К прокариотам относятся архебактерии, бактерии и синезеленые водоросли. Прокариоты — одноклеточные организмы, у которых отсутствуют структурно оформленное ядро, мембранные органоиды и митоз.
Строение бактериальной клетки
Размеры — от 1 до 15 мкм. Основные формы: 1) кокки (шаровидные), 2) бациллы (палочковидные), 3) вибрионы (изогнутые в виде запятой), 4) спириллы и спирохеты (спирально закрученные).
Формы бактерий: 1 — кокки; 2 — бациллы; 3 — вибрионы; 4—7 — спириллы и спирохеты.
Строение бактериальной клетки:1 — цитоплазматическая мембрана; 2 — клеточная стенка; 3 — слизистая капсула; 4 — цитоплазма; 5 — хромосомная ДНК; 6 — рибосомы; 7 — мезосома; 8 — фотосинтетические мембраны; 9 — включения; 10 — жгутики; 11 — пили.
Бактериальная клетка ограничена оболочкой. Внутренний слой оболочки представлен цитоплазматической мембраной (1), над которой находится клеточная стенка (2); над клеточной стенкой у многих бактерий — слизистая капсула (3).
Строение и функции цитоплазматической мембраны эукариотической и прокариотической клеток не отличаются. Мембрана может образовывать складки, называемые мезосомами (7).
Они могут иметь разную форму (мешковидные, трубчатые, пластинчатые и др.).
На поверхности мезосом располагаются ферменты. Клеточная стенка толстая, плотная, жесткая, состоит из муреина (главный компонент) и других органических веществ. Муреин представляет собой правильную сеть из параллельных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими белковыми цепочками.
В зависимости от особенностей строения клеточной стенки бактерии подразделяются на грамположительные (окрашиваются по Граму) и грамотрицательные (не окрашиваются). У грамотрицательных бактерий стенка тоньше, устроена сложнее и над муреиновым слоем снаружи имеется слой липидов.
Внутреннее пространство заполнено цитоплазмой (4).
Генетический материал представлен кольцевыми молекулами ДНК. Эти ДНК можно условно разделить на «хромосомные» и плазмидные.
«Хромосомная» ДНК (5) — одна, прикреплена к мембране, содержит несколько тысяч генов, в отличие от хромосомных ДНК эукариот она не линейная, не связана с белками. Зона, в которой расположена эта ДНК, называется нуклеоидом.
Плазмиды — внехромосомные генетические элементы. Представляют собой небольшие кольцевые ДНК, не связаны с белками, не прикреплены к мембране, содержат небольшое число генов. Количество плазмид может быть различным.
Наиболее изучены плазмиды, несущие информацию об устойчивости к лекарственным препаратам (R-фактор), принимающие участие в половом процессе (F-фактор). Плазмида, способная объединяться с хромосомой, называется эписомой.
В бактериальной клетке отсутствуют все мембранные органоиды, характерные для эукариотической клетки (митохондрии, пластиды, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы).
В цитоплазме бактерий находятся рибосомы 70S-типа (6) и включения (9). Как правило, рибосомы собраны в полисомы. Каждая рибосома состоит из малой (30S) и большой субъединиц (50S). Функция рибосом: сборка полипептидной цепочки. Включения могут быть представлены глыбками крахмала, гликогена, волютина, липидными каплями.
У многих бактерий имеются жгутики (10) и пили (фимбрии) (11). Жгутики не ограничены мембраной, имеют волнистую форму и состоят из сферических субъединиц белка флагеллина.
Эти субъединицы расположены по спирали и образуют полый цилиндр диаметром 10–20 нм. Жгутик прокариот по своей структуре напоминает одну из микротрубочек эукариотического жгутика. Количество и расположение жгутиков может быть различным.
Пили — прямые нитевидные структуры на поверхности бактерий. Они тоньше и короче жгутиков. Представляют собой короткие полые цилиндры из белка пилина. Пили служат для прикрепления бактерий к субстрату и друг к другу.
Во время конъюгации образуются особые F-пили, по которым осуществляется передача генетического материала от одной бактериальной клетки к другой.
Спорообразование у бактерий — способ переживания неблагоприятных условий. Споры формируются обычно по одной внутри «материнской клетки» и называются эндоспорами. Споры обладают высокой устойчивостью к радиации, экстремальным температурам, высушиванию и другим факторам, вызывающим гибель вегетативных клеток.
Размножение. Бактерии размножаются бесполым способом — делением «материнской клетки» надвое. Перед делением происходит репликация ДНК.
Редко у бактерий наблюдается половой процесс, при котором происходит рекомбинация генетического материала. Следует подчеркнуть, что у бактерий никогда не образуются гаметы, не происходит слияние содержимого клеток, а имеет место передача ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту. Различают три способа передачи ДНК: конъюгация, трансформация, трансдукция.
Конъюгация — однонаправленный перенос F-плазмиды от клетки-донора в клетку-реципиента, контактирующих друг с другом. При этом бактерии соединяются друг с другом особыми F-пилями (F-фимбриями), по каналам которых фрагменты ДНК и переносятся.
Конъюгацию можно разбить на следующие этапы: 1) раскручивание F-плазмиды, 2) проникновение одной из цепей F-плазмиды в клетку-реципиента через F-пилю, 3) синтез комплементарной цепи на матрице одноцепочечной ДНК (происходит как в клетке-доноре (F+), так и в клетке-реципиенте (F-)).
Трансформация — однонаправленный перенос фрагментов ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту, не контактирующих друг с другом. При этом клетка-донор или «выделяет» из себя небольшой фрагмент ДНК, или ДНК попадает в окружающую среду после гибели этой клетки. В любом случае ДНК активно поглощается клеткой-реципиентом и встраивается в собственную «хромосому».
