Сравнительная характеристика строения клеток прокариот и эукариот. Прокариотическая и эукариотическая клетки Ядерная мембрана у прокариот и эукариот

Основная статья: Сравнение строения клеток бактерий, растений и животных

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.

Сравнение прокариотической и эукариотической клеток

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 клеток 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 0,5-5мкм, 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.

Анаплазия

Разрушение клеточной структуры (например, при злокачественных опухолях) носит название анаплазии.

Межклеточные контакты

Основная статья: Межклеточные контакты

У высших животных и растений клетки объединены в ткани и органы, в составе которых они взаимодействуют между собой, в частности, благодаря прямым физическим контактам. В растительных тканях отдельные клетки соединяются между собой с помощью плазмодесм, а животные образуют различные типы клеточных контактов.

Плазмодесмы растений - это тонкие цитоплазматические каналы, которые проходят через клеточные стенки соседних клеток, соединяя их между собой. Полость плазмодесм устлана плазмалеммой. Совокупность всех клеток, объединенных плазмодесмами, называется симпластом, между ними возможен регулируемый транспорт веществ.

Межклеточные контакты позвоночных животных на основе строения и функций разделяют на три основных типа: якорные (англ. anchoring junctions ), включающие адгезионные контакты и десмосомы, плотные или изоляционные (англ. tight junction ) и щелевые или коммуникационные (англ. gap junction ). Кроме того, некоторые особые виды соединений между клетками, такие как химические синапсы нервной системы и иммунологические синапсы (между T-лимфоцитами и антигенпредставляющими клетками), объединяют по функциональному признаку в отдельную группу: контакты, которые передают сигналы, (англ. signal-relaying junction ). Однако в межклеточном сигнализировании могут участвовать и якорные, щелевые и плотные контакты .

Основные характеристики межклеточных контактов позвоночных животных
Якорные контакты	Плотные контакты	Щелевые контакты
Якорные контакты физически соединяют клетки между собой, обеспечивают целостность и прочность тканей, в частности эпителиальных и мышечных. При образовании контактов этого типа элементы цитоскелета соседних клеток как бы объединяются в единую структуру: с помощью специальных якорных белков они прикрепляются к внутриклеточной части белков кадгенринов, проходящих через плазматическую мембрану, и в межклеточном пространстве прикрепляются к кадгеринам соседних клеток. Различают два основных типа якорных контактов: адгезионные, объединяющие микрофиламенты соседних клеток; и десмосомы, в образовании которых принимают участиепромежуточные филаменты.	Плотные (изоляционные) контакты обеспечивают максимальное сближение мембран соседних клеток, между которыми остается промежуток в 2-3 нм. Этот тип контактов чаще всего возникает вэпителии. Плотные контакты образуют непрерывные пояса вокруг каждой клетки, крепко прижимая их друг к другу и предотвращая протекание межклеточной жидкости между ними. Такие контакты необходимы, в частности, для обеспеченияводонепроницаемости кожи. В формировании тесных контактов принимают участие белки окклюдины, клаудины и другие.	Щелевые (коммуникационные) контакты - это небольшие участки, на которыхплазмалеммы соседних клеток приближены друг к другу на расстояние 2-4 нм и пронизаны белковыми комплексами - коннексонами. Каждый коннексон состоит из шести трансмембранных белков коннексинов, которые окружают небольшие гидрофильные поры диаметром в 1,5 нм. Через эти каналы от одной клетки к другой могут проходить ионы и другие небольшие гидрофильные молекулы. Таким образом происходит общение между соседними клетками. Щелевые контакты характерны для большинства тканей животного организма: в частности, эпителиальной, соединительной, сердечной мышцы, нервной (где формируют электрические синапсы) и др.

Клеточный цикл

Основная статья: Клеточный цикл

Деление клетки

Клетки лука в различных фазахклеточного цикла

Митоз клеток мыши на стадиителофазы: веретено деления (микротрубочки) закрашены оранжевым, актиновые филаменты - зеленым, хроматин - голубым

Деление раковых клеток (оптический микроскоп, замедленная киносъёмка)

Основная статья: Деление клетки

Дополнительные сведения: Амитоз, Митоз, и Мейоз

См. также: Деление прокариотических клеток

Деление эукариотических клеток]

Амито́з - прямое деление клетки , происходит в соматических клетках эукариот реже, чем митоз. В большинстве случаев амитоз наблюдается в клетках со сниженной митотической активностью: это стареющие или патологически измененные клетки, часто обреченные на гибель (клетки зародышевых оболочек млекопитающих, опухолевые клетки и другие). При амитозе морфологически сохраняется интерфазное состояние ядра, хорошо видны ядрышко и ядерная оболочка. Репликация ДНК отсутствует. Спирализация хроматина не происходит, хромосомы не выявляются. Клетка сохраняет свойственную ей функциональную активность, которая почти полностью исчезает при митозе. Таково, например, деление макронуклеусов многих инфузорий, где без образования веретенапроисходит сегрегация коротких фрагментов хромосом. При амитозе делится только ядро, причём без образования веретена деления, поэтому наследственный материал распределяется случайным образом. Отсутствие цитокинеза приводит к образованию двуядерных клеток, которые в дальнейшем не способны вступать в нормальный митотический цикл. При повторных амитозах могут образовываться многоядерные клетки.

