Чертеж на прокариот. Кои са еукариоти и прокариоти: сравнителни характеристики на клетки от различни царства

Прокариотни клетки- това са най-примитивните, много просто структурирани организми, които запазват чертите на дълбоката древност. ДА СЕ прокариотни(или предядрени) организми включват бактерии и синьо-зелени водорасли (цианобактерии). Въз основа на сходството на структурата и резките разлики от другите клетки, прокариотите се класифицират в независимото царство на смачканите клетки.

Нека да разгледаме структурата прокариотна клеткаизползвайки бактерии като пример. Генетичният апарат на прокариотната клетка е представен от ДНК на една кръгова хромозома, разположена е в цитоплазмата и не е ограничена от нея с мембрана. Този аналог на ядрото се нарича нуклеоид. ДНК не образува комплекси с протеини и следователно всички гени, които са част от хромозомата „работят“, т.е. информацията непрекъснато се чете от тях.

Прокариотна клетказаобиколена от мембрана, разделяща цитоплазмата от клетъчната стена, образувана от сложно, силно полимерно вещество. В цитоплазмата има малко органели, но има множество малки рибозоми (бактериалните клетки съдържат от 5000 до 50 000 рибозоми).

Цитоплазмата на прокариотната клетка е проникната от мембрани, които образуват ендоплазмения ретикулум, съдържа рибозоми, които извършват синтеза на протеини.

Вътрешната част на клетъчната стена на прокариотната клетка е представена от плазмена мембрана, чиито издатини в цитоплазмата образуват мезозоми, които участват в изграждането на клетъчните стени, възпроизвеждането и са мястото на прикрепване на ДНК. Дишането при бактериите се осъществява в мезозомите, а при синьо-зелените водорасли в цитоплазмените мембрани.

Много бактерии отлагат резервни вещества вътре в клетката: полизахариди, мазнини, полифосфати. Резервните вещества, включени в метаболизма, могат да удължат живота на клетката при липса на външни източници на енергия.

(1-клетъчна стена, 2-външна цитоплазмена мембрана, 3-хромозома (кръгова ДНК молекула), 4-рибозома, 5-мезозома, 6-инвагинация на външната цитоплазмена мембрана, 7-вакуоли, 8-камшичета, 9-купища от мембрани, в които протича фотосинтезата)

По правило бактериите се размножават чрез разделяне на две. След удължаване на клетката постепенно се образува напречна преграда, която се полага в посока отвън навътре, след което дъщерните клетки се разминават или остават свързани в характерни групи - вериги, пакети и др. Бактерията E. coli удвоява броя си на всеки 20 минути.

Бактериите се характеризират с образуване на спори. Започва с отделянето на част от цитоплазмата от майчината клетка. Отделената част съдържа един геном и е заобиколена от цитоплазмена мембрана. След това около спората израства клетъчна стена, често многослойна. При бактериите сексуалният процес протича под формата на обмен на генетична информация между две клетки. Половият процес увеличава наследствената изменчивост на микроорганизмите.

Повечето живи организми са обединени в суперцарството на еукариотите, което включва царството на растенията, гъбите и животните. Еукариотните клетки са по-големи прокариотни клетки, се състоят от повърхностен апарат, ядро ​​и цитоплазма.

Тип урок: комбиниран.

Методи: словесно, визуално, практично, проблемно-търсене.

Цели на урока

Образователни: задълбочете знанията на учениците за структурата на еукариотните клетки, научете ги да ги прилагат в практическите занятия.

Развитие: подобряване на уменията на учениците да работят с дидактически материали; развиват мисленето на учениците, като предлагат задачи за сравняване на прокариотни и еукариотни клетки, растителни клетки и животински клетки, идентифициране на сходни и отличителни черти.

Оборудване: постер “Структура на цитоплазмената мембрана”; карти със задачи; раздаване (строеж на прокариотна клетка, типична растителна клетка, структура на животинска клетка).

Междупредметни връзки: ботаника, зоология, анатомия и физиология на човека.

План на урока

I. Организационен момент

Проверка на готовността за урока.
Проверка на списъка на учениците.
Съобщаване на темата и целите на урока.