Трансдукция — перенос фрагмента ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью бактериофагов.
Вирусы
Вирусы открыты в 1892 г. Д.И. Ивановским при изучении мозаичной болезни табака (пятнистость листьев). Вирусы — неклеточные формы жизни. Проявляют признаки, характерные для живых организмов, только во время паразитирования в клетках других организмов.
Вирусы являются внутриклеточными паразитами, но, в отличие от других паразитов, они паразитируют на генетическом уровне (ультрапаразиты).
Существует несколько точек зрения на происхождение вирусов: 1) вирусы возникли в результате дегенерации клеточных организмов; 2) вирусы можно рассматривать как группу «потерявшихся», вышедших из-под контроля клетки генов («осколок генома»); 3) вирусы произошли от клеточных органоидов и др.
Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белков, образующих оболочку вокруг этой нуклеиновой кислоты, т.е. представляют собой нуклеопротеидный комплекс.
В состав некоторых вирусов входят липиды и углеводы. Вирусы содержат всегда один тип нуклеиновой кислоты — либо ДНК, либо РНК.
Причем каждая из нуклеиновых кислот может быть как одноцепочечной, так и двухцепочечной, как линейной, так и кольцевой.
Размеры вирусов — 10–300 нм. Форма вирусов: шаровидная, палочковидная, нитевидная, цилиндрическая и др.
Капсид — оболочка вируса, образована белковыми субъединицами, уложенными определенным образом. Капсид защищает нуклеиновую кислоту вируса от различных воздействий, обеспечивает осаждение вируса на поверхности клетки-хозяина.
Суперкапсид характерен для сложноорганизованных вирусов (ВИЧ, вирусы гриппа, герпеса).
Возникает во время выхода вируса из клетки-хозяина и представляет собой модифицированный участок ядерной или наружной цитоплазматической мембраны клетки-хозяина.
Если вирус находится внутри клетки-хозяина, то он существует в форме нуклеиновой кислоты. Если вирус находится вне клетки-хозяина, то он представляет собой нуклеопротеидный комплекс, и эта свободная форма существования называется вирионом. Вирусы обладают высокой специфичностью, т.е. они могут использовать для своей жизнедеятельности строго определенный круг хозяев.
Вирусы, паразитирующие в бактериальных клетках, называются бактериофагами.
Бактериофаг состоит из головки, хвостика и хвостовых отростков, с помощью которых он осаждается на оболочке бактерий. В головке содержится ДНК или РНК.
Фаг частично растворяет клеточную стенку и мембрану бактерии и за счет сократительной реакции хвостика «впрыскивает» свою нуклеиновую кислоту в ее клетку.
Только паразитируя в клетке-хозяине, вирус может репродуцироваться, воспроизводить себе подобных.
В цикле репродукции вируса можно выделить следующие стадии.
- Осаждение на поверхности клетки-хозяина.
- Проникновение вируса в клетку-хозяина (могут попасть в клетку-хозяина путем: а) «инъекции», б) растворения оболочки клетки вирусными ферментами, в) эндоцитоза; попав внутрь клетки вирус переводит ее белок-синтезирующий аппарат под собственный контроль).
- Встраивание вирусной ДНК в ДНК клетки-хозяина (у РНК-содержащих вирусов перед этим происходит обратная транскрипция — синтез ДНК на матрице РНК).
- Транскрипция вирусной РНК.
- Синтез вирусных белков.
- Синтез вирусных нуклеиновых кислот.
- Самосборка и выход из клетки дочерних вирусов. Затем клетка либо погибает, либо продолжает существовать и производить новые поколения вирусных частиц.
Вирусы способны паразитировать в клетках большинства существующих живых организмов, вызывая различные заболевания (грипп, коревая краснуха, полиомиелит, СПИД, оспа, бешенство и др.). Возбудитель СПИДа — вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) — относится к ретровирусам. Имеет сферическую форму, диаметром 100–150 нм.
Наружная оболочка вируса состоит из мембраны, образованной из клеточной мембраны клетки-хозяина. В мембрану встроены рецепторные «грибовидные» образования. Под наружной оболочкой располагается сердцевина вируса, имеющая форму усеченного конуса и образованная особыми белками. Внутри сердцевины располагаются две молекулы вирусной РНК.
Каждая молекула РНК содержит 9 генов ВИЧ и фермент (обратная транскриптаза), осуществляющий синтез вирусной ДНК на матрице вирусной РНК.
Вирус иммунодефицита человека поражает главным образом CD4-лимфоциты (хелперы), на поверхности которых есть рецепторы, способные связываться с поверхностным белком ВИЧ.
Кроме того, ВИЧ проникает в клетки ЦНС, нейроглии, кишечника. Иммунная система организма человека утрачивает свои защитные свойства и оказывается не в состоянии противостоять возбудителям различных инфекций.
Средняя продолжительность жизни инфицированного человека составляет 7–10 лет.
Источником заражения служит только человек — носитель вируса иммунодефицита. СПИД передается половым путем, через кровь и ткани, содержащие вирус иммунодефицита, от матери к плоду.
Клетки прокариоты
Клеточные организмов делятся на две большие группы по особенностям строения их клеток: эукариоты и прокариоты.
Эукариоты – это организмы, клетки которых содержат четко оформленное ядро, в котором находится вся генетическая информация. В переводе с греческого «эу» – хорошо и «кариот» – ядро.
К этой категории относят клетки всех живых организмов, как одноклеточные, так и многоклеточные, кроме клеток второй группы – прокариот.
