Esistono due tipi di cellule conosciute negli organismi moderni e fossili: procariotiche ed eucariotiche. Differiscono così nettamente nelle caratteristiche strutturali che ciò è servito a distinguere due superregni del mondo vivente: i procarioti, ad es. prenucleari ed eucarioti, cioè veri e propri organismi nucleari. Le forme intermedie tra questi taxa viventi più grandi sono ancora sconosciute.

Principali caratteristiche e differenze tra cellule procariotiche ed eucariotiche (tabella):

La principale differenza tra le cellule procariotiche e quelle eucariotiche è che il loro DNA non è organizzato in cromosomi e non è circondato da un involucro nucleare. Le cellule eucariotiche sono molto più complesse. Il loro DNA, associato alle proteine, è organizzato in cromosomi, che si trovano in una formazione speciale, essenzialmente l'organello più grande della cellula: il nucleo. Inoltre, il contenuto attivo extranucleare di tale cellula è suddiviso in compartimenti separati utilizzando il reticolo endoplasmatico formato dalla membrana elementare. Le cellule eucariotiche sono generalmente più grandi delle cellule procariotiche. Le loro dimensioni variano da 10 a 100 micron, mentre le dimensioni delle cellule procariotiche (vari batteri, cianobatteri - alghe blu-verdi e alcuni altri organismi), di regola, non superano i 10 micron, spesso pari a 2-3 micron. In una cellula eucariotica, i portatori di geni - i cromosomi - si trovano in un nucleo morfologicamente formato, delimitato dal resto della cellula da una membrana. In preparati eccezionalmente sottili e trasparenti, i cromosomi vivi possono essere visti utilizzando un microscopio ottico. Più spesso vengono studiati su preparati fissi e colorati.

I cromosomi sono costituiti da DNA complessato con proteine ​​istoniche ricche degli aminoacidi arginina e lisina. Gli istoni costituiscono una parte significativa della massa dei cromosomi.

Una cellula eucariotica ha una varietà di strutture intracellulari permanenti - organelli (organelli) che sono assenti in una cellula procariotica.

Le cellule procariotiche possono dividersi in parti uguali per costrizione o gemma, cioè producono cellule figlie più piccole della cellula madre, ma non si dividono mai per mitosi. Al contrario, le cellule degli organismi eucarioti si dividono per mitosi (ad eccezione di alcuni gruppi molto arcaici). In questo caso, i cromosomi si “dividono” longitudinalmente (più precisamente, ciascun filamento di DNA riproduce attorno a sé la propria somiglianza) e le loro “metà” - i cromatidi (copie complete del filamento di DNA) si disperdono in gruppi ai poli opposti della cellula. Ciascuna delle cellule risultanti riceve lo stesso set di cromosomi.

I ribosomi di una cellula procariotica differiscono nettamente per dimensioni dai ribosomi degli eucarioti. Numerosi processi caratteristici del citoplasma di molte cellule eucariotiche - fagocitosi, pinocitosi e ciclosi (movimento rotatorio del citoplasma) - non sono stati trovati nei procarioti. Una cellula procariotica non necessita di acido ascorbico nel processo metabolico, ma le cellule eucariotiche non possono farne a meno.

Le forme mobili delle cellule procariotiche ed eucariotiche differiscono in modo significativo. I procarioti hanno dispositivi motori sotto forma di flagelli o ciglia, costituiti dalla proteina flagellina. I dispositivi motori delle cellule eucariotiche mobili sono chiamati undulipodi e sono ancorati nella cellula con l'aiuto di speciali corpi cinetosomi. La microscopia elettronica ha rivelato la somiglianza strutturale di tutti gli undulipodi degli organismi eucarioti e le loro nette differenze rispetto ai flagelli dei procarioti

1. La struttura di una cellula eucariotica.

Le cellule che formano i tessuti degli animali e delle piante variano in modo significativo per forma, dimensione e struttura interna. Tuttavia, tutti mostrano somiglianze nelle caratteristiche principali dei processi vitali, nel metabolismo, nell'irritabilità, nella crescita, nello sviluppo e nella capacità di cambiare.
Tutti i tipi di cellule contengono due componenti principali strettamente correlati tra loro: il citoplasma e il nucleo. Il nucleo è separato dal citoplasma da una membrana porosa e contiene linfa nucleare, cromatina e nucleolo. Il citoplasma semiliquido riempie l'intera cellula ed è penetrato da numerosi tubuli. All'esterno è ricoperto da una membrana citoplasmatica. Si è specializzato strutture degli organelli, permanentemente presenti nella cellula e formazioni temporanee - inclusioni. Organelli di membrana : membrana citoplasmatica esterna (OCM), reticolo endoplasmatico (ER), apparato di Golgi, lisosomi, mitocondri e plastidi. La struttura di tutti gli organelli di membrana si basa su una membrana biologica. Tutte le membrane hanno un piano strutturale fondamentalmente uniforme e sono costituite da un doppio strato di fosfolipidi, in cui le molecole proteiche sono immerse a diverse profondità su lati diversi. Le membrane degli organelli differiscono l'una dall'altra solo per l'insieme di proteine ​​che contengono.