II. Учене на нов материал

Разделяне на организмите на про- и еукариоти

Клетките са изключително разнообразни по форма: едни са кръгли, други приличат на звезди с много лъчи, трети са удължени и т.н. Клетките също са различни по размер - от най-малките, трудно различими в светлинен микроскоп, до идеално видими с невъоръжено око (например яйцата на риби и жаби).

Всяко неоплодено яйце, включително гигантските фосилизирани яйца на динозаври, които се съхраняват в палеонтологични музеи, също някога е било живи клетки. Въпреки това, ако говорим за основните елементи на вътрешната структура, всички клетки са подобни една на друга.

Прокариоти (от лат. професионалист- преди, по-рано, вместо и гръцки. карион– ядро) са организми, чиито клетки нямат мембранно ядро, т.е. всички бактерии, включително архебактерии и цианобактерии. Общият брой на прокариотните видове е около 6000. Цялата генетична информация на прокариотната клетка (генофор) се съдържа в една кръгова ДНК молекула. Митохондриите и хлоропластите отсъстват, а функциите на дишане или фотосинтеза, които осигуряват енергията на клетката, се изпълняват от плазмената мембрана (фиг. 1). Прокариотите се размножават без изразен полов процес чрез разделяне на две. Прокариотите са способни да извършват редица специфични физиологични процеси: те фиксират молекулярен азот, извършват млечнокисела ферментация, разлагат дървесината и окисляват сярата и желязото.

След уводен разговор учениците преговарят за устройството на прокариотната клетка, като съпоставят основните особености на строежа с видовете еукариотни клетки (фиг. 1).

Еукариоти - това са висши организми, които имат ясно очертано ядро, което е отделено от цитоплазмата с мембрана (кариомембрана). Еукариотите включват всички висши животни и растения, както и едноклетъчни и многоклетъчни водорасли, гъби и протозои. Ядрената ДНК при еукариотите се съдържа в хромозомите. Еукариотите имат клетъчни органели, ограничени от мембрани.

Разлики между еукариоти и прокариоти

– Еукариотите имат истинско ядро: генетичният апарат на еукариотната клетка е защитен от мембрана, подобна на мембраната на самата клетка.
– Органелите, включени в цитоплазмата, са заобиколени от мембрана.

Устройство на растителни и животински клетки

Клетката на всеки организъм е система. Състои се от три взаимосвързани части: обвивка, ядро ​​и цитоплазма.

В изучаването на ботаника, зоология и човешка анатомия вече сте се запознали със структурата на различни видове клетки. Нека прегледаме накратко този материал.

Упражнение 1.Въз основа на Фигура 2 определете на кои организми и видове тъкани отговарят клетките, номерирани от 1 до 12. Какво определя формата им?

Устройство и функции на органелите на растителни и животински клетки

Използвайки фигури 3 и 4 и речника и учебника по биология, учениците попълват таблица, сравняваща животински и растителни клетки.

