Прокаріотична клітина. Ультраструктура прокаріотичної клітини Оболонка прокаріотичної клітини містить

На Землі існує лише два типи організмів: еукаріоти та прокаріоти. Вони сильно розрізняються за своєю будовою, походженням та еволюційним розвитком, що буде докладно розглянуто далі.

Ознаки прокаріотичної клітини

Прокаріоти інакше називають доядерними. У прокаріотичної клітини немає й інших органоїдів, які мають мембранну оболонку ( , ендоплазматичного ретикулуму, комплексу Гольджі).

Також характерними рисами для них є:

без оболонки та не утворює зв'язків з білками. Інформація передається та зчитується безперервно.
Усі прокаріоти – гаплоїдні організми.
Ферменти розташовуються у вільному стані (дифузно).
Мають здатність до спороутворення за несприятливих умов.
Наявність плазмід – дрібних позахромосомних молекул ДНК. Їхня функція — передача генетичної інформації, підвищення стійкості до багатьох агресивних факторів.
Наявність джгутиків та пилок – зовнішніх білкових утворень необхідних для пересування.
Газові вакуолі – порожнини. За рахунок них організм здатний пересуватися в товщі води.
Клітинна стінка у прокаріотів (саме бактерій) складається з муреїну.
Основними способами отримання енергії у прокаріотів є хемо-і фотосинтез.

До них відносяться бактерії та археї. Приклади прокаріотів: спірохети, протеобактерії, ціанобактерії, кренархеоти.

Увага!Незважаючи на те, що у прокаріотів немає ядро, вони мають його еквівалент – нуклеоїд (кільцеву молекулу ДНК, позбавлену оболонок), і вільні ДНК у вигляді плазмід.

Будова прокаріотичної клітини

Бактерії

Представники цього царства є одними з найдавніших жителів Землі і мають високу виживання в екстремальних умовах.

Розрізняють грампозитивні та грамнегативні бактерії. Їхня головна відмінність полягає в будові мембрани клітин. Грампозитивні мають більш товсту оболонку, до 80% складається з муреїнової основи, а також полісахаридів та поліпептидів. При фарбуванні за Грамом вони дають фіолетовий колір. Більшість цих бактерій є збудниками хвороб. Грамнегативні мають більш тонку стінку, яка відокремлена від мембрани периплазматичним простором. Однак така оболонка має підвищену міцність і набагато сильніше протистоїть дії антитіл.

Бактерії у природі грають дуже велику роль:

Ціанобактерії (синьо-зелені водорості) допомагають підтримувати необхідний рівень кисню в атмосфері. Вони утворюють більше половини всього О2 Землі.
Сприяють розкладанню органічних останків, тим самим беручи участь у кругообігу всіх речовин, беруть участь в утворенні ґрунту.
Фіксатори азоту на корінні бобових.
Очищають води від відходів, наприклад, металургійної промисловості.
Є частиною мікрофлори живих організмів, допомагаючи максимально засвоювати поживні речовини.
Використовуються в харчовій промисловості для зброджування. Так отримують сири, сир, алкоголь, тісто.

Увага!Крім позитивного значення, бактерії відіграють і негативну роль. Багато хто з них викликає смертельно небезпечні захворювання, такі як холера, черевний тиф, сифіліс, туберкульоз.

Бактерії

Археї

Раніше їх поєднували з бактеріями в єдине царство Дробянок. Однак згодом з'ясувалося, що археї мають свій індивідуальний шлях еволюції і сильно відрізняються від решти мікроорганізмів своїм біо хімічним складомта метаболізмом. Виділяють до 5 типів, найбільш вивченими вважаються евріархеоти та кренархеоти. Особливості архей такі:

більшість із них є хемоавтотрофами – синтезують органічні речовини з вуглекислого газу, цукру, аміаку, іонів металів та водню;
відіграють ключову роль у кругообігу азоту та вуглецю;
беруть участь у травленні в організмах людини та багатьох жуйних;
мають більш стабільну і міцну мембранну оболонку за рахунок наявності ефірних зв'язків у гліцерин-ефірних ліпідах. Це дозволяє археям жити у сильнолужних чи кислих середовищах, а також за умови високих температур;
Клітинна стінка, на відміну від бактерій, не містить пептидоглікану і складається з псевдомуреїну.

Будова еукаріотів

Еукаріоти є надцарством організмів, у клітинах яких міститься ядро. Крім архей і бактерій всі живі істоти Землі є еукаріотами (наприклад, рослини, найпростіші, тварини). Клітини можуть сильно відрізнятися за своєю формою, будовою, розмірами та функціями, що виконуються. Незважаючи на це вони подібні за основами життєдіяльності, метаболізму, зростання, розвитку, здатності до подразнення та мінливості.