Мито́з (от греч. μιτος - нить) - непрямое деление клетки, наиболее распространённый способ репродукции эукариотических клеток, один из фундаментальных процессов онтогенеза. Митотическое деление обеспечивает рост многоклеточных эукариот за счёт увеличения популяции тканевых клеток. Биологическое значение митоза заключается в строго одинаковом распределении хромосоммежду дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений . Дробление оплодотворённого яйца и рост большинства тканей у животных также происходит путём митотических делений . На основании морфологических особенностей митоз условно подразделяется на:

· профазу,

· прометафазу,

· метафазу,

· анафазу,

· телофазу.

Продолжительность митоза в среднем составляет 1-2 часа . В клетках животных митоз, как правило, длится 30-60 минут, а в растительных - 2-3 часа . Клетки человека за 70 лет суммарно претерпевают порядка 10 14 клеточных делений .

Мейоз (от греч. meiosis - уменьшение) или редукционное деление клетки - деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать с гаметогенезом - образованием специализированных половых клеток или гамет из недифференцированных стволовых. Уменьшение числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле ведёт к переходу от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса. В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма. Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Определённые ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации).

Все живые организмы могут быть распределены в одну из двух групп (прокариоты или эукариоты) в зависимости от основной структуры их клеток. Прокариоты - живые организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра и мембранных органелл. Эукариоты - живые организмы, которых содержат ядро, а также мембранные органеллы.

Клетка является фундаментальной составляющей нашего современного определения жизни и живых существ. Клетки рассматриваются в качестве основных строительных блоков жизни и используются в определении того, что значит быть «живым».

Давайте взглянем на одно определение жизни: «Живые существа - это химические организации, состоящие из клеток и способные размножаться» (Китон, 1986). Это определение базируется на двух теориях - клеточной теории и теории биогенеза. впервые была предложена в конце 1830-х годов немецкими учеными Маттиасом Якобом Шлейденом и Теодором Шванном. Они утверждали, что все живые существа состоят из клеток. Теория биогенеза, предложенная Рудольфом Вирховым в 1858 году, утверждает, что все живые клетки возникают из существующих (живых) клеток и не могут появиться спонтанно из неживой материи.

Компоненты клеток заключены в мембрану, которая служит барьером между внешним миром и внутренними составляющими клетки. Клеточная мембрана - избирательный барьер, это означает, что он пропускает некоторые химические вещества, поддерживающие равновесие, необходимое для жизнедеятельности клеток.

Клеточная мембрана регулирует перемещение химических веществ из клетки в клетку следующими способами:

• диффузия (тенденция молекул вещества к минимизации концентрации, то есть перемещение молекул из области с более высокой концентрацией по направлению к области с более низкой до момента выравнивания концентрации);
• осмос (движение молекул растворителя через частично проницаемую мембрану для того, чтобы уравнять концентрацию растворенного вещества, которое не в состоянии двигаться через мембрану);
• селективный транспорт (при помощи мембранных каналов и насосов).

Прокариоты - организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра или любых мембранных органелл. Это означает, что генетический материал ДНК у прокариот не связан в ядре. Кроме того, ДНК прокариот менее структурирована, чем у эукариот. В прокариотах ДНК одноконтурная. ДНК эукариот организована в хромосомы. Большинство прокариот состоят только из одной клетки (одноклеточные), но есть несколько и многоклеточных. Ученые разделяют прокариот на две группы: и .

Типичная клетка прокариота включает:

• плазматическую (клеточную) мембрану;
• цитоплазму;
• рибосомы;
• жгутики и пили;
• нуклеоид;
• плазмиды;

Эукариоты

Эукариоты - живые организмы, клетки которых содержат ядро и мембранные органеллы. Генетический материал у эукариот находится в ядре, а ДНК организована в хромосомы. Эукариотические организмы могут быть одноклеточными и многоклеточными. являются эукариотами. Также эукариоты включают растения, грибы и простейших.