Таблица. Устройство и функции на органелите на растителни и животински клетки

Клетъчни органели	Структура на органелите	функция	Наличие на органели в клетките
			растения	животни
Хлоропласт	Това е вид пластид	Оцветява растенията в зелено и позволява фотосинтезата.
Левкопласт	Черупката се състои от две елементарни мембрани; вътрешен, растящ в стромата, образува няколко тилакоиди	Синтезира и натрупва нишесте, масла, протеини
Хромопласт	Пластиди с жълт, оранжев и червен цвят, цветът се дължи на пигменти - каротеноиди	Червен, жълт цвят на есенни листа, сочни плодове и др.
	Заема до 90% от обема на зряла клетка, пълна с клетъчен сок	Поддържане на тургора, натрупване на резервни вещества и метаболитни продукти, регулиране на осмотичното налягане и др.
микротубули	Състои се от протеина тубулин, разположен близо до плазмената мембрана	Те участват в отлагането на целулоза върху клетъчните стени и движението на различни органели в цитоплазмата. По време на клетъчното делене микротубулите формират основата на структурата на вретеното
Плазмена мембрана (PMM)	Състои се от липиден двоен слой, проникнат от протеини, потопени на различна дълбочина	Бариера, транспорт на вещества, комуникация между клетките
Гладък EPR	Система от плоски и разклонени тръби	Осъществява синтеза и освобождаването на липиди
Груб EPR	Получава името си заради множеството рибозоми, разположени на повърхността му.	Синтез на протеини, натрупване и трансформация за освобождаване от клетката навън
	Заобиколен от двойна ядрена мембрана с пори. Външната ядрена мембрана образува непрекъсната структура с ER мембраната. Съдържа едно или повече нуклеоли	Носител на наследствена информация, център за регулиране на клетъчната активност
Клетъчна стена	Състои се от дълги целулозни молекули, подредени в снопове, наречени микрофибрили	Външна рамка, защитна обвивка
Плазмодесми	Малки цитоплазмени канали, които проникват през клетъчните стени	Обединете протопласти на съседни клетки
Митохондриите		Синтез на АТФ (съхранение на енергия)
апарат на Голджи	Състои се от купчина плоски торбички, наречени цистерни или диктиозоми	Синтез на полизахариди, образуване на СРМ и лизозоми
Лизозоми		Вътреклетъчно храносмилане
Рибозоми	Състои се от две неравни субединици - големи и малки, на които те могат да се разделят	Място на биосинтеза на протеини
Цитоплазма	Състои се от вода с голям брой разтворени вещества, съдържащи глюкоза, протеини и йони	В него се помещават други клетъчни органели и се извършват всички процеси на клетъчния метаболизъм.
Микрофиламенти	Влакна, направени от протеина актин, обикновено подредени на снопове близо до повърхността на клетките	Участват в клетъчната подвижност и промяна на формата
Центриоли	Може да е част от митотичния апарат на клетката. Диплоидната клетка съдържа две двойки центриоли	Участват в процеса на делене на клетките при животните; в зооспорите на водорасли, мъхове и протозои образуват базални тела на реснички
микровили	Изпъкналости на плазмената мембрана	Те увеличават външната повърхност на клетката; микровилите заедно образуват границата на клетката

заключения

1. Клетъчната стена, пластидите и централната вакуола са уникални за растителните клетки.
2. Лизозоми, центриоли, микровили присъстват главно само в клетките на животинските организми.
3. Всички останали органели са характерни както за растителните, така и за животинските клетки.

Структура на клетъчната мембрана

Клетъчната мембрана е разположена извън клетката, като я отделя от външната или вътрешната среда на тялото. Основата му е плазмалемата (клетъчната мембрана) и въглехидратно-протеиновият компонент.

Функции на клетъчната мембрана:

– поддържа формата на клетката и придава механична здравина на клетката и тялото като цяло;
– предпазва клетката от механични повреди и навлизане на вредни съединения в нея;
– извършва разпознаване на молекулярни сигнали;
– регулира метаболизма между клетката и околната среда;
– осъществява междуклетъчно взаимодействие в многоклетъчен организъм.

Функция на клетъчната стена:

– представлява външна рамка – защитна обвивка;
– осигурява транспорта на вещества (през клетъчната стена преминават вода, соли и молекули на много органични вещества).

Външният слой на животинските клетки, за разлика от клетъчните стени на растенията, е много тънък и еластичен. Не се вижда под светлинен микроскоп и се състои от различни полизахариди и протеини. Повърхностният слой на животинските клетки се нарича гликокаликс, изпълнява функцията на пряка връзка на животинските клетки с външната среда, с всички заобикалящи го вещества, но не играе поддържаща роля.

Под гликокаликса на животинската клетка и клетъчната стена на растителната клетка има плазмена мембрана, граничеща директно с цитоплазмата. Плазмената мембрана се състои от протеини и липиди. Те са подредени по подреден начин поради различни химични взаимодействия помежду си. Липидните молекули в плазмената мембрана са подредени в два реда и образуват непрекъснат липиден двоен слой. Протеиновите молекули не образуват непрекъснат слой, те се намират в липидния слой, потапяйки се в него на различна дълбочина. Молекулите на протеините и липидите са подвижни.

