Прокариотические клетки были первыми живыми организмами, появившимися на Земле, они имеют наиболее простое строение. На сегодняшний день к прокариотам (доядерным) относят бактерий и архей, все они одноклеточные организмы (редко образуют колонии). Цианобактерий (они же синезеленые водоросли) относят к бактериям в ранге типа.
Прокариоты - это нетаксономическая группа организмов, объединяющая бактерий и архей по признаку отсутствия у них ядра. Бактерии и археи выделяются в рангах разных надцарств (доменов), они отличаются между собой многими биохимическими процессами и, как считается, имеют разные эволюционные пути. Кроме них, третьим надцарством являются эукариоты.
Клетки прокариотического типа мельче клеток эукариот.
У них нет ядра, настоящих мембранных органелл, клеточного центра. У ряда групп бактерий есть впячивания цитоплазматической мембраны, которые выполняют различные функции за счет локализации на них тех или иных ферментов. У цианобактерий есть фотосинтетические мембраны (везикулы, тилакоиды, хроматофоры), образованные из клеточной мембраны. Они могут сохранять с ней связь, а могут быть и обособленными.
Генетический материал прокариот находится в цитоплазме. Основной его объем сосредоточен в нуклеоиде - кольцевой молекуле ДНК, в одном месте прикрепленной к цитоплазматической мембране. Она не связана с белками гистонами как у эукариот. В прокариотических клетках по-другому регулируется реализация генетической информации. Кроме нуклеоида есть еще плазмиды (мелкие кольцевые молекулы ДНК). Почти вся ДНК транскрибируется (в то время как у эукариот обычно менее половины).
Прокариоты почти всегда гаплоидны. Новые клетки образуются путем бинарного деления, перед этим нуклеоид удваивается. У прокариот нет процессов митоза и мейоза.
Их рибосомы мельче, чем эукариот.
Цитоплазма прокариот почти неподвижна. Не характерно амебоидное движение.
Поступление в прокариотическую клетку веществ осуществляется за счет осмоса.
Есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофный способ питания осуществляется не только путем фотосинтеза, но и за счет хемосинтеза (энергия поступает не от солнечного света, а от химических реакций окисления различных веществ).
Согласно симбиотической гипотезе, в процессе эволюции от внедрившихся в другую клетку определенных групп прокариотических клеток произошли митохондрии и пластиды.
Клетки бактерий отличаются разнообразной формой (палочковидные, округлые, извитые и др.). У них есть сложная клеточная оболочка (состоящая из клеточной стенки, капсулы, слизистого чехла), жгутики и ворсинки.
Прокариотические клетки — это наиболее примитивные, очень просто устроенные, сохраняющие черты глубокой древности организмы. К прокариотическим (или доядерным) организмам относят бактерии и синезеленые водоросли (цианобактерии). На основании общности строения и резких отличий от других клеток прокариотические выделяют в самостоятельное царство дробянки.
Рассмотрим строение прокариотической клетки на примере бактерий. Генетический аппарат прокариотической клетки представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, находится в цитоплазме и не отграничен от нее оболочкой. Такой аналог ядра называют нуклеоидом. ДНК не образует комплексов с белками и поэтому все гены, входящие в состав хромосомы, «работают», т.е. с них непрерывно считывается информация.
Прокариотическая клетка окружена мембраной, отделяющей цитоплазму от клеточной стенки, образованной из сложного, высокополимерного вещества. В цитоплазме органелл мало, но присутствуют многочисленные мелкие рибосомы (бактериальные клетки содержат от 5000 до 50 000 рибосом).
Строение прокариотической клетки
Цитоплазма прокариотической клетки пронизана мембранами, образующими эндоплазматическую сеть, в ней и находятся рибосомы, осуществляющие синтез белков.
