Первые прокариотические клетки в эволюции появились около 3-3,5 млрд. лет назад. Их название произошло от греч. pro-до, karion-ядро, поскольку они не имеют оформленного ядра. Их генетический материал в виде одной кольцевидной молекулы ДНК не окружен мембранной оболочкой, лежит прямо в цитоплазме и называется генофором (или нуклеоидом).
В цитоплазме из органоидов имеются только мелкие рибосомы (70 S вместо 80 S- у эукариот).
Кроме того, бактерии могут содержать ДНК в виде крошечных плазмид, сходных с внеядерными ДНК эукариот. Плазмиды являются носителями цитоплазматической наследственности и определяют некоторые специфические свойства бактерий.
Рис.10. Строение прокариотической клетки.
Поверх цитоплазмы у прокариот располагается клеточная оболочка, состоящая из плазматической мембраны и клеточной стенки. Плазматическая мембрана у прокариот имеет складчатые впячивания в цитоплазму мезосомы, на поверхности которых находятся дыхательные ферменты, и идет синтез АТФ. Похожие мембранные образования участвуют и в фиксации азота.
В прокариотических клетках, способных к фотосинтезу (сине-зеленые водоросли, зеленые и пурпурные бактерии), имеются структурированные крупные впячивания мембраны – тилакоиды, содержащие пигменты (в том числе и бактериохлорофилл). Все ферменты, обеспечивающие процессы жизнедеятельности, диффузно рассеяны в цитоплазме или фиксированы на мембране. У многих прокариот внутри цитоплазмы откладываются запасающие вещества: жиры, полисахариды и др.
Снаружи от плазматической мембраны у прокариот располагается механически прочное образование – клеточная стенка, построенная в большинстве случаев из муреина.
Клеточная стенка сохраняет форму клеток, обеспечивает их жесткость и антигенные свойства. Она служит дополнительной защитой для клеток и в ряде случаев для формирования клеточных колоний. Клеточную стенку у некоторых бактерий окружает толстый слой слизи из полисахаридов и полипептидов.
Бактерии размножаются бесполым путем – делением надвое. После редупликации кольцевой хромосомы и удлинения клетки образуется поперечная перегородка. Затем дочерние клетки расходятся.
Размножению иногда предшествует половой процесс в форме возникновения новых комбинаций генов в хромосоме. Известны три способа образования рекомбинантов: трансформация, конъюгация, трансдукция.
При трансформации из клетки-донора выходит небольшой фрагмент ДНК, который активно поглощается клеткой-реципиентом и включается в ее ДНК, замещая в ней похожий, хотя и не обязательно идентичный фрагмент.
Конъюгация – это перенос ДНК между клетками, контактирующими друг с другом. В переносе генов при этом участвуют плазмиды с половым фактором, или F+ фактором.
Трансдукция – это перенос фрагмента ДНК из одной клетки в другую бактериофагом.
Многим бактериям свойственно спорообразование, когда в среде имеет место недостаток питательных веществ или в избытке накапливаются продукты обмена. Спорообразование начинается с отшнуровывания части цитоплазмы от материнской клетки. Отшнуровавшаяся часть содержит хромосому и окружена мембраной, а затем и клеточной стенкой, нередко многослойной. Процессы жизнедеятельности при этом практически прекращаются. Образовавшиеся споры в сухом состоянии очень устойчивы и могут сохранять жизнеспособность сотни и тысячи лет, выдерживая резкие колебания температуры. Попадая в благоприятные условия, споры преобразуются в активную бактериальную клетку.
| Клеточные структуры | Эукариотическая клетка | Прокариотическая клетка |
| Цитоплазматическая мембрана | Есть | Есть; впячивания мембраны образуют мезосомы |
| Ядро | Имеет двумембранную оболочку, содержит одно или несколько ядрышек | Нет; имеется эквивалент ядра - нуклеоид - часть цитоплазмы, где содержится ДНК, не окруженная мембраной |
| Генетический материал | Линейные молекулы ДНК, связанные с бе ками | Кольцевые молекулы ДНК, не связанные с белками |
| Эндоплазматическая сеть | Есть | Нет |
| Комплекс Гольджи | Есть | Нет |
| Лизосомы | Есть | Нет |
| Митохондрии | Есть | Нет |
| Пластиды | Есть | Нет |
| Центриоли, микротрубочки, микрофиламенты | Есть | Нет |
| Жгутики | Если есть, то состоят из микротрубочек, окруженных цитоплазматической мембраной | Если есть, то не содержат микротрубочек и не окружены цитоплазматической мембраной |
| Клеточная стенка | Есть у растений (прочность, придает целлюлоза) и грибов (прочность придает хитин) | Есть (прочность придает пептидогликан) |
| Капсула или слизистый слой | Нет | Есть у некоторых бактерий |
| Рибосомы | Есть, крупные (80S) | Есть, мелкие (70S) |
Тесты:
1.Поддержка жизни на каком-либо уровне связано с явлением репродукции. На каком уровне организации, репродукция осуществляется на основе матричного синтеза
А. Молекулярном
Б. Субклеточном
В. Клеточном
Г. Тканевом
Д. На уровне организма
2. Установлено, что в клетках организмов отсутствуют мембранные органеллы и их наследственный материал не имеет нуклеосомной организации. Что это за организмы?