Типичная клетка эукариота включает:

• ядрышко;

Клетка - элементарная структурно-функциональная единица строения и жизнедеятельности всех организмов, которая обладает собственным обменом веществ и способна к самостоятельному существованию, самовоспроизведению. Организмы, состоящие из одной клетки, называются одноклеточным. К одноклеточным организмам можно отнести многие простейшие (саркодовые, жгутиконосцы, споровики, инфузории) и бактерии. Каждая клетка в своем составе имеет до 80% воды, и только остальное приходится на массу сухого вещества.

Особенности строения клеток

Все клеточные формы жизни на основании особенностей строения составляющих их клеток можно разделить на два вида (надцарствия):
1. Прокариоты (доядерные) - возникшие раньше в процессе эволюции и более простые по строению. Это одноклеточные живые организмы, не обладающие оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами. Средний диаметр клетки составляет 0,5-10 мкм. Имеет одну кольцевую молекулу ДНК расположенную в цитоплазме. Обладает простым бинарным делением. При этом веретено деления не образуется;
2. Эукариоты (ядерные) - возникшие позже более сложные клетки. Все организмы, кроме бактерий и архей, являются ядерными. Каждая ядерная клетка содержит ядро. Средний диаметр клетки составляет 10-100 мкм. Обычно имеет несколько линейных молекул ДНК (хромосом) находящихся в ядре. Обладает делением мейоз или митоз. Образует веретено деления.

В свою очередь эукариоты можно также разделить на два вида (царства):
1. Растительные клетки;
2. Животные клетки.

Особенности строения животной клетки можно увидеть на картинке выше. Клетку можно разделить на следующие составляющие части:
1. Клеточная мембрана ;
2. Цитоплазма или цитазоль ;
3. Цитоскелет ;
4. Центриоли ;
5. Аппарат гольджи ;
6. Лизосома;
7. Рибосома;
8. Митохондрия;


11. Ядро;
12. Ядрышко;
13. Пероксисома.

Особенности строения растительной клетки можно также увидеть на картинке расположенной выше. Клетку можно разделить на следующие составляющие части:
1. Клеточная мембрана ;
2. Цитоплазма или цитазоль ;
3. Цитоскелет ;
4. Поры;
5. Аппарат гольджи ;
6. Центральная вакуоль;
7. Рибосома;
8. Митохондрия;
9. Шероховатый эндоплазматический ретикулум;
10. Гладкий эндоплазматический ретикулум;
11. Ядро;
12. Ядрышко.

Особенности строения клеток эукариот и прокариот

Об особенностях строения клеток эукариот и прокариот можно написать целую статью, но всё же постараемся выделить только важные части и разберём отличие одного надцарствия над другим. Описывать различие начнём двигаясь к ядру.

Замечание 1

Все известные одноклеточные и многоклеточные организмы делят на две группы – прокариоты и эукариоты.

Для животных клеток, клеток большинства видов растений и грибов характерны интерфазное ядро и типичные для всех клеток органоиды. Эти организмы называют ядерными, или эукариотами.

Другая, меньшая по численности группа организмов, и, наверное, по происхождению более древняя, называется прокариоты (доядерные) . Это бактерии и сине-зелёные водоросли (цианобактерии), у которых нет настоящего ядра и многих органоидов цитоплазмы.

Клетки прокариот

Клетки прокариотов имеют относительно простое строение. В прокариотической клетке нет настоящего ядра, ядрышка и хромосом. Вместо клеточного ядра есть его эквивалент – нуклеоид (подобное ядру образование), лишённый оболочки и состоящий из одной единственной кольцевой молекулы ДНК, связанной с очень небольшим количеством белка. Это скопление нуклеиновых кислот и белков, лежащих в цитоплазме, и не отделённых от неё мембраной.

Замечание 2

Именно этот признак является решающим при делении клеток на прокариотические (доядерные) и эукариотические (ядерные).

Прокариотические клетки не имеют внутренних мембран, кроме вмятин плазмолеммы. Это означает, что у них отсутствуют такие органеллы как митохондрии, эндоплазматическая сеть, хлоропласты, лизосомы и комплекс Гольджи, которые окружены мембраной и присутствуют в эукариотических клетках. Нет также вакуоль. Из органелл там есть лишь более мелкие, чем у клеток эукариот, рибосомы.

Клетки прокариот покрыты плотной клеточной стенкой и часто слизистой капсулой.

В состав клеточной стенки входит муреин . Его молекула состоит из параллельно расположенных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими цепями пептидов.

Плазматическая мембрана может прогибаться внутрь цитоплазмы, образуя мезосомы . На мембранах мезосом расположены окислительно – восстановительные ферменты, а у фотосинтезирующих прокариот – ещё и соответствующие пигменты (бактериохлорофилл у бактерий, хлорофилл a и фикобилины у цианобактерий). Благодаря этому такие мембраны способны выполнять функции митохондрий, хлоропластов и других органелл. Бесполое размножение прокариот осуществляется простым делением клетки пополам.

