Сравнение прокариотической и эукариотической клеток. Сравнительная характеристика прокариот и эукариот Основные отличительные особенности прокариот
Клетки прокариот отличаются очень малыми размерами (от 0,5 до 5 мкм) и простейшим строением (рис. 36). Они имеют неподвижную цито-плазму, плазматическую мембрану и клеточную стенку. Цитоплазма содержит немного мелких рибосом и различ-ные включения в виде гранул липи-дов и других веществ. Генетический материал (ДНК) не отделён мембра-нами от цитоплазмы, нет и оформ-ленных хромосом, а «хромосомой» условно называют единственную кольцевую молекулу ДНК.
Клетки эукариот являются очень сложными единицами живой природы и характеризуются боль-шим структурно-функциональным разнообразием (рис. 37). При этом форма клеток часто зависит от вы-полняемых ими функций у многокле-точного организма. Однако общий план строения всех клеток эукариот обладает принципиальным сходст-вом. В клетках эукариот присутствуют хорошо оформленное ядро , отграни-ченное от цитоплазмы оболочкой из двух мембран; хромосомы из длинных скрученных нитей ДНК; полный набор различных органоидов .
Различие клеток прокариот и эукариот особенно хорошо видно при со-поставлении их основных признаков (таблица).
|
Признаки |
Прокариоты |
Эукариоты |
|
Размер клеток |
От 0,5 до 5 мкм |
|
|
Аэробное или анаэробное |
Аэробное |
|
|
Генетический материал |
Кольцевая ДНК находит-ся в цитоплазме и ничем не защищена |
Линейные молекулы ДНК, связанные с белками и РНК, образуют хромосомы внутри ядра |
|
Синтез РНК и белка |
И то и другое — в цито-плазме |
Синтез РНК в ядре, а белка — в цитоплазме |
|
Органоиды |
||
|
Мембранные органоиды |
Клеточная (редко) и плаз-матическая |
Много различных мембран-ных органоидов |
|
Немембранные органоиды — рибосомы |
Есть в цитоплазме |
Есть в цитоплазме, в мито-хондриях и хлоропластах Материал с сайта |
|
Внутриклеточ-ное перевари-вание |
||
Это – наидревнейшая группа, появившаяся примерно 3,5 млрд. лет назад; к тому же это и мельчайшие организмы, обладающие клеточной структурой. Свойства прокариот суммированы в табл. 2.2. Как правило, прокариоты представлены одиночными клетками, хотя сине-зеленые водоросли (цианобактерии, Cyanobacteria) могут образовывать цепочки клеток, называемые нитями .
| Таблица 2.2. Основные различия между прокариотами и эукариотами | ||
| Признак | Прокариоты | Эукариоты |
| Организмы | Бактерии | Протоктисты, грибы, растения и животные |
| Размеры клеток | Диаметр в среднем составляет 0,5-10 мкм | Диаметр обычно составляет 10-100 мкм; объем клетки, как правило, в 1000-10 000 раз больше, чем у прокариот |
| Форма | В основном одноклеточные | В основном многоклеточные (за исключением Protoctista, многие из которых одноклеточные) |
| Возникновение в процессе эволюции | 3,5 млрд. лет назад | 1,2 млрд. лет назад; произошли от прокариот |
| Клеточное деление | В основном простое деление пополам; веретено не образуется | Митоз, мейоз или сочетание этих способов деления; веретено образуется |
| Генетический материал | Кольцевая ДНК свободно плавает в цитоплазме; ДНК не связана с белками или РНК; хромосом нет | ДНК линейная и локализована в ядре; ДНК связана с РНК и белком; хромосомы имеются |
| Синтез белков | 70S-рибосомы (мелкие); Эндоплазматического ретикулума нет (различия и по многим другим деталям белкового синтеза, включая чувствительность к антибиотикам; синтез белков у прокариот, например, ингибируется стрептомицином) | 80S-рибосомы (крупные); Рибосомы могут быть прикреплены к эндоплазматическому ретикулуму |
| Органеллы | Органелл мало; Ни одна из них не имеет оболочки; Внутренние мембраны встречаются редко; в тех случаях, когда они есть, они ассоциированы с процессами дыхания и фотосинтеза | Органелл много; Органеллы окружены мембранами, например, ядро, митохондрии, хлоропласты (двойной мембраны); Множество органелл, окруженных одинарной мембраной, например аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, микротельца, эндоплазматический ретикулум |
| Клеточные стенки | Жесткие, содержат полисахариды и аминокислоты; основной опорный материал – муреин | Клеточные стенки зеленых растений и грибов жесткие, содержат полисахариды; основной опорный материал клеточной стенки у растений – целлюлоза, у грибов – хитин (у клеток животных клеточной стенки нет) |
