Сравнителна характеристика на клетъчната структура на прокариоти и еукариоти. Разлики между прокариоти и еукариоти В прокариотните организми под клетъчната стена има

Прокариотните клетки са първите живи организми, които се появяват на Земята и имат най-простата структура. Днес прокариотите (предядрени) включват бактерии и археи; всички те са едноклетъчни организми (рядко образуват колонии). Цианобактериите (известни още като синьо-зелени водорасли) се класифицират като бактерии в ранга на типа.

Прокариотите са нетаксономична група организми, която обединява бактерии и археи поради липсата на ядро. Бактериите и археите са класифицирани в различни суперцарства (домейни), те се различават една от друга в много биохимични процеси и се смята, че имат различни еволюционни пътища. Освен тях третото суперцарство са еукариотите.

Прокариотните клетки са по-малки от еукариотните клетки.

Те нямат ядро, истински мембранни органели или клетъчен център. Редица групи бактерии имат инвагинации на цитоплазмената мембрана, които изпълняват различни функции поради локализирането на определени ензими върху тях. Цианобактериите имат фотосинтетични мембрани (везикули, тилакоиди, хроматофори), образувани от клетъчната мембрана. Те могат да поддържат връзка с нея или могат да бъдат изолирани.

Генетичният материал на прокариотите се намира в цитоплазмата. Основният му обем е съсредоточен в нуклеоида - кръгова ДНК молекула, на едно място прикрепена към цитоплазмената мембрана. Той не е свързан с хистонови протеини, както при еукариотите. В прокариотните клетки внедряването на генетична информация се регулира по различен начин. В допълнение към нуклеоида има и плазмиди (малки кръгови ДНК молекули). Почти цялата ДНК се транскрибира (докато при еукариотите обикновено по-малко от половината).

Прокариотите почти винаги са хаплоидни. Новите клетки се образуват чрез бинарно делене, преди което нуклеоидът се удвоява. Прокариотите нямат процеси на митоза и мейоза.

Рибозомите им са по-малки от тези на еукариотите.

Цитоплазмата на прокариотите е почти неподвижна. Амебоидното движение не е типично.

Веществата навлизат в прокариотната клетка чрез осмоза.

Има автотрофи и хетеротрофи. Автотрофният метод на хранене се осъществява не само чрез фотосинтеза, но и чрез хемосинтеза (енергията идва не от слънчева светлина, а от химични реакции на окисление на различни вещества).

Според симбиотичната хипотеза в процеса на еволюцията митохондриите и пластидите са се развили от определени групи прокариотни клетки, които са нахлули в друга клетка.

Бактериалните клетки имат разнообразна форма (пръчковидна, кръгла, извита и др.). Те имат сложна клетъчна мембрана (състояща се от клетъчна стена, капсула, лигавична обвивка), камшичета и власинки.

Първите прокариотни клетки в еволюцията са се появили преди около 3-3,5 милиарда години. Името им идва от гръцки. pro-do, karion-kernel, тъй като те нямат формализирано ядро. Техният генетичен материал под формата на единична пръстеновидна ДНК молекула не е заобиколен от мембранна обвивка, лежи директно в цитоплазмата и се нарича генофор(или нуклеоид).

В цитоплазмата на органелите има само малки рибозоми (70 S вместо 80 S- при еукариотите).

В допълнение, бактериите могат да съдържат ДНК под формата на малки плазмиди, подобни на екстрануклеарната ДНК на еукариотите. Плазмидите са носители на цитоплазмената наследственост и определят някои специфични свойства на бактериите.

Фиг. 10.Структурата на прокариотната клетка.

Върху цитоплазмата при прокариотите има клетъчна мембрана, състояща се от плазмена мембрана и клетъчна стена. Плазмената мембрана в прокариотите има нагънати инвагинации в цитоплазмата на мезозомата, на повърхността на която има респираторни ензими и се получава синтез на АТФ. Подобни мембранни образувания също участват в азотфиксацията.

В прокариотните клетки, способни на фотосинтеза (синьо-зелени водорасли, зелени и лилави бактерии), има структурирани големи мембранни инвагинации - тилакоиди, съдържащи пигменти (включително бактериохлорофил). Всички ензими, които осигуряват жизненоважни процеси, са дифузно разпръснати в цитоплазмата или фиксирани върху мембраната. При много прокариоти в цитоплазмата се отлагат вещества за съхранение: мазнини, полизахариди и др.

Извън плазмената мембрана при прокариотите има механично здраво образувание - клетъчната стена, изградена в повечето случаи от муреин.

Клетъчната стена поддържа формата на клетките, осигурява тяхната твърдост и антигенни свойства. Той служи като допълнителна защита за клетките и в някои случаи за образуването на клетъчни колонии. Клетъчната стена на някои бактерии е заобиколена от дебел слой слуз, съставен от полизахариди и полипептиди.

Бактериите се размножават безполово – чрез делене на две. След редупликация на пръстенната хромозома и удължаване на клетката се образува напречна преграда. След това дъщерните клетки се разпръскват.