Еукаріотичні клітини можуть перевищувати прокаріотичні розміри в сотні і тисячі разів. Вони включають ядро і цитоплазму з численними мембранними і немембранними органоїдами.До мембранних відносяться: ендоплазматичний ретикулум, лізосоми, комплекс Гольджі, мітохондрії, . Немембранні: рибосоми, клітинний центр, мікротрубочки, мікрофіламенти.

Будова еукаріотів

Проведемо порівняння клітин еукаріотів різних царств.

До надцарства еукаріотів належать царства:

найпростіші. Гетеротрофи, деякі здатні до фотосинтезу (водорості). Розмножуються безстатевим, статевим шляхом і простим способомна дві частини. Більшість клітинна стінка відсутня;
рослини. Є продуцентами, основний спосіб отримання енергії – фотосинтез. Більшість рослин нерухомі, розмножуються безстатевим, статевим і вегетативним шляхом. Клітинна стінка складається із целюлози;
гриби. Багатоклітинні. Розрізняють нижчі та вищі. Є гетеротрофними організмами, які не можуть самостійно пересуватися. Розмножуються безстатевим, статевим та вегетативним шляхом. Запасають глікоген та мають міцну клітинну стінку з хітину;
тварини. Розрізняють 10 типів: губки, черв'яки, членистоногі, голкошкірі, хордові та інші. Є гетеротрофними організмами. Здатні до самостійного пересування. Основна запасна речовина - глікоген. Оболонка клітин складається з хітину, як у грибів. Головний спосіб розмноження – статевий.

Таблиця: Порівняльна характеристика рослинної та тваринної клітини

Будова	Клітина рослини	Клітина тварини
Клітинна стінка	Целюлоза	Складається з глікокаліксу – тонкого шару білків, вуглеводів та ліпідів.
Розташування ядра	Розташоване ближче до стінки	Розташоване у центральній частині
Клітинний центр	Тільки у нижчих водоростей	Присутня
Вакуолі	Містять клітинний сік	Скоротливі та травні.
Запасна речовина	Крохмаль	Глікоген
Пластиди	Три види: хлоропласти, хромопласти, лейкопласти	відсутні
живлення	Автотрофне	Гетеротрофне

Порівняння прокаріотів та еукаріотів

Особливості будови прокаріотичної та еукаріотичної клітин значні, проте одна з головних відмінностей стосується зберігання генетичного матеріалу та способу одержання енергії.

Прокаріоти та еукаріоти фотосинтезують по-різному. У прокаріотів цей процес проходить на виростах мембрани (хроматофорах), покладених в окремі стоси. Бактерії не мають фтору фотосистеми, тому не виділяють кисень, на відміну від синьо-зелених водоростей, які утворюють його при фотолізі. Джерелами водню у прокаріотів служать сірководень, Н2, різні органічні речовини та вода. Основними пігментами є бактеріохлорофіл (у бактерій), хлорофіл та фікобіліни (у ціанобактерій).

До фотосинтезу з усіх еукаріотів здатні тільки рослини.Вони мають спеціальні освіти – хлоропласти, містять мембрани, покладені в грани чи ламели. Наявність фотосистеми II дозволяє виділяти кисень в атмосферу під час фотолізу води. Джерелом молекул водню є лише вода. Головним пігментом є хлорофіл, а фікобіліни присутні лише у червоних водоростей.

Основні відмінності та характерні ознакипрокаріотів та еукаріотів представлені в таблиці нижче.

Таблиця: Подібності та відмінності прокаріотів та еукаріотів

Порівняння	Прокаріоти	Еукаріоти
Час появи	Понад 3,5 млрд. років	Близько 1,2 млрд. років
Розміри клітин	До 10 мкм	Від 10 до 100 мкм
Капсула	Є. Виконує захисну функцію. Пов'язана з клітинною стінкою	Відсутнє
Плазматична мембрана	Є	Є
Клітинна стінка	Складається з пектину або муреїну	Є, крім тварин
Хромосоми	Замість них кільцева ДНК. Трансляція та транскрипція проходять у цитоплазмі.	Лінійні молекули ДНК. Трансляція проходить у цитоплазмі, а транскрипція у ядрі.
Рибосоми	Дрібні 70S-типу. Розташовані у цитоплазмі.	Великі 80S-типу можуть прикріплюватися до ендоплазматичної мережі, перебувати в пластидах і мітохондріях.
Органоїд з мембранною оболонкою	Немає. Є вирости мембрани – мезосоми.	Є: мітохондрії, комплекс Гольджі, клітинний центр, ЕПС
Цитоплазма	Є	Є
	відсутні	Є
Вакуолі	Газові (аеросоми)	Є
Хлоропласти	Немає. Фотосинтез проходить у бактеріохлорофілах	Є тільки у рослин
Плазміди	Є	відсутні
Ядро	Відсутнє	Є
Мікрофіламенти та мікротрубочки.	відсутні	Є
Способи розподілу	Перетяжка, брунькування, кон'югація	Мітоз, мейоз
Взаємодія чи контакти	відсутні	Плазмодесми, десмосоми чи септи
Типи живлення клітин	Фотоавтотрофний, фотогетеротрофний, хемоавтотрофний, хемогетеротрофний	Фототрофний (у рослин) ендоцитоз та фагоцитоз (у решти)