А. Простейшие
Б. Вирусы
В. Аскомицеты
Г. Эукариоты
Д. Прокариоты
3. На занятии по биологии преподаватель попросил указать в лабораторной работе степень увеличения микроскопа, которая использовалась при изучении микропрепаратов. Один из студентов не смог самостоятельно справиться с поставленной задачей. Как правильно подсчитать этот показатель?
А. Умножить показатели, указанные на всех объективах микроскопа
Б. Разделить показатель объектива с меньшим увеличением на показатель объектива с большим увеличением
В. Умножить показатели увеличения объектива и окуляра
Г. Разделить показатели увеличения объектива на показатель окуляра
Д. Вычесть показатели, указанные на всех объективах микроскопа, из значения увеличения окуляра
4. При изучении микропрепарата студент после его фиксации на предметном столике и достижения оптимальной освещённости поля зрения установил объектив «х40» и посмотрел в объектив. Преподаватель остановил студента и сказал, что при работе допущена принципиальная ошибка. Какая ошибка была допущена?
А. Не стоило фиксировать микропрепарат
Б. Изучение микропрепарата нужно было начать с помощью объектива с малым увеличением
В. Освещение регулируется в последнюю очередь
Г. Фиксация препарата производится перед завершением исследования
Д. Все манипуляции стоило проводить в обратном порядке
5. Существование жизни на всех уровнях определяется структурой более низкого уровня. Какой уровень организации предшествует и обеспечивает существование жизни на клеточном уровне:
А. Популяционно-видовой
Б. Тканевой
В. Молекулярный
Г. Организменный
Д. Биоценотический
Задачи для контроля знаний:
1. При попытке изучения микропрепарата с помощью светового микроскопа исследователь обнаружил, что всё поле зрения затемнено. Что может быть причиной этого явления? Как устранить эту проблему?
2. При попытке изучения микропрепарата с помощью светового микроскопа исследователь обнаружил, что освещена только половина поля зрения. Что может быть причиной этого явления? Как устранить эту проблему?
3. Какие манипуляции необходимо провести в случае, если при использовании светового микроскопа наблюдаемый объект виден нечётко?
А) если на окуляре есть обозначение «х15», а на объективе «х8»
Б) если кратность увеличения линзы окуляра «х10» , а объектива «х40»
6. Материалы для разбора с преподавателем и контроля его усвоения:
6.1. Разбор с преподавателем узловых вопросов для освоения темы занятия.
6.2. Демонстрация преподавателем методик практических приемов по теме.
6.3. Материал для контроля усвоения материала:
Вопросы для разбора с преподавателем:
1. Медицинская биология как наука об основах жизнедеятельности человека, изучающая закономерности наследственности, изменчивости, индивидуального и эволюционного развития, а также вопросы морфофизиологической и социальной адаптации человека к условиям окружающей среды в связи с его биосоциальной сущностью.
2. Современный этап развития общей и медицинской биологии. Место биологии в системе медицинского образования.
3. Сущность жизни. Свойства живого. Формы жизни, ее фундаментальные свойства и атрибуты. Определение понятия жизни на современном уровне развития биологической науки.
4. Эволюционно обусловленные структурные уровни организации жизни; элементарные структуры уровней и основные биологические явления, их характеризующие.
5. Значение представлений об уровнях организации живого для медицины.
6. Особое место человека в системе органического мира.
7. Соотношение физико-химических, биологических и социальных явлений в жизнедеятельности человека.
8. Оптические системы в биологических исследованиях. Строение светового микроскопа и правила работы с ним.
9. Техника изготовления временных микропрепаратов, их изучение и описание. Методы изучения структуры клетки
Практическая часть
1. Используя методические указания изучить строение микроскопа и правила работы с ним.
2. Отработать навыки работы с микроскопом и изготовления временных препаратов волокон ваты, чешуек крыла бабочки. Изучить микропрепараты: кожица луковицы, лист элодеи, мазок крови лягушки, изучить типографский шрифт.
3. Занести в протокол граф логической структуры “Строение микроскопа”.