Membrana citoplasmatica. Tutte le cellule vegetali, gli animali multicellulari, i protozoi e i batteri hanno una membrana cellulare a tre strati: gli strati esterno ed interno sono costituiti da molecole proteiche, lo strato intermedio è costituito da molecole lipidiche. Limita il citoplasma dall'ambiente esterno, circonda tutti gli organelli cellulari ed è una struttura biologica universale. In alcune cellule, la membrana esterna è formata da più membrane strettamente adiacenti l'una all'altra. In questi casi, la membrana cellulare diventa densa ed elastica e consente alla cellula di mantenere la sua forma, come, ad esempio, nell'euglena e nei ciliati della pantofola. La maggior parte delle cellule vegetali, oltre alla membrana, hanno all'esterno anche uno spesso guscio di cellulosa - parete cellulare. È chiaramente visibile in un microscopio ottico convenzionale e svolge una funzione di supporto grazie allo strato esterno rigido, che conferisce alle cellule una forma chiara.
Sulla superficie delle cellule, la membrana forma escrescenze allungate: microvilli, pieghe, invaginazioni e sporgenze, che aumentano notevolmente la superficie di assorbimento o escrezione. Con l'aiuto delle escrescenze della membrana, le cellule si collegano tra loro nei tessuti e negli organi degli organismi multicellulari, sulle pieghe delle membrane si trovano vari enzimi coinvolti nel metabolismo. Delimitando la cellula dall'ambiente, la membrana regola la direzione di diffusione delle sostanze e allo stesso tempo le trasporta attivamente all'interno della cellula (accumulo) o all'esterno (escrezione). A causa di queste proprietà della membrana, la concentrazione di ioni potassio, calcio, magnesio e fosforo nel citoplasma è maggiore e la concentrazione di sodio e cloro è inferiore rispetto all'ambiente. Attraverso i pori della membrana esterna, ioni, acqua e piccole molecole di altre sostanze penetrano nella cellula dall'ambiente esterno. La penetrazione di particelle solide relativamente grandi nella cellula viene effettuata da fagocitosi(dal greco “phago” - divorare, “bere” - cellula). In questo caso, la membrana esterna nel punto di contatto con la particella si piega all'interno della cellula, trascinando la particella in profondità nel citoplasma, dove subisce la scissione enzimatica. Gocce di sostanze liquide entrano nella cellula in modo simile; si chiama il loro assorbimento pinocitosi(dal greco “pino” - bevanda, “cytos” - cellula). La membrana cellulare esterna svolge anche altre importanti funzioni biologiche.
Citoplasma L'85% è costituito da acqua, il 10% da proteine, il resto del volume è costituito da lipidi, carboidrati, acidi nucleici e composti minerali; tutte queste sostanze formano una soluzione colloidale di consistenza simile alla glicerina. La sostanza colloidale di una cellula, a seconda del suo stato fisiologico e della natura dell'influenza dell'ambiente esterno, ha le proprietà sia di un corpo liquido che di un corpo elastico e più denso. Il citoplasma è penetrato da canali di varie forme e dimensioni, chiamati reticolo endoplasmatico. Le loro pareti sono membrane che sono in stretto contatto con tutti gli organelli della cellula e insieme ad essi costituiscono un unico sistema funzionale e strutturale per il metabolismo, l'energia e il movimento delle sostanze all'interno della cellula.

Le pareti dei tubuli contengono minuscoli granelli chiamati granuli. ribosomi. Questa rete di tubuli è chiamata granulare. I ribosomi possono trovarsi sparsi sulla superficie dei tubuli o formare complessi da cinque a sette o più ribosomi, chiamati polisomi. Altri tubuli non contengono granuli; formano un reticolo endoplasmatico liscio. Sulle pareti si trovano gli enzimi coinvolti nella sintesi di grassi e carboidrati.

La cavità interna dei tubuli è piena di prodotti di scarto della cellula. I tubuli intracellulari, formando un complesso sistema ramificato, regolano il movimento e la concentrazione delle sostanze, separano varie molecole di sostanze organiche e le fasi della loro sintesi. Sulle superfici interne ed esterne delle membrane ricche di enzimi vengono sintetizzati proteine, grassi e carboidrati, che vengono utilizzati nel metabolismo, oppure si accumulano nel citoplasma come inclusioni, oppure vengono escreti.

Ribosomi si trova in tutti i tipi di cellule, dai batteri alle cellule di organismi multicellulari. Si tratta di corpi rotondi costituiti da acido ribonucleico (RNA) e proteine ​​in proporzioni quasi uguali. Contengono sicuramente magnesio, la cui presenza mantiene la struttura dei ribosomi. I ribosomi possono essere associati alle membrane del reticolo endoplasmatico, alla membrana cellulare esterna, oppure giacere liberi nel citoplasma. Effettuano la sintesi proteica. Oltre al citoplasma, i ribosomi si trovano nel nucleo della cellula. Si formano nel nucleolo e poi entrano nel citoplasma.

Complesso di Golgi nelle cellule vegetali assomiglia a corpi individuali circondati da membrane. Nelle cellule animali questo organello è rappresentato da cisterne, tubuli e vescicole. I prodotti della secrezione cellulare entrano nei tubi della membrana del complesso del Golgi dai tubuli del reticolo endoplasmatico, dove vengono riorganizzati chimicamente, compattati e quindi passano nel citoplasma e vengono utilizzati dalla cellula stessa o rimossi da essa. Nei serbatoi del complesso del Golgi i polisaccaridi vengono sintetizzati e combinati con le proteine, dando luogo alla formazione di glicoproteine.

Mitocondri- piccoli corpi bastoncellari delimitati da due membrane. Numerose pieghe - creste - si estendono dalla membrana interna del mitocondrio; sulle loro pareti sono presenti vari enzimi, con l'aiuto dei quali viene effettuata la sintesi di una sostanza ad alta energia - l'acido adenosina trifosforico (ATP). A seconda dell'attività della cellula e delle influenze esterne, i mitocondri possono muoversi, cambiare dimensione e forma. Nei mitocondri si trovano ribosomi, fosfolipidi, RNA e DNA. La presenza di DNA nei mitocondri è associata alla capacità di questi organelli di riprodursi formando un restringimento o gemmando durante la divisione cellulare, nonché alla sintesi di alcune proteine ​​mitocondriali.