| Жгутики | Простые, микротрубочек нет; расположены внеклеточно (не окружены плазматической мембраной); Диаметр 20 нм | Сложные, с расположением микротрубочек типа «9 + 2»; окружены плазматической мембраной; Диаметр 200 нм |
| Дыхание | У бактерий происходит в мезосомах; у цианобактерий – на цитоплазматических мембранах | Аэробное дыхание происходит в митохондриях |
| Фотосинтез | Хлоропластов нет; происходит на мембранах, не имеющих специфической упаковки | В хлоропластах, содержащих мембраны, которые обычно уложены в ламеллы или граны |
| Фиксация азота | Некоторые обладают такой способностью | Ни один организм не способен к фиксации азота |
Некоторые бактерии прилипают друг к другу, образуя характерные скопления, напоминающие гроздья винограда (рис. 2.10), однако объединившиеся клетки остаются абсолютно независимыми друг от друга. Индивидуальную бактериальную клетку можно увидеть только с помощью , почему их и называют микроорганизмами . Наука, изучающая бактерий – бактериология – составляет важную ветвь .
Бактерии различаются по своим размерам: их длина колеблется от 0,1 до 10 мкм, а диаметр в среднем составляет – 1 мкм. Таким образом, в бактериальной клетке достаточно места, чтобы поперек нее уместилось 200 молекул глобулярных белков среднего размера (5 нм в диаметре). Поскольку такие молекулы способны диффундировать примерно на расстояние 60 мкм в секунду, никаких специальных механизмов транспорта этим организмам не нужно.
Бактерий можно обнаружить повсюду: в почве, и в пыли, в воде и в воздухе, внутри и на поверхности и . Некоторые бактерии поселяются в горячих источниках с температурой 78°C или выше. Другие способны выжить при очень низких температурах и даже пережить определенные периоды замораживания во льду. Встречаются бактерии и в глубоких расселинах на дне океана при очень высоком давлении и температуре 360°C. С них начинаются уникальные пищевые цепи в этих областях океана.
Число бактерий невообразимо велико; установлено, что в одном грамме плодородной почвы содержится 2,5 млрд. бактерий; в 1 см 3 свежего молока их содержание может превышать 3 млрд. Вместе с грибами бактерии имеют жизненно важное значение для всех других организмов, поскольку, разрушая в результате своей жизнедеятельности органические вещества, они обеспечивают циркуляцию биогенных элементов в природе. Кроме того, они приобретают все более важное значение в жизни человека, и не только потому, что некоторые из них являются возбудителями различных болезней, но и потому, что в силу разнообразия протекающих в них биохимических реакций они могут использоваться во многих биотехнологических процессах. Более подробно этот вопрос обсуждается в гл. 12.
| Клеточные структуры | Эукариотическая клетка | Прокариотическая клетка |
| Цитоплазматическая мембрана | Есть | Есть; впячивания мембраны образуют мезосомы |
| Ядро | Имеет двумембранную оболочку, содержит одно или несколько ядрышек | Нет; имеется эквивалент ядра - нуклеоид - часть цитоплазмы, где содержится ДНК, не окруженная мембраной |
| Генетический материал | Линейные молекулы ДНК, связанные с бе ками | Кольцевые молекулы ДНК, не связанные с белками |
| Эндоплазматическая сеть | Есть | Нет |
| Комплекс Гольджи | Есть | Нет |
| Лизосомы | Есть | Нет |
| Митохондрии | Есть | Нет |
| Пластиды | Есть | Нет |
| Центриоли, микротрубочки, микрофиламенты | Есть | Нет |
| Жгутики | Если есть, то состоят из микротрубочек, окруженных цитоплазматической мембраной | Если есть, то не содержат микротрубочек и не окружены цитоплазматической мембраной |
| Клеточная стенка | Есть у растений (прочность, придает целлюлоза) и грибов (прочность придает хитин) | Есть (прочность придает пептидогликан) |
| Капсула или слизистый слой | Нет | Есть у некоторых бактерий |
| Рибосомы | Есть, крупные (80S) | Есть, мелкие (70S) |
Тесты:
1.Поддержка жизни на каком-либо уровне связано с явлением репродукции. На каком уровне организации, репродукция осуществляется на основе матричного синтеза
А. Молекулярном
Б. Субклеточном
В. Клеточном
Г. Тканевом
Д. На уровне организма
2. Установлено, что в клетках организмов отсутствуют мембранные органеллы и их наследственный материал не имеет нуклеосомной организации. Что это за организмы?