4. Занести в протокол “Правила работы с микроскопом”
5. Заполнить таблицу «Уровни организации и исследования многоклеточного организма».
Похожая информация:
Поиск на сайте:
Прокариотические клетки по своему строению мельче и проще клеток эукариот. Среди них не бывает многоклеточных организмов, лишь иногда образуют подобие колоний. У прокариот нет ни только клеточного ядра, но и всех мембранных органелл (митохондрий, хлоропластов, ЭПС, комплекса Гольджи, центриолей и др.).
К прокариотам относятся бактерии, синезеленые водоросли (цианобактерии), археи и др. Прокариоты были первыми живыми организмами на Земле.
Функции мембранных структур выполняют выросты (впячивания) клеточной мембраны во внутрь цитоплазмы. Они бывают трубчатыми, пластинчатыми, иной формы. Ряд из них называют мезосомами. Фотосинтезирующие пигменты, дыхательные и другие ферменты располагаются на таких различных образованиях и таким образом выполняют свои функции.
У прокариот в центральной части клетки находится только одна большая хромосома (нуклеоид ), которая имеет кольцевое строение. В ее состав входит ДНК. Вместо белков, придающих форму хромосоме как у эукариот, здесь находится РНК. Хромосома не отделена от цитоплазмы мембранной оболочкой, поэтому говорят, что прокариоты - безъядерные организмы. Однако в одном месте хромосома прикреплена к клеточной мембране.
Кроме нуклеоида в строении прокариотических клеток отмечается наличие плазмид (малых хромосом также кольцевой структуры).
В отличие от эукариот цитоплазма прокариот неподвижна.
У прокариот есть рибосомы, однако они мельче рибосом эукариот.
Прокариотические клетки отличаются сложным строением своих оболочек. Кроме цитоплазматической мембраны (плазмалеммы), у них есть клеточная стенка, а также капсула и другие образования, в зависимости от типа прокариотического организма. Клеточная стенка выполняет опорную функцию и препятствует проникновению вредных веществ. В состав клеточной стенки бактерий входит муреин (гликопептид).
На поверхности прокариот часто имеются жгутики (один или множество) и различные ворсинки.
С помощью жгутиков клетки перемещаются в жидкой среде. Ворсинки выполняют разные функции (обеспечивают несмачиваемость, прикрепление, переносят вещества, участвуют в половом процессе, образуя конъюгационный мостик).
Прокариотические клетки делятся бинарным делением. У них нет митоза и мейоза. Перед делением нуклеоид удваивается.
Прокариоты часто образуют споры, которые являются способом переживания неблагоприятных условий. Споры ряда бактерий сохраняют жизнеспособность при высокой и крайне низкой температурах. При образовании споры прокариотическая клетка покрывается толстой плотной оболочкой. Ее внутреннее строение несколько изменяется.
Строение эукариотической клетки
Клеточная стенка эукариотической клетки, в отличие от клеточной стенки прокариот состоит главным образом из полисахаридов. У грибов основным является азотсодержащий полисахарид хитин. У дрожжей 6070% полисахаридов представлены глюканом и маннаном, которые связаны с белками и липидами. Функции клеточной стенки эукариот те же, что и у прокариот.
Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) также имеет трехслойную структуру. Поверхность мембраны имеет выпячивания, близкие к мезосомам прокариот. ЦПМ регулирует процессы обмена веществ клетки.
У эукариот ЦПМ способна захватывать из окружающей среды большие капли, содержащие углеводы, липиды и белки. Это явление называется пиноцитозом. ЦПМ эукариотической клетки способна также захватывать из среды твердые частицы (явление фагоцитоза). Кроме того, ЦПМ ответственна за выброс в среду продуктов обмена.
Рис. 2.2 Схема строения эукариотической клетки:
1 клеточная стенка; 2 цитоплазматическая мембрана;
3 цитоплазма; 4 ядро; 5 эндоплазматическая сеть;
6 митохондрии; 7 комплекс Гольджи; 8 рибосомы;
9 лизосомы; 10 вакуоли
Ядро отделено от цитоплазмы двумя мембранами, в которых имеются поры. Поры у молодых клеток открыты, служат они для миграции из ядра в цитоплазму предшественников рибосом, информационной и транспортной РНК. В ядре в нуклеоплазме имеются хромосомы, состоящие из двух нитевидных цепочных молекул ДНК, соединенных с белками. В ядре имеется также ядрышко, богатое матричной РНК и связанное со специфической хромосомой ядрышковым организатором.
Основной функцией ядра является участие в размножении клетки. Это носитель наследственной информации.
В эукариотической клетке ядро важнейший, но не единственный носитель наследственной информации. Часть такой информации содержится в ДНК митохондрии и хлоропластов.
