Схема строения прокариотической клетки

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 клетки прокариот (доядерных)

Строение клетки прокариот (доядерных)

По уровню организации клетки делят на прокариотические и эукариотические.

К прокариотам (от лат. pro – перед, вместо и греч. карион – ядро) относят организмы царства Дробянки: бактерии и сине-зеленые водоросли. Клетки прокариот имеют маленькие размеры и не превышают 30 мкм. Некоторые виды имеют клетки диаметром около 0,2 мкм.

Клетки прокариот не имеют ядра и клеточных органелл (кроме рибосом). Лишь у некоторых бактерий, которые живут в водоемах или капиллярах почвы, заполненных влагой, встречаются специфические газовые вакуоли. Благодаря изменениям объема газов в вакуолях бактерии могут двигаться в водной среде с минимальными затратами энергии.

Бактерии преимущественно одноклеточные организмы. Имеют клеточную стенку, в состав которой входит муреин. Муреин представляет собой единую молекулу. В состав клеточных стенок бактерий также входят белки, липополисахариды, фосфолипиды и т. п. Иногда извне клеточная стенка покрыта слизистой капсулой, которая состоит из полисахаридов. Она не очень крепко связана с клеткой и может легко разрушаться под действием определенных соединений. К клеточной стенке плотно прилегает плазматическая мембрана. Клеточная стенка бактерий имеет антигенные свойства, согласно которым лейкоциты синтезируют к ним антитела.

Клетки бактерий способны прилипать к разным субстратам и слипаться между собой благодаря липополисахаридам клеточной стенки.

В цитоплазме прокариот содержатся рибосомы, разнообразные включения, один или два ядерных участка – нуклеоиды – с наследственным материалом в виде кольцевой молекулы ДНК. Этот участок прикреплен к внутренней поверхности плазматической мембраны в определенном месте. ДНК не образует комплекса с белками.

Рибосомы прокариот по строению подобны рибосомам эукариотических клеток.

Плазматическая мембрана образует внутри клетки складки разной формы. На внутренних мембранах осуществляются основные процессы жизнедеятельности бактерий: дыхание, хемосинтез, фотосинтез. В клетках некоторых цианобактерий есть шарообразные мембранные структуры, в которых находятся фотосинтезирующие пигменты.

Могут иметь жгутик (один или несколько). Жгутики могут быть значительно длиннее самой клетки. Строение их более простое, чем строение жгутиков эукариот. Включают в свой состав белок флагеллин.

Бактерии преимущественно неподвижны – прикрепляются к поверхности субстрата или способствуют прикреплению клеток (во время полового процесса) с помощью специальных нитевидных наростов или трубчатых образований из белков или полисахаридов – пилей или фимбрий.

Скопления бактерий могут быть окружены общей слизистой капсулой. Скопления клеток могут иметь вид грозди, цепочки и т. п.

Схема строения прокариотической клетки

• Относительная простота строения прокариотической клетки, по сравнению с клеткой эукариот, противоречит экономичной, но очень сложной ее организации

• Несколько видов прокариот исчерпывающе описаны с точки зрения клеточной биологии, однако они представляют собой лишь крайне малую часть многочисленной группы царства этих разнообразных организмов

• Многие основные черты организации прокариотических клеток сохранились в ходе эволюции

• Разнообразие форм и адаптационные возможности обеспечиваются множеством дополнительных структур и процессов, дающих возможность некоторым прокариотам существовать в особых и иногда тяжелых условиях

• Геном прокариот отличается высокой пластичностью и обладает рядом механизмов, позволяющих этим организмам быстро адаптироваться и развиваться

Прокариоты представляют собой одноклеточные организмы, для которых характерно отсутствие ядра. В эукариотической клетке ядро является клеточным компартментом, соде; жащим ДНК и ограниченным мембраной. Клетки прокариот отличаются от эукариотических клеток и по другим фундаментальным признакам. Как следует из рисунка ниже, прокариоты характеризуются относительно простым строением и организацией системы передачи генетической информации. Обычно они содержат одну кольцевую хромосому, которая вместе со связанными белками образует нуклеоид. Клетки большинства прокариот не содержат внутренних мембран, хотя они присутствуют у некоторых микроорганизмов, например у фотосинтезирующих бактерий.

Клетки прокариот уже не рассматриваются как «мешки с ферментами». Сейчас хорошо известно, что они обладают сложной организацией, для которой характерно наличие множества специфических белков, привязанных к определенным субклеточным доменам. Клетки прокариот даже содержат гомологи актина и тубулина, которые функционируют как простейшие элементы цитоскелета.