А. Простейшие
Б. Вирусы
В. Аскомицеты
Г. Эукариоты
Д. Прокариоты
3. На занятии по биологии преподаватель попросил указать в лабораторной работе степень увеличения микроскопа, которая использовалась при изучении микропрепаратов. Один из студентов не смог самостоятельно справиться с поставленной задачей. Как правильно подсчитать этот показатель?
А. Умножить показатели, указанные на всех объективах микроскопа
Б. Разделить показатель объектива с меньшим увеличением на показатель объектива с большим увеличением
В. Умножить показатели увеличения объектива и окуляра
Г. Разделить показатели увеличения объектива на показатель окуляра
Д. Вычесть показатели, указанные на всех объективах микроскопа, из значения увеличения окуляра
4. При изучении микропрепарата студент после его фиксации на предметном столике и достижения оптимальной освещённости поля зрения установил объектив «х40» и посмотрел в объектив. Преподаватель остановил студента и сказал, что при работе допущена принципиальная ошибка. Какая ошибка была допущена?
А. Не стоило фиксировать микропрепарат
Б. Изучение микропрепарата нужно было начать с помощью объектива с малым увеличением
В. Освещение регулируется в последнюю очередь
Г. Фиксация препарата производится перед завершением исследования
Д. Все манипуляции стоило проводить в обратном порядке
5. Существование жизни на всех уровнях определяется структурой более низкого уровня. Какой уровень организации предшествует и обеспечивает существование жизни на клеточном уровне:
А. Популяционно-видовой
Б. Тканевой
В. Молекулярный
Г. Организменный
Д. Биоценотический
Задачи для контроля знаний:
1. При попытке изучения микропрепарата с помощью светового микроскопа исследователь обнаружил, что всё поле зрения затемнено. Что может быть причиной этого явления? Как устранить эту проблему?
2. При попытке изучения микропрепарата с помощью светового микроскопа исследователь обнаружил, что освещена только половина поля зрения. Что может быть причиной этого явления? Как устранить эту проблему?
3. Какие манипуляции необходимо провести в случае, если при использовании светового микроскопа наблюдаемый объект виден нечётко?
А) если на окуляре есть обозначение «х15», а на объективе «х8»
Б) если кратность увеличения линзы окуляра «х10» , а объектива «х40»
6. Материалы для разбора с преподавателем и контроля его усвоения:
6.1. Разбор с преподавателем узловых вопросов для освоения темы занятия.
6.2. Демонстрация преподавателем методик практических приемов по теме.
6.3. Материал для контроля усвоения материала:
Вопросы для разбора с преподавателем:
1. Медицинская биология как наука об основах жизнедеятельности человека, изучающая закономерности наследственности, изменчивости, индивидуального и эволюционного развития, а также вопросы морфофизиологической и социальной адаптации человека к условиям окружающей среды в связи с его биосоциальной сущностью.
2. Современный этап развития общей и медицинской биологии. Место биологии в системе медицинского образования.
3. Сущность жизни. Свойства живого. Формы жизни, ее фундаментальные свойства и атрибуты. Определение понятия жизни на современном уровне развития биологической науки.
4. Эволюционно обусловленные структурные уровни организации жизни; элементарные структуры уровней и основные биологические явления, их характеризующие.
5. Значение представлений об уровнях организации живого для медицины.
6. Особое место человека в системе органического мира.
7. Соотношение физико-химических, биологических и социальных явлений в жизнедеятельности человека.