Възпроизвеждането понякога се предхожда от сексуален процес под формата на появата на нови комбинации от гени в хромозомата. Има три известни метода за образуване на рекомбинанти: трансформация, конюгация, трансдукция.

При трансформацияМалък фрагмент от ДНК излиза от клетката донор, който се абсорбира активно от клетката реципиент и се включва в нейната ДНК, заменяйки подобен, макар и не непременно идентичен, фрагмент в нея.

Конюгацияе прехвърлянето на ДНК между клетките в контакт една с друга. В този случай плазмидите с полов фактор или F+ фактор участват в генния трансфер.

Трансдукцияе прехвърлянето на ДНК фрагмент от една клетка в друга от бактериофаг.

Много бактерии са склонни да образуват спори, когато има липса на хранителни вещества в околната среда или метаболитни продукти се натрупват в излишък. Спорулацията започва с отделянето на част от цитоплазмата от майчината клетка. Отделената част съдържа хромозома и е заобиколена от мембрана и след това от клетъчна стена, често многопластова. Жизнените процеси практически спират. Получените спори са много стабилни в сухо състояние и могат да останат жизнеспособни стотици и хиляди години, издържайки на резки температурни колебания. Когато са изложени на благоприятни условия, спорите се трансформират в активна бактериална клетка.

В зависимост от клетъчния си строеж живите организми се делят на прокариотИ еукариоти. Клетките и на двете са заобиколени плазмената мембрана, извън които в много случаи има клетъчна стена. Вътре в клетката има полутечност цитоплазма. Прокариотните клетки обаче са много по-прости от еукариотните клетки.

Основен генетичен материал прокариот (от гръцки относно– преди и карион– ядро) се намира в цитоплазмата под формата на кръгова ДНК молекула. Тази молекула ( нуклеоид) не е заобиколен от ядрената обвивка, характерна за еукариотите, и е прикрепен към плазмената мембрана (фиг. 1). По този начин прокариотите нямат образувано ядро. В допълнение към нуклеоида, малка кръгова ДНК молекула, т.нар плазмид. Плазмидите могат да се преместват от една клетка в друга и да се интегрират в основната ДНК молекула.

Някои прокариоти имат разширения на плазмената мембрана: мезозоми, ламеларни тилакоиди, хроматофори. Те съдържат ензими, участващи в процесите на фотосинтеза и дишане. В допълнение, мезозомите са свързани със синтеза на ДНК и секрецията на протеини.

Прокариотните клетки са малки по размер, диаметърът им е 0,3–5 μm. От външната страна на плазмената мембрана на всички прокариоти (с изключение на микоплазмите) е клетъчна стена. Състои се от комплекси от протеини и олигозахариди, подредени на слоеве, предпазва клетката и поддържа нейната форма. Тя е отделена от плазмената мембрана с малко междумембранно пространство.

В цитоплазмата на прокариотите се намират само немембранни органели рибозоми. Структурата на рибозомите на прокариотите и еукариотите е подобна, но рибозомите на прокариотите са по-малки по размер и не са прикрепени към мембраната, а са разположени директно в цитоплазмата.

Много прокариоти са подвижни и могат да плуват или да се плъзгат с помощта на флагели.

Прокариотите обикновено се размножават чрез разделяне на две ( двоичен). Разделянето се предхожда от много кратък етап на дублиране на хромозома или репликация. Така че прокариотите са хаплоидни организми.

Прокариотите включват бактерии и синьо-зелени водорасли или цианобактерии. Прокариотите се появяват на Земята преди около 3,5 милиарда години и вероятно са били първите клетъчни форми на живот, даващи началото на съвременните прокариоти и еукариоти.

Еукариоти (от гръцки е в- вярно, карион- ядро) за разлика от прокариотите, имат заобиколено образувано ядро ядрена обвивка– двуслойна мембрана. ДНК молекулите, открити в ядрото, са с отворен край (линейни молекули). Освен в ядрото, част от генетичната информация се съдържа в ДНК на митохондриите и хлоропластите. Еукариотите са се появили на Земята преди около 1,5 милиарда години.

За разлика от прокариотите, които са представени от единични организми и колониални форми, еукариотите могат да бъдат едноклетъчни (например амеба), колониални (Volvox) и многоклетъчни организми. Те са разделени на три големи царства: животни, растения и гъби.

Диаметърът на еукариотните клетки е 5–80 μm. Подобно на прокариотните клетки, еукариотните клетки са заобиколени от плазмената мембранасъстоящ се от протеини и липиди. Тази мембрана действа като селективна бариера, пропусклива за някои съединения и непропусклива за други. Извън плазмената мембрана е силна клетъчна стена, който при растенията се състои основно от целулозни влакна, а при гъбите – от хитин. Основната функция на клетъчната стена е да осигури постоянна форма на клетката. Тъй като плазмената мембрана е пропусклива за вода и растителните и гъбичните клетки обикновено влизат в контакт с разтвори с по-ниска йонна сила от йонната сила на разтвора вътре в клетката, водата ще потече в клетките. Поради това обемът на клетките ще се увеличи, плазмената мембрана ще започне да се разтяга и може да се спука. Клетъчната стена предотвратява разширяването и разрушаването на клетките.