Відмінності прокаріотів та еукаріотів

Подібність та відмінності прокаріотичних та еукаріотичних клітин

Висновок

Порівняння прокаріотичного та еукаріотичного організму досить трудомісткий процес, що вимагає розгляду безлічі нюансів. Вони мають між собою багато спільного в плані будови, протікають процесів та властивостей всього живого. Відмінності криються у виконуваних функціях, способах харчування і внутрішньої організації. Той, хто цікавиться цією темою, може скористатися цією інформацією.

Будова прокаріотної клітини схематично показано на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Будова прокаріотної клітини

А –поверхневі клітинні структури та позаклітинні утворення: 1 – клітинна стінка; 2 – капсула; 3 – слизові виділення; 4 – чохол; 5 – джгутики; 6 – ворсинки; Б -цитоплазматичні клітинні структури: 7 – ЦПМ; 8 – нуклеоїд; 9 – рибосоми; 10 – цитоплазма; 11 – хроматофори; 12 – хлоросоми; 13 – пластинчасті тилакоїди; 14 – фікобілісоми; 15 – трубчасті тилакоїди; 16 – мезосома; 17 – аеросоми (газові вакуолі); 18 – ламелярні структури; У – запасні речовини: 19 – полісахаридні гранули; 20 – гранули полі-b-оксимасляної кислоти; 21 – гранули поліфосфату; 22 – ціанофіцинові гранули; 23 – карбоксисоми (поліедральні тіла); 24 – включення сірки; 25 – жирові краплі; 26 – вуглеводневі гранули

Структури, які розташовані зовні від цитоплазматичної мембрани (ЦПМ), називаються поверхневими. Вони включають клітинну стінку, слизову речовину, джгутики та ворсинки. Клітинна стінка разом із слизовою речовиною називається клітинною оболонкою, а ЦПМ разом із цитоплазмою утворює протопласт.

Джгутикиє органами руху. Клітина може мати від 1 до 1000 джгутиків, які розташовуються або на полюсах або рівномірно по всій поверхні. Товщина джгутика 10-20 нм, довжина 3-15 мкм. За допомогою джгутиків бактерії пересуваються зі швидкістю 20-60 мкм/с у напрямку, де умови зростання кращі: вище концентрація субстрату, кисню, краще освітленість. За відсутності джгутиків клітини розміром менше 4 мкм переміщуються у водному середовищі за рахунок броунівського руху. Нитчасті бактерії здатні пересуватися з допомогою ковзання (швидкість 2-11 мкм/с), відштовхуючись від твердого чи в'язкого субстрату з допомогою мікроскопічних опуклостей клітинної стінки.

Ворсинки- Тонкі прямі нитки довжиною 0,3-4 мкм і діаметром 5-10 нм. Є не у всіх бактерій. У русі клітин участі не беруть. Кількість ворсинок може становити від 10 до кількох тисяч. Передбачається, що ворсинки беруть участь у транспорті метаболітів та прикріпленні бактерій до твердого субстрату. Крім того, деякі бактерії (наприклад E. coli штам K12) мають статеві ворсинки, які називаються F-пили. Їхня кількість 1-2 штуки на клітину. F-пили мають вигляд порожнистих білкових трубочок довжиною від 0,5 до 10 мкм, якими ДНК може передаватися від клітини-донора до клітини-реципієнту.

Слизова речовинапокриває клітинну стінку майже всіх прокаріотів. Воно складається переважно з полісахаридів, а також білків, ліпідів та інших полімерів. Залежно від структури та міцності зв'язку з клітинною стінкою слизову речовину ділять на 3 типи: слизовий шар(має аморфну структуру і легко відокремлюється від клітинної стінки), капсула(має аморфну структуру, але важко відокремлюється від клітинної стінки), чохол(Має впорядковану тонку структуру). Товщина шару слизової речовини змінюється від часток мкм до десятків мкм. Завдяки слизовій речовині клітини здатні злипатися у великі колонії та прикріплюватися до твердих поверхонь. Крім того, слиз захищає клітину від механічних пошкоджень, висихання, проникнення бактеріофагів та деяких токсичних речовин, а також може бути джерелом запасних поживних речовин.