8. Оптические системы в биологических исследованиях. Строение светового микроскопа и правила работы с ним.
9. Техника изготовления временных микропрепаратов, их изучение и описание. Методы изучения структуры клетки
Практическая часть
1. Используя методические указания изучить строение микроскопа и правила работы с ним.
2. Отработать навыки работы с микроскопом и изготовления временных препаратов волокон ваты, чешуек крыла бабочки. Изучить микропрепараты: кожица луковицы, лист элодеи, мазок крови лягушки, изучить типографский шрифт.
3. Занести в протокол граф логической структуры “Строение микроскопа”.
4. Занести в протокол “Правила работы с микроскопом”
5. Заполнить таблицу «Уровни организации и исследования многоклеточного организма».
Похожая информация:
Поиск на сайте:
Прокариотические клетки по своему строению мельче и проще клеток эукариот. Среди них не бывает многоклеточных организмов, лишь иногда образуют подобие колоний. У прокариот нет ни только клеточного ядра, но и всех мембранных органелл (митохондрий, хлоропластов, ЭПС, комплекса Гольджи, центриолей и др.).
К прокариотам относятся бактерии, синезеленые водоросли (цианобактерии), археи и др. Прокариоты были первыми живыми организмами на Земле.
Функции мембранных структур выполняют выросты (впячивания) клеточной мембраны во внутрь цитоплазмы. Они бывают трубчатыми, пластинчатыми, иной формы. Ряд из них называют мезосомами. Фотосинтезирующие пигменты, дыхательные и другие ферменты располагаются на таких различных образованиях и таким образом выполняют свои функции.
У прокариот в центральной части клетки находится только одна большая хромосома (нуклеоид ), которая имеет кольцевое строение. В ее состав входит ДНК. Вместо белков, придающих форму хромосоме как у эукариот, здесь находится РНК. Хромосома не отделена от цитоплазмы мембранной оболочкой, поэтому говорят, что прокариоты - безъядерные организмы. Однако в одном месте хромосома прикреплена к клеточной мембране.
Кроме нуклеоида в строении прокариотических клеток отмечается наличие плазмид (малых хромосом также кольцевой структуры).
В отличие от эукариот цитоплазма прокариот неподвижна.
У прокариот есть рибосомы, однако они мельче рибосом эукариот.
Прокариотические клетки отличаются сложным строением своих оболочек. Кроме цитоплазматической мембраны (плазмалеммы), у них есть клеточная стенка, а также капсула и другие образования, в зависимости от типа прокариотического организма. Клеточная стенка выполняет опорную функцию и препятствует проникновению вредных веществ. В состав клеточной стенки бактерий входит муреин (гликопептид).
На поверхности прокариот часто имеются жгутики (один или множество) и различные ворсинки.
С помощью жгутиков клетки перемещаются в жидкой среде. Ворсинки выполняют разные функции (обеспечивают несмачиваемость, прикрепление, переносят вещества, участвуют в половом процессе, образуя конъюгационный мостик).
Прокариотические клетки делятся бинарным делением. У них нет митоза и мейоза. Перед делением нуклеоид удваивается.
Прокариоты часто образуют споры, которые являются способом переживания неблагоприятных условий. Споры ряда бактерий сохраняют жизнеспособность при высокой и крайне низкой температурах. При образовании споры прокариотическая клетка покрывается толстой плотной оболочкой. Ее внутреннее строение несколько изменяется.
Строение эукариотической клетки
Клеточная стенка эукариотической клетки, в отличие от клеточной стенки прокариот состоит главным образом из полисахаридов. У грибов основным является азотсодержащий полисахарид хитин. У дрожжей 6070% полисахаридов представлены глюканом и маннаном, которые связаны с белками и липидами. Функции клеточной стенки эукариот те же, что и у прокариот.
Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) также имеет трехслойную структуру. Поверхность мембраны имеет выпячивания, близкие к мезосомам прокариот. ЦПМ регулирует процессы обмена веществ клетки.
У эукариот ЦПМ способна захватывать из окружающей среды большие капли, содержащие углеводы, липиды и белки. Это явление называется пиноцитозом. ЦПМ эукариотической клетки способна также захватывать из среды твердые частицы (явление фагоцитоза). Кроме того, ЦПМ ответственна за выброс в среду продуктов обмена.