Внутренняя часть клеточной стенки прокариотической клетки представлена плазматической мембраной, выпячивания которой в цитоплазму образуют мезосомы, участвующие в построении клеточных перегородок, репродукции, и являются местом прикрепления ДНК. Дыхание у бактерий осуществляется в мезосомах, у сине-зеленых водорослей в цитоплазматических мембранах.
У многих бактерий внутри клетки откладываются запасные вещества: полисахариды, жиры, полифосфаты. Резервные вещества, включаясь в обмен веществ, могут продлевать жизнь клетки в отсутствие внешних источников энергии.
(1-клеточная стенка, 2-наружная цитоплазматическая мембрана, 3-хромосома(кольцевая молекула ДНК), 4-рибосома, 5-мезосома, 6-впячивание наружной цитоплазмотической мембраны, 7-вакуоли, 8-жгутики, 9-стопки мембран, в которых осуществляется фотосинтез)
Как правило, бактерии размножаются делением надвое. После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, закладывающаяся в направлении снаружи внутрь, затем дочерние клетки расходятся или остаются связанными в характерные группы — цепочки, пакеты и т.д. Бактерия — кишечная палочка каждые 20 минут удваивает свою численность.
Для бактерий характерно спорообразование. Оно начинается с отшнуровывания части цитоплазмы от материнской клетки. Отшнуровавшаяся часть содержит один геном и окружена цитоплазматической мембраной. Затем вокруг споры вырастает клеточная стенка, нередко многослойная. У бактерий наблюдается половой процесс в форме обмена генетической информацией между двумя клетками. Половой процесс повышает наследственную изменчивость микроорганизмов.
Большинство живых организмов объединено в надцарство эукариот, включающих царство растений, грибов и животных. Эукариотические клетки крупнее прокариотических клеток , состоят из поверхностного аппарата, ядра и цитоплазмы.
Эукариотическая клетка
Эукариотические (эукариотные) клетки содержат ядро координирующее жизнедеятельность клетки, в котором находится наследственный аппарат организма, и многочисленные органоиды , выполняющие разнообразные функции. Большинство эукариот являются аэробами, то есть используют в энергетическом обмене кислород воздуха.
На Земле существует всего два типа организмов: эукариоты и прокариоты. Они сильно различаются по своему строению, происхождению и эволюционному развитию, что будет подробно рассмотрено далее.
Вконтакте
Признаки прокариотической клетки
Прокариоты по-другому называют доядерными. У прокариотической клетки нет и других органоидов, имеющих мембранную оболочку ( , эндоплазматического ретикулума, комплекса Гольджи).
Также характерными чертами для них являются следующее:
- без оболочки и не образует связей с белками. Информация передаётся и считывается непрерывно.
- Все прокариоты – гаплоидные организмы.
- Ферменты располагаются в свободном состоянии (диффузно).
- Обладают способностью к спорообразованию при неблагоприятных условиях.
- Наличие плазмид – мелких внехромосомных молекул ДНК. Их функция — передача генетической информации, повышение устойчивости ко многим агрессивным факторам.
- Наличие жгутиков и пилей – внешних белковых образований необходимых для передвижения.
- Газовые вакуоли – полости. За счёт них организм способен передвигаться в толще воды.
- Клеточная стенка у прокариот (именно бактерий) состоит из муреина.
- Основными способами получения энергии у прокариот являются хемо- и фотосинтез.
К ним относятся бактерии и археи. Примеры прокариотов: спирохеты, протеобактерии, цианобактерии, кренархеоты.
Внимание! Несмотря на то, что у прокариот отсутствует ядро, они имеют его эквивалент – нуклеоид (кольцевую молекулу ДНК, лишённую оболочек), и свободные ДНК в виде плазмид.
Строение прокариотической клетки
Бактерии
Представители этого царства являются одними из самых древних жителей Земли и обладают высокой выживаемостью в экстремальных условия.