Митохондрии мембранная структура, содержащая две мембраны наружную и внутреннюю, сильно складчатую. На внутренней мембране сосредоточены окислительно-восстанови-тельные ферменты. Основной функцией митохондрии является снабжение клетки энергией (образование АТФ). Митохондрии саморепродуцирующая система, так как в ней имеется собственная хромосома кольцевая ДНК и другие компоненты, которые входят в состав обычной прокариотической клетки.
Эндоплазматическая сеть (ЭС) мембранная структура, состоящая из канальцев, которые пронизывают всю внутреннюю поверхность клетки. Бывает гладкой и шероховатой. На поверхности шероховатой ЭС располагаются рибосомы, более крупные, чем рибосомы прокариот. На мембранах ЭС расположены также ферменты, осуществляющие синтез липидов, углеводов и ответственных за транспорт веществ в клетке.
Комплекс Гольджи пакеты уплощенных мембранных пузырьков цистерн, в которых осуществляется упаковка и транспорт белков внутри клетки. В комплексе Гольджи происходит также синтез гидролитических ферментов (место образования лизосом).
В лизосомах сосредоточены гидролитические ферменты. Здесь происходит расщепление биополимеров (белков, жиров, углеводов).
Вакуоли отделены от цитоплазмы мембранами. В запасных вакуолях содержатся запасные питательные вещества клетки, а в шлаковых ненужные продукты обмена и токсические вещества.
Самое очевидное отличие прокариот от эукариот заключается в наличии у последних ядра , что отражено в названии этих групп: «карио» с древнегреческого переводится как ядро, «про» — до, «эу» — хорошо. Отсюда прокариоты - это доядерные организмы, эукариоты - ядерные.
Однако это далеко не единственное и возможно не главное отличие прокариотических организмов от эукариот. В клетках прокариот вообще нет мембранных органоидов (за редким исключением) - митохондрий, хлоропластов, комплекса Гольджи, эндоплазматической сети, лизосом.
Их функции выполняют выросты (впячивания) клеточной мембраны, на которых располагаются различные пигменты и ферменты, обеспечивающие процессы жизнедеятельности.
У прокариот нет характерных для эукариот хромосом. Их основной генетический материал - это нуклеоид, обычно имеющий форму кольца. В эукариотических клетках хромосомы представляют собой комплексы ДНК и белков-гистонов (играют важную роль в упаковке ДНК). Эти химические комплексы называются хроматином. Нуклеоид прокариот не содержит гистонов, а форму ему придают связанные с ним молекулы РНК.
Хромосомы эукариот находятся в ядре. У прокариот нуклеоид находится в цитоплазме и обычно крепится в одном месте к мембране клетки.
Кроме нуклеоида в прокариотических клетках бывает разное количество плазмид - нуклеоидов существенно меньшего размера, чем основной.
Количество генов в нуклеоиде прокариот на порядок меньше, чем в хромосомах. У эукариот есть множество генов, выполняющих регуляторную функцию по отношению к другим генам. Это дает возможность эукариотическим клеткам многоклеточного организма, содержащим одну и ту же генетическую информацию, специализироваться; изменяя свой метаболизм, более гибко реагировать на изменения внешней и внутренней среды. Отличается и структура генов. У прокариот гены в ДНК располагаются группами - оперонами. Каждый оперон транскрибируется как единое целое.
Отличия прокариот от эукариот есть и в процессах транскрипции и трансляции. Самое главное заключается в том, что в прокариотических клетках эти процессы могут протекать одновременно на одной молекуле матричной (информационной) РНК: в то время как она еще синтезируется на ДНК, на готовом ее конце уже «сидят» рибосомы и синтезируют белок. В эукариотических клетках мРНК после транскрипции претерпевает так называемое созревание. И только после этого на ней может синтезироваться белок.
Рибосомы прокариот меньше (коэффициент седиментации 70S), чем у эукариот (80S). Отличается количество белков и молекул РНК в составе субъединиц рибосом. Следует отметить, что рибосомы (а также генетический материал) митохондрий и хлоропластов схожи с прокариотами, что может говорить об их происхождении от древних прокариотических организмов, оказавшихся внутри клетки-хозяина.
Прокариоты отличаются обычно более сложным строением своих оболочек. Кроме цитоплазматической мембраны и клеточной стенки у них также имеется капсула и другие образования, в зависимости от типа прокариотического организма. Клеточная стенка выполняет опорную функцию и препятствует проникновению вредных веществ. В состав клеточной стенки бактерий входит муреин (гликопептид). Среди эукариот клеточная стенка есть у растений (ее основной компонент - целлюлоза), у грибов - хитин.