Клітинна стінказабезпечує механічну міцність клітини та надає їй певної форми. Вона здатна витримати тиск до 30-100 атм (3-10 МПа). Товщина стінки 10-100 мкм, маса становить від 5 до 50% сухої речовини клітини. Клітинна стінка складається із семи груп речовин: пептидоглікан, тейхоєві кислоти, полісахариди, білки, ліпіди, ліпополісахариди, ліпопротеїди. Пептидоглікан міститься тільки в стінках прокаріотів (у еукаріотів відсутній). За компонентами, структурою та механізмом біосинтезу, клітинні стінки бактерій докорінно відрізняються від таких у тварин і рослин. Тому лікарські засоби, що специфічно впливають на бактеріальні стінки і на процес їх синтезу, нешкідливі для вищих організмів.

Залежно від будови клітинної стінки бактерії поділяються на 2 групи: грампозитивніі грамнегативні. В основі поділу лежить здатність сприймати забарвлення за Грамом (Х. Грам - датський вчений, який запропонував цей метод фарбування в 1884). Методика фарбування за Грамом полягає в наступному. Фіксовані клітини обробляють основним барвником кристалічним фіолетовим, а потім розчином йоду. Йод утворює з кристалічним фіолетовим комплексне з'єднання, нерозчинне у воді і погано розчинне у спирті. При подальшій обробці клітин спиртом відбувається диференціювання клітин: у грампозитивних видів цей комплекс утримується клітиною і вони залишаються забарвленими (синіми), у грамнегативних видів пофарбований комплекс вимивається з клітин і вони знебарвлюються. Клітинні стінки грампозитивних і грамнегативних бактерій різко різняться як у хімічному складі, і по ультраструктурі (див. рис. 1.4).

Рис. 1.4. Клітинна стінка грампозитивних (А) та грамнегативних (Б) бактерій

1 - цитоплазматична мембрана; 2 - пептидоглікан; 3 - периплазматичний простір; 4 - зовнішня мембрана: 5 - цитоплазма, у центрі якої розташована ДНК

Цитоплазматична мембрана(ЦПМ) є обов'язковим структурним елементом клітини, порушення цілісності якого спричиняє її загибель. ЦПМ є дуже м'яким, пластичним, майже рідким утворенням, що складається з білків (50-75 %), ліпідів (15-45 %) і вуглеводів (0-20 %). Її товщина 5-7,5 нм, а масова частка у клітині 8-15 % від сухої речовини. ЦПМ служить осмотичним бар'єром і забезпечує вибіркове надходження в клітину та вихід з неї різних молекул та іонів, а також бере участь у перетвореннях клітинної енергії та біосинтетичних процесах.

Цитоплазмає колоїдний розчин вуглеводів, амінокислот, мінеральних та інших речовин у воді. У ній присутні різноманітні структурні елементи: генетичний апарат (нуклеоїд), рибосоми, мембрани (внутрішньоцитоплазматичні мембрани є не у всіх прокаріотних клітинах) та різні включення.

Нуклеоїд– молекула ДНК, що має форму замкнутого кільця, скрученого в упорядкований клубок. Нуклеоїд не відокремлений від цитоплазми мембраною і практично не видно у світловому мікроскопі. Молекула ДНК (бактеріальна хромосома) розгорнутому вигляді має довжину близько 1 мм, тобто. у 1000 разів більше розміруклітини.

Багато бактерій поряд з хромосомою ДНК містять і позахромосомну ДНК, також представлену подвійними спіралями, замкнутими в кільце і згорнутими в клубок. Такі молекули позахромосомної ДНК, здатні до автономної реплікації, називають плазмідами.

Рибосомипрокаріотів – це частинки розміром 15-20 нм, що складаються з р-РНК (рибосомної РНК) та білка у співвідношенні 2:1. На рибосомах за участю інформаційної РНК (і-РНК) та транспортної РНК (т-РНК) здійснюється синтез білків. Рибосоми, пов'язані на зразок намиста на ланцюгу і-РНК, називають полірибосомами або полісомами. Залежно від активності синтезу білка в бактеріальній клітині може бути від 5 до 50 тисяч рибосом.

Внутрішньоплазматичні включенняпредставлені гранулами запасних речовин (полісахариди, ліпіди, поліпептиди, поліфосфати, відкладення сірки) та газовими вакуолями, що забезпечують плавучість водних мікроорганізмів.