Различают грамположительные и грамотрицательные бактерии. Их главное отличие заключается в строении мембраны клеток. Грамположительные имеют более толстую оболочку, до 80% состоит из муреиновой основы, а также полисахаридов и полипептидов. При окрашивании по Граму они дают фиолетовый цвет. Большинство этих бактерий являются возбудителями заболеваний. Грамотрицательные же имеют более тонкую стенку, которая отделена от мембраны периплазматическим пространством. Однако такая оболочка обладает повышенной прочностью и гораздо сильнее противостоит воздействию антител.
Бактерии в природе играют очень большую роль:
- Цианобактерии (сине-зелёные водоросли) помогают поддерживать необходимый уровень кислорода в атмосфере. Они образуют больше половины всего О2 на Земле.
- Способствуют разложению органических останков, тем самым принимая участие в круговороте всех веществ, участвуют в образовании почвы.
- Фиксаторы азота на корнях бобовых.
- Очищают воды от отходов, к примеру, металлургической промышленности.
- Являются частью микрофлоры живых организмов, помогая максимально усваивать питательные вещества.
- Используются в пищевой промышленности для сбраживания Так получают сыры, творог, алкоголь, тесто.
Внимание! Помимо положительного значения бактерии играют и отрицательную роль. Многие из них вызывают смертельно опасные заболевания, такие как холера, брюшной тиф, сифилис, туберкулёз.
Бактерии
Археи
Ранее их объединяли с бактериями в единое царство Дробянок. Однако со временем выяснилось, что археи имеют свой индивидуальный путь эволюции и сильно отличаются от остальных микроорганизмов своим биохимическим составом и метаболизмом. Выделяют до 5 типов, самыми изученными считаются эвриархеоты и кренархеоты. Особенности архей таковы:
- большинство из них являются хемоавтотрофами – синтезируют органические вещества из углекислого газа, сахара, аммиака, ионов металлов и водорода;
- играют ключевую роль в круговороте азота и углерода;
- участвуют в пищеварении в организмах человека и многих жвачных;
- обладают более стабильной и прочной мембранной оболочкой за счёт наличия эфирных связей в глицерин-эфирных липидах. Это позволяет археям жить в сильнощелочных или кислых средах, а также при условии высоких температур;
- клеточная стенка, в отличие от бактерий, не содержит пептидогликана и состоит из псевдомуреина.
Строение эукариотов
Эукариоты представляют собой надцарство организмов, в клетках которых содержится ядро. Кроме архей и бактерий все живые существа на Земле являются эукариотами (к примеру, растения, простейшие, животные). Клетки могут сильно отличаться по своей форме, строению, размерам и выполняемым функциям. Несмотря на это они сходны по основам жизнедеятельности, метаболизму, росту, развитию, способности к раздражению и изменчивости.
Эукариотические клетки могут превышать в размерах прокариотические в сотни и тысячи раз. Они включают в себя ядро и цитоплазму с многочисленными мембранными и немембранными органоидами. К мембранным относятся: эндоплазматический ретикулум, лизосомы, комплекс Гольджи, митохондрии, . Немембранные: рибосомы, клеточный центр, микротрубочки, микрофиламенты.
Строение эукариотов
Проведем сравнение клеток эукариотов разных царств.
К надцарству эукариот относятся царства:
- простейшие. Гетеротрофы, некоторые способны к фотосинтезу (водоросли). Размножаются бесполым, половым путём и простым способом на две части. У большинства клеточная стенка отсутствует;
- растения. Являются продуцентами, основной способ получения энергии – фотосинтез. Большая часть растений неподвижны, размножаются бесполым, половым и вегетативным путём. Клеточная стенка состоит из целлюлозы;
- грибы. Многоклеточные. Различают низшие и высшие. Являются гетеротрофными организмами, не могут самостоятельно передвигаться. Размножаются бесполым, половым и вегетативным путём. Запасают гликоген и имеют прочную клеточную стенку из хитина;
- животные. Различают 10 типов: губки, черви, членистоногие, иглокожие, хордовые и другие. Являются гетеротрофными организмами. Способны к самостоятельному передвижению. Основное запасающее вещество – гликоген. Оболочка клеток состоит из хитина, также как у грибов. Главный способ размножения – половой.