Клетки эукариот

Все эукариотические клетки разделены на компартменты - реакционные пространства – многочисленными мембранами. В этих отсеках независимо друг от друга одновременно происходят различные химические реакции.

В клетке главные функции распределены между ядром и различными органеллами - митохондриями, рибосомами, комплексом Гольджи и пр. Ядро, пластиды и митохондрии отграничены от цитоплазмы двумембранной оболочкой. Ядро клетки содержит генетический материал. Хлоропласты растений в основном выполняют функцию улавливания солнечной энергии и превращают её на химическую энергию углеводов в процессе фотосинтеза, а митохондрии вырабатывают энергию расщепляя углеводы, жиры, белки и другие органические соединения.

К мембранным системам цитоплазмы клеток эукариот относятся эндоплазматическая сетка и комплекс Гольджи, необходимые для осуществления жизненных процессов клетки. Лизосомы, пероксисомы и вакуоли так же выполняют специфические функции.

Только хромосомы, рибосомы, микротрубочки и микрофиламенты немембранного происхождения.

Делятся эукариотические клетки путём митоза.

1. Вспомните примеры многоядерных клеток.

Ответ. Многоядерная клетка, тип клетки, имеющей много ядер. Ядра образуются в том случае, когда в клетке неоднократно делится только ядро, а клетка в целом и ее оболочка остаются прежними. Из таких клеток состоят, например, волокна поперечно-полосатой мускулатуры; они образуют ткань, известную под названием синцитий (соклетие). Многоядерные клетки имеются также у некоторых водорослей и грибов.

2. Какую форму могут иметь бактерии?

Ответ. По особенностям морфологии выделяют следующие группы бактерий: кокки (более или менее сферические), бациллы (палочки или цилиндры с закругленными концами), спириллы (жесткие спирали) и спирохеты (тонкие и гибкие волосовидные формы). Некоторые авторы склонны объединять две последние группы в одну – спириллы.

Вопросы после §18

1. Какую форму имеет ДНК у бактерий?

Ответ. Единственная кольцевая молекула ДНК, находящаяся в клетках прокариот и условно называемая бактериальной хромосомой, находится в центре клетки, однако эта молекула ДНК не окружена мембраной и располагается непосредственно в цитоплазме в виде туго скрученных спиралей

2. Могут ли бактерии размножаться половым путём?

Ответ. 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.

3. Когда у бактерий образуются споры и какова их функция?

Ответ. В неблагоприятных условиях (холод, жара, засуха и т. д.) многие бактерии способны образовывать 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 неё снова прорастает активная бактерия. Недавно немецкие исследователи сообщили, что им удалось «оживить» споры бактерий, которые образовались 180 млн лет назад при высыхании древних морей!

4. Что такое мезосомы и какие функции они выполняют?

Ответ. Клеточная мембрана прокариот образует многочисленные впячивания внутрь клетки – мезосомы. На них располагаются ферменты, обеспечивающие реакции обмена веществ в прокариотической клетке.

Рассмотрите таблицу 3. Выделите основные отличия прокариотических и эукариотических клеток.

Ответ. Эукариоты представляют собой надцарство живых организмов. В переводе с греческого языка «эукариот» обозначает «владеющий ядром» . Соответственно эти организмы в своем составе имеют ядро, в котором закодирована вся генетическая информация. К ним относятся грибы, растения и животные.

Прокариоты – это живые организмы, в клетках которых ядро отсутствует. Характерными представителями прокариот являются бактерии и цианобактерии.

Эукариоты и прокариоты сильно отличаются по размеру друг от друга. Так средний диаметр эукариотической клетки - до 40 мкм и более, а прокариотической – 0,3-5,0 мкм мм.

Прокариоты имеют кольцевую ДНК, которая располагается в нуклеоиде. Эта клеточная область отделена от остальной цитоплазмы при помощи мембраны. ДНК никак не связана с РНК и белками, отсутствуют хромосомы.

ДНК эукариотических клеток линейная, располагается в ядре, в котором имеются хромосомы.

Прокариоты размножаются в основном простым делением пополам, в то время как эукариоты делятся при помощи митоза, мейоза или сочетанием этих двух способов.

У эукариотических клеток имеются органеллы, характеризующиеся наличием собственного генетического аппарата: митохондрии и пластиды. Они окружены мембраной и имеют способность к размножению посредством деления.

В прокариотических клетках также встречаются органеллы, но в меньшем количестве и не ограниченные мембраной.

Жгутики эукариот имеют достаточно сложное строение. Некоторые прокариоты также имеют жгутики, они разнообразны и имеют простое строение.