Рис. 2.2 Схема строения эукариотической клетки:
1 клеточная стенка; 2 цитоплазматическая мембрана;
3 цитоплазма; 4 ядро; 5 эндоплазматическая сеть;
6 митохондрии; 7 комплекс Гольджи; 8 рибосомы;
9 лизосомы; 10 вакуоли
Ядро отделено от цитоплазмы двумя мембранами, в которых имеются поры. Поры у молодых клеток открыты, служат они для миграции из ядра в цитоплазму предшественников рибосом, информационной и транспортной РНК. В ядре в нуклеоплазме имеются хромосомы, состоящие из двух нитевидных цепочных молекул ДНК, соединенных с белками. В ядре имеется также ядрышко, богатое матричной РНК и связанное со специфической хромосомой ядрышковым организатором.
Основной функцией ядра является участие в размножении клетки. Это носитель наследственной информации.
В эукариотической клетке ядро важнейший, но не единственный носитель наследственной информации. Часть такой информации содержится в ДНК митохондрии и хлоропластов.
Митохондрии мембранная структура, содержащая две мембраны наружную и внутреннюю, сильно складчатую. На внутренней мембране сосредоточены окислительно-восстанови-тельные ферменты. Основной функцией митохондрии является снабжение клетки энергией (образование АТФ). Митохондрии саморепродуцирующая система, так как в ней имеется собственная хромосома кольцевая ДНК и другие компоненты, которые входят в состав обычной прокариотической клетки.
Эндоплазматическая сеть (ЭС) мембранная структура, состоящая из канальцев, которые пронизывают всю внутреннюю поверхность клетки. Бывает гладкой и шероховатой. На поверхности шероховатой ЭС располагаются рибосомы, более крупные, чем рибосомы прокариот. На мембранах ЭС расположены также ферменты, осуществляющие синтез липидов, углеводов и ответственных за транспорт веществ в клетке.
Комплекс Гольджи пакеты уплощенных мембранных пузырьков цистерн, в которых осуществляется упаковка и транспорт белков внутри клетки. В комплексе Гольджи происходит также синтез гидролитических ферментов (место образования лизосом).
В лизосомах сосредоточены гидролитические ферменты. Здесь происходит расщепление биополимеров (белков, жиров, углеводов).
Вакуоли отделены от цитоплазмы мембранами. В запасных вакуолях содержатся запасные питательные вещества клетки, а в шлаковых ненужные продукты обмена и токсические вещества.
Самое очевидное отличие прокариот от эукариот заключается в наличии у последних ядра , что отражено в названии этих групп: «карио» с древнегреческого переводится как ядро, «про» — до, «эу» — хорошо. Отсюда прокариоты - это доядерные организмы, эукариоты - ядерные.
Однако это далеко не единственное и возможно не главное отличие прокариотических организмов от эукариот. В клетках прокариот вообще нет мембранных органоидов (за редким исключением) - митохондрий, хлоропластов, комплекса Гольджи, эндоплазматической сети, лизосом.
Их функции выполняют выросты (впячивания) клеточной мембраны, на которых располагаются различные пигменты и ферменты, обеспечивающие процессы жизнедеятельности.
У прокариот нет характерных для эукариот хромосом. Их основной генетический материал - это нуклеоид, обычно имеющий форму кольца. В эукариотических клетках хромосомы представляют собой комплексы ДНК и белков-гистонов (играют важную роль в упаковке ДНК). Эти химические комплексы называются хроматином. Нуклеоид прокариот не содержит гистонов, а форму ему придают связанные с ним молекулы РНК.
Хромосомы эукариот находятся в ядре. У прокариот нуклеоид находится в цитоплазме и обычно крепится в одном месте к мембране клетки.
Кроме нуклеоида в прокариотических клетках бывает разное количество плазмид - нуклеоидов существенно меньшего размера, чем основной.
Количество генов в нуклеоиде прокариот на порядок меньше, чем в хромосомах. У эукариот есть множество генов, выполняющих регуляторную функцию по отношению к другим генам. Это дает возможность эукариотическим клеткам многоклеточного организма, содержащим одну и ту же генетическую информацию, специализироваться; изменяя свой метаболизм, более гибко реагировать на изменения внешней и внутренней среды. Отличается и структура генов. У прокариот гены в ДНК располагаются группами - оперонами. Каждый оперон транскрибируется как единое целое.