Lisosomi- piccole formazioni ovali, delimitate da una membrana e sparse in tutto il citoplasma. Trovato in tutte le cellule di animali e piante. Sorgono nelle estensioni del reticolo endoplasmatico e nel complesso del Golgi, qui si riempiono di enzimi idrolitici, per poi separarsi ed entrare nel citoplasma. In condizioni normali, i lisosomi digeriscono le particelle che entrano nella cellula mediante fagocitosi e gli organelli delle cellule morenti. I prodotti dei lisosomi vengono escreti attraverso la membrana del lisosoma nel citoplasma, dove vengono inclusi in nuove molecole. Quando la membrana del lisosoma si rompe, gli enzimi entrano nel citoplasma e digerirne il contenuto, causando la morte cellulare.
Plastidi si trova solo nelle cellule vegetali e si trova nella maggior parte delle piante verdi. Le sostanze organiche vengono sintetizzate e accumulate nei plastidi. Esistono tre tipi di plastidi: cloroplasti, cromoplasti e leucoplasti.

Cloroplasti - plastidi verdi contenenti la clorofilla, pigmento verde. Si trovano nelle foglie, negli steli giovani e nei frutti acerbi. I cloroplasti sono circondati da una doppia membrana. Nelle piante superiori, la parte interna dei cloroplasti è riempita con una sostanza semiliquida, in cui le piastre sono disposte parallelamente tra loro. Le membrane accoppiate delle piastre si fondono per formare pile contenenti clorofilla. In ogni pila di cloroplasti delle piante superiori, si alternano strati di molecole proteiche e molecole lipidiche e tra di loro si trovano molecole di clorofilla. Questa struttura a strati fornisce la massima superficie libera e facilita la cattura e il trasferimento di energia durante la fotosintesi.
Cromoplasti - plastidi contenenti pigmenti vegetali (rosso o marrone, giallo, arancione). Sono concentrati nel citoplasma delle cellule di fiori, steli, frutti e foglie delle piante e conferiscono loro il colore appropriato. I cromoplasti sono formati da leucoplasti o cloroplasti a seguito dell'accumulo di pigmenti carotenoidi.

Leucoplasti: incolori plastidi situati nelle parti non colorate delle piante: negli steli, nelle radici, nei bulbi, ecc. I grani di amido si accumulano nei leucoplasti di alcune cellule e gli oli e le proteine ​​si accumulano nei leucoplasti di altre cellule.

Tutti i plastidi derivano dai loro predecessori, i proplastidi. Hanno rivelato il DNA che controlla la riproduzione di questi organelli.

Centro cellulare, o centrosoma, svolge un ruolo importante nella divisione cellulare ed è costituito da due centrioli . Si trova in tutte le cellule animali e vegetali, ad eccezione dei funghi fioriti, dei funghi inferiori e di alcuni protozoi. I centrioli nelle cellule in divisione prendono parte alla formazione del fuso di divisione e si trovano ai suoi poli. In una cellula in divisione, il centro della cellula è il primo a dividersi e contemporaneamente si forma un fuso di acromatina, che orienta i cromosomi mentre divergono verso i poli. Un centriolo lascia ciascuna delle cellule figlie.
Molte cellule vegetali e animali lo hanno organoidi per scopi speciali: ciglia, svolgere la funzione di movimento (ciliati, cellule del tratto respiratorio), flagelli(protozoi unicellulari, cellule riproduttive maschili negli animali e nelle piante, ecc.).

Inclusioni - elementi temporanei che sorgono in una cellula in una certa fase della sua vita come risultato di una funzione sintetica. Vengono utilizzati o rimossi dalla cella. Le inclusioni sono anche sostanze nutritive di riserva: nelle cellule vegetali - amido, goccioline di grasso, proteine, oli essenziali, molti acidi organici, sali di acidi organici e inorganici; nelle cellule animali - glicogeno (nelle cellule del fegato e nei muscoli), gocce di grasso (nel tessuto sottocutaneo); Alcune inclusioni si accumulano nelle cellule come rifiuti - sotto forma di cristalli, pigmenti, ecc.

Vacuoli - si tratta di cavità delimitate da una membrana; ben espresso nelle cellule vegetali e presente nei protozoi. Sorgono in diverse aree del reticolo endoplasmatico. E gradualmente se ne separano. I vacuoli mantengono la pressione del turgore; in essi è concentrata la linfa cellulare o vacuolare, le cui molecole ne determinano la concentrazione osmotica. Si ritiene che i prodotti iniziali della sintesi - carboidrati solubili, proteine, pectine, ecc. - si accumulino nelle cisterne del reticolo endoplasmatico. Questi grappoli rappresentano i rudimenti dei futuri vacuoli.
Citoscheletro . Una delle caratteristiche distintive di una cellula eucariotica è lo sviluppo nel suo citoplasma di formazioni scheletriche sotto forma di microtubuli e fasci di fibre proteiche. Gli elementi del citoscheletro sono strettamente associati alla membrana citoplasmatica esterna e all'involucro nucleare e formano trame complesse nel citoplasma. Gli elementi di supporto del citoplasma determinano la forma della cellula, assicurano il movimento delle strutture intracellulari e il movimento dell'intera cellula.

Nucleo La cellula svolge un ruolo importante nella sua vita; con la sua rimozione, la cellula cessa le sue funzioni e muore. La maggior parte delle cellule animali ha un nucleo, ma esistono anche cellule multinucleate (fegato e muscoli umani, funghi, ciliati, alghe verdi). I globuli rossi dei mammiferi si sviluppano da cellule precursori contenenti un nucleo, ma i globuli rossi maturi lo perdono e non vivono a lungo.
Il nucleo è circondato da una doppia membrana, permeata di pori, attraverso la quale è strettamente connesso con i canali del reticolo endoplasmatico e con il citoplasma. All'interno del nucleo c'è cromatina- sezioni spiralizzate di cromosomi. Durante la divisione cellulare, si trasformano in strutture a forma di bastoncino chiaramente visibili al microscopio ottico. I cromosomi sono complessi complessi di proteine ​​e DNA chiamati nucleoproteina.

