§ 19. Особенности строения клеток прокариот

По строению клеток все живые организмы делятся на две группы: прокариоты и эукариоты. Прокариоты (от лат. про — перед, вместо и греч. карион — ядро) — доядерные организмы, клетки которых не имеют оформленого ядра. К прокариотам относятся Настоящие бактерии, Цианобактерии. Эукариоты (от греч. эу — полностью, хорошо и карион — ядро) – ядерные организмы (их клетки имеют ядро). Эукариотами являются протисты, грибы, растения и животные. Каковы отличительные признаки прокариотических клеток по сравнению с эукариотическими?

Размеры клеток прокариот, как правило, значительно меньше, чем у эукариот и находятся в пределах 0,2 — 10 мкм. Правда, есть и исключения — описана огром­ная бактериальная клетка длиной 100 мкм.

Форма клеток прокариот разнообразна: шаровид­ная (кокки), палочковидная (бациллы), в виде изог­нутой (вибрионы) или спирально закрученной (спи­риллы) палочки и др.

Поверхностный аппарат клеток прокариот состоит из цитоплазматической мембраны (одной или двух), клеточной муреиновой оболочки, а у некоторых групп бактерий еще дополнительной слизистой капсулы.

Строение плазмалеммы сходно с таковой у эукариот. Клеточная мембрана прокариот обра­зует многочисленные впячивания внутрь клетки — мезосомы. На них располагаются ферменты, обеспечивающие протекание разнообразных реакций обмена ве­ществ.

Клеточная оболочка бактерий существенно отличается по строению от оболочек клеток растений и грибов. В ней есть особая жесткая решет­ка, состоящая из муреина. Муреин (от лат. мурус — стенка) это —полисахарид, со­стоящий из чередующихся остатков двух аминосахаров. Молекула муреина представ­ляет собой правильную сеть из парал­лельно расположенных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими пептидными цепочками (рис. ). Таким образом, каждая бактериальная клетка окружена сетевидным муреиновым мешком, образованным, по сути дела, одной моле­кулой.

По строе­нию клеточной стенки бактерии подразделяются на две группы — грамположительные (окрашиваются по Граму в фиолетовый цвет) и грамотрицательные (обесцвечиваются при от­мывке красителя, поэтому при окраске по Граму приобретают розовый цвет).

У грамположительных бактерий муреиновая сеть многослойная. Кроме того, в нее встроены дру­гие вещества, главным образом белки и полисахариды.

У грамотрицательных бактерий кле­точная оболочка тоньше, чем у грамполо­жительных, но устроена она сложнее (рис. ). У этих бактерий снаружи от муреинового слоя расположен дополнительный слой клеточной оболочки — наружная мембрана. Она состоит из фосфолипидов и белков. Наличие наружной мембраны у грамотрицательных бакте­рий значительно расширяет круг функций клеточной стенки. Так, наружная мембрана осуществляет регуляцию транспорта ве­ществ и ионов, необходимых клетке. Кроме того, она препятствует проникновению в клетку токсичных веществ, что делает грамотрицательные бакте­рии более устойчивыми по сравнению с грамположительными к действию некоторых ядов, химиче­ских веществ, ферментов, антибиотиков.

Снаружи клеточная стенка прокариот часто бывает окружена слизистым чех­лом, или капсулой, которая также выполняет защитную функцию.

Прокариоты, как следует из их названия, не имеют оформленного ядра. Их ядерное вещество представлено, как правило, единственной кольцевой молекулой ДНК, которая условно называется бактериальной хромосомой. Молекула ДНК располагается непосредствен­но в цитоплазме (рис. ). Область цитоплазмы, в которой расположена ДНК называется нуклеоид. Помимо крупной кольцевой молекулы ДНК в бактериальных клетках могут содержаться маленькие кольцевые двуцепочечные молекулы ДНК — плазмиды.

Бактериальные клетки, помимо ядра, не имеют и большинства органелл, характерных для клеток эукариот — митохон­дрий, пластид, эндоплазматической сети, комплекса Гольджи, лизосом, клеточного центра. Однако в их цитоплазме располагаются многочисленные рибосомы, которые имеют сходное строение с рибосомами эукариот, но отличаются меньшими размерами. У некоторых бактерий — обитателей водоемов или капилляров почвы, заполненных водой, имеют­ся особые газовые вакуоли. Изменяя в них объем газов, эти бактерии могут перемещаться в толще водной среды (всплывать, погружаться) с минимальными затратами энергии. В клетках цианобактерий обнаружены округлые замкнутые мембранные структуры — хроматофоры (от греч. хрома — краска и форос — несущий), в которых расположены фотосинтезирую­щие пигменты.

Цитоскелета в прокариотических клетках тоже нет. У некоторых прокариот имеются органоиды движения — один, несколько или много жгутиков. Жгути­ки могут быть длиннее самой клетки в несколько раз, однако их диаметр незначительный (10 — 25 нм), поэто­му в световой микроскоп они не видны.

В отличие от эукариот, большинство из которых являются аэробами, т. е. используют в энергетическом обмене кислород, многие прокари­оты являются анаэробами, и кислород для них вреден. Некоторые бактерии, называемые азотфиксирующими, способны усваивать азот воздуха, чего эукариоты делать не могут.

В неблагоприятных условиях (холод, жара, за­суха и т. д.) многие бактерии способны образовывать споры. При спо­рообразовании вокруг бактериальной хромосомы образуется плотная многослойная оболочка. Споры устойчивы к действию высокой тем­пературы (в некоторых случаях могут выдерживать дли­тельное кипячение), ионизирующего излучения, химических веществ и другим факторам. Спора может десятилетиями находиться в неактивном состоянии, а в благоприятных условиях из нее снова прорастает активная бак­терия.

Большинство прокариот — одноклеточные организмы, но среди них есть и колониальные формы. Скопления клеток прокариот могут иметь вид нитей, гроздей и т. д., иногда они окружены общей слизистой капсулой.

1. Чем клетки прокариот по строению отличаются от клеток эукариот? 2. Какую форму имеет ДНК бактерий? 3. Что собой представляет нуклеоид? 4. Что такое мезосомы и какие функции они выполняют? 5. Известно, что у клеток прокариот отсутствуют такие органеллы, как пластиды, митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть. Каким образом их клетки могут функционировать без этих оранелл?