Строение клеток прокариот и эукариот. Кто такие эукариоты и прокариоты: сравнительная характеристика клеток разных царств Строение эукариот и прокариот сходства различия
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.
Прочитаем информацию .
Клетка - сложная система, состоящая из трех структурно-функциональных подсистем поверхностного аппарата, цитоплазмы с органоидами и ядра.
Прокариоты (доядерные) - клетки, не обладающие, в отличие от эукариотов, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами.
Эукариоты (ядерные) - клетки, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, ограниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой.
Сравнительная характеристика строения клеток прокариот и эукариот
|
Структура |
Эукариотические клетки |
Прокариотические клетки |
|
Есть у растений, грибов; отсутствует у животных у животных. Состоит из целлюлозы (у растений) или хитина (у грибов) |
Есть. Состоит из полимерных белковоуглеводных молекул |
|
|
Есть и окружено мембраной |
Нуклеарная область; ядерной мембраны нет |
|
|
Кольцевые; белка практически не содержат. Транскрипция и трансляция происходят в цитоплазме |
||
|
Есть, но они меньше по размеру |
||
|
Есть у большинства клеток | ||
|
Есть у всех организмов, кроме высших растений |
Есть у некоторых бактерий |
|
|
Есть у растительных клеток |
Нет. Фотосинтез зеленых и пурпурных протекает в бактриохлорофиллах (пигментах) |
|
|
Изображение |
Эукариотическая клетка |
Прокариотическая клетка
|
Клеточная стенка - жёсткая оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны и выполняющая структурные, защитные и транспортные функции. Обнаруживается у большинства бактерий, архей, грибов и растений. Клетки животных и многих простейших не имеют клеточной стенки.
Плазматическая (клеточная) мембрана - поверхностная, периферическая структура, окружающая протоплазму растительных и животных клеток.
Ядро - обязательная часть клетки у многих одноклеточных и всех многоклеточных организмов.
Термин «ядро» (лат. nucleus) впервые применил Р. Броун в 1833 году, когда описывал шарообразные структуры, наблюдаемые им в клетках растений.
Цитоплазма - внеядерная часть клетки, в которой содержатся органоиды. Ограничена от окружающей среды плазматической мембраной.
Хромосомы - структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК, в которой заключена наследственная информация организма.
Эндоплазматический ретикулум (ЭПС) - клеточный органоид; система канальцев, пузырьков и «цистерн», отграниченных мембранами.
Расположена в цитоплазме клетки. Участвует в обменных процессах, обеспечивая транспорт веществ из окружающей среды в цитоплазму и между отдельными внутриклеточными структурами.
Рибосомы - внутриклеточные частицы, состоящие из рибосомной РНК и белков. Присутствуют в клетках всех живых организмов.
Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи) - органоид клетки, участвующий в формировании продуктов ее жизнедеятельности (различных секретов, коллагена, гликогена, липидов и др.), в синтезе гликопротеидов.
Гольджи Камилло (1844 — 1926) - итальянский гистолог.
Разработал (1873) метод приготовления препаратов нервной ткани. Установил два типа нервных клеток. Описал т. н. Гольджи аппарат и др. Нобелевская премия (1906, совместно с С. Рамон-и-Кахалем).
Лизосомы - структуры в клетках животных и растительных организмов, содержащие ферменты, способные расщеплять (т. е лизировать — отсюда и название) белки, полисахариды, пептиды, нуклеиновые кислоты.
Митохондрии - органеллы животных и растительных клеток. В митохондрии протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетки энергией. Число митохондрий в одной клетке от единиц до нескольких тысяч. У прокариот отсутствуют (их функцию выполняет клеточная мембрана).
Вакуоли - полости, заполненные жидкостью (клеточным соком), в цитоплазме растительных и животных клеток.
Реснички - тонкие нитевидные и щетинковидные выросты клеток, способные совершать движения. Характерны для инфузорий, ресничных червей, у позвоночных и человека — для эпителиальных клеток дыхательных путей, яйцеводов, матки.