Le funzioni del nucleo sono quelle di regolare tutte le funzioni vitali della cellula, che svolge con l'aiuto di DNA e RNA portatori materiali di informazioni ereditarie. In preparazione alla divisione cellulare, il DNA raddoppia; durante la mitosi, i cromosomi si separano e vengono trasmessi alle cellule figlie, garantendo la continuità dell'informazione ereditaria in ogni tipo di organismo.

Carioplasma - la fase liquida del nucleo, nella quale si trovano in forma disciolta i prodotti di scarto delle strutture nucleari.

Nucleolo- parte isolata e più densa del nucleo.

Il nucleolo contiene proteine ​​complesse e RNA, fosfati liberi o legati di potassio, magnesio, calcio, ferro, zinco e ribosomi. Il nucleolo scompare prima dell'inizio della divisione cellulare e si riforma nell'ultima fase della divisione.

Pertanto, la cellula ha un'organizzazione fine e molto complessa. L'estesa rete di membrane citoplasmatiche e il principio di membrana della struttura degli organelli consentono di distinguere tra le numerose reazioni chimiche che si verificano simultaneamente nella cellula. Ognuna delle formazioni intracellulari ha una propria struttura e una funzione specifica, ma solo attraverso la loro interazione è possibile il funzionamento armonioso della cellula. Sulla base di questa interazione, le sostanze provenienti dall'ambiente entrano nella cellula e i prodotti di scarto vengono rimossi da essa verso l'esterno ambiente: ecco come avviene il metabolismo. Il perfezionamento dell'organizzazione strutturale di una cellula potrebbe derivare solo da un'evoluzione biologica a lungo termine, durante la quale le funzioni da essa svolte sono diventate gradualmente più complesse.
Le forme unicellulari più semplici rappresentano sia una cellula che un organismo con tutte le sue manifestazioni di vita. Negli organismi multicellulari, le cellule formano gruppi omogenei: i tessuti. A loro volta, i tessuti formano organi, sistemi e le loro funzioni sono determinate dall'attività vitale generale dell'intero organismo.

2. Cellula procariotica.

I procarioti includono batteri e alghe blu-verdi (cyanea). L'apparato ereditario dei procarioti è rappresentato da una molecola di DNA circolare che non forma legami con le proteine ​​​​e contiene una copia di ciascun gene - organismi aploidi. Il citoplasma contiene un gran numero di piccoli ribosomi; le membrane interne sono assenti o scarsamente espresse. Gli enzimi del metabolismo plastico si trovano diffusamente. L'apparato del Golgi è rappresentato da singole vescicole. I sistemi enzimatici per il metabolismo energetico sono disposti ordinatamente sulla superficie interna della membrana citoplasmatica esterna. L'esterno della cella è circondato da una spessa parete cellulare. Molti procarioti sono capaci di sporulazione in condizioni di vita sfavorevoli; in questo caso una piccola sezione del citoplasma contenente DNA viene isolata e circondata da una spessa capsula multistrato. I processi metabolici all'interno della spora praticamente si fermano. Quando esposta a condizioni favorevoli, la spora si trasforma in una forma cellulare attiva. I procarioti si riproducono per semplice divisione in due.

La dimensione media delle cellule procariotiche è di 5 micron. Non hanno membrane interne oltre alle invaginazioni della membrana plasmatica. Non ci sono strati. Al posto del nucleo cellulare c'è il suo equivalente (nucleoide), privo di involucro e costituito da un'unica molecola di DNA. Inoltre, i batteri possono contenere DNA sotto forma di minuscoli plasmidi, simili al DNA extranucleare degli eucarioti.
Le cellule procariotiche capaci di fotosintesi (alghe blu-verdi, batteri verdi e viola) hanno grandi invaginazioni di membrana diversamente strutturate - tilacoidi, che nella loro funzione corrispondono ai plastidi eucariotici. Questi stessi tilacoidi o, nelle cellule incolori, piccole invaginazioni della membrana (e talvolta anche la stessa membrana plasmatica) sostituiscono funzionalmente i mitocondri. Altre invaginazioni di membrana complessamente differenziate sono chiamate mesasomi; la loro funzione non è chiara.
Solo alcuni organelli di una cellula procariotica sono omologhi ai corrispondenti organelli degli eucarioti. I procarioti sono caratterizzati dalla presenza di una sacca di mureina, un elemento meccanicamente forte della parete cellulare

Caratteristiche comparative di cellule di piante, animali, batteri, funghi

Quando si confrontano i batteri con gli eucarioti, l'unica somiglianza che può essere identificata è la presenza di una parete cellulare, ma le somiglianze e le differenze degli organismi eucarioti meritano un'attenzione più approfondita. Il confronto dovrebbe iniziare con componenti caratteristici di piante, animali e funghi. Questi sono il nucleo, i mitocondri, l'apparato di Golgi (complesso), il reticolo endoplasmatico (o reticolo endoplasmatico) e i lisosomi. Sono caratteristici di tutti gli organismi, hanno una struttura simile e svolgono le stesse funzioni. Ora dobbiamo concentrarci sulle differenze. Una cellula vegetale, a differenza di una cellula animale, ha una parete cellulare costituita da cellulosa. Inoltre, ci sono organelli caratteristici delle cellule vegetali: plastidi e vacuoli. La presenza di questi componenti è dovuta alla necessità delle piante di mantenere la loro forma in assenza di uno scheletro. Ci sono differenze nelle caratteristiche di crescita. Nelle piante si verifica principalmente a causa dell'aumento delle dimensioni dei vacuoli e dell'allungamento delle cellule, mentre negli animali si osserva un aumento del volume del citoplasma e il vacuolo è completamente assente. I plastidi (cloroplasti, leucoplasti, cromoplasti) sono caratteristici principalmente delle piante, poiché il loro compito principale è fornire un metodo di nutrizione autotrofo. Gli animali, a differenza delle piante, hanno vacuoli digestivi che forniscono un metodo di nutrizione eterotrofo. I funghi occupano una posizione speciale e le loro cellule sono caratterizzate da caratteristiche caratteristiche sia delle piante che degli animali. Come i funghi animali, hanno un tipo di nutrizione eterotrofa, una parete cellulare contenente chitina e la principale sostanza di stoccaggio è il glicogeno. Allo stesso tempo, come le piante, sono caratterizzati da una crescita illimitata, dall'incapacità di muoversi e dalla nutrizione per assorbimento.