При животните липсва клетъчна стена, но външният слой на плазмената мембрана е обогатен с въглехидратни компоненти. Този външен слой на плазмената мембрана на животинските клетки се нарича гликокаликс. Клетките на многоклетъчните животни не изискват силна клетъчна стена, тъй като има други механизми, които осигуряват регулиране на клетъчния обем. Тъй като клетките на многоклетъчните животни и едноклетъчните организми, живеещи в морето, се намират в среда, в която общата концентрация на йони е близка до вътреклетъчната концентрация на йони, клетките не набъбват или се спукват. Едноклетъчните животни, живеещи в прясна вода (амеба, реснички), имат контрактилни вакуоли, които постоянно отстраняват водата, която влиза в клетката навън.

Структурни компоненти на еукариотната клетка

Вътре в клетката, под плазмената мембрана, има цитоплазма. Основното вещество на цитоплазмата (хиалоплазма) е концентриран разтвор на неорганични и органични съединения, чиито основни компоненти са протеини. Това е колоидна система, която може да премине от течно в гелообразно състояние и обратно. Значителна част от цитоплазмените протеини са ензими, които извършват различни химични реакции. Намира се в хиалоплазмата органоиди,изпълнявайки различни функции в клетката. Органелите могат да бъдат мембранни (ядро, апарат на Голджи, ендоплазмен ретикулум, лизозоми, митохондрии, хлоропласти) и немембранни (клетъчен център, рибозоми, цитоскелет).

основният компонент на мембранните органели е мембрана. Биологичните мембрани са изградени по общ принцип, но химичният състав на мембраните на различните органели е различен. Всички клетъчни мембрани са тънки филми (с дебелина 7–10 nm), основата на които е двоен слой липиди (двоен слой), подреден така, че заредените хидрофилни части на молекулите да са в контакт със средата и хидрофобната мастна киселина остатъците от всеки монослой са насочени в мембраната и се допират един друг с приятел (фиг. 3). Протеиновите молекули (интегрални мембранни протеини) са вградени в липидния бислой по такъв начин, че хидрофобните части на протеиновата молекула са в контакт с остатъците от мастни киселини на липидните молекули, а хидрофилните части са изложени на околната среда. В допълнение, част от разтворимите (немембранни протеини) се свързват с мембраната главно поради йонни взаимодействия (периферни мембранни протеини). Въглехидратните фрагменти също са прикрепени към много протеини и липиди в мембраните. По този начин биологичните мембрани са липидни филми, в които са вградени интегрални протеини.

Една от основните функции на мембраните е да създават граница между клетката и околната среда и различните отделения на клетката. Липидният бислой е пропусклив предимно за мастноразтворими съединения и хидрофилни вещества се транспортират през мембрани чрез специални механизми: нискомолекулни - чрез различни носители (канали, помпи и др.), и високомолекулни - чрез процеси; екзо-И ендоцитоза(фиг. 4).

Ориз. 4. Схема на пренос на вещество през мембраната

При ендоцитозанякои вещества се сорбират на повърхността на мембраната (поради взаимодействие с мембранните протеини). В този момент се образува инвагинация на мембраната в цитоплазмата. След това от мембраната се отделя флакон, съдържащ прехвърленото съединение. По този начин, ендоцитоза- това е прехвърлянето в клетката на високомолекулни съединения от външната среда, заобиколена от участък от мембраната. Обратният процес, т.е екзоцитоза- Това е пренос на вещества от клетката навън. Възниква чрез сливане с плазмената мембрана на везикула, пълна с транспортирани високомолекулни съединения. Мембраната на везикула се слива с плазмената мембрана и съдържанието й се излива.

Каналите, помпите и другите транспортери са молекули от интегрални мембранни протеини, които обикновено образуват пори в мембраната.

В допълнение към функциите за разделяне на пространството и осигуряване на селективна пропускливост, мембраните са способни да усещат сигнали. Тази функция се изпълнява от рецепторни протеини, които свързват сигнални молекули. Индивидуалните мембранни протеини са ензими, които извършват специфични химични реакции.

Ядро - голяма клетъчна органела, заобиколена от ядрена обвивка и обикновено имаща сферична форма. В клетката има само едно ядро ​​и въпреки че има многоядрени клетки (клетки на скелетните мускули, някои гъби) или такива без ядро ​​(еритроцити и тромбоцити на бозайници), тези клетки възникват от мононуклеарни прекурсорни клетки.

Основната функция на ядрото е съхранение, трансфер и продажба на генетична информация. Тук молекулите на ДНК се дублират, в резултат на което при делене дъщерните клетки получават същия генетичен материал. В ядрото, като се използват отделни участъци от ДНК молекули (гени) като матрица, се извършва синтеза на РНК молекули: информационна (mRNA), транспортна (tRNA) и рибозомна (rRNA), необходима за синтеза на протеини. В ядрото рибозомните субединици се сглобяват от рРНК молекули и протеини, които се синтезират в цитоплазмата и се прехвърлят в ядрото.