Прокариотические клетки делятся бинарным делением. У них нет сложных процессов клеточного деления (митоза и мейоза) , характерных для эукариот. Хотя перед делением нуклеоид удваивается, так же как хроматин в хромосомах. В жизненном цикле эукариот наблюдается чередование диплоидной и гаплоидной фаз. При этом обычно преобладает диплоидная фаза. В отличие от них у прокариот такого нет.
Клетки эукариот различны по размерам, но в любом случае существенно крупнее прокариотических (в десятки раз).
Питательные вещества в клетки прокариот поступают только с помощью осмоса. У эукариотических клеток кроме этого может также наблюдаться фаго- и пиноцитоз («захват» пищи и жидкости с помощью цитоплазматической мембраны).
В целом отличие прокариот от эукариот заключается в однозначно более сложном строении последних. Считается, что клетки прокариотического типа возникли путем абиогенеза (длительной химической эволюции в условиях ранней Земли). Эукариоты появились позже от прокариотов, путем их объединения (симбиотическая, а также химерная гипотезы) или эволюции отдельно взятых представителей (инвагинационная гипотеза). Сложность клеток эукариот позволила им организовать многоклеточный организм, в процессе эволюции обеспечить все основное разнообразие жизни на Земле.
Таблица отличий прокариот от эукариот
| Нет | Есть |
| Нет. Их функции выполняют впячивания клеточной мембраны, на которых располагаются пигменты и ферменты. | Митохондрии, пластиды, лизосомы, ЭПС, комплекс Гольджи |
| Более сложные, бывают различные капсулы. Клеточная стенка состоит из муреина. | Основной компонент клеточной стенки целлюлоза (у растений) или хитин (у грибов). У клеток животных клеточной стенки нет. |
| Существенно меньше. Представлен нуклеоидом и плазмидами, которые меют кольцевую форму и находятся в цитоплазме. | Объем наследственной информации значительный. Хромосомы (состоят из ДНК и белков). Характерна диплоидность. |
| Бинарное деление клетки. | Есть митоз и мейоз. |
| Для прокариот не характерна. | Представлены как одноклеточными, так и многоклеточными формами. |
| Мельче | Крупнее |
| Более разнообразный (гетеротрофы, фотосинтезирующие и хемосинтезирующие различными способами автотрофы; анаэробное и аэробное дыхание). | Автотрофность только у растений за счет фотосинтеза. Почти все эукариоты аэробы. |
| Из неживой природы в процессе химической и предбиологической эволюции. | От прокариот в процессе их биологической эволюции. |
Эукариотических клеток
Наиболее сложная организация присуща эукариотическим клеткам животных и растений. Строение клеток животных и растений характеризуется принципиальным сходством, но форма, размеры и масса их чрезвычайно разнообразны и зависят от того, является ли организм одноклеточным или многоклеточным. Например, диа-томовые водоросли, эвгленовые, дрожжи, миксомицеты и простейшие являются одноклеточными эукариотами, тогда как организмы подавляющего большинства других типов являются многоклеточными эукариотами, количество клеток у которых составляет от нескольких (например, у некоторых гельминтов) до миллиардов (у млекопитающих) на организм. Организм человека состоит из около 10 различных клеток, которые различаются между собой по осуществляемым ими функциям.
В случае человека насчитывают более 200 типов разных клеток. Наиболее многочисленными клетками в организме человека являются эпителиальные клетки, среди которых различают орого-вевающие клетки (волос и ногтей), клетки, обладающие всасывательной и барьерной функциями (в желуд очно-кишечном тракте, мочеполовых путях, роговице, влагалище и других системах органов), клетки, выстилающие внутренние органы и полости (пневмо-циты, серозные клетки и многие другие). Различают клетки, обеспечивающие метаболизм и накопление резервных веществ (гепатоциты, жировые клетки). Большую группу составляют эпителиальные и соединительнотканные клетки, секретизирующие внеклеточный матрикс (амилобласты, фибробласты, остеобласты и другие) и гормоны, а также сократительные клетки (скелетных и сердечных мышц, радужной оболочки и других структур), клетки крови и иммунной системы (эритроциты, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, Т-лимфоциты и другие). Существуют также клетки, выполняющие роль сенсорных преобразователей (фоторецепторы, осязательные, слуховые, обонятельные, вкусовые и другие рецепторы). Значительное число клеток представлено нейронами и гли-альными клетками центральной нервной системы. Существуют также специализированные клетки хрусталика глаза, пигментные клетки и питающие клетки, далее следует назвать подовые клетки. Известны и многие другие типы клеток человека.