Esistono solo due tipi di organismi sulla Terra: eucarioti e procarioti. Differiscono molto nella loro struttura, origine e sviluppo evolutivo, che sarà discusso in dettaglio di seguito.

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Segni di una cellula procariotica

I procarioti sono anche chiamati prenucleari. Una cellula procariotica non ha altri organelli che abbiano una membrana (reticolo endoplasmatico, complesso di Golgi).

Inoltre caratteristici di loro sono i seguenti:

1. senza guscio e non forma legami con le proteine. Le informazioni vengono trasmesse e lette continuamente.
2. Tutti i procarioti sono organismi aploidi.
3. Gli enzimi si trovano allo stato libero (diffusamente).
4. Hanno la capacità di formare spore in condizioni sfavorevoli.
5. La presenza di plasmidi: piccole molecole di DNA extracromosomico. La loro funzione è il trasferimento di informazioni genetiche, aumentando la resistenza a molti fattori aggressivi.
6. La presenza di flagelli e pili - formazioni proteiche esterne necessarie per il movimento.
7. I vacuoli gassosi sono cavità. Grazie a loro, il corpo è in grado di muoversi nella colonna d'acqua.
8. La parete cellulare dei procarioti (cioè dei batteri) è costituita da mureina.
9. I principali metodi per ottenere energia nei procarioti sono la chemio e la fotosintesi.

Questi includono batteri e archaea. Esempi di procarioti: spirochete, proteobatteri, cianobatteri, crenarchaeoti.

Attenzione! Nonostante il fatto che i procarioti siano privi di nucleo, hanno il suo equivalente: un nucleoide (una molecola di DNA circolare priva di gusci) e DNA libero sotto forma di plasmidi.

Struttura di una cellula procariotica

Batteri

I rappresentanti di questo regno sono tra gli abitanti più antichi della Terra e hanno un alto tasso di sopravvivenza in condizioni estreme.

Esistono batteri gram-positivi e gram-negativi. La loro principale differenza risiede nella struttura della membrana cellulare. I Gram-positivi hanno un guscio più spesso, fino all'80% è costituito da una base di mureina, oltre a polisaccaridi e polipeptidi. Colorati con Gram danno un colore viola. La maggior parte di questi batteri sono agenti patogeni. I Gram-negativi hanno una parete più sottile, separata dalla membrana dallo spazio periplasmatico. Tuttavia, un tale guscio ha una maggiore resistenza ed è molto più resistente agli effetti degli anticorpi.

I batteri svolgono un ruolo molto importante in natura:

1. I cianobatteri (alghe blu-verdi) aiutano a mantenere il livello richiesto di ossigeno nell'atmosfera. Costituiscono più della metà di tutto l'O2 sulla Terra.
2. Promuovono la decomposizione dei resti organici, prendendo così parte al ciclo di tutte le sostanze e partecipano alla formazione del suolo.
3. Fissatori di azoto su radici di leguminose.
4. Purificano l'acqua dai rifiuti, ad esempio, dell'industria metallurgica.
5. Fanno parte della microflora degli organismi viventi, contribuendo a massimizzare l'assorbimento dei nutrienti.
6. Utilizzato nell'industria alimentare per la fermentazione: è così che si producono formaggi, ricotta, alcol e pasta.

Attenzione! Oltre al loro significato positivo, i batteri svolgono anche un ruolo negativo. Molti di essi causano malattie mortali, come il colera, la febbre tifoide, la sifilide e la tubercolosi.

Batteri

Archea

In precedenza, erano combinati con i batteri nell'unico regno di Drobyanok. Tuttavia, nel tempo, è diventato chiaro che gli archaea hanno il proprio percorso evolutivo individuale e sono molto diversi dagli altri microrganismi nella loro composizione biochimica e nel metabolismo. Ne esistono fino a 5 tipi, i più studiati sono euryarchaeota e crenarchaeota. Le caratteristiche degli archaea sono:

• la maggior parte di loro sono chemioautotrofi: sintetizzano sostanze organiche da anidride carbonica, zucchero, ammoniaca, ioni metallici e idrogeno;
• svolgono un ruolo chiave nel ciclo dell’azoto e del carbonio;
• partecipare alla digestione negli esseri umani e in molti ruminanti;
• hanno un guscio di membrana più stabile e durevole a causa della presenza di legami eterei nei lipidi glicerolo-etere. Ciò consente agli archaea di vivere in ambienti altamente alcalini o acidi, nonché ad alte temperature;
• la parete cellulare, a differenza dei batteri, non contiene peptidoglicano ed è costituita da pseudomureina.

Struttura degli eucarioti

Gli eucarioti sono un superregno di organismi le cui cellule contengono un nucleo. A parte gli archaea e i batteri, tutti gli esseri viventi sulla Terra sono eucarioti (ad esempio piante, protozoi, animali). Le cellule possono variare notevolmente nella loro forma, struttura, dimensione e funzioni. Nonostante ciò, sono simili nelle basi della vita, del metabolismo, della crescita, dello sviluppo, della capacità di irritare e della variabilità.

Le cellule eucariotiche possono essere centinaia o migliaia di volte più grandi delle cellule procariotiche. Includono il nucleo e il citoplasma con numerosi organelli membranosi e non membranosi. Quelli membranosi includono: reticolo endoplasmatico, lisosomi, complesso del Golgi, mitocondri. Non membrana: ribosomi, centro cellulare, microtubuli, microfilamenti.