Прокариоты – это так называемые доядерные организмы, не имеющие оформленного ядра. Все ядерное вещество расположено у них в цитоплазме, без какого-либо ограничения оболочкой. Прокариоты – группа самых древних и примитивных одноклеточных организмов. К ним относят бактерии и цианобактерии (или синезелёные водоросли (цианеи) – крупные бактерий, способных к фотосинтезу).
Отдельную группу организмов составляют вирусы. Это особая форма – неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри клеток.
В 1892 году вирус впервые был описан в статье Дмитрия Ивановского. Вирус (лат. virus – яд) вызывает болезни, как растений, так и животных.
На него не действуют антибиотики, хотя сейчас разработаны противовирусные препараты, которые помогают с ними бороться.
Признаки клеток прокариот
Что же можно назвать основным признаком прокариотических клеток. Конечно же это их очень маленькие размеры и гаплоидность, т.е одинарный набор хромосом.
Особенности клеток прокариот
Клеточная стенка прокариот состоит из белка, который называется муреин и слизистой капсулы из полисахаридов. Внутри клетки располагается нуклеоид – это бактериальная хромосома, которая представляет собой одиночную кольцевую молекулу ДНК.
Также в клетках располагаются рибосомы, с помощью которых происходит синтез белка. У фотосинтезирующих бактерий в клетку встроены фотосинтетические мембраны (о них будет сказано дальше) и органелла дыхания или мезосома.
Оболочка клеток прокариот могут иметь выросты – жгутики и пили. С их помощью клетка передвигается. Прокариоты не содержат митохондрий (своеобразная энергетическая станция).
Синтез АТФ (источник энергии для всех биохимических процессов в живых клетках) происходит на плазматической мембране.
Обратите внимание! У клеток есть органеллы – это специализированные микроструктуры, которые постоянно есть в клетках и которые выполняют ряд жизненно важных функций (внутриклеточный обмен веществ, энергетический и информационный обмен).
Размеры и форма клеток прокариот
Впервые бактериальные клетки были описаны в 1683 году А. Левенгуком. Он рассмотрел и смог описать бактерии зубного налета. С помощью микроскопа он смог рассмотреть бактерии, которые были достаточно «крупными».
Размеры бактериальных клеток варьируют в пределах 0,1 – 10 мкм (1 мкм = 10-6м) в длину, а их диаметр в среднем составляет – 1 мкм.
Нам сложно ориентироваться в таких размерах. Но поперек клетки можно разместить 200 молекул глобулярных белков. Белков примерно 5 нм в диаметре. Это средний размер.
Глобулярными называются белки, в молекулах которых полипептидные цепи плотно свёрнуты в компактные шарообразные структуры (глобулы).
А вот форм прокариотических клеток известно несколько. Есть основные четыре формы, каждая из которых имеют свое название. Кроме этого они могут делиться еще на несколько подформ.
1. Кокки – это сферическая форма бактерий, напоминающая одинокие шарики. Ее разновидностью являются:
• стафилококки – бактерии, сцепленные вместе и внешне напоминающие виноградную гроздь;
• стрептококки – бактерии, образующие цепочку;
• диплококки – бактерии, сцепленные по двое.
2. Бациллы – палочковидная форма бактерий. Они могут быть как одиночными, так и образовывать цепочки. Некоторые бациллы имеют так называемые эндоспоры (особая стадия покоя у бактерий).
3. Спириллы – бактерии спиралевидной формы.
4. Вибрионы – бактерии, внешне напоминающие запятую.
Оболочка клеток прокариот
Клеточная стенка бактерий хорошо сохраняет форму клетки, т.к. это довольно прочная структура. Прочность оболочек связана с тем, что в них находятся муреины.
Это молекулы, состоящие из параллельных полисахаридных цепей, перекрестно связанных короткими цепями аминокислот через регулярные промежутки. Получается своеобразный сетчатый каркас, окружающий клетку.
На самом деле это одна огромная молекула.
Клеточная стенка предохраняет клетку от разрыва при поступлении в нее большого количества воды. Все необходимые вещества попадают в клетку через мельчайшие поры в клеточной стенке.
С клеточными стенками связан еще один метод классификации бактерий на группы: грамположительные и грамотрицательные.
Название групп связано с разработкой метода окрашивания бактерий. Изобретение метода принадлежит Кристиану Граму – датский биолог. Из-за различия в строении клеточной стенки, некоторые бактерии окрашиваются (грамположительные), а некоторые – нет (грамотрицательные).
У грамположительных бактерий в муреиновую сетку в основном встроены полисахариды и белки. Это делает стенку клетки более толстой.
Стенки грамотрицательных бактерий тоньше, но структура их более сложная. Муреиновый слой этих клеток покрыт тонким и гладким слоем, который состоит из липидов и полисахаридов. Они выполняют функцию дополнительной защиты для клетки. Он, например, выдерживает воздействие такого антибактериального фермента как лизоцим, который содержится в слезах или слюне.
Наличие этого слоя делает грамотрицательные бактерии устойчивыми против пенициллина. Ведь применение именно этого препарата спасло многие жизни от бактериальных инфекций.
Рибосомы в клетках прокариот
В 1931 и 1932 годах после получения патента и изготовления первого прототипа современного электронного микроскопа, ученые получили возможность приступить к изучение прокариот более детально. Именно после этого, они смогли изучить и описать рибосомы бактерий. Это очень мелкие образования внутри клетки, которые служат местом синтеза белков, как у прокариот, так и у эукариот.
Диаметр рибосом в бактериях около 18 нм. Они состоят рибосомальной РНК (рибонуклеиновая кислота) на 65%. Оставшиеся 35% составляют разные по размеру белки.
Например, бактерия Кишечная палочка, содержит около 15 000 рибосом. Это эквивалентно почти ¼ сухой массы клетки).