В дальнейших статьях на сайте (рекомендуем пользоваться формой поиска на главной странице сайта) будет рассмотрено современное состояние наших знаний о строении клеток прокариот. Оболочка представляет собой слои, окружающие цитоплазму прокариотической клетки. Эти слои включают цитоплазматическую мембрану, клеточную стенку и капсулу. Наряду с этим, у некоторых бактерий есть наружная мембрана. Для этих бактерий характерно наличие тонкой клеточной стенки, и при окрашивании по Граму их клетки не включают фиолетовый краситель. Поэтому такие бактерии назваются грамотрицательными. В противоположность им, грамположитель-ные бактерии обладают более толстой клеточной стенкой и не имеют наружной мембраны. Ниже мы подробно рассмотрим строение различных слоев клеточной оболочки.

До сих пор детальные сведения о структуре и функциях прокариотической клетки ограничивались небольшим количеством легкодоступных модельных микроорганизмов Однако эволюционно прокариоты являются древними организмами и представлены многочисленными группами, характеризующимися широким разнообразием форм. На рисунке ниже представлены бактериальные клетки различной формы.

Филогенетическая систематика прокариот была затруднена, поскольку они не имеют пола, и поэтому, в отличие от высших организмов, к ним неприменима концепция вида. Вместе с тем, прокариоты обладают целым рядом механизмов, посредством которых может происходит горизонтальный перенос генов (т. е. генетический материал переносится между двумя организмами, ни один из которых не является потомком другого). Явление горизонтального переноса генов ограничивает попытки классифицировать прокариоты только по какому-то одному признаку. В исследованиях филогенетики прокариот революционизирующую роль сыграли молекулярные методы, в особенности секвенирование рРНК, и недавно разработанные приемы полного секвенирования генома.

Эти методы положили начало развитию работ в области систематического описания всего царства. Прокариоты подразделяются на два домена — Бактерии и Археи, о которых пойдет речь в следующем разделе.

Исследования клеточной биологии прокариот в основном проводились на небольшом количестве организмов, которые были экспериментально удобны и имели практическое значение либо с медицинской, либо с промышленной точки зрения. В настоящее время база наших знаний в основном состоит из данных, полученных на двух видах бактерий, Escherichia coli и Bacillus subtilis. Они являются грамотрицательными и грамположительными соответственно и, вероятно, дивергировали около 2 биллионов лет тому назад. Однако по отношению ко всему многообразию форм прокариот, E.coli и В.subtilis представляют собой «вершину айсберга».

Хотя в статьях на сайте в основном будут рассмотрены данные, полученные на Е. coli и В. subtilis и родственных им организмах, в случаях проявления значительных отклонений от традиционных парадигм мы будем привлекать результаты исследований других прокариот. Тем не менее очевидно, что огромное количество разнообразных данных ждет своего анализа.

Основные постулаты, полученные при исследованиях на Е. coli и В. subtilis, оказались весьма мощным инструментом понимания ряда общих свойств, характерных для групп организмов, которые они представляют. У этих организмов был хорошо изучен такой фундаментальный процесс, как клеточный цикл, а также охарактеризованы общие элементы строения клетки. Поэтому несколько статей на сайте посвящаются этим вопросам. Однако немаловажным фактором, который обусловливает интерес к изучению прокариот, является разнообразие условий их существования, и, таким образом, выяснение тех дополнительных структур и процессов, которые они выработали для приспособления к конкретной среде обитания.

В некоторых разделах описаны такие структуры, как капсулы и жгутики, и обсуждается их роль в различных функциях адаптивной природы. Выживаемость некоторых групп прокариот обеспечивается их способностью к постоянному развитию. Иногда это приводит к возникновению высокоспециализированных и дифференцированных клеточных типов, что напоминает процессы развития у высших организмов. Позже мы подробно опишем эти процессы, которые иногда представляют собой часть цикла развития прокариот или могут индуцироваться условиями стресса. Наконец, прокариоты вступают во взаимоотношения с человеком. Они могут быть патогенными факторами, комменсалами, или промышленными продуктами, а также оказывать мощное воздействие на окружающую среду. Несколько разделов настоящей главы описывают те стороны клеточной биологии, которые касаются подобных взаимоотношений.

Для прокариотической клетки характерно отсутствие ядра,
окруженного мембраной.
В зависимости от строения оболочки клеток, бактерии подразделяются на грамотрицательные и грамположительные.
Это отражает результаты их окрашивания по методу Грама.
В отличие от грамположительных бактерий, грамотрицательные не окрашиваются фиолетовым красителем
и характеризуются наличием наружной мембраны и тонкой клеточной стенки.
Три основные формы бактерий: шаровидные, палочковидные и спиралевидные.

Строение прокариотической (бактериальной) клетки

ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ — ОБЪЕКТОВ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

К объектам промышленной микробиологии и биотехнологии можно отнести бактерии, дрожжи, микроскопические (плесневые) грибы, культуры клеток растений и животных, а также субклеточные структуры (вирусы, плазмиды, ДНК митохондрий и хлоропластов, ядерная ДНК).