Таблица: Сравнительная характеристика растительной и животной клетки
| Строение | Клетка растения | Клетка животного |
| Клеточная стенка | Целлюлоза | Состоит из гликокаликса — тонкого слоя белков, углеводов и липидов. |
| Местоположение ядра | Расположено ближе к стенке | Расположено в центральной части |
| Клеточный центр | Исключительно у низших водорослей | Присутствует |
| Вакуоли | Содержат клеточный сок | Сократительные и пищеварительные. |
| Запасное вещество | Крахмал | Гликоген |
| Пластиды | Три вида: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты | Отсутствуют |
| Питание | Автотрофное | Гетеротрофное |
Сравнение прокариот и эукариот
Особенности строения прокариотической и эукариотической клеток значительны, однако одно из главных различий касается хранения генетического материала и способа получения энергии.
Прокариоты и эукариоты фотосинтезируют по-разному. У прокариот этот процесс проходит на выростах мембраны (хроматофорах), уложенных в отдельные стопки. Бактерии не имеют фторой фотосистемы, поэтому не выделяют кислород, в отличие от сине-зелёных водорослей, которые образуют его при фотолизе. Источниками водорода у прокариот служат сероводород, Н2, разные органические вещества и вода. Основными пигментами являются бактериохлорофилл (у бактерий), хлорофилл и фикобилины (у цианобактерий).
К фотосинтезу из всех эукариот способны только растения. У них имеются специальные образования – хлоропласты, содержащие мембраны, уложенные в граны или ламеллы. Наличие фотосистемы II позволяет выделять кислород в атмосферу при процессе фотолиза воды. Источником молекул водорода служит только вода. Главным пигментов является хлорофилл, а фикобилины присутствуют лишь у красных водорослей.
Основные различия и характерные признаки прокариотов и эукариотов представлены в таблице ниже.
Таблица: Сходства и различия прокариотов и эукариотов
| Сравнение | Прокариоты | Эукариоты |
| Время появления | Более 3,5 млрд. лет | Около 1,2 млрд. лет |
| Размеры клеток | До 10 мкм | От 10 до 100 мкм |
| Капсула | Есть. Выполняет защитную функцию. Связана с клеточной стенкой | Отсутствует |
| Плазматическая мембрана | Есть | Есть |
| Клеточная стенка | Состоит из пектина или муреина | Есть, кроме животных |
| Хромосомы | Вместо них кольцевая ДНК. Трансляция и транскрипция проходят в цитоплазме. | Линейные молекулы ДНК. Трансляция проходит в цитоплазме, а транскрипция в ядре. |
| Рибосомы | Мелкие 70S-типа. Расположены в цитоплазме. | Крупные 80S-типа, могут прикрепляться к эндоплазматической сети, находиться в пластидах и митохондриях. |
| Органоид с мембранной оболочкой | Отсутствуют. Есть выросты мембраны — мезосомы | Есть: митохондрии, комплекс Гольджи, клеточный центр, ЭПС |
| Цитоплазма | Есть | Есть |
| Отсутствуют | Есть | |
| Вакуоли | Газовые (аэросомы) | Есть |
| Хлоропласты | Отсутствуют. Фотосинтез проходит в бактериохлорофиллах | Присутствуют только у растений |
| Плазмиды | Есть | Отсутствуют |
| Ядро | Отсутствует | Есть |
| Микрофиламенты и микротрубочки. | Отсутствуют | Есть |
| Способы деления | Перетяжка, почкование, коньюгация | Митоз, мейоз |
| Взаимодействие или контакты | Отсутствуют | Плазмодесмы, десмосомы или септы |
| Типы питания клеток | Фотоавтотрофный, фотогетеротрофный, хемоавтотрофный, хемогетеротрофный | Фототрофный (у растений) эндоцитоз и фагоцитоз (у остальных) |
Одной из важных классификаций в биологии клеток является их деление на прокариоты и эукариоты.