Функции на плазмената мембрана:

– образува бариера, отделяща вътрешното съдържание на клетката от външната среда;
– осигурява транспорт на вещества;
– осигурява комуникацията между клетките в тъканите на многоклетъчните организми.

Навлизане на вещества в клетката

Повърхността на клетката не е непрекъсната. В цитоплазмената мембрана има множество малки дупчици - пори, през които със или без помощта на специални протеини йони и малки молекули могат да проникнат в клетката. В допълнение, някои йони и малки молекули могат да влязат в клетката директно през мембраната. Навлизането на най-важните йони и молекули в клетката не е пасивна дифузия, а активен транспорт, изискващ разход на енергия. Транспортът на вещества е селективен. Селективната пропускливост на клетъчната мембрана се нарича полупропускливост.

от фагоцитозаГолеми молекули от органични вещества, като протеини, полизахариди, хранителни частици и бактерии навлизат в клетката. Фагоцитозата протича с участието на плазмената мембрана. В точката, където повърхността на клетката влиза в контакт с частица от всякаква плътна субстанция, мембраната се огъва, образува вдлъбнатина и заобикаля частицата, която е потопена вътре в клетката в „мембранна капсула“. Образува се храносмилателна вакуола и органичните вещества, влизащи в клетката, се усвояват в нея.

Амебите, ресничките и левкоцитите на животните и хората се хранят чрез фагоцитоза. Левкоцитите абсорбират бактерии, както и различни твърди частици, които случайно попадат в тялото, като по този начин го предпазват от патогенни бактерии. Клетъчната стена на растенията, бактериите и синьо-зелените водорасли предотвратява фагоцитозата и поради това този път на навлизане на вещества в клетката не се реализира в тях.

Капки течност, съдържащи различни вещества в разтворено и суспендирано състояние, също проникват в клетката през плазмената мембрана.Това явление се нарича пиноцитоза. Процесът на абсорбция на течности е подобен на фагоцитозата. Капка течност се потапя в цитоплазмата в „мембранен пакет“. Органичните вещества, които влизат в клетката заедно с водата, започват да се усвояват под въздействието на ензими, съдържащи се в цитоплазмата. Пиноцитозата е широко разпространена в природата и се осъществява от клетките на всички животни.

III. Затвърдяване на научения материал

На кои две големи групи се делят всички организми въз основа на структурата на тяхното ядро?
Кои органели са характерни само за растителните клетки?
Кои органели са уникални за животинските клетки?
Как се различава структурата на клетъчната мембрана на растенията и животните?
Кои са двата начина, по които веществата влизат в клетката?
Какво е значението на фагоцитозата за животните?

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 разлагането 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 ферментация.Така се произвеждат сирена, извара, алкохол, 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:

• 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

Структура	растителна клетка	животинска клетка
Клетъчна стена	Целулоза	Състои се от гликокаликс - тънък слой от протеини, въглехидрати и липиди.
Основно местоположение	Разположен по-близо до стената	Намира се в централната част
Клетъчен център	Изключително в нисшите водорасли	Настояще
Вакуоли	Съдържа клетъчен сок	Съкратителна и храносмилателна.
Резервно вещество	нишесте	Гликоген
Пластиди	Три вида: хлоропласти, хромопласти, левкопласти	Нито един
Хранене	Автотрофен	Хетеротрофен

