici degli eucarioti (reticolo endoplasmatico, apparato del Golgi, mitocondri, plastidi, lisosomi). Le funzioni di questi organelli sono eseguite dalle invaginazioni della membrana cellulare.
Gli organelli obbligatori che forniscono la sintesi proteica nelle cellule batteriche sono ribosomi.
Sulla parte superiore della parete cellulare, molti batteri secernono muco, formando una sorta di capsula, proteggendo inoltre i batteri dagli influssi esterni.
I batteri si riproducono per semplice scissione in due. Dopo la duplicazione del DNA circolare, la cellula si allunga e in essa si forma un setto trasversale. Successivamente, le cellule figlie divergono o rimangono collegate in gruppi.
Confrontando le cellule procariotiche ed eucariotiche, si può notare che la struttura degli organelli a due membrane - mitocondri e plastidi, che hanno il proprio DNA circolare e ribosomi che sintetizzano RNA e proteine - assomiglia alla struttura di una cellula batterica. Questa somiglianza è servita come base per l'ipotesi dell'origine simbiotica degli eucarioti. Diversi miliardi di anni fa, antichi organismi procarioti furono introdotti l'uno nell'altro, dando vita a un'unione reciprocamente vantaggiosa (§ ).
Gli organismi procarioti includono anche i cianobatteri, spesso chiamati alghe blu-verdi. Questi antichi organismi, originatisi circa 3 miliardi di anni fa, sono ampiamente distribuiti in tutto il mondo. Si conoscono circa 2mila specie di cianobatteri. La maggior parte di loro è in grado di sintetizzare tutte le sostanze necessarie utilizzando l'energia della luce.
Tabella 3. Caratteristiche comparative delle cellule procariotiche ed eucariotiche
Rivedi domande e compiti
1. Qual è il significato e il ruolo ecologico dei procarioti nelle biocenosi?
2. In che modo gli agenti patogeni influenzano lo stato del macroorganismo (ospite)?
3. Descrivere la struttura di una cellula batterica.
4. Come si riproducono i batteri?
5. Qual è l'essenza del processo di formazione delle spore nei batteri?
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Divide tutte le celle (o organismi vivi) in due tipologie: procarioti E eucarioti. I procarioti sono cellule o organismi non nucleari, che includono virus, batteri procarioti e alghe blu-verdi, in cui la cellula è costituita direttamente dal citoplasma, in cui si trova un cromosoma - Molecola di DNA(a volte RNA).
cellule eucariotiche hanno un nucleo in cui sono presenti nucleoproteine (proteina istonica + complesso DNA), così come altri organelli. Gli eucarioti comprendono la maggior parte dei moderni organismi viventi unicellulari e multicellulari conosciuti dalla scienza (comprese le piante).
La struttura degli organoidi eucariotici.
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Nome organoide |
La struttura dell'organoide |
Funzioni organoidi |
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Citoplasma |
L'ambiente interno della cellula, che contiene il nucleo e altri organelli. Ha una struttura semiliquida a grana fine. |
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Ribosomi |
Piccoli organelli sferici o ellissoidali con un diametro compreso tra 15 e 30 nanometri. |
Forniscono il processo di sintesi delle molecole proteiche, il loro assemblaggio dagli amminoacidi. |
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Mitocondri |
Organelli che hanno un'ampia varietà di forme, da sferiche a filamentose. All'interno dei mitocondri ci sono pieghe da 0,2 a 0,7 micron. Il guscio esterno dei mitocondri ha una struttura a due membrane. La membrana esterna è liscia e all'interno sono presenti escrescenze a forma di croce con enzimi respiratori. |
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Reticolo endoplasmatico (RE) |
Il sistema di membrane nel citoplasma che forma canali e cavità. Ne esistono di due tipi: granulare, su cui sono presenti ribosomi e liscio. |
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plastidi(organelli peculiari solo delle cellule vegetali) sono di tre tipi: |
Organelli a doppia membrana |
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Leucoplasti |
Plastidi incolori presenti nei tuberi, nelle radici e nei bulbi delle piante. |
Costituiscono un serbatoio aggiuntivo per immagazzinare i nutrienti. |
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Cloroplasti |
Gli organelli sono di forma ovale e di colore verde. Sono separati dal citoplasma da due membrane a tre strati. All'interno dei cloroplasti c'è la clorofilla. |