Надходження поживних речовин у прокаріотну клітину та вихід із неї продуктів здійснюється через всю клітинну поверхню. Слизовий шар дуже пухкий і не є перешкодою для проникнення речовин. Але дифузія у цьому шарі йде повільніше, ніж у воді (приблизно в 5 разів). Через клітинну стінку легко проникають невеликі молекули та іони. Великі молекули з молекулярною масою понад 600 Д (Д – дальтон, 1 Д = 1,66 10 -27 кг) попередньо розщеплюються позаклітинними ферментами до низькомолекулярних сполук.

Активна роль процесі надходження поживних речовин у клітину належить цитоплазматичної мембрані. Виділяють чотири механізми перенесення речовин через ЦПМ: пасивну дифузію, полегшену дифузію, активний транспорт, перенесення (транслокацію) груп.

Пасивна (проста) дифузія- Самостійний перехід речовин через ЦПМ за рахунок різниці концентрацій по обидві сторони мембрани. Основною речовиною, що проникає в клітину і виходить з неї за цим механізмом, є вода. Імовірно, шляхом простої дифузії в клітину надходять низькомолекулярні гази (кисень, водень, азот), а також отрути, інгібітори та інші чужі клітини речовини.

Полегшена дифузія– перехід речовин через ЦПМ по градієнту концентрації за допомогою білків-переносників (пермеаз), які оборотно зв'язуються з речовиною, що переноситься. У нормі цей механізм іноді використовується для входу та виходу з клітини низькомолекулярних органічних речовин, але частіше включається лише при порушенні внутрішньоклітинних процесів.

Активний транспорт- Процес, аналогічний полегшеної дифузії, але здійснюється з витратою клітинної енергії і дозволяє переносити речовини проти градієнта концентрації. Цей механізм є основним способом надходження молекул та іонів у прокаріотну клітину.

Транслокація груп– процес, аналогічний активному транспорту, але супроводжується хімічною модифікацією молекули під час перенесення через ЦПМ. Наприклад, цукру (глюкоза, фруктоза та ін) піддаються фосфорилювання (приєднання фосфату з утворенням фосфатного ефіру).

Прочитаємо інформацію.

Клітина- складна система, що складається з трьох структурно-функціональних підсистем поверхневого апарату, цитоплазми з органоїдами та ядра.

Прокаріоти(Доядерні) - клітини, що не володіють, на відміну від еукаріотів, оформленим клітинним ядром та іншими внутрішніми мембранними органоїдами.

До прокаріотичних клітин відносять клітини бактерій, (синьо-зелені водорості), .

Будова прокаріотичних клітин

Структура	Будова та склад	Функції структури
Плазматична мембрана	У деяких мікроорганізмів - випинання всередину клітини, що утворюють стоси плоских мішечків (мезосоми) У ціанобактерій та деяких пурпурових бактерій - безліч мембранних	1.транспортна 2. захисна 5.сприйняття сигналів довкілля 6.участь в імунних процесах 7. забезпечення поверхневих властивостей клітини
	неоформлене ядро, тобто. нуклеарна область, що не має ядерної мембрани (оболонки). Містить одну кільцеву молекулу ДНК – нуклеотид, яку називають бактеріальною хромосомою. Крім нуклеотиду часто зустрічається невелика кільцева молекула ДНК.	Зберігання та реалізація спадкової інформації та передача її дочірнім поколінням.
Цитоплазма	Дуже мало мембранних органоїдів (ЕПС, апарат Гольджі, пластиди, мітохондрії). Дуже багато рибосом дрібніших, ніж у еукаріотів.	Синтез білків
Рибосоми	Дрібніше за розмірами, ніж у еукаріотів і розташовані в цитоплазмі вільно (не утворюють).	Синтез білків
Клітинна стінка	Складається з комплексів білків та олігосахаридів, покладених шарами.	Білкові нитки, не утворюють мікротрубочок. Складаються з трьох структур, і.	Рух

Муреїн(Пептидоглікан) - це найважливіший компонент клітинної стінки бактерій, який виконує опорну і захисну функції. Він має сітчасту структуру та утворює жорсткий зовнішній каркас клітини. Складається з вуглеводів та білків. Речовини, що вбивають бактерій (лізоцим, антибіотики), руйнують муреїн або порушують його утворення.

Ціанобактерії(синьо-зелені водорості) – група великих грамнегативних бактерій, здатних до фотосинтезу.

Археї- Група мікроскопічних одноклітинних організмів-прокаріотів, що різко відрізняються по ряду фізіолого-біохімічних властивостей від істинних бактерій (еубактерій). Групу архебактерій виділили у 1977 році. Серед них немає збудників інфекційних хвороб.