Struttura degli eucarioti

Confrontiamo le cellule eucariotiche di diversi regni.

Il superregno degli eucarioti comprende i seguenti regni:

• protozoi. Eterotrofi, alcuni capaci di fotosintesi (alghe). Si riproducono asessualmente, sessualmente e in modo semplice in due parti. La maggior parte è priva di parete cellulare;
• impianti. Sono produttori; il metodo principale per ottenere energia è la fotosintesi. La maggior parte delle piante sono immobili e si riproducono asessualmente, sessualmente e vegetativamente. La parete cellulare è costituita da cellulosa;
• funghi. Multicellulare. Ci sono quelli più bassi e quelli più alti. Sono organismi eterotrofi e non possono muoversi in modo indipendente. Si riproducono asessualmente, sessualmente e vegetativamente. Immagazzinano glicogeno e hanno una forte parete cellulare fatta di chitina;
• animali. Ne esistono 10 tipi: spugne, vermi, artropodi, echinodermi, cordati e altri. Sono organismi eterotrofi. Capace di movimento indipendente. La principale sostanza di stoccaggio è il glicogeno. La parete cellulare è costituita da chitina, proprio come nei funghi. Il principale metodo di riproduzione è sessuale.

Tabella: caratteristiche comparative delle cellule vegetali e animali

Confronto tra procarioti ed eucarioti

Le caratteristiche strutturali delle cellule procariotiche ed eucariotiche sono significative, ma una delle principali differenze riguarda la conservazione del materiale genetico e il metodo per ottenere energia.

I procarioti e gli eucarioti fotosintetizzano in modo diverso. Nei procarioti, questo processo avviene su escrescenze di membrana (cromatofori), disposte in pile separate. I batteri non hanno un fotosistema di fluoro, quindi non producono ossigeno, a differenza delle alghe blu-verdi, che lo producono durante la fotolisi. Le fonti di idrogeno nei procarioti sono l'idrogeno solforato, H2, varie sostanze organiche e acqua. I pigmenti principali sono la batterioclorofilla (nei batteri), la clorofilla e le ficobiline (nei cianobatteri).

Di tutti gli eucarioti solo le piante sono capaci di fotosintesi. Hanno formazioni speciali: cloroplasti, contenenti membrane disposte in grana o lamelle. La presenza del fotosistema II consente il rilascio di ossigeno nell'atmosfera durante il processo di fotolisi dell'acqua. L'unica fonte di molecole di idrogeno è l'acqua. Il pigmento principale è la clorofilla e le ficobiline sono presenti solo nelle alghe rosse.

Le principali differenze e caratteristiche caratteristiche dei procarioti e degli eucarioti sono presentate nella tabella seguente.

Tabella: Somiglianze e differenze tra procarioti ed eucarioti

Differenze tra procarioti ed eucarioti

Somiglianze e differenze tra cellule procariotiche ed eucariotiche

Conclusione

Il confronto tra un organismo procariotico ed eucariotico è un processo piuttosto laborioso che richiede la considerazione di molte sfumature. Hanno molto in comune tra loro in termini di struttura, processi in corso e proprietà di tutti gli esseri viventi. Le differenze risiedono nelle funzioni svolte, nei metodi di alimentazione e nell'organizzazione interna. Chiunque sia interessato a questo argomento può utilizzare queste informazioni.

I procarioti includono batteri e alghe blu-verdi (cyanea). L'apparato ereditario dei procarioti è rappresentato da una molecola di DNA circolare che non forma legami con le proteine ​​​​e contiene una copia di ciascun gene - organismi aploidi. Il citoplasma contiene un gran numero di piccoli ribosomi; le membrane interne sono assenti o scarsamente espresse. Gli enzimi del metabolismo plastico si trovano diffusamente. L'apparato del Golgi è rappresentato da singole vescicole. I sistemi enzimatici per il metabolismo energetico sono disposti ordinatamente sulla superficie interna della membrana citoplasmatica esterna. L'esterno della cella è circondato da una spessa parete cellulare. Molti procarioti sono capaci di sporulazione in condizioni di vita sfavorevoli; in questo caso una piccola sezione del citoplasma contenente DNA viene isolata e circondata da una spessa capsula multistrato. I processi metabolici all'interno della spora praticamente si fermano. Quando esposta a condizioni favorevoli, la spora si trasforma in una forma cellulare attiva. I procarioti si riproducono per semplice divisione in due.

Cellule procariotiche ed eucariotiche (T.A. Kozlova, V.S. Kuchmenko. Biologia nelle tabelle. M., 2000)

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Gli acidi nucleici sono composti organici ad alto peso molecolare di fondamentale importanza biologica. Furono scoperti per la prima volta nel nucleo delle cellule (alla fine del XIX secolo), da qui il corrispondente...

Le cellule procariotiche furono i primi organismi viventi ad apparire sulla Terra; hanno la struttura più semplice. Oggi i procarioti (prenucleari) includono batteri e archaea; sono tutti organismi unicellulari (raramente formano colonie). I cianobatteri (noti anche come alghe blu-verdi) sono classificati come batteri nel rango del phylum.

I procarioti sono un gruppo non tassonomico di organismi che unisce batteri e archaea a causa della mancanza di nucleo. I batteri e gli archaea sono classificati in diversi superregni (domini), differiscono l'uno dall'altro in molti processi biochimici e si ritiene che abbiano percorsi evolutivi diversi. Oltre a loro, il terzo superregno sono gli eucarioti.

Le cellule procariotiche sono più piccole delle cellule eucariotiche.

Non hanno un nucleo, veri organelli di membrana o un centro cellulare. Numerosi gruppi di batteri presentano invaginazioni della membrana citoplasmatica, che svolgono varie funzioni grazie alla localizzazione su di essi di alcuni enzimi. I cianobatteri hanno membrane fotosintetiche (vescicole, tilacoidi, cromatofori) formate dalla membrana cellulare. Possono rimanere in contatto con lei oppure possono essere isolati.