Жгутики - нитевидные подвижные цитоплазматические выросты клетки, свойственные многим бактериям, всем жгутиковым, зооспорам и сперматозоидам животных и растений. Служат для передвижения в жидкой среде.Хлоропласты - внутриклеточные органоиды растительной клетки, в которых осуществляется фотосинтез; окрашены в зеленый цвет (в них присутствует хлорофилл).
Микротрубочки - белковые внутриклеточные структур, входящие в состав цитоскелета.
Представляют собой полые внутри цилиндры диаметром 25 нм.
В клетках микротрубочки играют роль структурных компонентов и участвуют во многих клеточных процессах, включая митоз, цитокенез и везикулярный транспорт.
Микрофиламенты (МФ) - нити, состоящие из молекул белка и присутствующие в цитоплазме всех эукариотический клеток.
Имеют диаметр около 6-8 нм.
Органоиды (органеллы) - постоянные клеточные компоненты, выполняющие определенные функции в жизни клетки.
Используемая литература:
1.Биология: полный справочник для подготовки к ЕГЭ. / Г.И.Лернер. - М.: АСТ: Астрель; Владимир; ВКТ, 2009
2.Биология: учеб. для учащихся 11 класса общеобразоват. Учреждений: Базовый уровень / Под ред. проф. И.Н.Пономаревой. - 2-е изд., перераб. - М.: Вентана-Граф, 2008.
3.Биология для поступающих в вузы. Интенсивный курс / Г.Л.Билич, В.А.Крыжановский. - М.: Издательство Оникс, 2006.
4.Общая биология: учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / В.Б.Захаров, С.Г.Сонин. - 2-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2006.
5.Биология. Общая биология. 10-11 классы: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый уровень / Д.К.Беляев, П.М.Бородин, Н.Н.Воронцов и др. под ред. Д.К.Беляева, Г.М.Дымшица; Рос. акад. наук, Рос. акад. образования, изд-во «Просвещение». - 9-е изд. - М.: Просвещение, 2010.
6.Биология: учеб.-справ.пособие / А.Г.Лебедев. М.: АСТ: Астрель. 2009.
7.Биология. Полный курс общеобразовательной средней школы: учебное пособие для школьников и абитуриентов / М.А.Валовая, Н.А.Соколова, А.А. Каменский. - М.: Экзамен, 2002.
Используемые Интернет-ресурсы.
Сходства и различия в строении прокариотических и эукариотических клеток
1. Вспомните примеры многоядерных клеток.
2. Какую форму могут иметь бактерии?
Прокариоты.
Древнейшие на Земле организмы не имеют клеточного ядра и называются прокариотами, т. е, доядерными. Они объединяются в отдельное царство - Дробянки, к которому относятся бактерии и сине-зеленые водоросли.
Каковы же отличительные признаки прокариотических клеток по сравнению с эукариотическими?
Клетки прокариот, как правило, значительно меньше, чем у эукариот - их размеры редко превышают 10 мкм, а бывают размером даже 0,3 X 0,2 мкм. Правда, есть и исключения - описана огромная бактериальная клетка размером 100 х 10 мкм.
Строение и обмен веществ прокариот. Прокариоты, как следует из их названия, не имеют оформленного ядра.
Единственная кольцевая молекула ДНК , находящаяся в клетках прокариот и условно называемая бактериальной хромосомой, находится в центре клетки, однако эта молекула ДНК не имеет оболочки и располагается непосредственно в цитоплазме (рис. 36).
Снаружи клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной . Строение мембран у двух этих групп организмов одинаковое. Клеточная мембрана прокариот образует многочисленные впячивания внутрь клетки - мезосомы. На них располагаются ферменты, обеспечивающие реакции обмена веществ в прокариотической клетке. Поверх плазматической мембраны клетки прокариот покрыты оболочкой, состоящей из углеводов, напоминающей клеточную стенку растительных клеток. Однако эта стенка образована не клетчаткой, как у растений, а другими полисахаридами - пектином и муреином.
Единство строения клеток.
Содержание любой клетки отделен от внешней среды особой структурой - плазматической мембраной (плазмалемма). Эта обособленность позволяет создавать внутри клетки совсем особая среда, не похоже на то, что его окружает. Поэтому в клетке могут происходить те процессы, которые не происходят нигде, их называют процессами жизнедеятельности.