Тілакоїди- обмежені мембраною компартменти усередині хлоропластів та ціанобактерій. У тилакоїдах відбуваються світлозалежні реакції фотосинтезу.

Рецепціяу фізіології - здійснюване рецепторами сприйняття подразників та перетворення на нервове збудження.

Полісома(Полірибосома) - структура клітинної цитоплазми, яка складається з декількох рибосом, з'єднаних за допомогою молекул інформаційної (матричної) РНК.

Джгутики бактерій- складаються із трьох субструктур:

Філамент (фібрила, пропелер) - порожниста білкова нитка товщиною 10-20 нм та довжиною 3-15 мкм.
гак - товстіша, ніж філамент (20-45 нм), білкова освіта.
базальне тіло - освіта, розташована біля основи джгутика. Має форму циліндра. Довжина близько 0,5 мкм.

Плазміди- додаткові фактори спадковості, розташовані в клітинах поза хромосомами і є кільцевими (замкнутими) або лінійними молекулами ДНК.

Використовувана література:

1.Біологія: повний довідникдля підготовки до ЄДІ. / Г.І.Лернер. - М: АСТ: Астрель; Володимир; ВКТ, 2009

2.Біологія: навч. для учнів 11 класу загальноосвіт. Установ: Базовий рівень / За ред. проф. І.Н.Пономарьової. - 2-ге вид., перераб. - М: Вентана-Граф, 2008.

3.Біологія для вступників до вузів. Інтенсивний курс / Г.Л.Біліч, В.А.Крижанівський. - М: Видавництво Онікс, 2006.

4.Загальна біологія: навч. для 11 кл. загальноосвіт. установ/В.Б.Захаров, С.Г.Сонін. - 2-ге вид., стереотип. - М: Дрофа, 2006.

5.Біологія. Загальна біологія. 10-11 класи: навч. для загальноосвіт. установ: базовий рівень / Д. К. Бєляєв, П. М. Бородін, Н. Н. Воронцов та ін. під ред. Д.К.Бєляєва, Г.М.Димшиця; Ріс. акад. наук, Ріс. акад. освіти, вид-во «Освіта». - 9-те вид. - М: Просвітництво, 2010.

6. Біологія: учеб.-справ. посібник / А. Г. Лебедєв. М: АСТ: Астрель. 2009.

7.Біологія. Повний курс загальноосвітньої середньої школи: навчальний посібникдля школярів та абітурієнтів / М.А.Валова, Н.А.Соколова, А.А. Кам'янський. - М.: Іспит, 2002.

Інтернет-ресурси, що використовуються:

Вікіпедія. Жгутик

Опорно-рухові структури клітини

Для того щоб живий організм нормально розвивався і ріс, ясна річ, необхідна наявність органів, кожен з яких виконує свою унікальну функцію. Така сама ситуація і з клітиною. Елементарна одиниця живого також має свої специфічні органи, звані органоїди. Органоїди клітини та їх функції сильно відрізняються у різних типах клітин.

Як відомо, існує два типи клітин: еукаріот (ті, що мають ядро) і прокаріот (без'ядерні клітини). До перших відносяться практично всі живі організми, крім бактерій та архей, до прокаріотів ж належать бактерії та віруси (під питанням, оскільки багато біологів взагалі не вважають їх живими організмами).

Усі органоїди живих клітин бувають двох видів: мембранного типу та немембранного. Перші побудовані виключно з біологічних мембран, другі мають іншу природу.

Органоїди еукаріотів

На сьогоднішній день вченим відомі такі органоїди еукаріотних клітин:

клітинна мембрана;
хромосоми;
мітохондрії;
комплекс Гольджі;
рибосоми;
лізосоми;
ендоплазматична мережа;
мікрофіламенти;
мікротрубочки.

В еукаріотних клітинах тваринного організму також існують центріолі та мікрофібрили, а в рослинному організмі було знайдено основний їхній органоїд – пластиди. Іноді деякі біологи загалом до органоїдів клітини відносять також ядро. Проте більшість учених так не рахують. Органоїди клітини та їх функції у еукаріотах були досить добре вивчені, а це дає нам можливість докладно зрозуміти кожну функцію кожного органоїду.

Органоїди прокаріотних клітин

На відміну від еукаріотів, прокаріотних клітин позбавлені більшості органоїдів. Прокаріоти – досить прості організми у структурному плані, тому структура їхньої клітини відносно проста. Без'ядерна клітина має тільки клітинну мембрану та рибосоми, які суттєво відрізняються від рибосом еукаріотів. Характерною особливістюпрокаріотних клітин є те, що їхня ДНК упакована без участі гістонів (специфічні білки з унікальними функціями). Органоїди прокаріотної клітини та їх функції також досить добре вивчені, проте, незважаючи на свою простоту в будові, прокаріоти – складні організми, які, безперечно, є впливовою ланкою в цьому життєвому доміно.