Il materiale genetico dei procarioti si trova nel citoplasma. Il suo volume principale è concentrato nel nucleoide, una molecola di DNA circolare, attaccata in un punto alla membrana citoplasmatica. Non è associato alle proteine ​​istoniche come negli eucarioti. Nelle cellule procariotiche, l'implementazione dell'informazione genetica è regolata diversamente. Oltre al nucleoide esistono anche i plasmidi (piccole molecole circolari di DNA). Viene trascritto quasi tutto il DNA (mentre negli eucarioti solitamente meno della metà).

I procarioti sono quasi sempre aploidi. Le nuove cellule si formano mediante fissione binaria, prima della quale il nucleoide raddoppia. I procarioti non hanno i processi di mitosi e meiosi.

I loro ribosomi sono più piccoli degli eucarioti.

Il citoplasma dei procarioti è quasi immobile. Il movimento ameboide non è tipico.

Le sostanze entrano nella cellula procariotica attraverso l'osmosi.

Esistono autotrofi ed eterotrofi. Il metodo di nutrizione autotrofo viene effettuato non solo attraverso la fotosintesi, ma anche attraverso la chemiosintesi (l'energia non proviene dalla luce solare, ma dalle reazioni chimiche di ossidazione di varie sostanze).

Secondo l'ipotesi simbiotica, nel processo di evoluzione, mitocondri e plastidi si sono evoluti da alcuni gruppi di cellule procariotiche che hanno invaso un'altra cellula.

Le cellule batteriche hanno una varietà di forme (a bastoncino, rotonde, contorte, ecc.). Hanno una membrana cellulare complessa (costituita da parete cellulare, capsula, guaina mucosa), flagelli e villi.

Nel nostro articolo esamineremo la struttura dei procarioti e degli eucarioti. Questi organismi differiscono in modo significativo nel loro livello di organizzazione. E la ragione di ciò sono le peculiarità della struttura dell'informazione genetica.

Caratteristiche della struttura delle cellule procariotiche

I procarioti sono tutti gli organismi viventi le cui cellule non contengono un nucleo. Dei cinque rappresentanti moderni, solo uno appartiene a loro: i batteri. I procarioti di cui stiamo considerando la struttura includono anche rappresentanti di alghe blu-verdi e archaea.

Nonostante l'assenza di un nucleo formato nelle loro cellule, contengono materiale genetico. Ciò consente la memorizzazione e la trasmissione delle informazioni ereditarie, ma limita la varietà dei metodi di riproduzione. Tutti i procarioti si riproducono dividendo le cellule in due. Non sono capaci di mitosi e meiosi.

La struttura dei procarioti e degli eucarioti

Le caratteristiche strutturali dei procarioti e degli eucarioti che li distinguono sono piuttosto significative. Ciò vale oltre che per la struttura del materiale genetico anche per molti organelli. Gli eucarioti, che comprendono piante, funghi e animali, contengono nel citoplasma i mitocondri, il complesso del Golgi, il reticolo endoplasmatico e molti plastidi. I procarioti non li hanno. La parete cellulare, che entrambi hanno, differisce nella composizione chimica. Nei batteri contiene carboidrati complessi pectina o mureina, nelle piante è a base di cellulosa e nei funghi è chitina.

Storia della scoperta

Le caratteristiche strutturali e il funzionamento dei procarioti divennero noti agli scienziati solo nel XVII secolo. E questo nonostante il fatto che queste creature esistano sul pianeta sin dal suo inizio. Nel 1676 furono esaminati per la prima volta al microscopio ottico dal suo creatore, Antonie van Leeuwenhoek. Come tutti gli organismi microscopici, lo scienziato li chiamava “animalcules”. Il termine "batteri" apparve solo all'inizio del XIX secolo. È stato proposto dal famoso naturalista tedesco Christian Ehrenberg. Il concetto di "procarioti" è nato più tardi, durante l'era della creazione del microscopio elettronico. Inoltre, in un primo momento, gli scienziati hanno stabilito il fatto delle differenze nella struttura dell'apparato genetico delle cellule di diverse creature. E. Chatton nel 1937 propose di unire gli organismi su questa base in due gruppi: pro ed eucarioti. Questa divisione esiste ancora oggi. Nella seconda metà del XX secolo fu scoperta una differenza tra gli stessi procarioti: archaea e batteri.

Caratteristiche dell'apparato di superficie

L'apparato superficiale dei procarioti è costituito da una membrana e da una parete cellulare. Ognuna di queste parti ha le sue caratteristiche. La loro membrana è formata da un doppio strato di lipidi e proteine. I procarioti, la cui struttura è piuttosto primitiva, hanno due tipi di struttura della parete cellulare. Pertanto, nei batteri gram-positivi è costituito principalmente da peptidoglicano, ha uno spessore fino a 80 nm e aderisce perfettamente alla membrana. Una caratteristica di questa struttura è la presenza di pori al suo interno, attraverso i quali penetrano numerose molecole. La parete cellulare dei batteri gram-negativi è molto sottile, fino a un massimo di 3 nm. Non si adatta perfettamente alla membrana. Alcuni rappresentanti dei procarioti hanno anche una capsula mucosa all'esterno. Protegge gli organismi dall'essiccamento, dai danni meccanici e crea un'ulteriore barriera osmotica.

Organelli dei procarioti

La struttura cellulare dei procarioti e degli eucarioti presenta le sue differenze significative, che risiedono principalmente nella presenza di alcuni organelli. Queste strutture permanenti determinano il livello di sviluppo degli organismi nel loro insieme. I procarioti ne mancano la maggior parte. La sintesi proteica in queste cellule avviene nei ribosomi. I procarioti acquatici contengono aerosomi. Queste sono cavità di gas che forniscono galleggiabilità e regolano il grado di immersione degli organismi. Solo le cellule procariotiche contengono mesosomi. Queste pieghe della membrana citoplasmatica si verificano solo quando vengono utilizzati metodi di fissazione chimica durante la preparazione per la microscopia. Gli organelli di movimento dei batteri e degli archaea sono ciglia o flagelli. E l'attaccamento al substrato viene effettuato da pili. Queste strutture formate da cilindri proteici sono anche chiamate villi e fimbrie.