Ядрото се състои от ядрена обвивка, хроматин (хромозоми), ядро ​​и нуклеоплазма (кариоплазма).

Ориз. 5. Структура на хроматина: 1 – нуклеозома, 2 – ДНК

Под микроскоп се виждат зони от плътна материя вътре в ядрото - хроматин.В неделящите се клетки той равномерно запълва обема на ядрото или се кондензира на определени места под формата на по-плътни участъци и е добре оцветен с основни багрила. Хроматинът е комплекс от ДНК и протеини (фиг. 5), предимно положително заредени хистони.

Броят на ДНК молекулите в ядрото е равен на броя на хромозомите. Броят и формата на хромозомите са уникална характеристика на вида. Всяка хромозома съдържа една ДНК молекула, състояща се от две свързани помежду си нишки и оформена като двойна спирала с дебелина 2 nm. Дължината му значително надвишава диаметъра на клетката: може да достигне няколко сантиметра. Молекулата на ДНК е отрицателно заредена, така че може да се сгъне (кондензира) само след свързване с положително заредени хистонови протеини (фиг. 6).

Първо, двойна верига от ДНК се усуква около отделни хистонови блокове, всеки от които съдържа 8 протеинови молекули, образувайки структура "мъниста върху нишка" с дебелина около 10 nm. Перлите се наричат ​​нуклеозоми. В резултат на образуването на нуклеозоми дължината на ДНК молекулата намалява приблизително 7 пъти. След това нишката с нуклеозоми се сгъва, образувайки подобна на въже структура с дебелина около 30 nm. Това въже, огънато на бримки, след това се прикрепя към протеините, които формират основата на хромозомата. В резултат на това се образува структура с дебелина около 300 nm. По-нататъшната кондензация на тази структура води до образуването на хромозома.

По време на периода между деленията хромозомата се разгъва частично. В резултат на това отделни участъци от молекулата на ДНК, които трябва да се експресират в дадена клетка, се освобождават от протеини и се разтягат, което дава възможност за четене на информация от тях чрез синтеза на молекули на РНК.

Ядрото е вид матрична ДНК, отговорна за синтеза на рРНК и събрана в отделни области на ядрото. Ядрото е най-плътната структура на ядрото, то не е отделен органел, а представлява един от локусите на хромозомата. Той произвежда рРНК, която след това образува комплекс с протеини, образувайки рибозомни субединици, които отиват в цитоплазмата.

Нехистоновите ядрени протеини образуват структурна мрежа в ядрото. Той е представен от слой фибрили, лежащи под ядрената обвивка. Към него е прикрепена вътрешноядрена фибрилна мрежа, към която са прикрепени хроматинови фибрили.

Ядрената обвивка се състои от две мембрани: външна и вътрешна, разделени от междумембранно пространство. Външната мембрана е в контакт с цитоплазмата, може да съдържа полирибозоми, а самата тя може да премине в мембраните на ендоплазмения ретикулум. Вътрешната мембрана е свързана с хроматина. По този начин ядрената обвивка осигурява фиксиране на хромозомния материал в триизмерното пространство на ядрото.

Обвивката на ядрото има кръгли отвори - ядрени пори(фиг. 7). В областта на порите външната и вътрешната мембрана се затварят и образуват дупки, пълни с фибрили и гранули. Вътре в порите има сложна система от протеини, които осигуряват селективно свързване и транспорт на макромолекули. Броят на ядрените пори зависи от интензивността на клетъчния метаболизъм.

Ендоплазмения ретикулум, или ендоплазмения ретикулум (ER), представлява странна мрежа от канали, вакуоли, сплескани торбички, свързани помежду си и отделени от хиалоплазмата чрез мембрана (фиг. 8).

Разграничете грубИ гладка EPR . По мембраните на грапавия ЕР има рибозоми(фиг. 9), които синтезират протеини, екскретирани от клетката или интегрирани в плазмената мембрана. Новосинтезираният протеин напуска рибозомата и преминава през специален канал в кухината на ендоплазмения ретикулум, където претърпява посттранслационна модификация, например свързване с въглехидрати, протеолитично разцепване на част от полипептидната верига и образуването на S –S връзки между цистеиновите остатъци във веригата. След това тези протеини се транспортират до комплекса на Голджи, където са или част от лизозоми, или секреторни гранули. И в двата случая тези протеини завършват вътре в мембранна везикула (везикула).

Ориз. 9. Схема на протеиновия синтез при груб ER: 1 – малък и
2 – голяма рибозомна субединица; 3 – рРНК молекула;
4 – груб EPR; 5 – новосинтезиран протеин

В гладката ER липсват рибозоми. Основната му функция е липидният синтез и въглехидратният метаболизъм. Той е добре развит, например, в клетките на надбъбречната кора, които съдържат ензими, които осигуряват синтеза на стероидни хормони. В гладкия ER в чернодробните клетки има ензими, които извършват окислението (детоксикацията) на чужди за тялото хидрофобни съединения, като лекарства.