В природе не существует некой типичной клетки, ибо все они характеризуются чрезвычайным разнообразием. Тем не менее все эукариотические клетки существенно отличаются от прокариотических клеток по ряду свойств и прежде всего по объему, форме и размерам. Объем большинства эукариотических клеток превышает объем прокариотов в 1000-10 000 раз. Такой объем прокариотических клеток связан с содержанием в них различных органелл, осуществляющих всевозможные клеточные функции. Для эукариотических клеток характерно также наличие большого количества генетического материала, сосредоточенного в основном в относительно большом количестве хромосом, что обеспечивает им большие возможности в дифференцировке и специализации.
Не менее важной особенностью эукариотических клеток является то, что им присуща компартментализация, обеспеченная наличием внутренних мембранных систем. В результате этого многие ферменты локализуются в определенных компартментах. Например, почти все ферменты, катализирующие синтез белков в животных клетках, локализованы в рибосомах, тогда как ферменты, катализирующие синтез фосфолипидов, в основном сосредоточены на клеточной ци-топлазматической мембране. В отличие от прокариотических клеток в эукариотических клетках имеется ядрышко.
Эукариотические клетки по сравнению с прокариотическими обладают более сложной системой восприятия веществ из окружающей среды, без чего невозможна их жизнь. Существуют и другие различия между эукариотическими и прокариотическими клетками.
Форма клеток бывает самой разнообразной и часто зависит также от выполняемых ими функций. Например, многие простейшие имеют овальную форму, тогда как эритроциты являются овальными дисками, а мышечные клетки млекопитающих вытянуты. Размеры эукариотических клеток являются микроскопическими (табл. 3).
Некоторые виды клеток характеризуются значительными размерами. Например, размеры нервных клеток у крупных животных достигают нескольких метров в длину, а у человека - до 1 метра. Клетки отдельных тканей растений достигают нескольких миллиметров в длину.
Считают, что чем крупнее организм в пределах вида, тем крупнее его клетки. Однако для родственных видов животных, различающихся по размерам, характерны и сходные по размерам клетки. Например, у всех млекопитающих сходны по размерам эритроциты.
Клетки различаются также и по массе. Например, одиночная клетка печени (гепатоцит) человека весит 19-9 г.
Соматическая клетка человека (типичная эукариотическая клетка) представляет собой образование, состоящее из множества структурных компонентов микроскопических и субмикроскопических размеров(рис. 46).
Использование электронной микроскопии и других методов позволило установить чрезвычайное разнообразие в структуре как оболочки и цитоплазмы, так и ядра. В частности, был установлен мембранный принцип строения внутриклеточных структур, исходя из которого различают ряд структурных компонентов клетки, а именно.
Вспомните!
В чем заключаются принципиальные отличия в строении прокариотических и эукариотических клеток?
Какова роль бактерий в природе?
Разнообразие прокариот. Царство прокариот в основном представлено бактериями, наиболее древними организмами нашей планеты . Возникнув более 3,5 млрд лет тому назад, прокариоты фактически создали биосферу Земли, сформировав условия для дальнейшей эволюции организмов.
Впервые бактерии увидел под микроскопом и описал в 1683 г. голландский натуралист А. Левенгук. Размеры бактерий колеблются в пределах от 1 до 15 мкм. Отдельную бактериальную клетку можно увидеть только с помощью достаточно сложного микроскопа, поэтому их и называют микроорганизмами.
Рис. 34. Некоторые представители современных бактерий: А – стрептококк (в процессе деления); Б – холерный вибрион; В – палочковидная бактерия клостридиум; Г – палочковидная микобактерия, вызывающая туберкулез
Бактерии обитают повсюду: в почве, в воде, в воздухе, на поверхности и внутри других организмов, в пищевых продуктах. Некоторые бактерии поселяются в горячих источниках, где температура воды достигает 78 °С и выше. Число бактерий на планете огромно, например в 1 г плодородной почвы содержится около 2,5 млрд бактериальных клеток.
Форма клеток бактерий чрезвычайно разнообразна (рис. 34). Выделяют палочковидные – бациллы, сферические – кокки, спиралевидные – спириллы, имеющие форму запятой – вибрионы.
Многие прокариоты способны к спорообразованию (рис. 35). Споры возникают, как правило, в неблагоприятных условиях и представляют собой клетки с резко сниженным уровнем метаболизма. Споры покрыты защитной оболочкой, сохраняют жизнеспособность в течение сотен и даже тысяч лет и выдерживают колебания температуры от?243 до 140 °С. При наступлении благоприятных условий споры «прорастают» и дают начало новой бактериальной клетке.
Рис. 35. Образование спор у бактерий
Таким образом, спорообразование у прокариот является этапом жизненного цикла, обеспечивающим переживание неблагоприятных условий окружающей среды. Кроме этого в состоянии спор микроорганизмы могут легко распространяться при помощи ветра и другими способами.