Деление клеток прокариот
Размножение всех бактерий происходит только бесполым путем. Если условия существования бактерий благоприятные, то каждые 20 минут происходит прямое деление клетки пополам (амитоз).
В 1946 году у бактерий было обнаружено примитивное половое размножение. Но, как у других организмов, бактерии не образуют гамет (половых клеток), а происходит просто обмен генетической информацией.
Между клетками в результате прямого контакта происходит перенос ДНК. Причем, одна из клеток становится донором («мужская» клетка), а вторая – реципиентом («женская» клетка).
При ухудшении или серьезном изменении условий существования (сокращение количества влаги или пищи, высокой или низкой температуры, давления, химического состава и других) бактерии образуют споры. Каждая одиночная клетка образуется крупную эндоспору. Она покрыта настолько толстой защитной оболочкой, что способна выдержать засуху или наводнение, высокую или низкую температуру.
Питание клеток прокариот
Питание — это процесс необходимый любому живому организму для получения энергии и веществ. Чтобы синтезировать органические соединения, живые организмы используют либо энергию света, либо энергию химических связей.
Организмы, способные к фотосинтезу, используют световую энергию. Они называются фототрофами. Для этого у них есть специфические особенности и способности.
Организмы, использующие только химическую энергию, называются хемотрофами.
Большая часть организмов относится к гетеротрофам, т.е. к организмам, которые используют готовые органические вещества.
Прокариоты, по способу питания делятся на две группы:
• Автотрофы (синтезируют органические вещества из неорганических):
o фотосинтезирующие сине-зеленые или цианобактерии. За счет способности к фотосинтезу, они выделяют кислород.
Некоторые из них могут связывать газообразный азот воздуха, и переводить его в состав азотсодержащих органических веществ;
o хемосинтезирующие (железобактерии и нитрифицирующие бактерии) получают энергию в процессе окисление неорганических веществ таких как аммиак и нитраты.
• Гетеротрофы (используют готовые органические вещества):
o сапротрофы – питаются мертвыми органическими веществами. Бактерии выделяют на мертвую органику ферменты, и переваривание пищи у них происходит вне организма. Уже растворимые продукты поступают в тело сапротрофа (бактерии гниения и брожения);
o симбионты (явление мутуализма) – организмы, живущие в симбиозе с другими организмами и получающие органические вещества от них (клубеньковые бактерии, бактерии кишечника человека, которая обеспечивает человеческий организм витаминами групп В и К);
o паразиты питаются органическими веществами живых организмов (хозяев), внутри которых они обитают (болезнетворные бактерии или микробы). Бактерии, вызывающие болезни называются патогенами. Паразиты, которые могут жить только в живых клетках, называются облигатными. Но есть бактерии, которые сначала заражают «хозяина» и вызывают его гибель, а потом живут как сапротрофы.
Аэробы – используют для дыхания атмосферный кислород (бактерии гниения); анаэробы живут в отсутствии кислорода (бактерии ботулизма).
Примеры прокариотических клеток
Бактерий можно обнаружить повсюду. Это обитатели почвы и пыли, воды и воздуха. Они могут жить как внутри, так и на поверхности животных и растений. Некоторые бактерии могут жить в горячих термальных источниках с температурой 78°С и даже выше. Некоторые живут в глубине океана, выдерживая низкие температуры и чудовищное давление.
Бактерии могут пережить период замораживания во льду. Именно с них начинаются пищевые цепи в этих сложных для жизни условиях.
С точки зрения биомассы и количества видов, прокариоты являются наиболее представительной формой жизни на Земле. Например, в одном грамме плодородной почвы содержится 2,5 млрд.
бактерий; в 1 см³ свежего молока их количество может превышать 3 млрд.
Бактерии обеспечивают круговорот веществ в природе. Они участвуют в образовании перегноя (бактерии гниения). Связывая атмосферный азот, они переводят его в доступную для растений форму в виде нитратов и нитритов (клубеньковые бактерии).
Вместе с грибами, бактерии обеспечивают круговорот биогенных элементов в природе, разрушая органические вещества в процессе своей жизнедеятельности.
Бактерии используются в производственных процессах. Получение кефира, йогуртов, квашение капусты или приготовление силоса – это заслуга молочнокислых бактерий.
Получение некоторых видов антибиотиков или кормовых белков – это тоже «работа» бактерий.
Многие биотехнологические процесс также строятся на том, что в прокариотических клетках протекают очень разнообразные биохимические реакции.
Но бактерии, к сожалению, могут принести немало бед.
Разные виды стрептоккоков могут, как придать пикантный вкус йогурту, так и вызвать такие болезни как скарлатина и ангина. Стафилоккоки, попав в носоглотку, могут вызвать фурункулез или воспаление легких. Некоторые формы болезней проявляются в виде пищевых отравлений.
Один из видов диплококков вызывает пневмонию, а спириллы – сифилис.
Разновидности палочковидных бактерий вызывают брюшной тиф, сибирскую язву, столбняк и ботулизм.
Холеру вызывает бактерия в форме вибриона.
Но бактерии могут быть опасны не только для людей, но и для растений и животных.
- Ложе океана
- Течение Куросио
Биология. 11 класс
Как вы знаете, клетки прокариот, в отличие от эукариотических, лишены ядра и мембранных органоидов. Прокариотами являются бактерии, а эукариотами — протисты, грибы, растения и животные.
Строение прокариотических клеток. Размеры клеток прокариот обычно составляют от 0,5 до 10 мкм. Однако встречаются бактерии как бóльших, так и меньших размеров. Форма бактериальных клеток также различается.
Например, клетки кокков имеют шаровидную форму, бацилл — палочковидную, а у спирилл они закручены в виде спиралей.