Ориз. 10. Апарат на Голджи: 1 – везикули; 2 – резервоари

Комплекс Голджи (фиг. 10) се състои от 5–10 плоски, ограничени от мембрана кухини, разположени успоредно. Крайните части на тези дисковидни структури имат разширения. В една клетка може да има няколко такива образувания. Областта на комплекс Голджи съдържа голям брой мембранни везикули. Някои от тях се отделят от крайните части на основната структура под формата на секреторни гранули и лизозоми. Някои от малките везикули (везикули), носещи протеини, синтезирани в грубия ER, се придвижват към комплекса на Голджи и се сливат с него. По този начин комплексът на Голджи участва в натрупването и по-нататъшното модифициране на продуктите, синтезирани в грубия ER, и тяхното сортиране.

Ориз. 11. Образуване и функции на лизозомите: 1 – фагозома; 2 – пиноцитозен везикул; 3 – първична лизозома; 4 – апарат на Голджи; 5 – вторична лизозома

Лизозоми - това са вакуоли (фиг. 11), ограничени от една мембрана, които пъпчат от комплекса на Голджи. Вътре в лизозомите средата е доста кисела (рН 4,9–5,2). Има хидролитични ензими, които разграждат различни полимери при кисело рН (протеази, нуклеази, глюкозидази, фосфатази, липази). Тези първични лизозоми се сливат с ендоцитни вакуоли, съдържащи компоненти, които трябва да бъдат разградени. Веществата, които влизат във вторичната лизозома, се разграждат на мономери и се прехвърлят през мембраната на лизозомата в хиалоплазмата. По този начин лизозомите участват в процесите на вътреклетъчно храносмилане.

Митохондриите заобиколен от две мембрани: външната, отделяща митохондриите от хиалоплазмата, и вътрешната, ограничаваща вътрешното му съдържание. Между тях има интермембранно пространство с ширина 10–20 nm. Вътрешната мембрана образува множество издатини ( cristas). Тази мембрана съдържа ензими, които осигуряват окисляването на аминокиселини, захари, глицерол и мастни киселини, образувани извън митохондриите (цикъл на Кребс) и извършват пренос на електрони в дихателната верига (диаграма). Благодарение на прехвърлянето на електрони по дихателната верига от високо към по-ниско енергийно ниво, част от освободената свободна енергия се съхранява под формата на АТФ, универсалната енергийна валута на клетката. По този начин основната функция на митохондриите е окисляването на различни субстрати и синтеза на ATP молекули.

Схема на двуелектронен трансфер по дихателната верига

Вътре в митохондриите има кръгова ДНК молекула, която кодира част от митохондриалните протеини. Във вътрешното пространство на митохондриите (матрица) има рибозоми, подобни на рибозомите на прокариотите, които осигуряват синтеза на тези протеини.

Фактът, че митохондриите имат собствена кръгова ДНК и прокариотни рибозоми, доведе до хипотезата, че митохондрията е потомък на древна прокариотна клетка, която някога е попаднала в еукариотна клетка и в процеса на еволюция е поела определени функции.

Ориз. 12. Хлоропласти (A) и тилакоидни мембрани (B)

Пластиди – органели на растителни клетки, които съдържат пигменти. IN хлоропластисъдържа хлорофил и каротеноиди, хромопласти– каротеноиди, в левкопластибез пигменти. Пластидите са заобиколени от двойна мембрана. Вътре в тях има система от мембрани под формата на плоски мехурчета, т.нар тилакоиди(фиг. 12). Тилакоидите са подредени в купчини, наподобяващи купчини плочи. Пигментите са вградени в тилакоидните мембрани. Основната им функция е абсорбцията на светлина, чиято енергия с помощта на ензими, вградени в тилакоидната мембрана, се превръща в градиент на Н + йони върху тилакоидната мембрана. Подобно на митохондриите, пластидите имат своя собствена кръгова ДНК и рибозоми от прокариотен тип. Очевидно пластидите също са прокариотни организми, които живеят в симбиоза с еукариотни клетки.

Рибозоми са немембранни клетъчни органели, открити както в про-, така и в еукариотни клетки. Еукариотните рибозоми са по-големи по размер от прокариотните, техният размер е 25x20x20 nm. Рибозомата се състои от големи и малки субединици, съседни една на друга. Между субединиците във функционираща рибозома има верига от иРНК.

Всяка рибозомна субединица е изградена от рРНК, плътно опакована и свързана с протеини. Рибозомите могат да бъдат свободно разположени в цитоплазмата или свързани с ER мембрани. Свободните рибозоми могат да бъдат единични, но могат да образуват полизоми, когато няколко рибозоми са разположени последователно върху една верига на иРНК. Основната функция на рибозомите е протеиновият синтез.