Споры болезнетворных бактерий, в покоящемся состоянии пролежавшие многие годы в земле, попадая при различных земляных работах в водоемы, могут служить причиной возникновения вспышек инфекционных заболеваний. Так, например, споры палочки сибирской язвы сохраняют жизнеспособность в течение более 30 лет.
Ученые-микробиологи вырастили колонии микроорганизмов из спор, оказавшихся в образце льда, возраст которого превышал 10 тыс. лет.
Строение прокариотической клетки. Рассмотрим принципиальное строение бактериальной клетки (рис. 36).
Клетка окружена мембраной обычного строения, кнаружи от которой находится клеточная стенка. В центральной части цитоплазмы располагается одна кольцевая молекула ДНК, не отграниченная мембраной от остальной части цитоплазмы. Зона клетки, содержащая генетический материал, носит название нуклеоид (от лат. nucleus – ядро и греч. eidos – вид). Кроме основной кольцевой «хромосомы » бактерии обычно содержат несколько мелких молекул ДНК в форме небольших, свободно расположенных колец, так называемых плазмид, участвующих в обмене генетическим материалом между бактериями.
Рис. 36. Строение прокариотической клетки
В бактериальных клетках нет мембранных органоидов, характерных для эукариот (эндоплазматической сети, аппарата Гольджи, митохондрий, пластид, лизосом). Функции этих органоидов выполняют впячивания клеточной мембраны.
Обязательными органоидами, которые обеспечивают синтез белка в бактериальных клетках, являются рибосомы.
Поверх клеточной стенки многие бактерии выделяют слизь, образуя своеобразную капсулу, дополнительно защищающую бактерию от внешних воздействий.
Бактерии размножаются простым делением надвое. После редупликации кольцевой ДНК клетка удлиняется и в ней образуется поперечная перегородка. В дальнейшем дочерние клетки расходятся или остаются связанными в группы.
Сравнивая прокариотическую и эукариотическую клетки, можно отметить, что строение двухмембранных органоидов – митохондрий и пластид, имеющих собственную кольцевую ДНК и рибосомы, синтезирующие РНК и белки, – напоминает строение бактериальной клетки. Это сходство послужило основой гипотезы о симбиотическом происхождении эукариот. Несколько миллиардов лет назад древние прокариотические организмы внедрялись друг в друга, в результате чего возникал взаимовыгодный союз (§ ).
К прокариотическим организмам относят также цианобактерии, часто называемые синезелеными водорослями. Эти древние организмы, возникшие около 3 млрд лет назад, широко распространены по всему миру. Известно около 2 тыс. видов цианобактерий. Большинство из них способны синтезировать все необходимые вещества, используя энергию света.
Таблица 3. Сравнительная характеристика клеток прокариот и эукариот
Вопросы для повторения и задания
1. В чем заключаются значение и экологическая роль прокариот в биоценозах?
2. Каким образом болезнетворные микроорганизмы влияют на состояние макроорганизма (хозяина)?
3. Опишите строение бактериальной клетки.
4. Как размножаются бактерии?
5. В чем сущность процесса спорообразования у бактерий?
| <<< Назад
|
Вперед >>>
|
Делит все клетки (или живые организмы ) на два типа: прокариоты и эукариоты . Прокариоты - это безъядерные клетки или организмы, к которым относятся вирусы, прокариот-бактерии и сине-зеленые водоросли, у которых клетка состоит непосредственно из цитоплазмы, в которой расположена одна хромосома - молекула ДНК (иногда РНК).
Эукариотические клетки имеют ядро , в котором находятся нуклеопротеиды (белок гистон + комплекс ДНК), а также другие органоиды . К эукариотам относятся большинство современных известных науке одноклеточных и многоклеточных живых организмов (в том числе, и растений).
Строение ограноидов эукариотов.