Несмотря на различия в размерах и форме, все прокариотические клетки устроены по единому плану и состоят из поверхностного аппарата и цитоплазмы (рис. 15.1).
В состав поверхностного аппарата бактериальной клетки входят цитоплазматическая мембрана (плазмалемма) и клеточная стенка, иногда — слизистая капсула. У некоторых прокариот поверхностный аппарат помимо плазмалеммы и клеточной стенки включает наружную мембрану, похожую по строению на плазмалемму.
Цитоплазматическая мембрана клеток прокариот может образовывать различные по форме впячивания в цитоплазму. По составу, структуре и выполняемым функциям плазмалемма бактерий сходна с цитоплазматической мембраной эукариотических клеток.
Жесткая клеточная стенка обеспечивает поддержание формы бактериальной клетки и ее защиту от механических повреждений. Она предохраняет клетку от разрыва в результате действия высокого тургорного давления, вызванного поступлением воды в цитоплазму путем осмоса.
*Как вам уже известно, прочность клеточной стенки прокариот обеспечивает каркас, состоящий из пептидогликана муреина.*
*В конце XIX в. датский микробиолог К. Грам разработал особый метод окрашивания прокариотических клеток, на основе которого бактерии были разделены на две группы. Бактерии, клетки которых окрашиваются по методу Грама в сине-фиолетовый цвет, называют грамположительными, а те, которые приобретают красную или розовую окраску, — грамотрицательными.*
*Метод окраски по Граму относится к сложным способам окрашивания, при котором используются два красителя — основной и дополнительный.
Сначала клетки бактерий обрабатывают основным красителем — анилиновым (например, генциановым фиолетовым или метиловым фиолетовым), а затем этот краситель фиксируют раствором йода.
При последующем промывании окрашенного препарата спиртом грамположительные бактерии сохраняют сине-фиолетовую окраску, а грамотрицательные обесцвечиваются. После этого добавляется дополнительный краситель (фуксин), который окрашивает клетки грамотрицательных бактерий в красный или розовый цвет.*
*Различия между грамположительными и грамотрицательными прокариотами связаны прежде всего с составом и строением поверхностного аппарата их клеток (рис. 15.2). Так, у грамположительных бактерий клеточная стенка толстая, а у грамотрицательных — намного тоньше и, следовательно, менее жесткая.
Однако у грамотрицательных бактерий снаружи от клеточной стенки имеется наружная мембрана, обладающая, как и плазмалемма, избирательной проницаемостью. Она является дополнительным барьером, ограничивающим доступ различных веществ в клетку.
Этим обусловлена бóльшая устойчивость грамотрицательных бактерий к действию ряда антибиотиков, ферментов и ядов.*
У некоторых бактерий поверх клеточной стенки или наружной мембраны есть слизистая капсула, состоящая главным образом из полисахаридов. Капсула защищает клетку от механических повреждений и высыхания, а у болезнетворных бактерий — еще и от действия иммунной системы организма-хозяина.
На поверхности клеток многих бактерий имеются тонкие *полые внутри* белковые выросты — ворсинки. Они служат для прикрепления к разным субстратам или другим клеткам. *Специальные ворсинки принимают участие в половом процессе бактерий — конъюгации.
С их помощью обеспечивается контакт между двумя бактериальными клетками и передача наследственной информации из одной клетки в другую.
Конъюгация у бактерий не связана с размножением, поскольку в результате этого процесса не происходит увеличения количества особей.*
Клетки некоторых прокариот имеют органоиды движения — жгутики. Бывают клетки с одним, несколькими или множеством жгутиков. *По строению и механизму работы жгутики бактерий принципиально отличаются от жгутиков и ресничек эукариотических клеток. Бактериальный жгутик не покрыт плазмалеммой.
Он представляет собой длинный полый цилиндр, состоящий из молекул белка флагеллина и имеющий форму спирали. Толщина жгутика составляет 10—20 нм. Его основание образовано несколькими белками, которые способны вращаться друг относительно друга, что и лежит в основе вращения всего жгутика.
При этом для движения жгутика используется не энергия АТФ, как у эукариот, а энергия, которая выделяется в процессе транспорта ионов водорода (Н+) через плазмалемму.*
В цитоплазме прокариотической клетки расположена кольцевая молекула ДНК — бактериальная хромосома. *Область цитоплазмы, в которой она находится, обычно занимает центральную часть клетки и называется нуклеоидом.
* В клетках большинства бактерий, кроме бактериальной хромосомы, содержатся небольшие кольцевые молекулы ДНК — плазмиды. *Они могут удваиваться независимо от бактериальной хромосомы и передаваться от одной бактерии к другой при конъюгации.
* Плазмиды не являются обязательными компонентами бактериальной клетки. Однако они могут содержать наследственную информацию, которая обеспечивает проявление у клетки свойств, помогающих ей выжить в определенных условиях окружающей среды.
Примером могут служить плазмиды, обусловливающие устойчивость к тем или иным антибиотикам или токсинам.
В каждой прокариотической клетке обязательно присутствуют *70S* рибосомы. *Они могут свободно располагаться в гиалоплазме или прикрепляться к цитоплазматической мембране.
* В клетках бактерий также могут содержаться *различные включения, например трофические —* капли липидов, крахмальные зерна или гранулы гликогена.
Их отложение происходит в условиях избытка питательных веществ, а потребление — при истощении пищевых ресурсов.
*У некоторых прокариот, обитающих в водной среде, в гиалоплазме имеются так называемые газовые пузырьки. Они заполнены смесью газов и ограничены белковой оболочкой, непроницаемой для воды.
Газовые пузырьки позволяют регулировать глубину погружения бактериальной клетки с минимальными затратами энергии. При увеличении их объема клетка всплывает, а при уменьшении — погружается. Это особенно важно, например, для фотосинтезирующих прокариот.
