Сравнение на прокариотни и еукариотни клетки. Сравнителни характеристики на прокариоти и еукариоти Основните отличителни черти на прокариотите
Прокариотните клетки се различават по много малки размери (от 0,5 до 5 микрона) и най-простата структура (фиг. 36). Имат неподвижна цитоплазма, плазмена мембрана и клетъчна стена. Цитоплазмата съдържа няколко малки рибозоми и различни включвания под формата на липидни гранули и други вещества. Генетичният материал (ДНК) не е отделен с мембрани от цитоплазмата, няма добре оформени хромозоми и една кръгова ДНК молекула условно се нарича „хромозома“.
еукариотни клеткиса много сложни единици на дивата природа и се характеризират с голямо структурно и функционално разнообразие (фиг. 37). В този случай формата на клетките често зависи от функциите, които изпълняват в многоклетъчния организъм. Общият план на структурата на всички еукариотни клетки обаче има фундаментално сходство. В еукариотните клетки има добре оформено ядро, ограничено от цитоплазмата с обвивка от две мембрани; хромозоми на дълги усукани вериги на ДНК; пълен набор от различни органели.
Разликата между прокариоти и еукариотиособено добре се вижда при сравняване на основните им характеристики (таблица).
|
знаци |
прокариоти |
еукариоти |
|
Размер на клетката |
0,5 до 5 µm |
|
|
Аеробни или анаеробни |
Аеробика |
|
|
Генетичен материал |
Кръговата ДНК се намира в цитоплазмата и не е защитена от нищо |
Линейните ДНК молекули, свързани с протеини и РНК, образуват хромозоми в ядрото |
|
Синтез на РНК и протеин |
И двете са в цитоплазмата |
Синтез на РНК в ядрото и протеин в цитоплазмата |
|
Органели |
||
|
Мембранни органели |
Клетъчен (рядко) и плазмен |
Много различни мембранни органели |
|
Немембранни органели - рибозоми |
Намира се в цитоплазмата |
Намира се в цитоплазмата, митохондриите и хлоропластите материал от сайта |
|
Вътреклетъчно храносмилане |
||
Това е най-старата група, появила се преди около 3,5 милиарда години; освен това това са най-малките организми с клетъчна структура. Свойствата на прокариотите са обобщени в табл. 2.2. По правило прокариотите са представени от единични клетки, въпреки че синьо-зелените водорасли (цианобактерии, Cyanobacteria) могат да образуват вериги от клетки, т.нар. нишки.
| Таблица 2.2. Основни разлики между прокариоти и еукариоти | ||
| знак | прокариоти | еукариоти |
| организми | бактерии | Протоктисти, гъби, растения и животни |
| Размери на клетките | Средният диаметър е 0,5-10 микрона | Диаметърът обикновено е 10-100 микрона; клетъчният обем обикновено е 1000-10 000 пъти по-голям от този на прокариотите |
| Формата | Предимно едноклетъчни | Предимно многоклетъчни (с изключение на Protoctista, много от които са едноклетъчни) |
| Възникване в процеса на еволюцията | преди 3,5 милиарда години | преди 1,2 милиарда години; произлезли от прокариоти |
| клетъчно делене | По принцип проста разполовяща част; вретено не се образува | Митоза, мейоза или комбинация от тези методи на делене; се образува вретено |
| генетичен материал | Кръговата ДНК се носи свободно в цитоплазмата; ДНК не е свързана с протеини или РНК; няма хромозоми | ДНК е линейна и се намира в ядрото; ДНК е свързана с РНК и протеин; присъстват хромозоми |
| Синтез на протеини | 70S рибозоми (малки); Няма ендоплазмен ретикулум (разлики в много други детайли на протеиновия синтез, включително чувствителност към антибиотици; протеиновият синтез в прокариотите, например, се инхибира от стрептомицин) | 80S рибозоми (големи); Рибозомите могат да бъдат прикрепени към ендоплазмения ретикулум |
| Органели | Има малко органели; Никой от тях няма черупка; Вътрешните мембрани са редки; когато присъстват, те са свързани с процесите на дишане и фотосинтеза | Има много органели; Органелите са заобиколени от мембрани, например ядро, митохондрии, хлоропласти (двойни мембрани); Много органели, заобиколени от една мембрана, например апарат на Голджи, лизозоми, вакуоли, микротелца, ендоплазмен ретикулум |
| Клетъчни стени | Твърди, съдържат полизахариди и аминокиселини; основният поддържащ материал е муреин | Клетъчните стени на зелените растения и гъбите са твърди и съдържат полизахариди; основен поддържащ материал клетъчна стенав растенията - целулоза, в гъбички - хитин (животинските клетки нямат клетъчна стена) |
| Камшичета | Прост, без микротубули; разположен извънклетъчно (не е заобиколен от плазмената мембрана); Диаметър 20 nm | Комплекс, с подреждане на микротубули от типа "9 + 2"; заобиколен от плазмена мембрана; Диаметър 200 nm |
| Дъх | При бактериите се среща в мезозомите; при цианобактериите - върху цитоплазмените мембрани | Аеробното дишане се извършва в митохондриите |
| фотосинтеза | Няма хлоропласти; възниква върху мембрани, които нямат специфична опаковка | В хлоропластите, съдържащи мембрани, които обикновено са подредени в ламели или грани |
| Фиксиране на азот | Някои хора имат тази способност. | Нито един организъм не е способен да фиксира азот. |
Някои бактерии се прилепват една към друга, образувайки характерни клъстери, наподобяващи чепки грозде (фиг. 2.10), но комбинираните клетки остават напълно независими една от друга. Отделна бактериална клетка може да се види само с помощта на , поради което се наричат микроорганизми. Наука, която изучава бактериите бактериология- представлява важен отрасъл.