Клеточные формы, включающие прокариотические и эукариотические организмы, отличаются по многим принципиальным признакам. Однако общими, важными в технологическом аспекте, свойствами микроорганизмов являются:

· пластичность обмена – высокая способность к адаптации (приспособлению к новым условиям существования). Несравненно большая гибкость обменных процессов у микроорганизмов по сравнению с растениями и животными объясняется их способностью синтезировать индуцибельные ферменты, т.е. ферменты, которые образуются в клетке только при наличии в среде соответствующих веществ;

· высокая степень изменчивости. Более высокая степень изменчивости микроорганизмов по сравнению с макроорганизмами связана с тем, что большинство микроорганизмов являются одноклеточными организмами. На отдельную клетку воздействовать легче, чем на организм, состоящий из множества клеток. Высокая степень изменчивости, быстрый рост и развитие, высокая скорость обменных процессов, образование многочисленного потомства – все эти свойства микроорганизмов делают их чрезвычайно удобными объектами для генетического анализа, так как опыты можно проводить в короткие сроки на огромном числе особей.

Строение прокариотической (бактериальной) клетки

Характерной особенностью прокариот является отсутствие системы внутриклеточных мембран.

Рис. 1.1. Схема строения прокариотической клетки: 1 – клеточная стенка; 2 – цитоплазматическая мембрана; 3 – мезосомы; 4 – цитоплазма; 5 – нуклеоид; 6 – рибосомы; 7 – запасные вещества; 8 – жгутики; 9 – базальное тельце; 10 – тилокоиды; 11 – капсула

Клеточная стенка придает форму клетке, предохраняет клетку от внешних воздействий (является механическим барьером клетки), защищает клетку от проникновения в нее избыточного количества влаги.

По химическому составу и строению клеточной стенки бактерии делятся на грамположительные (Грам+) и грамотрицательные (Грам-).

Клеточная стенка Грам+ состоит из пептидогликана – муреина (до 90 –95 %), тейхоевых кислот, полисахаридов. Она имеет однослойную структуру, плотно прилегает к цитоплазматической мембране.

У Грам- бактерий в составе клеточной стенки муреина мало (5 – 10 %), тейхоевые кислоты отсутствуют, в больших количествах содержатся липопротеиды и липополисахариды.

Клеточная стенка Грам- бактерий значительно тоньше, чем у Грам+, но имеет двухслойную структуру. Наружный слой состоит из липопротеидов и липополисахаридов, которые препятствуют проникновению токсических веществ. Поэтому Грам- бактерии более устойчивы к действию антибиотиков, ядовитых химических веществ и борьба с этими микроорганизмами в пищевых производствах менее эффективна, чем с Грам+ бактериями.

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) играет важную роль в питании клетки, обладает избирательной проницаемостью. Состоит из белково-липидного комплекса, имеет трехслойную структуру. На внешней стороне мембраны расположены белки-переносчики, осуществляющие транспорт питательных веществ в клетку, а на внутренней стороне расположены окислительно-восстановительные и гидролитические ферменты. Между двумя белковыми слоями располагается фосфолипидный слой.

Мезосомы – мембранные образования, выпячивания ЦПМ. Благодаря им увеличивается поверхность обмена клетки. Участвуют в энергетические процессах, а также принимают участие в процессах деления (размножения) клетки.

Цитоплазма – внутриклеточное содержимое, полужидкий коллоидный раствор. Здесь содержится до 70 – 80 % воды от массы клетки, ферменты, субстраты питания и продукты обмена веществ клетки. В цитоплазме располагаются все компоненты прокариотической клетки.

Нуклеоид – носитель наследственной информации, единственная хромосома прокариотической клетки, принимает участие в размножении. Это компактное образование, занимающее центральную область в цитоплазме и состоящее из двухцепочной спирально закрученной нити ДНК, замкнутой вкольцо.

Многие бактерии, наряду с хромосомной ДНК, содержат и внехромосомную ДНК, также представленную двойными спиралями, замкнутыми в кольцо. Эти автономно реплицирующиеся элементы ДНК называют плазмидами.

Рибосомы – небольшие гранулы, содержащие РНК (60 %) и белок (40 %). На рибосомах осуществляется синтез клеточных белков.

Запасные вещества. Состоят из полисахаридных гранул (гликогена гранулезы), включений серы, жировых капель (содержат поли-b-масляную кислоту), волютина (полифосфатные гранулы).

У подвижных форм бактерий имеются жгутики (8), длинные нити состоящие из структурного белка – флагелина. Прикреплены жгутики к ЦПМ с помощью двух пар дисков основания – базального тельца (9).

У фотосинтезирующих бактерий в клетках имеются тилакоиды (10), с помощью которых осуществляется фотосинтез.

Слизистые виды бактерий имеют капсулу (11) или слизистый чехол, чаще состоящий из полисахаридов, реже – из полипептидов. Это дополнительный защитный барьер клетки, источник запасных питательных веществ.

Статья написана по материалам сайтов: xn—-9sbecybtxb6o.xn--p1ai, meduniver.com, poznayka.org.

«

Помогла статья? Оцените её
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars
Загрузка...
Добавить комментарий