Trasforma la materia organica da materia inorganica utilizzando l'energia del sole. |
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Cromoplasti |
Organelli, dal giallo al marrone, in cui si accumula il carotene. |
Contribuiscono alla comparsa di parti di colore giallo, arancione e rosso nelle piante. |
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Lisosomi |
Organelli arrotondati con un diametro di circa 1 micron, aventi una membrana sulla superficie e all'interno un complesso di enzimi. |
funzione digestiva. Digerisce le particelle nutritive ed elimina le parti morte della cellula. |
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Complesso di Golgi |
Può avere forme diverse. È costituito da cavità separate da membrane. Dalle cavità si dipartono formazioni tubolari con bolle alle estremità. |
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Centro cellulare |
È costituito da un centrosfera (un'area compattata del citoplasma) e da centrioli: due piccoli corpi. |
Svolge una funzione importante per la divisione cellulare. |
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Inclusioni cellulari |
Carboidrati, grassi e proteine, che sono componenti non permanenti della cellula. |
Nutrienti di riserva che vengono utilizzati per la vita della cellula. |
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Organelli del movimento |
Flagelli e ciglia (escrescenze e cellule), miofibrille (formazioni filamentose) e pseudopodi (o pseudopodi). |
Eseguono una funzione motoria e forniscono anche il processo di contrazione muscolare. |
nucleo cellulareè l'organello principale e più complesso della cellula, quindi lo considereremo
Le cellule procariotiche hanno una struttura più piccola e più semplici delle cellule eucariotiche. Tra loro non ci sono organismi multicellulari, solo a volte formano una specie di colonie. I procarioti non hanno solo il nucleo cellulare, ma anche tutti gli organelli di membrana (mitocondri, cloroplasti, ER, complesso di Golgi, centrioli, ecc.).
I procarioti includono batteri, alghe blu-verdi (cianobatteri), archaea, ecc. I procarioti furono i primi organismi viventi sulla Terra.
Le funzioni delle strutture della membrana sono eseguite da escrescenze (invaginazioni) della membrana cellulare all'interno del citoplasma. Sono tubolari, lamellari, di forma diversa. Alcuni di loro sono chiamati mesosomi. Pigmenti fotosintetici, enzimi respiratori e altri si trovano su formazioni così diverse e quindi svolgono le loro funzioni.
Nei procarioti c'è solo un grande cromosoma nella parte centrale della cellula ( nucleoide), che ha una struttura anulare. Contiene DNA. Invece delle proteine che danno forma al cromosoma come negli eucarioti, qui c’è l’RNA. Il cromosoma non è separato dal citoplasma da una membrana, quindi si dice che i procarioti siano organismi privi di nucleo. Tuttavia, in un punto, il cromosoma è attaccato alla membrana cellulare.
Oltre al nucleoide, la struttura delle cellule procariotiche contiene plasmidi (anche i piccoli cromosomi hanno una struttura ad anello).
A differenza degli eucarioti, il citoplasma dei procarioti è immobile.
I procarioti hanno ribosomi, ma sono più piccoli dei ribosomi eucariotici.
Le cellule procariotiche si distinguono per la complessa struttura delle loro membrane. Oltre alla membrana citoplasmatica (plasmalemma), hanno una parete cellulare, nonché una capsula e altre formazioni, a seconda del tipo di organismo procariotico. La parete cellulare svolge una funzione di sostegno e impedisce la penetrazione di sostanze nocive. La parete cellulare batterica contiene mureina (un glicopeptide).
Sulla superficie dei procarioti sono spesso presenti flagelli (uno o più) e vari villi. Con l'aiuto dei flagelli, le cellule si muovono in un mezzo liquido. I villi svolgono diverse funzioni (forniscono non bagnatura, attaccamento, trasferiscono sostanze, partecipano al processo sessuale, formando un ponte di coniugazione).
Le cellule procariotiche si dividono per scissione binaria. Non hanno mitosi né meiosi. Prima della divisione il nucleoide raddoppia.
I procarioti spesso formano spore, che sono un modo per sopravvivere a condizioni avverse. Le spore di numerosi batteri rimangono vitali a temperature elevate ed estremamente basse. Quando si forma una spora, la cellula procariotica è ricoperta da una membrana spessa e densa. La sua struttura interna cambia leggermente.
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