Cos'è un nucleoide

Ma la differenza più significativa sta nella struttura del gene dei procarioti e degli eucarioti. tutti questi organismi hanno. Negli eucarioti si trova all'interno del nucleo formato. Questo organello a doppia membrana ha una propria matrice, chiamata nucleoplasma, involucro e cromatina. Qui viene effettuata non solo la memorizzazione delle informazioni genetiche, ma anche la sintesi delle molecole di RNA. Nei nucleoli, da essi si formano successivamente subunità di ribosomi: organelli responsabili della sintesi proteica.

La struttura dei geni procariotici è più semplice. Il loro materiale ereditario è rappresentato dal nucleoide o regione nucleare. Il DNA nei procarioti non è racchiuso nei cromosomi, ma ha una struttura circolare chiusa. Il nucleoide comprende anche molecole di RNA e proteine. Queste ultime funzioni assomigliano agli istoni eucariotici. Sono coinvolti nella duplicazione del DNA, nella sintesi dell'RNA, nel ripristino della struttura chimica e nelle rotture degli acidi nucleici.

Caratteristiche della vita

I procarioti, la cui struttura non è molto complessa, svolgono processi vitali piuttosto complessi. Si tratta di nutrizione, respirazione, riproduzione della propria specie, movimento, metabolismo... E solo una cellula microscopica, la cui dimensione varia fino a 250 micron, è capace di tutto questo! Quindi possiamo parlare di primitività solo in modo relativo.

Le caratteristiche strutturali dei procarioti determinano anche i meccanismi della loro fisiologia. Ad esempio, sono in grado di ottenere energia in tre modi. Il primo è la fermentazione. Viene effettuato da alcuni batteri. Questo processo si basa su reazioni redox, durante le quali vengono sintetizzate molecole di ATP. Si tratta di un composto chimico che, una volta scomposto, rilascia energia in più fasi. Pertanto, non per niente viene chiamata “batteria cellulare”. Il metodo successivo è la respirazione. L'essenza di questo processo è l'ossidazione delle sostanze organiche. Alcuni procarioti sono capaci di fotosintesi. Esempi di questi sono le alghe blu-verdi e le alghe che contengono plastidi nelle loro cellule. Ma gli archaea sono capaci di fotosintesi priva di clorofilla. Durante questo processo, l'anidride carbonica non viene fissata, ma si formano direttamente molecole di ATP. Quindi, in sostanza, questa è la vera fotofosforilazione.

Tipo di alimentazione

Forme di riproduzione

I procarioti, la cui struttura è rappresentata da una cellula, si riproducono dividendola in due parti o per gemmazione. Questa caratteristica è dovuta anche alla loro struttura: il processo di fissione binaria è preceduto dal raddoppio, o replicazione del DNA. In questo caso, la molecola dell'acido nucleico si srotola, dopodiché ogni filamento viene duplicato e i cromosomi risultanti divergono ai poli. Le cellule aumentano di dimensioni, si forma una costrizione tra di loro e quindi avviene la loro separazione finale. Alcuni batteri sono anche in grado di formare cellule riproduttive asessuate: le spore.

Batteri e Archea: caratteristiche distintive

Per molto tempo gli archaea, insieme ai batteri, furono rappresentanti del Regno di Drobyanka. In effetti, hanno molte caratteristiche strutturali simili. Questa è principalmente la dimensione e la forma delle loro cellule. Tuttavia, studi biochimici hanno dimostrato che hanno una serie di somiglianze con gli eucarioti. Questa è la natura degli enzimi, sotto l'influenza dei quali si verificano i processi di sintesi di RNA e molecole proteiche.

Gli Archaea hanno dominato quasi tutti gli habitat. Sono particolarmente diversi nella composizione del plancton. Inizialmente, tutti gli archaea erano classificati come estremofili, poiché sono in grado di vivere in sorgenti termali, in bacini con elevata salinità e in profondità con pressione significativa.

L'importanza dei procarioti nella natura e nella vita umana

Il ruolo dei procarioti in natura è significativo. Innanzitutto sono i primi organismi viventi comparsi sul pianeta. Gli scienziati hanno scoperto che i batteri e gli archaea sono comparsi circa 3,5 miliardi di anni fa. La teoria della simbiogenesi suggerisce che da essi abbiano avuto origine anche alcuni organelli delle cellule eucariotiche. In particolare parliamo di plastidi e mitocondri.

Molti procarioti trovano il loro utilizzo nella biotecnologia per produrre medicinali, antibiotici, enzimi, ormoni, fertilizzanti ed erbicidi. L'uomo utilizza da tempo le proprietà benefiche dei batteri lattici per produrre formaggi, kefir, yogurt e prodotti fermentati. Con l'aiuto di questi organismi, i corpi idrici e i suoli vengono puliti e i minerali di vari metalli vengono arricchiti. I batteri formano la microflora intestinale degli esseri umani e di molti animali. Insieme agli archaea svolgono il ciclo di molte sostanze: azoto, ferro, zolfo, idrogeno.

D'altra parte, molti batteri sono gli agenti causali di malattie pericolose, regolando il numero di molte specie di piante e animali. Questi includono peste, sifilide, colera, antrace e difterite.

Quindi, i procarioti sono organismi le cui cellule mancano di un nucleo formato. Il loro materiale genetico è rappresentato da un nucleoide, costituito da una molecola di DNA circolare. Tra gli organismi moderni, i procarioti includono batteri e archaea.