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

Сравнение	Прокариоти	Еукариоти
Време за поява	Повече от 3,5 милиарда години	Около 1,2 милиарда години
Размери на клетките	До 10 микрона	От 10 до 100 µm
Капсула	Яжте. Изпълнява защитна функция. Свързан с клетъчната стена	Отсъстващ
Плазмената мембрана	Яжте	Яжте
Клетъчна стена	Състои се от пектин или муреин	Да, освен животни
Хромозоми	Вместо това има кръгова ДНК. Транслацията и транскрипцията се извършват в цитоплазмата.	Линейни ДНК молекули. Транслацията се извършва в цитоплазмата, а транскрипцията в ядрото.
Рибозоми	Малък тип 70S. Намира се в цитоплазмата.	Голям 80S-тип, може да се прикрепи към ендоплазмения ретикулум и да бъде разположен в пластиди и митохондрии.
Органоид, затворен в мембрана	Нито един. Има мембранни израстъци - мезозоми	Има: митохондрии, комплекс Голджи, клетъчен център, ER
Цитоплазма	Яжте	Яжте
	Нито един	Яжте
Вакуоли	Газ (аерозоми)	Яжте
Хлоропласти	Нито един. Фотосинтезата се извършва в бактериохлорофилите	Присъства само в растенията
Плазмиди	Яжте	Нито един
Ядро	Отсъстващ	Яжте
Микрофиламенти и микротубули.	Нито един	Яжте
Методи на разделяне	Свиване, пъпкуване, конюгация	Митоза, мейоза
Взаимодействие или контакти	Нито един	Плазмодесми, десмозоми или прегради
Видове клетъчно хранене	Фотоавтотрофен, фотохетеротрофен, хемоавтотрофен, хемохетеротрофен	Фототрофна (в растенията) ендоцитоза и фагоцитоза (в други)

Разлики между прокариоти и еукариоти

Прилики и разлики между прокариотни и еукариотни клетки

Заключение

Сравняването на прокариотен и еукариотен организъм е доста трудоемък процес, който изисква отчитане на много нюанси. Те имат много общо помежду си по отношение на структурата, протичащите процеси и свойствата на всички живи същества. Разликите са в изпълняваните функции, методите на хранене и вътрешната организация. Всеки, който се интересува от тази тема, може да използва тази информация.

Прокариотната клетка е много по-проста от животинските и растителните клетки. Отвън е покрит с клетъчна стена, която изпълнява защитни, формиращи и транспортни функции. Твърдостта на клетъчната стена се осигурява от муреин. Понякога бактериалната клетка е покрита отгоре с капсула или лигавичен слой.

Протоплазмата на бактериите, подобно на тази на еукариотите, е заобиколена плазмената мембрана. Сакуларните, тубуларни или ламеларни инвагинации на мембраната съдържат мезозоми, участващи в процеса на дишане, бактериохлорофил и други пигменти. Генетичният материал на прокариотите не образува ядро, а се намира директно в цитоплазмата. Бактериалната ДНК е единична кръгова молекула, всяка от които се състои от хиляди и милиони нуклеотидни двойки. Геномът на бактериалната клетка е много по-прост от този на клетките на по-развитите същества: средно бактериалната ДНК съдържа няколко хиляди гена.

Липсва в прокариотните клетки ендоплазмения ретикулум, А рибозомиплават свободно в цитоплазмата. Прокариотите нямат митохондриите; Техните функции се изпълняват частично от клетъчната мембрана.

Прокариоти

Бактериите са най-малките организми с клетъчна структура; размерите им варират от 0,1 до 10 микрона. Една типична точка за печат може да побере стотици хиляди средно големи бактерии. Бактериите могат да се видят само през микроскоп, поради което се наричат микроорганизми или микроби; микроорганизмите се изследват микробиология . Клонът на микробиологията, който изучава бактериите, се нарича бактериология . Тази наука започна Антъни ван Льовенхукпрез 17 век.

Бактерии - най-старите известни организми. Следи от жизнената дейност на бактерии и синьо-зелени водорасли (строматолити) принадлежат към архея и датират от 3,5 милиарда години.

Поради възможността за обмен на гени между представители на различни видове и дори родове е доста трудно да се систематизират прокариотите. Все още не е изградена задоволителна таксономия на прокариотите; всички съществуващи системи са изкуствени и класифицират бактериите според някаква група характеристики, без да вземат предвид тяхната филогенетична връзка. Преди това бактериите заедно с гъбиИ водорасливключени в подцарството на нисшите растения. В момента бактериите се класифицират като отделно суперцарство на прокариотите. Най-разпространената система за класификация е Система на Берги, която се основава на структурата на клетъчната стена.