Цитоскелет – това е мускулно-скелетната система на клетката, включително протеинови нишковидни (фибриларни) образувания, които са рамката на клетката и изпълняват двигателна функция. Цитоскелетните структури са динамични, те възникват и се разпадат. Цитоскелетът е представен от три вида образувания: междинни нишки(нишки с диаметър 10 nm), микрофиламент s (нишки с диаметър 5–7 nm) и микротубули. Междинните нишки са неразклонени протеинови структури под формата на нишки, често подредени в снопове. Техният протеинов състав е различен в различните тъкани: в епитела те се състоят от кератин, във фибробластите - от виментин, в мускулните клетки - от десмин. Междинните нишки ще изпълняват функция на поддържаща рамка.

Микрофиламенти - това са фибриларни структури, разположени директно под плазмената мембрана под формата на снопове или слоеве. Те са ясно видими в псевдоподите на амебата, в движещите се процеси на фибробластите, в микровилите на чревния епител (фиг. 13). Микрофиламентите са изградени от съкратителните протеини актин и миозин и представляват вътреклетъчния съкратителен апарат.

Микротубули са част както от временни, така и от постоянни клетъчни структури. Временните включват делителното вретено, елементите на цитоскелета на клетките между деленията, а постоянните включват ресничките, флагелите и центриолите на клетъчния център. Микротубулите са прави, кухи цилиндри с диаметър около 24 nm; стените им са изградени от кръгли молекули на протеина тубулин. Под електронен микроскоп се вижда, че напречното сечение на микротубула е образувано от 13 субединици, свързани в пръстен. Микротубулите присъстват в хиалоплазмата на всички еукариотни клетки. Една от функциите на микротубулите е да създават рамка вътре в клетките. В допълнение, малки везикули се движат по протежение на микротубули, като по релси.

Клетъчен център се състои от две центриоли, разположени под прав ъгъл една спрямо друга и свързани микротубули. Тези органели в делящите се клетки участват в образуването на делителното вретено. Основата на центриола е 9 триплета микротубули, разположени около обиколката, образуващи кух цилиндър с ширина 0,2 µm и дължина 0,3–0,5 µm. Докато клетките се подготвят за делене, центриолите се разминават и се удвояват. Преди митозата центриолите участват в образуването на микротубули на вретено. Клетките на висшите растения нямат центриоли, но имат подобен център за организиране на микротубулите.

1. Кои от следните структури присъстват в бактериалната клетка?

Цитоплазмена мембрана, ядро, цитоплазма, различни мембранни органели, немембранни органели.

Бактериалната клетка съдържа: цитоплазмена мембрана, цитоплазма, немембранни органели (рибозоми).

2. Какви са структурните особености на повърхностния апарат на бактериалните клетки?

Повърхностният апарат на бактериалните клетки включва цитоплазмена мембрана и клетъчна стена. В допълнение, при някои групи бактерии повърхностният апарат може да включва допълнителна външна мембрана или лигавична капсула.

Структурата и функциите на плазмалемата на бактериите са подобни на тези на еукариотите, а клетъчната стена е значително различна по структура от клетъчните стени на растенията и гъбите - нейната основа е твърда решетка от муреинов полизахарид.

3. Какво е бактериална хромозома? Плазмиди? Какво представляват мезозомите?

Бактериалната хромозома е кръгова ДНК молекула, която се намира директно в цитоплазмата на бактериалната клетка. Освен това цитоплазмата може да съдържа малки кръгови ДНК молекули, които могат автономно да се удвояват и при делене да се предават на дъщерните клетки. Такива екстрахромозомни структури се наричат ​​плазмиди.

Мезозомите са мембранни структури на прокариотна клетка, които се образуват чрез инвагинация на плазмалемата в цитоплазмата. Често имат вид на образувания, усукани в спирала или топка. Смята се, че мезозомите могат да участват в образуването на напречни дялове по време на клетъчното делене, а също така да служат като място за прикрепване на бактериални хромозоми.

4. Какви организми се наричат ​​аероби? Анаероби?

Аеробите са организми, които използват кислород за клетъчно дишане.

Анаеробите са организми, които могат да живеят в безкислородна среда (кислородът има напълно пагубен ефект върху клетките на някои анаероби).

5. Прокариотните клетки нямат органели като митохондрии, пластиди, комплекс Голджи и ендоплазмен ретикулум. Как могат техните клетки да функционират без тези органели? Защо прокариотите не могат "без" рибозоми?

При прокариотите функциите на мембранните органели се изпълняват от цитоплазмената мембрана и нейните производни. Например клетките на цианобактериите съдържат заоблени затворени мембранни структури - хроматофори, в които се намират фотосинтетични пигменти, т.е. хроматофорите изпълняват функциите на хлоропластите.

Протеините в клетките на всички живи организми изпълняват изключително важни биологични функции, много от които не могат да бъдат изпълнени от никое друго вещество. Биосинтезата на протеини се извършва изключително върху рибозоми. Следователно прокариотите, подобно на други живи организми, не могат да „минат без“ рибозоми.

6. Сравнете прокариотни и еукариотни клетки според различни характеристики, идентифицирайте приликите и разликите.