|
Название органоида |
Строение органоида |
Функции органоида |
|---|---|---|
|
Цитоплазма |
Внутренняя среда клетки, в которой находится ядро и другие органоиды. Имеет полужидкую, мелкозернистую структуру. |
|
|
Рибосомы |
Мелкие органоиды сферической или эллипсоидной формы диаметром от 15 до 30 нанометров. |
Обеспечивают процесс синтеза молекул белка, их сборку из аминокислот. |
|
Митохондрии |
Органоиды, имеющие самую разнообразную форму - от сферической до нитевидной. Внутри митохондрий имеются складки от 0,2 до 0,7 мкм. Внешняя оболочка митохондрий имеет двухмембранную структуру. Наружная мембрана гладкая, а на внутренней имеются выросты крестообразной формы с дыхательными ферментами. |
|
|
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) |
Система оболочек в цитоплазме, которая образует каналы и полости. Бывает двух типов: гранулированная, на которой имеются рибосомы и гладкая. |
|
|
Пластиды (органоиды, свойственные только растительным клеткам) бывают трех видов: |
Двухмембранные органоиды |
|
|
Лейкопласты |
Бесцветные пластиды, которые содержатся в клубнях, корнях и луковицах растений. |
Являются дополнительным резервуаром для хранения питательных веществ. |
|
Хлоропласты |
Органоиды овальной формы, имеющие зеленый цвет. От цитоплазмы отделяются двумя трехслойными мембранами. Внутри хлоропластов находится хлорофилл. |
Преобразуют органические вещества из неорганических, используя энергию солнца. |
|
Хромопласты |
Органоиды, от желтого до бурого цвета, в которых накапливается каротин. |
Способствуют появлению у растений частей с желтой, оранжевой и красной окраской. |
|
Лизосомы |
Органоиды округлой формы диаметром около 1 мкм, имеющие на поверхности мембрану, а внутри - комплекс ферментов. |
Пищеварительная функция. Переваривают питательные частицы и ликвидируют отмершие части клетки. |
|
Комплекс Гольджи |
Может быть разной формы. Состоит из полостей, разграниченных мембранами. Из полостей отходят трубчатые образования с пузырьками на концах. |
|
|
Клеточный центр |
Состоит из центросферы (уплотненного участка цитоплазмы) и центриолей - двух маленьких телец. |
Выполняет важную функцию для деления клетки. |
|
Клеточные включения |
Углеводы, жиры и белки, которые являются непостоянными компонентами клетки. |
Запасные питательные вещества, которые используются для жизнедеятельности клетки. |
|
Органоиды движения |
Жгутики и реснички (выросты и клетки), миофибриллы (нитевидные образования) и псевдоподии (или ложноножки). |
Выполняют двигательную функцию, а также обеспечивают процесс сокращения мышц. |
Ядро клетки является главным и самым сложным органоидом клетки, поэтому его мы рассмотрим
Прокариотические клетки по своему строению мельче и проще клеток эукариот . Среди них не бывает многоклеточных организмов, лишь иногда образуют подобие колоний. У прокариот нет ни только клеточного ядра, но и всех мембранных органелл (митохондрий, хлоропластов, ЭПС, комплекса Гольджи, центриолей и др.).
К прокариотам относятся бактерии, синезеленые водоросли (цианобактерии), археи и др. Прокариоты были первыми живыми организмами на Земле.
Функции мембранных структур выполняют выросты (впячивания) клеточной мембраны во внутрь цитоплазмы. Они бывают трубчатыми, пластинчатыми, иной формы. Ряд из них называют мезосомами. Фотосинтезирующие пигменты, дыхательные и другие ферменты располагаются на таких различных образованиях и таким образом выполняют свои функции.
У прокариот в центральной части клетки находится только одна большая хромосома (нуклеоид ), которая имеет кольцевое строение. В ее состав входит ДНК. Вместо белков, придающих форму хромосоме как у эукариот, здесь находится РНК. Хромосома не отделена от цитоплазмы мембранной оболочкой, поэтому говорят, что прокариоты - безъядерные организмы. Однако в одном месте хромосома прикреплена к клеточной мембране.
Кроме нуклеоида в строении прокариотических клеток отмечается наличие плазмид (малых хромосом также кольцевой структуры).
В отличие от эукариот цитоплазма прокариот неподвижна.
У прокариот есть рибосомы, однако они мельче рибосом эукариот.
Прокариотические клетки отличаются сложным строением своих оболочек. Кроме цитоплазматической мембраны (плазмалеммы), у них есть клеточная стенка, а также капсула и другие образования, в зависимости от типа прокариотического организма. Клеточная стенка выполняет опорную функцию и препятствует проникновению вредных веществ. В состав клеточной стенки бактерий входит муреин (гликопептид).
На поверхности прокариот часто имеются жгутики (один или множество) и различные ворсинки. С помощью жгутиков клетки перемещаются в жидкой среде. Ворсинки выполняют разные функции (обеспечивают несмачиваемость, прикрепление, переносят вещества, участвуют в половом процессе, образуя конъюгационный мостик).
Прокариотические клетки делятся бинарным делением. У них нет митоза и мейоза. Перед делением нуклеоид удваивается.
Прокариоты часто образуют споры, которые являются способом переживания неблагоприятных условий. Споры ряда бактерий сохраняют жизнеспособность при высокой и крайне низкой температурах. При образовании споры прокариотическая клетка покрывается толстой плотной оболочкой. Ее внутреннее строение несколько изменяется.