Возможность регулировать глубину погружения позволяет им находиться в условиях с оптимальной концентрацией углекислого газа и освещенностью.
Некоторые виды прокариот при наступлении неблагоприятных условий могут переходить в состояние бактериальной споры. При спорообразовании происходит уплотнение участка цитоплазмы, содержащего бактериальную хромосому. Далее вокруг этого участка формируется прочная многослойная оболочка.
Бактериальные споры отличаются очень высокой устойчивостью к действию высоких и низких температур, ядовитых веществ, радиоактивного излучения и др. Они могут сохранять жизнеспособность в течение многих лет и прорастать, когда условия вновь становятся благоприятными.
Важно отметить, что спорообразование у прокариот не является способом бесполого размножения, а служит для перенесения неблагоприятных условий.*
Прокариотическая клетка строение особенности (Таблица, схема)
Прокариоты образуют царство бактерий, которое делится на 4 отдела – грамотрицательные бактерии, грамположительные бактерии, микоплазмы и архебактерии. Прокариотическая клетка мелкая (< 10 мкр), овальная, округлая, и не разделены на клеточные компартменты. Прокариоты широко различаются по своим физиологическим свойствам и очень быстро делятся.
Строение прокариотической клетки таблица
Любая прокариотическая клетка состоит из трех частей: поверхностного аппарата, цитоплазмы и ядерного аппарата.
| Части, органы клетки | Строение прокариотической клетки |
| Фотосинтетические мембраны | Содержат пигменты, улавливающие свет, в первую очередь бактериохлорофилл. Хлоропласты отсутствуют * (у эукариот присутствуют). В бактериальном фотосинтезе не вырабатывается кислород. |
| Капсула | Образована слизистыми выделениями, которые могут объединять бактериальные клетки в колонии (например, у Bacillus anthracis) или обеспечивают их защиту (например, у D. pheumoniae). |
| Плазмиды | Это короткие кольцевые фрагменты ДНК, реплицирующиеся независимо от клеточного генома. Они широко используются для получения рекомбинантной ДНК. У эукариот плазмиды не встречаются.* |
| Пили (фимбрии) | Это палочковидные белковые структуры, служащие для прикрепления клеток друг к другу. Половые пили участвуют в переносе ДНК между клетками в процессе полового размножения. |
| Клеточная стенка | Прокариотические клетки имеет жесткий каркас из муреина, полисахарида. У грамположительных бактерий клеточная стенка усилена отложениями полисахаридов и белков, у грамотрицательныхона тоньше, но покрыта слоем липидов, обеспечивающим защиту от лизоцима и пенициллина. Клеточная стенка бактерий не содержит целлюлозу.* Жесткость клеточной стенки предотвращает осмотический разрыв клетки (на нарушении структуры клеточной стенки основано действие пенициллина на грамположительные бактерии) и сохраняет форму клетки. Самые распространенные типы бактерий (классификация по форме клетки):
|
| Мезосомы | Это впячивания плазматической мембраны, на которых расположены ферменты, участвующие в процессе дыхания. Бактерии не имеют митохондрий.* |
| Жгутик | Жгутик прокариотической клетки отвечает за движение у многих бактерий. Он намного проще по строению, чем жгутик эукариотической клетки, и представляет собой один цилиндр, субъединицы которого образованы белком флагеллином. Жгутик эукариотической клетки имеет субъединичную структуру 9+2.* Жгутик бактерии не совершает биений, а вращается вокруг основания, заякоренного в клеточной стенке, «ввинчиваясь» в среду и продвигая клетку.* |
| Запасные питательные вещества | Липидные глобулы или гранулы гликогена |
| Плазматическая мембрана | Типичная фосфолипидная двухслойная структура |
| Рибосомы | Имеют меньший размер, чем в эукариотической клетке.* Они рассеяны по всей цитоплазме и не связаны с эндоплазматическим ретикулумом. |
| Генетический материал (ДНК) | Представлен кольцевидной двухнитевой молекулой ДНК, которая не окружена ядерной мембраной* В ДНК бактерии обычно около 2000 генов, из которых примерно 0.2% обнаружены и в эукариотических клетках. |
* отмечены важные отличия прокариотичексих клеток от эукариотических.
Особенности прокариотических клеток организмов
| Особенности | Прокариотические клетки | |
| Бактерии | Сине-зеленые водоросли | |
| Строение | 1. Нет ядра, митохондрий, ЭПС, аппарата Гольджи | |
| 2. Хромосома находится в цитоплазме | ||
| 3. Размеры микроскопические | ||
| 4. Форма различна | 4. Хлорофилл, заключенный в мембраны, находится в цитоплазме (нет хлоропластов) | |
| 5. Оболочка (из углеводов) может быть окружена слизью, внутренняя оболочка – мембрана | 5. Оболочка прочная, состоит из углеводов | |
| Размножение | Деление на две части (через 20 минут) | Деление клетки пополам |
| Значение |
|
Индикаторы степени загрязненности воды |
_______________
Источник информации:
1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.
2. Биология в таблицах и схемах / Спб. — 2004.
Строение прокариотической клетки – ЕГЭтека
- Прочитаем информацию.
- Клетка – сложная система, состоящая из трех структурно-функциональных подсистем поверхностного аппарата, цитоплазмы с органоидами и ядра.
- Прокариоты (доядерные) – клетки, не обладающие, в отличие от эукариотов, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами.
- К прокариотическим клеткам относят клетки бактерий, цианобактерии (сине-зеленые водоросли), археи.