Прилики:

● Имат повърхностен апарат, включващ цитоплазмена мембрана и надмембранен комплекс. Подобна структура и функции на цитоплазмената мембрана.

● Има генетичен апарат, представен от ДНК, както и система за биосинтеза на протеини (всички видове РНК, рибозоми).

● Клетките на някои прокариоти и еукариоти могат да имат флагели.

Разлики:

● Генетичният апарат на еукариотите е представен от линейни ДНК молекули, разположени в клетъчното ядро. Прокариотните клетки нямат ядро; техният генетичен апарат е представен от кръгова ДНК молекула (бактериална хромозома), разположена директно в цитоплазмата на клетката.

● Еукариотните клетки, за разлика от прокариотните, имат едномембранни и двумембранни органели. Наличието на мезозоми е характерно само за прокариотните клетки.

● По правило еукариотните клетки са много по-големи от прокариотните клетки.

● Клетъчната стена при прокариотите е изградена от муреин, докато при еукариотите тя е изградена от целулоза или хитин или липсва.

● Рибозомите в прокариотите са по-малки по размер от рибозомите в еукариотите.

7*. Сравнете структурата на органелите с двойна мембрана (митохондрии, хлоропласти) и бактериалните клетки. Какви прилики се откриват? Познайте какво може да ги обясни.

Прилики:

● Генетичният апарат на митохондриите, хлоропластите и бактериите е представен от кръгова ДНК молекула, разположена не в ядрото, а директно във вътрешната среда на тези органели и клетки (в митохондриалния матрикс, в стромата на хлоропласта, в цитоплазмата на бактериалната клетка).

● Цитоплазмената мембрана на бактериите и вътрешната мембрана на митохондриите и хлоропластите образуват множество инвагинации (съответно мезозоми, кристи и тилакоиди), които служат за увеличаване на повърхността.

● Сравними размери. Средният размер на бактериите е 0,25-10 микрона, хлоропластите са 4-10 микрона, митохондриите са широки 0,25-1 микрона и дълги 1-60 микрона.

И (или) други значими характеристики.

Според теорията за симбиогенезата (ендосимбиозата) митохондриите и пластидите са модифицирани прокариотни организми, които в древността (преди 2,5 - 1,5 милиарда години) са се заселили в по-големи хетеротрофни клетки гостоприемници, постепенно са загубили своята автономност и са се превърнали в органели.

*Задачите, отбелязани със звездичка, изискват от учениците да излагат различни хипотези. Следователно, когато оценява, учителят трябва да се съсредоточи не само върху дадения тук отговор, но да вземе предвид всяка хипотеза, оценявайки биологичното мислене на учениците, логиката на техните разсъждения, оригиналността на идеите и т.н. След това е препоръчително да запознае учениците с дадения отговор.

На Земята има само два вида организми: еукариоти и прокариоти. Те се различават значително по своята структура, произход и еволюционно развитие, което ще бъде разгледано подробно по-долу.

Във връзка с

Признаци на прокариотна клетка

Прокариотите се наричат ​​още предядрени. Прокариотната клетка няма други органели, които имат мембранна мембрана (ендоплазмен ретикулум, комплекс на Голджи).

Характерни за тях са и следните:

1. без обвивка и не образува връзки с протеини. Информацията се предава и чете непрекъснато.
2. Всички прокариоти са хаплоидни организми.
3. Ензимите се намират в свободно състояние (дифузно).
4. Имат способността да образуват спори при неблагоприятни условия.
5. Наличието на плазмиди - малки екстрахромозомни ДНК молекули. Тяхната функция е предаването на генетична информация, повишаване на устойчивостта към много агресивни фактори.
6. Наличието на флагели и пили - външни протеинови образувания, необходими за движение.
7. Газовите вакуоли са кухини. Благодарение на тях тялото може да се движи във водния стълб.
8. Клетъчната стена на прокариотите (а именно бактериите) се състои от муреин.
9. Основните методи за получаване на енергия при прокариотите са хемо- и фотосинтезата.

Те включват бактерии и археи. Примери за прокариоти: спирохети, протеобактерии, цианобактерии, кренархеоти.

внимание!Въпреки факта, че прокариотите нямат ядро, те имат неговия еквивалент - нуклеоид (кръгова ДНК молекула, лишена от черупки) и свободна ДНК под формата на плазмиди.

Устройство на прокариотна клетка

Бактерии

Представителите на това царство са сред най-древните жители на Земята и имат висок процент на оцеляване в екстремни условия.

Има грам-положителни и грам-отрицателни бактерии. Основната им разлика е в структурата на клетъчната мембрана. Грам-положителните имат по-дебела обвивка, до 80% се състои от муреинова основа, както и полизахариди и полипептиди. При оцветяване по Грам дават виолетов цвят. Повечето от тези бактерии са патогени. Грам-отрицателните имат по-тънка стена, която е отделена от мембраната от периплазменото пространство. Въпреки това, такава черупка има повишена здравина и е много по-устойчива на ефектите на антителата.