У нашій статті ми розглянемо будову прокаріотів та еукаріотів. Ці організми суттєво відрізняються рівнем організації. А причина цього – особливості структури генетичної інформації.

Особливості будови клітин прокаріотів

Прокаріотами називають усі живі організми, клітини яких не містять ядра. З представників п'яти сучасних до них належать лише одне – Бактерії. Прокаріоти, будову яких ми розглядаємо, також включають представників синьо-зелених водоростей та архей.

Незважаючи на відсутність у їхніх клітинах оформленого ядра, генетичний матеріал вони містять. Це дозволяє зберігати та передавати спадкову інформацію, але обмежує різноманітність способів розмноження. Відтворення всіх прокаріотів відбувається шляхом розподілу їх клітини надвоє. До мітозу і мейозу вони не здатні.

Будова прокаріотів та еукаріотів

Особливості будови прокаріотів та еукаріотів, які їх відрізняють, досить суттєві. Крім структури генетичного матеріалу, це стосується багатьох органел. Еукаріоти, до яких належать рослини, гриби та тварини, містять у цитоплазмі мітохондрії, комплекс Гольджі, ендоплазматичний ретикулум, багато пластидів. У прокаріотів вони відсутні. Клітинна стінка, яка є і в тих, і в інших відрізняється хімічним складом. У бактерій до її складу входять складні вуглеводи пектин або муреїн, у той час як у рослин її основу становить целюлоза, а у грибів – хітин.

Історія відкриття

Особливості будови та життєдіяльності прокаріотів стали відомі вченим лише в 17 столітті. І це, незважаючи на те, що ці істоти існували на планеті з моменту її зародження. У 1676 році їх вперше розглянув оптичний мікроскоп його творець Антоні ван Левенгук. Як і всіх мікроскопічних організмів, вчений назвав їх "анімалікулами". Термін "бактерії" виник лише на початку 19 століття. Його запропонував відомий німецький дослідник природи Християн Еренберг. Поняття "прокаріоти" виникло пізніше, за доби створення електронного мікроскопа. Причому спочатку вчені встановили факт розбіжності у будові генетичного апарату клітин різних істот. Еге. Чаттон в 1937 році запропонував об'єднати за цією ознакою організми у дві групи: про- та еукаріоти. Цей поділ існує і до сьогодні. У другій половині 20 століття було відкрито різницю серед самих прокаріотів: архей і бактерій.

Особливості поверхневого апарату

Поверхневий апарат прокаріотів складається з мембрани і клітинної стінки. Кожна із цих частин має свої особливості. Їхня мембрана утворена подвійним шаром ліпідів і білків. Прокаріоти, будова яких досить примітивна, мають два типи будови клітинної стінки. Так, у грампозитивних бактерій вона складається в основному з пептидоглікану, має товщину до 80 нм і щільно прилягає до мембрани. Характерною рисоюцієї структури є і наявність у ній доби, через які проникає ряд молекул. Клітинна стінка грамнегативних бактерій дуже тонка – максимум до 3 нм. Вона прилягає до мембрани не щільно. У деяких представників прокаріотів зовні знаходиться ще й слизова капсула. Вона захищає організми від висихання, механічних ушкоджень, утворює додатковий осмотичний бар'єр.

Органели прокаріотів

Будова клітини прокаріотів і еукаріотів має свої суттєві відмінності, які перш за все полягають у наявності певних органел. Ці постійні структури визначають рівень розвитку організмів загалом. У прокаріотів більшість із них відсутня. Синтез білка у цих клітинах відбувається рибосомами. У водних прокаріотів містяться аеросоми. Це газові порожнини, які забезпечують плавучість та регулюють ступінь занурення організмів. Тільки в клітинах прокаріотів містяться мезосоми. Ці складки цитоплазматичної мембрани виникають лише під час використання хімічних методівфіксації під час підготовки до мікроскопії Органелами руху бактерій та архей є вії чи джгутики. А прикріплення до субстрату здійснюють пили. Ці структури, утворені білковими циліндрами, ще називають ворсинками та фімбріями.

Що таке нуклеоїд

Але найважливіша відмінність має будова гена прокаріотів і еукаріотів. мають усі ці організми. У еукаріотів вона знаходиться всередині оформленого ядра. Ця двомембранна органела має власний матрикс, який називається нуклеоплазма, оболонка та хроматин. Тут здійснюється як зберігання генетичної інформації, а й синтез молекул РНК. У ядерцях з них надалі формуються субодиниці рибосом - органел, які відповідають за синтез білка.