Говоря об эволюции микробиологии, стоит отметить существенный вклад ученого Пастера, который был его основоположником. Именно благодаря этому человеку начали развиваться области иммунологии и биотехнологии.
Он дал основное определение главным понятиям, относящимся к клетке, обосновал принципы и работу механизма по актуальности роли микроорганизмов во всех сферах жизнедеятельности организмов. Его деятельность продолжил Кох.
Попытаемся разобраться, какие организмы относятся к каждому из этих двух основных классов клеток. Какое строение имеют клетки и в чем их отличие? Какова классификация каждого из этих видов.
Чем же они полезны для человека и биосферы, и каково их значение в целом? На все эти вопросы ответы читатель найдет ниже.
Что такое прокариоты и эукариоты
Известно, что все живые организмы по своей природе делятся на клеточные и неклеточные (вирусы). Причем первые тоже подразделяются на 2 категории: прокариоты (надцарство «Доядерные») и эукариоты (надцарство «Ядерные»).
К прокариотам относятся:
К эукариотам:
- грибы;
- растения;
- животные.
Чем же они отличаются? Рассмотрим ниже.
Признаки эукариотической клетки
Считается, что ядерные клеточные организмы появились около 1,5 миллиардов лет назад. Хотя в прошлые времена ученые слабо понимали суть явлений на клеточном уровне, но в своих трудах у них часто стали появляться приблизительные рисунки этой единицы организма.
Подписи в каждом утверждают об одной отличительной особенности клеток данного типа – наличие ядра, покрытого двойным слоем мембраны.
Именно в ядре хранится основной генетический материал этих организмов. Кроме того в нем есть несколько ядрышек с большей частью объема всех типов РНК.
Также в такой клетке есть другие образования – органеллы, которые находятся в ее цитоплазме. К ним относят:
- митохондрии – напоминают своей структурой белки, также содержат ДНК;
- лизосомы – являются пузырьками, помогающими общему метаболизму этой клетки;
- хлоропласты.
Эти соединения также разделены мембранами, основная роль которых является связь различных элементов единицы организма с внешней средой. Чтобы все элементы состава хорошо функционировали, для полного «скелета» в этой клетке есть нити и микротрубочки.
Процесс дыхания более распространен среди живых организмов, образованных этими клетками.
Строение клеток прокариотов
В отличие от предыдущего надцарства, у простейших отсутствует ядро в клетке.
В ней вместо ядра находится одна хромосома в цитоплазме, передающая генетический материал.
Размножаются просто – делением клетки. В клеточной жидкости очень мало различных видов структур. Они также покрыты мембраной. В их состав входят рибосомы.
Рассмотрим основных представителей этого надцарства.
Бактерии и циано-бактерии
Под первыми понимают одноклеточные микроорганизмы. С помощью жгутиков они очень подвижны.
Обитают во всех сферах жизни. От внешней среды они защищены муреином и особой оболочкой.
Второй вид представлен простейшими клетками с маленькими рибосомами и одной наследственной хромосомой.
Водоросли
Обитают в основном в водной среде и на почве. У них автотрофное питание. Их плавучесть обуславливают вакуоли. Кроме того, для них, как и для представителей царства растений, характерен фотосинтез .
Примеры представлены зелеными водорослями. Размножаются также простым делением. При очень неблагоприятных условиях для движения могут использовать споры.