Отличия прокариот от эукариот есть и в процессах транскрипции и трансляции. Самое главное заключается в том, что в прокариотических клетках эти процессы могут протекать одновременно на одной молекуле матричной (информационной) РНК: в то время как она еще синтезируется на ДНК, на готовом ее конце уже «сидят» рибосомы и синтезируют белок. В эукариотических клетках мРНК после транскрипции претерпевает так называемое созревание. И только после этого на ней может синтезироваться белок.
Рибосомы прокариот меньше (коэффициент седиментации 70S), чем у эукариот (80S). Отличается количество белков и молекул РНК в составе субъединиц рибосом. Следует отметить, что рибосомы (а также генетический материал) митохондрий и хлоропластов схожи с прокариотами, что может говорить об их происхождении от древних прокариотических организмов, оказавшихся внутри клетки-хозяина.
Прокариоты отличаются обычно более сложным строением своих оболочек. Кроме цитоплазматической мембраны и клеточной стенки у них также имеется капсула и другие образования, в зависимости от типа прокариотического организма. Клеточная стенка выполняет опорную функцию и препятствует проникновению вредных веществ. В состав клеточной стенки бактерий входит муреин (гликопептид). Среди эукариот клеточная стенка есть у растений (ее основной компонент - целлюлоза), у грибов - хитин.
Прокариотические клетки делятся бинарным делением. У них нет сложных процессов клеточного деления (митоза и мейоза) , характерных для эукариот. Хотя перед делением нуклеоид удваивается, так же как хроматин в хромосомах. В жизненном цикле эукариот наблюдается чередование диплоидной и гаплоидной фаз. При этом обычно преобладает диплоидная фаза. В отличие от них у прокариот такого нет.
Клетки эукариот различны по размерам, но в любом случае существенно крупнее прокариотических (в десятки раз).
Питательные вещества в клетки прокариот поступают только с помощью осмоса. У эукариотических клеток кроме этого может также наблюдаться фаго- и пиноцитоз («захват» пищи и жидкости с помощью цитоплазматической мембраны).
В целом отличие прокариот от эукариот заключается в однозначно более сложном строении последних. Считается, что клетки прокариотического типа возникли путем абиогенеза (длительной химической эволюции в условиях ранней Земли). Эукариоты появились позже от прокариотов, путем их объединения (симбиотическая, а также химерная гипотезы) или эволюции отдельно взятых представителей (инвагинационная гипотеза). Сложность клеток эукариот позволила им организовать многоклеточный организм, в процессе эволюции обеспечить все основное разнообразие жизни на Земле.
Таблица отличий прокариот от эукариот
| Нет | Есть |
| Нет. Их функции выполняют впячивания клеточной мембраны, на которых располагаются пигменты и ферменты. | Митохондрии, пластиды, лизосомы, ЭПС, комплекс Гольджи |
| Более сложные, бывают различные капсулы. Клеточная стенка состоит из муреина. | Основной компонент клеточной стенки целлюлоза (у растений) или хитин (у грибов). У клеток животных клеточной стенки нет. |
| Существенно меньше. Представлен нуклеоидом и плазмидами, которые меют кольцевую форму и находятся в цитоплазме. | Объем наследственной информации значительный. Хромосомы (состоят из ДНК и белков). Характерна диплоидность. |
| Бинарное деление клетки. | Есть митоз и мейоз. |
| Для прокариот не характерна. | Представлены как одноклеточными, так и многоклеточными формами. |
| Мельче | Крупнее |
| Более разнообразный (гетеротрофы, фотосинтезирующие и хемосинтезирующие различными способами автотрофы; анаэробное и аэробное дыхание). | Автотрофность только у растений за счет фотосинтеза. Почти все эукариоты аэробы. |
| Из неживой природы в процессе химической и предбиологической эволюции. | От прокариот в процессе их биологической эволюции. |
Эукариотических клеток
Наиболее сложная организация присуща эукариотическим клеткам животных и растений. Строение клеток животных и растений характеризуется принципиальным сходством, но форма, размеры и масса их чрезвычайно разнообразны и зависят от того, является ли организм одноклеточным или многоклеточным. Например, диа-томовые водоросли, эвгленовые, дрожжи, миксомицеты и простейшие являются одноклеточными эукариотами, тогда как организмы подавляющего большинства других типов являются многоклеточными эукариотами, количество клеток у которых составляет от нескольких (например, у некоторых гельминтов) до миллиардов (у млекопитающих) на организм. Организм человека состоит из около 10 различных клеток, которые различаются между собой по осуществляемым ими функциям.