Будова генів прокаріотів простіше. Їхній спадковий матеріал представлений нуклеоїдом або ядерною областю. ДНК у прокаріотів не упаковані в хромосоми, а мають кільцеву замкнуту структуру. До складу нуклеоїду також входять молекули РНК та білка. Останні за функціями нагадують гістони еукаріотів. Вони беруть участь у подвоєнні ДНК, синтезі РНК, відновленні хімічної структури та розривів нуклеїнових кислот.

Особливості життєдіяльності

Прокаріоти, будова яких відрізняється складністю, здійснюють досить складні процеси життєдіяльності. Це харчування, дихання, відтворення собі подібних, рух, обмін речовин... І на все це здатна лише одна мікроскопічна клітина, розміри якої коливаються в межах від 250 мкм! Тож говорити про примітивність можна лише відносно.

Особливості будови прокаріотів зумовлюють і механізми їх фізіології. Наприклад, вони здатні отримувати енергію трьома способами. Першим є бродіння. Його здійснюють деякі бактерії. В основі цього процесу лежать окислювально-відновні реакції, в ході синтезуються молекули АТФ. Це хімічна сполука, при розщепленні якої кілька етапів виділяється енергія. Тому його не дарма називають "клітинним акумулятором". Наступним способом є дихання. Суть цього процесу полягає в окисненні органічних речовин. Деякі прокаріоти здатні до фотосинтезу. Їх прикладами є синьо-зелені водорості і рослини, які містять у клітинах пластиди. А ось археї здатні до безхлорофільного фотосинтезу. У цьому процесі немає фіксація вуглекислого газу, а безпосередньо утворюються молекули АТФ. Тому по суті це справжнє фотофосфорилювання.

Тип харчування

Форми розмноження

Прокаріоти, будова яких представлена однією клітиною, розмножуються шляхом її поділу на дві частини або брунькуванням. Ця особливість обумовлена і структурою їхнього процесу бінарного поділу передує подвоєння, або реплікація ДНК. При цьому молекула нуклеїнової кислоти спочатку розкручується, після чого кожна нитка дублюється за хромосомами, що утворилися в результаті цього, розходяться до полюсів. Клітини збільшуються в розмірах, між ними утворюється перетяжка і далі відбувається остаточне відокремлення. Деякі бактерії також здатні до утворення клітин безстатевого розмноження – суперечка.

Бактерії та археї: відмінні ознаки

Довгий час археї разом із бактеріями були представниками Царства Дробянки. У них багато подібних характеристик будови. Це насамперед розміри та форма їх клітин. Проте біохімічні дослідження показали, що вони мають ряд подібних рис з еукаріотами. Це природа ферментів, під впливом яких відбуваються процеси синтезу РНК і білкових молекул.

Археї освоїли практично всі довкілля. Особливо вони різноманітні у складі планктону. Спочатку всіх архей відносили до групи екстремофілів, оскільки вони здатні мешкати і в гарячих джерелах, і у водоймах з підвищеною солоністю, і на глибинах із значним тиском.

Значення прокаріотів у природі та житті людини

Роль прокаріотів у природі значна. Насамперед вони є першими живими організмами, що виникли на планеті. Вчені встановили, що бактерії та археї виникли близько 3,5 млрд років тому. Теорія симбіогенезу передбачає, що з них походять і деякі органели эукариотических клітин. Зокрема, мова йдепро пластиди та мітохондрії.

Багато прокаріотів знаходять своє застосування в біотехнології з метою отримання лікарських засобів, антибіотиків, ферментів, гормонів, добрив, гербіцидів Людина здавна використовує корисні властивостімолочнокислі бактерії для виготовлення сиру, кефіру, йогурту, квашених продуктів. За допомогою цих організмів здійснюється очищення водойм та грунтів, збагачення руд різних металів. Бактерії формують мікрофлору кишечника людини та багатьох тварин. Поряд з археями вони здійснюють кругообіг багатьох речовин: азоту, заліза, сірки, водню.

З іншого боку, багато бактерій є збудником небезпечних захворювань, регулюючи чисельність багатьох видів рослин та тварин. До них відносяться чума, сифіліс, холера, сибірка, дифтерія.

Отже, прокаріотами називають організми, клітини яких позбавлені оформленого ядра. Їхній генетичний матеріал представлений нуклеоїдом, що складається з кільцевої молекули ДНК. З сучасних організмів до прокаріотів належать бактерії та археї.

Сподобалася стаття? Поділіться їй

Роздрукувати статтю