Сходства и различия прокариот и эукариот
Сравнительная таблица «Характеристика надцарств» показывает признаки, по которым нетрудно выявить основные отличия.
| Признаки | Надцарство Прокариоты | Надцарство Эукариоты |
| Размер | D = 0,5 – 5 мкм | D = 40 мкм |
| Наследственность | ДНК в цитоплазме | ДНК в ядре |
| Структура | Мало образований, мембран практически нет. | Есть внешние и внутренние мембраны, различные структуры, позволяющие проводить реакции пищеварения, дыхания и размножения. |
| Оболочка | В состав входят полисахариды, аминокислоты и муреин. | Основой оболочки растений является целлюлоза, а у грибов – хитин. |
| Фотосинтез | Нет хлоропластов, но он протекает в мембранах. | Протекает в специальных образованиях – пластидах. |
| Обмен азота | У некоторых он есть. | Он не происходит. |
Заключение
Итак, без представителей этих двух надцарств невозможно представить жизнь на земле. Какова же их роль в природе? Все просто: простейшие являются организмами, без которых невозможны практически все биохимические процессы в биосистеме. Кроме того, многие участвуют в процессе фотосинтеза, служат источником питания и дыхания растений.
Эукариоты не только являются для других питанием, но и являются основной регулирующей силой популяции разных видов, т. е одним из механизмов естественного отбора.
Все живые организмы могут быть распределены в одну из двух групп (прокариоты или эукариоты) в зависимости от основной структуры их клеток. Прокариоты - живые организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра и мембранных органелл. Эукариоты - живые организмы, которых содержат ядро, а также мембранные органеллы.
Клетка является фундаментальной составляющей нашего современного определения жизни и живых существ. Клетки рассматриваются в качестве основных строительных блоков жизни и используются в определении того, что значит быть «живым».
Давайте взглянем на одно определение жизни: «Живые существа - это химические организации, состоящие из клеток и способные размножаться» (Китон, 1986). Это определение базируется на двух теориях - клеточной теории и теории биогенеза. впервые была предложена в конце 1830-х годов немецкими учеными Маттиасом Якобом Шлейденом и Теодором Шванном. Они утверждали, что все живые существа состоят из клеток. Теория биогенеза, предложенная Рудольфом Вирховым в 1858 году, утверждает, что все живые клетки возникают из существующих (живых) клеток и не могут появиться спонтанно из неживой материи.
Компоненты клеток заключены в мембрану, которая служит барьером между внешним миром и внутренними составляющими клетки. Клеточная мембрана - избирательный барьер, это означает, что он пропускает некоторые химические вещества, поддерживающие равновесие, необходимое для жизнедеятельности клеток.
Клеточная мембрана регулирует перемещение химических веществ из клетки в клетку следующими способами:
- диффузия (тенденция молекул вещества к минимизации концентрации, то есть перемещение молекул из области с более высокой концентрацией по направлению к области с более низкой до момента выравнивания концентрации);
- осмос (движение молекул растворителя через частично проницаемую мембрану для того, чтобы уравнять концентрацию растворенного вещества, которое не в состоянии двигаться через мембрану);
- селективный транспорт (при помощи мембранных каналов и насосов).
Прокариоты - организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра или любых мембранных органелл. Это означает, что генетический материал ДНК у прокариот не связан в ядре. Кроме того, ДНК прокариот менее структурирована, чем у эукариот. В прокариотах ДНК одноконтурная. ДНК эукариот организована в хромосомы. Большинство прокариот состоят только из одной клетки (одноклеточные), но есть несколько и многоклеточных. Ученые разделяют прокариот на две группы: и .
Типичная клетка прокариота включает:
- плазматическую (клеточную) мембрану;
- цитоплазму;
- рибосомы;
- жгутики и пили;
- нуклеоид;
- плазмиды;
Эукариоты
Эукариоты - живые организмы, клетки которых содержат ядро и мембранные органеллы. Генетический материал у эукариот находится в ядре, а ДНК организована в хромосомы. Эукариотические организмы могут быть одноклеточными и многоклеточными. являются эукариотами. Также эукариоты включают растения, грибы и простейших.
Типичная клетка эукариота включает:
- ядрышко;