В случае человека насчитывают более 200 типов разных клеток. Наиболее многочисленными клетками в организме человека являются эпителиальные клетки, среди которых различают орого-вевающие клетки (волос и ногтей), клетки, обладающие всасывательной и барьерной функциями (в желуд очно-кишечном тракте, мочеполовых путях, роговице, влагалище и других системах органов), клетки, выстилающие внутренние органы и полости (пневмо-циты, серозные клетки и многие другие). Различают клетки, обеспечивающие метаболизм и накопление резервных веществ (гепатоциты, жировые клетки). Большую группу составляют эпителиальные и соединительнотканные клетки, секретизирующие внеклеточный матрикс (амилобласты, фибробласты, остеобласты и другие) и гормоны, а также сократительные клетки (скелетных и сердечных мышц, радужной оболочки и других структур), клетки крови и иммунной системы (эритроциты, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, Т-лимфоциты и другие). Существуют также клетки, выполняющие роль сенсорных преобразователей (фоторецепторы, осязательные, слуховые, обонятельные, вкусовые и другие рецепторы). Значительное число клеток представлено нейронами и гли-альными клетками центральной нервной системы. Существуют также специализированные клетки хрусталика глаза, пигментные клетки и питающие клетки, далее следует назвать подовые клетки. Известны и многие другие типы клеток человека.
В природе не существует некой типичной клетки, ибо все они характеризуются чрезвычайным разнообразием. Тем не менее все эукариотические клетки существенно отличаются от прокариотических клеток по ряду свойств и прежде всего по объему, форме и размерам. Объем большинства эукариотических клеток превышает объем прокариотов в 1000-10 000 раз. Такой объем прокариотических клеток связан с содержанием в них различных органелл, осуществляющих всевозможные клеточные функции. Для эукариотических клеток характерно также наличие большого количества генетического материала, сосредоточенного в основном в относительно большом количестве хромосом, что обеспечивает им большие возможности в дифференцировке и специализации.
Не менее важной особенностью эукариотических клеток является то, что им присуща компартментализация, обеспеченная наличием внутренних мембранных систем. В результате этого многие ферменты локализуются в определенных компартментах. Например, почти все ферменты, катализирующие синтез белков в животных клетках, локализованы в рибосомах, тогда как ферменты, катализирующие синтез фосфолипидов, в основном сосредоточены на клеточной ци-топлазматической мембране. В отличие от прокариотических клеток в эукариотических клетках имеется ядрышко.
Эукариотические клетки по сравнению с прокариотическими обладают более сложной системой восприятия веществ из окружающей среды, без чего невозможна их жизнь. Существуют и другие различия между эукариотическими и прокариотическими клетками.
Форма клеток бывает самой разнообразной и часто зависит также от выполняемых ими функций. Например, многие простейшие имеют овальную форму, тогда как эритроциты являются овальными дисками, а мышечные клетки млекопитающих вытянуты. Размеры эукариотических клеток являются микроскопическими (табл. 3).
Некоторые виды клеток характеризуются значительными размерами. Например, размеры нервных клеток у крупных животных достигают нескольких метров в длину, а у человека - до 1 метра. Клетки отдельных тканей растений достигают нескольких миллиметров в длину.
Считают, что чем крупнее организм в пределах вида, тем крупнее его клетки. Однако для родственных видов животных, различающихся по размерам, характерны и сходные по размерам клетки. Например, у всех млекопитающих сходны по размерам эритроциты.
Клетки различаются также и по массе. Например, одиночная клетка печени (гепатоцит) человека весит 19-9 г.
Соматическая клетка человека (типичная эукариотическая клетка) представляет собой образование, состоящее из множества структурных компонентов микроскопических и субмикроскопических размеров(рис. 46).