Бактериите играят много важна роля в природата:

1. Цианобактериите (синьо-зелени водорасли) спомагат за поддържането на необходимото ниво на кислород в атмосферата. Те образуват повече от половината от целия O2 на Земята.
2. Те насърчават разграждането на органичните остатъци, като по този начин участват в кръговрата на всички вещества и участват в образуването на почвата.
3. Азотфиксатори върху корените на бобовите растения.
4. Те пречистват водата от отпадъци, например от металургичната промишленост.
5. Те са част от микрофлората на живите организми, спомагайки за максималното усвояване на хранителните вещества.
6. Използва се в хранително-вкусовата промишленост за производство на сирена, извара и тесто.

внимание!Освен положителното си значение, бактериите играят и отрицателна роля. Много от тях причиняват смъртоносни заболявания, като холера, коремен тиф, сифилис и туберкулоза.

Бактерии

Архея

Преди това те бяха комбинирани с бактерии в едно царство Дробянок. С течение на времето обаче стана ясно, че археите имат свой индивидуален път на еволюция и са много различни от другите микроорганизми по своя биохимичен състав и метаболизъм. Има до 5 вида, като най-изучените са euryarchaeota и crenarchaeota. Характеристиките на археите са следните:

• повечето от тях са хемоавтотрофи - синтезират органични вещества от въглероден диоксид, захар, амоняк, метални йони и водород;
• играят ключова роля в цикъла на азота и въглерода;
• участват в храносмилането при хората и много преживни животни;
• имат по-стабилна и издръжлива мембранна обвивка поради наличието на етерни връзки в глицерол-етерните липиди. Това позволява на археите да живеят в силно алкална или кисела среда, както и при високи температури;
• клетъчната стена, за разлика от бактериите, не съдържа пептидогликан и се състои от псевдомуреин.

Устройство на еукариотите

Еукариотите са суперцарство от организми, чиито клетки съдържат ядро. Освен археите и бактериите, всички живи същества на Земята са еукариоти (например растения, протозои, животни). Клетките могат да варират значително по своята форма, структура, размер и функции. Въпреки това те са сходни в основите на живота, метаболизма, растежа, развитието, способността за дразнене и променливостта.

Еукариотните клетки могат да бъдат стотици или хиляди пъти по-големи от прокариотните клетки. Те включват ядрото и цитоплазмата с множество мембранни и немембранни органели.Мембранните включват: ендоплазмен ретикулум, лизозоми, комплекс Голджи, митохондрии,. Немембранни: рибозоми, клетъчен център, микротубули, микрофиламенти.

Устройство на еукариотите

Нека сравним еукариотни клетки от различни царства.

Суперцарството на еукариотите включва следните царства:

• протозои. Хетеротрофи, някои способни на фотосинтеза (водорасли). Те се размножават безполово, сексуално и по прост начин на две части. Повечето нямат клетъчна стена;
• растения. Те са производители; основният метод за получаване на енергия е фотосинтезата. Повечето растения са неподвижни и се размножават безполово, полово и вегетативно. Клетъчната стена е изградена от целулоза;
• гъби. Многоклетъчен. Има по-ниски и по-високи. Те са хетеротрофни организми и не могат да се движат самостоятелно. Размножават се безполово, полово и вегетативно. Те съхраняват гликоген и имат силна клетъчна стена, изградена от хитин;
• животни. Има 10 вида: гъби, червеи, членестоноги, бодлокожи, хордови и други. Те са хетеротрофни организми. Способен на самостоятелно движение. Основното складово вещество е гликогенът. Клетъчната стена се състои от хитин, точно както при гъбите. Основният начин на размножаване е сексуалният.

Таблица: Сравнителни характеристики на растителни и животински клетки

Сравнение на прокариоти и еукариоти

Структурните характеристики на прокариотните и еукариотните клетки са значителни, но една от основните разлики се отнася до съхранението на генетичен материал и метода за получаване на енергия.

Прокариотите и еукариотите фотосинтезират по различен начин. При прокариотите този процес протича върху мембранни израстъци (хроматофори), подредени в отделни купчини. Бактериите нямат флуорна фотосистема, така че не произвеждат кислород, за разлика от синьо-зелените водорасли, които го произвеждат по време на фотолиза. Източниците на водород в прокариотите са сероводород, Н2, различни органични вещества и вода. Основните пигменти са бактериохлорофил (при бактерии), хлорофил и фикобилини (при цианобактерии).

От всички еукариоти само растенията са способни на фотосинтеза.Те имат специални образувания - хлоропласти, съдържащи мембрани, разположени в грани или ламели. Наличието на фотосистема II позволява отделянето на кислород в атмосферата по време на процеса на фотолиза на водата. Единственият източник на водородни молекули е водата. Основният пигмент е хлорофилът, а фикобилините присъстват само в червените водорасли.

Основните разлики и характерни черти на прокариотите и еукариотите са представени в таблицата по-долу.

Таблица: Прилики и разлики между прокариоти и еукариоти