Внутренняя среда живой клетки, ограниченное плазматической мембраной, называется цитоплазмой. Она включает гиалоплазму (основную прозрачную вещество) и клеточные органеллы, а также различные непостоянные структуры - включения. К органелл, которые есть в любой клетке, относятся также рибосомы, на которых происходит синтез белка.
Строение клеток эукариот.
Эукариоты - это организмы, клетки которых имеют ядро. Ядро - это самая органеллы эукариотической клетки, в которой хранится и из которой переписывается наследственная информация, записанная в хромосомах. Хромосома - это молекула ДНК, интегрированная с белками. В ядре содержится ядрышко - место, где образуются другие важные органеллы, участвующих в синтезе белка - рибосомы. Но рибосомы только формируются в ядре, а работают они (т.е. синтезируют белок) в цитоплазме. Часть из них находится в цитоплазме свободно, а часть прикрепляется к мембран, образуют сетку, которая получила название эндоплазматической.
Рибосомы - немембранни органеллы.
Эндоплазматическая сеть - это сеть канальцев, ограниченных мембранами. Существует два типа: гладкая и гранулярная. На мембранах гранулярной эндоплазматической сети расположены рибосомы, поэтому в ней происходит синтез и транспортировки белков. А гладкая эндоплазматическая сеть - это место синтеза и транспортировки углеводов и липидов. На ней рибосом нет.
Для синтеза белков, углеводов и жиров необходима энергия, которую в эукариотической клетке производят «энергетические станции» клетки - митохондрии.
Митохондрии - двомембранни органеллы, в которых осуществляется процесс клеточного дыхания. На мембранах митохондрий окисляются органические соединения и накапливается химическая энергия в виде особых энергетических молекул (АТФ).
В клетке также есть место, где органические соединения могут накапливаться и откуда они могут транспортироваться, - это аппарат Гольджи, система плоских мембранных мешочков. Он участвует в транспортировке белков, липидов, углеводов. В аппарате Гольджи образуются также органеллы внутриклеточного пищеварения - лизосомы.
Лизосомы - одномембранни органеллы, характерные для клеток животных, содержат ферменты, которые могут расщеплять белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды.
В клетке могут быть органеллы, не имеющие мембранной строения, например рибосомы и цитоскелет.
Цитоскелет - это опорно-двигательная система клетки, включает микрофиламенты, реснички, жгутики, клеточный центр, который производит микротрубочки и центриоли.
Существуют органеллы, характерные только для клеток растений, - пластиды. Бывают: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. В хлоропластах происходит процесс фотосинтеза.
В клетках растений также вакуоли - продукты жизнедеятельности клетки, являющиеся резервуарами воды и растворенных в ней соединений. В эукариотических организмов относятся растения, животные и грибы.
Строение клеток прокариот.
Прокариоты - одноклеточные организмы, в клетках которых нет ядра.
Прокариотические клетки малы по размерам, сохраняют генетический материал в форме кольцевой молекулы ДНК (нуклеоидом). В прокариотических организмов относятся бактерии и цианобактерии, которые раньше называли сине-зелеными водорослями.
Если в прокариот происходит процесс аэробного дыхания, то для этого используются специальные выпячивание плазматической мембраны - мезосомы. Если бактерии фотосинтезирующие, то процесс фотосинтеза происходит на фотосинтетических мембранах - тилакоидов.
Синтез белка в прокариот происходит на рибосомах. В прокариотических клетке мало органелл.
Гипотезы происхождения органелл эукариотических клеток.
Прокариотические клетки появились на Земле раньше, чем эукариотические.
1) симбиотические гипотеза объясняет механизм возникновения некоторых органоидов эукариотической клетки - митохондрий и фотосинтезирующих пластид.
2) Инвагинацыонная гипотеза - утверждает, что происхождение эукариотической клетки исходит из того, что предковой формы был аэробный прокариот. Органеллы в нем возникли в результате впячивания и отслоение частей оболочки с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрии, хлоропласты других органелл.
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.