Строение прокариотических клеток
| Структура | Строение и состав | Функции структуры |
| Плазматическая мембрана | У некоторых микроорганизмов – выпячивания внутрь клетки, образующие стопки плоских мешочков (мезосомы) У цианобактерий и некоторых пурпурных бактерий – множество мембранных тилакоидов |
|
| Ядро | Неоформленное ядро, т.е. нуклеарная область, не имеет ядерной мембраны (оболочки). Содержит одну кольцевую молекулу ДНК – нуклеотид, которую называют бактериальной хромосомой. Кроме нуклеотида часто встречается небольшая кольцевая молекула ДНК – плазмида. | Хранение и реализация наследственной информации, и передача ее дочерним поколениям. |
| Цитоплазма | Очень мало мембранных органоидов (ЭПС, аппарат Гольджи, пластиды, митохондрии). Очень много рибосом более мелких, чем у эукариотов. | Синтез белков |
| Рибосомы | Мельче по размерам, чем у эукариот и расположены в цитоплазме свободно (не образуют полисом). | Синтез белков |
| Клеточная стенка | Состоит из комплексов белков и олигосахаридов, уложенных слоями. Основное вещество – муреин (пептидогликан). | 1.защита клетки 2.поддержание формы клетки |
| Реснички, жгутики | Белковые нити, не образуют микротрубочек. Состоят из трех структур филамент, крюк и базальное тело. | Движение |
Сноски
Муреин (пептидогликан) — это важнейший компонент клеточной стенки бактерий, который выполняет опорную и защитную функции. Он имеет сетчатую структуру и образует жёсткий наружный каркас клетки. Состоит из углеводов и белков. Вещества, убивающие бактерий (лизоцим, антибиотики), разрушают муреин или нарушают его образование.
Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) – группа крупных грамотрицательных бактерий, способных к фотосинтезу.
Археи – группа микроскопических одноклеточных орагнизмов-прокариот, резко отличающихся по ряду физиолого-биохимических свойств от истинных бактерий (эубактерий). Группу архебактерий выделили в 1977. Среди них нет возбудителей инфекционных болезней.
Тилакоиды – ограниченные мембраной компартменты внутри хлоропластов и цианобактерий. В тилакоидах происходят светозависимые реакции фотосинтеза.
- Рецепция в физиологии – осуществляемое рецепторами восприятие раздражителей и преобразование в нервное возбуждение.
- Полисома (полирибосома) – структура клеточной цитоплазмы, которая состоит из нескольких рибосом, соединенных с помощью молекул информационной (матричной) РНК.
- Жгутики бактерий – состоят из трех субструктур:
- филамент (фибрилла, пропеллер) – полая белковая нить толщиной 10-20 нм и длиной 3-15 мкм.
- крюк – более толстое, чем филамент (20-45 нм), белковое образование.
- базальное тело – образование, расположенное у основания жгутика. Имеет форму цилиндра. Длина около 0,5 мкм.
Плазмиды – дополнительные факторы наследственности, расположенные в клетках вне хромосом и представляющие собой кольцевые (замкнутые) или линейные молекулы ДНК.
Используемая литература:
1.Биология: полный справочник для подготовки к ЕГЭ. / Г.И.Лернер. – М.: АСТ: Астрель; Владимир; ВКТ, 2009
2.Биология: учеб. для учащихся 11 класса общеобразоват. Учреждений: Базовый уровень / Под ред. проф. И.Н.Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2008.
3.Биология для поступающих в вузы. Интенсивный курс / Г.Л.Билич, В.А.Крыжановский. – М.: Издательство Оникс, 2006.
4.Общая биология: учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / В.Б.Захаров, С.Г.Сонин. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2006.
5.Биология. Общая биология. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый уровень / Д.К.Беляев, П.М.Бородин, Н.Н.Воронцов и др. под ред. Д.К.Беляева, Г.М.Дымшица; Рос. акад. наук, Рос. акад. образования, изд-во «Просвещение». – 9-е изд. – М.: Просвещение, 2010.
6.Биология: учеб.-справ.пособие / А.Г.Лебедев. М.: АСТ: Астрель. 2009.
7.Биология. Полный курс общеобразовательной средней школы: учебное пособие для школьников и абитуриентов / М.А.Валовая, Н.А.Соколова, А.А. Каменский. – М.: Экзамен, 2002.
- Используемые Интернет-ресурсы:
- Википедия – свободная энциклопедия
- Ссылки
- Википедия. Жгутик
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B3%D1%83%D1%82%D0%B8%D0%BA
Опорно-двигательные структуры клетки
http://www.vitaeauct.narod.ru/005/mrf/2100.htm
Прокариоты
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BE%D1%82%D1%8B
Назад в раздел
Урок 7. строение клетки. прокариотическая клетка – Биология – 9 класс – Российская электронная школа
Урок Конспект Дополнительные материалы Все живые организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две большие группы: прокариоты и эукариоты. Вирусы не относятся к прокариотам и эукариотам, а представляют неклеточную форму жизни.
К прокариотам относятся бактерии (включая цианобактерии) и архебактерии. Прокариотические клетки присущи древним одноклеточным организмам.
Древнейшие на Земле организмы, не имеющие клеточного ядра, появившиеся около четырех миллиардов лет тому назад, называются прокариотами, то есть доядерными. В настоящее время они тоже распространены, обитают в воде, почве, воздухе, на покровах животных и растений, а также внутри них.
Прокариоты освоили экстремальные места обитания: горячие источники (они выживают и живут при температуре 700 и выше), моря и соленые озера (галобактерии живут при солености около 30 %).
Форма бактерий чрезвычайно разнообразна: шаровидная, палочковидная и изогнутая.Размеры клеток большинства прокариот – от 0,2 до 10 микрометров, встречаются и карлики (нанобактерии и микоплазмы), размер которых – от 0,05 до 0,1 микрометра. Кроме этого, существуют и гиганты (макромонусы) с размерами до 10 микрометров.