Использование электронной микроскопии и других методов позволило установить чрезвычайное разнообразие в структуре как оболочки и цитоплазмы, так и ядра. В частности, был установлен мембранный принцип строения внутриклеточных структур, исходя из которого различают ряд структурных компонентов клетки, а именно.
Прокариоты – древнейшие организмы, образующие самостоятельное царство. К прокариотам относятся бактерии, сине-зеленые «водоросли» и ряд других мелких групп.
Клетки прокариот не обладают, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий). Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов – линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид) не образует комплекса с белками-гистонами (так называемого хроматина). К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зелёные водоросли). Также к ним можно условно отнести постоянные внутриклеточные симбионты эукариотических клеток – митохондрии и пластиды.
Эукариоты (эвкариоты) (от греч. eu– хорошо, полностью иkaryon– ядро) – организмы, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключён в нескольких линейных двухцепочечных молекулах ДНК (в зависимости от вида организмов их число на ядро может колебаться от двух до нескольких сотен), прикрепленных изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства (кроме динофлагеллят) комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.). Кроме того, у подавляющего большинства имеются постоянные внутриклеточные симбионты-прокариоты – митохондрии, а у водорослей и растений – также и пластиды.
2. Клетки эукариот. Строение и функции
К эукариотам относятся растения, животные, грибы.
Клеточной стенки у клеток животных нет. Она представлена голым протопластом. Пограничный слой клетки животных – гликокаликс – это верхний слой цитоплазматической мембраны, «усиленный» молекулами полисахаридов, которые входят в состав межклеточного вещества.
Митохондрии имеют складчатые кристы.
В клетках животных есть клеточный центр, состоящий из двух центриолей. Это говорит о том, что любая клетка животных потенциально способна к делению.
Включение в животной клетке представлено в виде зерен и капель (белки, жиры, углевод гликоген), конечных продуктов обмена, кристаллов солей, пигментов.
В клетках животных могут быть сократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли небольших размеров.
В клетках нет пластид, включений в виде крахмальных зерен, крупных вакуолей, заполненных соком.
3. Сопоставление прокариотической и эукариотической клеток
Наиболее важным отличием эукариот от прокариот долгое время считалось наличие оформленного ядра и мембранных органоидов. Однако к 1970 – 1980-м гг. стало ясно, что это лишь следствие более глубинных различий в организации цитоскелета. Некоторое время считалось, что цитоскелет свойственен только эукариотам, но в середине 1990-х гг. белки, гомологичные основным белкам цитоскелета эукариот, были обнаружены и у бактерий. (Таблица 16).
Именно наличие специфическим образом устроенного цитоскелета позволяет эукариотам создать систему подвижных внутренних мембранных органоидов. Кроме того, цитоскелет позволяет осуществлять эндо- и экзоцитоз (как предполагается, именно благодаря эндоцитозу в эукариотных клетках появились внутриклеточные симбионты, в том числе митохондрии и пластиды). Другая важнейшая функция цитоскелета эукариот – обеспечение деления ядра (митоз и мейоз) и тела (цитотомия) эукариотной клетки (деление прокариотических клеткок организовано проще). Различия в строении цитоскелета объясняют и другие отличия про- и эукариот. Например, постоянство и простоту форм прокариотических клеток и значительное разнообразие формы и способность к её изменению у эукариотических, а также относительно большие размеры последних.
Так, размеры прокариотических клеток составляют в среднем 0,5 – 5 мкм, размеры эукариотических – в среднем от 10 до 50 мкм. Кроме того, только среди эукариот попадаются поистине гигантские клетки, такие как массивные яйцеклетки акул или страусов (в птичьем яйце весь желток – это одна огромная яйцеклетка), нейроны крупных млекопитающих, отростки которых, укрепленные цитоскелетом, могут достигать десятков сантиметров в длину.
По своей структуре организмы могут одноклеточными и многоклеточными. Прокариоты преимущественно одноклеточны, за исключением некоторых цианобактерий и актиномицетов. Среди эукариот одноклеточное строение имеют простейшие, ряд грибов, некоторые водоросли. Все остальные формы многоклеточны. Считается, что одноклеточными были первые живые организмы Земли.