В края на 20 век учените открили, че клетките на сравнително малко проучена група бактерии - архебактерии – съдържат рРНК, различна по структура както от r-RNA на прокариотите, така и от r-RNA на еукариотите. Структурата на генетичния апарат на архебактериите (наличие интронии повтарящи се последователности, обработка, форма рибозоми) ги доближава до еукариотите; от друга страна, архебактериите също имат типични характеристики на прокариотите (липса на ядро ​​в клетката, наличие на флагели, плазмиди и газови вакуоли, размер на рРНК, фиксиране на азот). И накрая, архебактериите се различават от всички други организми по структурата на тяхната клетъчна стена, вида на фотосинтезата и някои други характеристики. Архебактериите са способни да съществуват в екстремни условия (например в горещи извори при температури над 100 ° C, в океанските дълбини при налягане от 260 atm, в наситени солеви разтвори (30% NaCl)). Някои архебактерии произвеждат метан, други използват серни съединения за производство на енергия.

Очевидно архебактериите са много древна група организми; "екстремни" възможности показват условията, характерни за земната повърхност в Архейска ера. Смята се, че архебактериите са най-близо до хипотетичните „про-клетки“, които впоследствие дадоха началото на цялото многообразие на живота на Земята.

Наскоро стана ясно, че има три основни вида рРНК, представени съответно първата - в еукариотните клетки, втората - в клетките на истински бактерии, както и в митохондриитеИ хлоропластиеукариотите, третият - в архебактериите. Изследванията в областта на молекулярната генетика ни принудиха да хвърлим нов поглед върху теорията за произхода на еукариотите. Сега се смята, че три различни клона на прокариотите са еволюирали едновременно на древната Земя - архебактерии, еубактерии и укариоти , характеризиращи се с различни структури и различни методи за получаване на енергия. Уркариотите, които по същество са ядрено-цитоплазмения компонент на еукариотите, впоследствие са включени като симбионтипредставители на различни групи еубактерии, превърнали се в митохондрии и хлоропласти на бъдещи еукариотни клетки.

По този начин класовият ранг, определен преди това за архебактериите, е очевидно недостатъчен. В момента много изследователи са склонни да разделят прокариотите на две царства: архебактерии и истински бактерии (еубактерии ) или дори отделете архебактериите в отделно суперцарство Archaea.

Класификацията на истинските бактерии е дадена в схема.

IN бактериална клеткаНяма ядро, хромозомите са свободно разположени в цитоплазмата. В допълнение, бактериалната клетка няма мембранни органели: митохондриите, EPS, апарат на Голджии др. Външната страна на клетъчната мембрана е покрита с клетъчна стена.

Повечето бактерии се движат пасивно, използвайки водни или въздушни течения. Само някои от тях имат органели за движение - камшичета . Прокариотните флагели са много прости по структура и се състоят от флагелин протеин, който образува кух цилиндър с диаметър 10–20 nm. Те се завинтват в средата, задвижвайки клетката напред. Очевидно това е единствената структура, известна в природата, която използва принципа на колелото.

Според формата си бактериите се делят на няколко групи:

коки (имат кръгла форма);

бацили (имат прътовидна форма);

спирила (имат формата на спирала);

вибриони (имат формата на запетая).

Въз основа на начина на дишане бактериите се делят на аероби (повечето бактерии) и анаероби (причинители на тетанус, ботулизъм, газова гангрена). Първите имат нужда от кислород, за да дишат; за вторите кислородът е безполезен или дори отровен.

Бактериите се размножават чрез делене приблизително на всеки 20 минути (при благоприятни условия). ДНК се репликира, като всяка дъщерна клетка получава свое собствено копие на родителската ДНК. Трансфер на ДНК между неделящи се клетки също е възможен (чрез улавяне на "гола" ДНК, използвайки бактериофагиили от спрежение , когато бактериите са свързани помежду си чрез копулаторни фимбрии), обаче не се наблюдава увеличаване на броя на индивидите. Размножаването се възпрепятства от слънчевите лъчи и продуктите от собствената им жизнена дейност.

Поведението на бактериите не е особено сложно. Химическите рецептори регистрират промените в киселинността на околната среда и концентрацията на различни вещества: захари, аминокиселини, кислород. Много бактерии реагират на промени в температурата или светлината, а някои бактерии могат да усетят магнитното поле на Земята.