Средний размер клетки бактерии – около 1 микрометра. Размеры прокариот меньше размеров эукариот.
У многих одноклеточных и некоторых многоклеточных организмов в клетке нет оформленного ядра. У прокариот молекула ДНК одна и образует кольцевую молекулу, т.е. имеется ДНК-содержащая зона – нуклеоид (от греч.
«нечто похожее на ядро»).
Прокариотическими клетками называются клетки, не имеющие оформленного ядра.Клетки, имеющие ядро, называются эукариотическими.У эукариот молекулы ДНК имеют линейное строение. Эукариоты возникли в процессе эволюции, к ним относятся растения, животные и грибы.Строение бактериальной клеткиРассмотрим строение прокариотической клетки.Снаружи клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной. Строение мембран у двух этих групп организмов одинаковое. Клеточная мембрана прокариот образует многочисленные впячивания внутрь клетки – мезосомы. На них располагаются ферменты, обеспечивающие реакции обмена веществ в прокариотической клетке. Поверх плазматической мембраны клетки прокариот покрыты оболочкой, состоящей из углеводов, образованной полисахаридами – пектином и муреином. В цитоплазме прокариотических клеток нет мембранных органоидов: митохондрий, пластидов, ЭПС, комплекса Гольджи, лизосом. Их функции выполняют складки и впячивания наружной мембраны – мезосомы. В цитоплазме прокариот беспорядочно располагаются мелкие рибосомы. Цитоскелета в прокариотических клетках тоже нет, но иногда встречаются жгутики, которые способствуют передвижению бактерий. На поверхности бактериальной клетки находятся пили – белковые нити, с помощью которых бактерии присоединяются к субстрату или поверхности. Половые пили служат для обмена генетического материала между различными бактериями.Фотосинтезирующие бактерии – цианобактерии, имеют в клетках фотосинтезирующие мембраны или тилакоиды, в которых содержатся пигменты, участвующие в процессе фотосинтеза, такие как хлорофилл.В неблагоприятных условиях (холод, жара, засуха) многие бактерии образуют споры. При спорообразовании вокруг бактериальной хромосомы образуется особая плотная оболочка, а остальное содержимое клетки отмирает. Спора может десятилетиями находиться в неактивном состоянии, а в благоприятных условиях из нее снова прорастает активная бактерия.
Размножение прокариот.
Чаще всего прокариоты размножаются бесполым путем: ДНК удваивается, и далее клетка делится в поперечной плоскости пополам. В благоприятных условиях бактерии способны делиться каждые 20 минут; при этом потомство от одной клетки через трое суток теоретически имело бы массу 7500 тонн! К счастью, таких условий в принципе быть не может.
Половое размножение у прокариот наблюдается гораздо реже, чем бесполое, однако оно очень важно, так как при обмене генетической информацией бактерии передают друг другу устойчивость к неблагоприятным воздействиям (например, к лекарствам).
При половом процессе бактерии могут обмениваться как участками бактериальной хромосомы, так и особыми маленькими кольцевыми двуцепочечными молекулами ДНК – плазмидами.
Обмен может происходить через цитоплазматический мостик между двумя бактериями или с помощью вирусов, усваивающих участки ДНК одной бактерии и переносящих их в другие бактериальные клетки, которые они заражают.
Роль бактерий в природе. Важнейшая роль бактерий в природе – это поедание отмерших организмов.
Бактерии-гниения играют роль санитаров, их относят к сапротрофным организмам. Питаясь органическими веществами мертвых тел, эти бактерии превращают погибшие растения и трупы животных в перегной. В одном кубическом сантиметре поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов почвенных бактерий.
Бактерии участвуют в круговороте веществ на планете, в биосфере все вещества переходят от организма к организму, они находятся в постоянных круговоротах.
Без бактерий эти вещества накапливались бы в больших количествах, не поступали бы дальше, то есть без них круговорот веществ был бы невозможен: примером может быть круговорот азота в природе.
В почве существуют определенные бактерии, которые из азота воздуха делают азотные удобрения для растений, это клубеньковые бактерии, которые поселяются прямо в корнях растений.Бактерии – самые многочисленные существа на земле, и они участвуют в цепях питания: есть крошечные организмы, питающиеся бактериями.
Особые бактерии – цианобактерии, бактерии, способные к фотосинтезу, которые насыщают нашу землю кислородом.
Бактерии оказывают на землю практически глобальное воздействие, они вездесущи и необыкновенно выносливы, бактерии определяют границы биосферы – самую нижнюю ее часть, где еще можно найти бактерии, и самую верхнюю ее часть, где бактерии существуют.Т.о. можно сделать вывод, что прокариотическая клетка организована достаточно просто по сравнению с эукариотической клеткой, их основным отличием является отсутствие оформленного ядра и мембранных органоидов у бактериальных клеток.
Список литературы
1. Каменский А.А. и др. Биология. Введение в общую биологию и экологию. Учебник для 9 класс. – М.: Дрофа, 2002. – 304 с.2. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Биология. 9 класс. – 5-е изд., испр. – М.: 2013. – 240 с.3. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Биология. Общие закономерности. 9 класс. – М.: 2011. – 278 с. 4. Беляев Д.К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.5. Большой справочник по биологии/под ред. Т.В. Ивановой, Г.Л. Свиридовой. – М.: «Издательство Астрель», «Олимп», «Фирма «Издательство АСТ», 2000. – 448 с.: ил.Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет:1. Festival.1september.ru2. Biouroki.ru3. https://ege.sdamgia.ru Сообщить об ошибке в уроке
Загрузка...