При неблагоприятни условия бактерията се покрива с плътна обвивка, цитоплазмата се дехидратира и жизнената активност почти спира. В това състояние бактериалните спори могат да останат в дълбок вакуум с часове и да понасят температури от –240 °C до +100 °C.

Фигура 1 - Изображение на прокариотна клетка

Фигура 4 - Структура на флагела на грам-отрицателни бактерии.
1 - нишка; 2 - кука; 3 - базално тяло; 4 - прът; 5 - L-пръстен; 6 - P-пръстен; 7 - S-пръстен; 8 - М-пръстен; 9 - CPM; 10 - периплазмено пространство; 11 - пептидогликанов слой; 12 - външна мембрана

Структурата на клетките на нисшите прокариоти е много по-проста (фиг. 1). Освен това различната структура на ядрения апарат не е единствената характеристика, която отличава еукариотната клетка от прокариотната.

Един от основните структурни компоненти на прокариотната клетка е клетъчната мембрана (фиг. 2, 3). Клетъчната мембрана на бактериите включва сложни молекулни комплекси, състоящи се от протеини, полизахариди и подобни на мазнини вещества. Тъй като е твърд, той служи като вид скелет на клетката, придавайки й определена форма. Клетъчната мембрана на прокариотите образува своеобразна бариера за преминаването на разтворени вещества от околната среда в клетката. Клетките на цианобактериите са покрити с еластична пектинова обвивка. При някои видове бактерии на повърхността на клетката се образува слой от слуз, образувайки един вид случай - капсула .

Повърхностните структури на клетките на много бактерии включват флагели - органи за движение, които са дълги, много тънки нишки, спирални, вълнообразни или извити (фиг. 4).

Фигура 3 - Клетъчна стена на грам-отрицателни бактерии (A) и структурата на липополизахаридната молекула (B).
А. Клетъчна стена на грам-отрицателни бактерии 1 - цитоплазмена мембрана; 2 - пептидогликанов слой; 3 - периплазмено пространство; 4 - протеинови молекули; 5 - фосфолипид; 6 - липополизахарид.
Б. Структурата на липополизахаридната молекула 1 - липид А; 2 - вътрешно полизахаридно ядро; 3 - външно полизахаридно ядро; 4 - О-антиген

Дължината на камшичетата може да бъде многократно по-голяма от дължината на тялото на бактерията. Броят и разположението на флагелите са характерна особеност на вида. Някои видове бактерии имат един флагел ( монотрихи ), при други флагелите са разположени на снопчета в единия или двата края на клетката ( лофотрихи ), други имат по един флагел в двата края на клетката ( амфитрихи ), в четвъртата покриват цялата повърхност на клетката ( перитрихозен ).

Цитоплазмената мембрана е в непосредствена близост до черупката. Има селективна пропускливост – позволява на определени вещества да навлизат в клетката и да извеждат определени вещества от нея. Благодарение на тази способност мембраната играе ролята на органела, която концентрира хранителните вещества вътре в клетката и улеснява отстраняването на отпадъчните продукти навън. Вътре в клетката винаги има повишено осмотично налягане в сравнение с околната среда. Цитоплазмената мембрана осигурява неговата постоянство. В допълнение, това е мястото на локализация на редица ензимни системи, по-специално редокс ензими, свързани с производството на енергия (при еукариотите те се намират в митохондриите). За разлика от еукариотните клетки, прокариотната клетка не е разделена на отделения. Прокариотните клетки нямат нито комплекс Голджи, нито митохондрии и в тях няма насочено движение на цитоплазмата. Явленията пиноцитоза и фагоцитоза не са характерни за прокариотите. От органелите само рибозомите са подобни на рибозомите на еукариотите.

Много бактериални клетки имат специални мембранни структури - мезозоми образувани в резултат на ретракцията на цитоплазмената мембрана в клетката. Тяхната роля все още не е напълно изяснена. Има предположения за участието на мезозомите в най-важните вътреклетъчни процеси на клетъчно делене, синтез на вещества от клетъчната мембрана и в енергийния метаболизъм.