Бактериите се различават по размер: дължината им варира от 0,1 до 10 микрона, а средният диаметър е 1 микрон. По този начин, в бактериална клеткаима достатъчно място, за да побере 200 молекули глобуларни протеини със среден размер (5 nm в диаметър) през него. Тъй като такива молекули са способни да дифундират на разстояние от около 60 микрона в секунда, тези организми не се нуждаят от специални транспортни механизми.
Бактериите могат да бъдат намерени навсякъде: в почвата и праха, във водата и във въздуха, вътре и на повърхността и. Някои бактерии живеят в горещи извори с температура от 78°C или по-висока. Други са способни да оцелеят при много ниски температурии дори преживяват определени периоди на замръзване в леда. Бактериите се намират и в дълбоки пукнатини на океанското дъно на много високо наляганеи температура 360°C. Те започват уникални хранителни вериги в тези райони на океана.
Броят на бактериите е невъобразимо голям; установи, че един грам плодородна почва съдържа 2,5 милиарда бактерии; в 1 cm 3 прясно мляко съдържанието им може да надхвърли 3 млрд. Заедно с гъбичките бактериите са от жизненоважно значение за всички други организми, тъй като, разрушавайки органичните вещества в резултат на жизнената си дейност, те осигуряват циркулацията на биогенни елементи в природа. Освен това те придобиват все по-голямо значение в живота на човека, не само защото някои от тях са причинители на различни заболявания, но и защото поради разнообразието от биохимични реакции, протичащи в тях, те могат да бъдат използвани в много биотехнологични процеси. Този въпрос е разгледан по-подробно в гл. 12.
| Клетъчни структури | еукариотна клетка | прокариотна клетка |
| цитоплазмена мембрана | Има | Има; инвагинациите на мембраната образуват мезозоми |
| Ядро | Има двумембранна мембрана, съдържа едно или повече нуклеоли | Не; има еквивалент на ядрото - нуклеоид - част от цитоплазмата, която съдържа ДНК, която не е заобиколена от мембрана |
| генетичен материал | Линейни ДНК молекули, свързани с гърбовете | Кръгови ДНК молекули, които не са свързани с протеини |
| Ендоплазмения ретикулум | Има | Не |
| Комплекс Голджи | Има | Не |
| Лизозоми | Има | Не |
| Митохондриите | Има | Не |
| пластиди | Има | Не |
| Центриоли, микротубули, микрофиламенти | Има | Не |
| Камшичета | Ако присъстват, те се състоят от микротубули, заобиколени от цитоплазмена мембрана | Ако присъстват, те не съдържат микротубули и не са заобиколени от цитоплазмена мембрана |
| клетъчна стена | Има растения (сила, дава целулоза) и гъби (сила дава хитин) | Да (силата дава пептидогликан) |
| капсула или мукозен слой | Не | Някои бактерии имат |
| Рибозоми | Да, голям (80S) | Да, малък (70S) |
Тестове:
1. Поддържането на живота на всяко ниво е свързано с феномена на възпроизводството. На какво ниво на организация възпроизвеждането се извършва на базата на матричен синтез
А. Молекулярна
Б. субклетъчен
V. Клетъчен
Г. Тканев
Г. На ниво организъм
2. Установено е, че в клетките на организмите няма мембранни органели и техният наследствен материал няма нуклеозомна организация. Какви са тези организми?
А. Протозои
Б. Вируси
Б. Аскомицети
G. Еукариоти
Г. Прокариоти
3. В час по биология учителят ме помоли да посоча в лабораторна работастепента на увеличение на микроскопа, който е използван при изследване на микропрепарати. Един от учениците не успя да се справи сам със задачата. Как да изчислим правилно този показател?
A. Умножете индикаторите, посочени на всички обективи на микроскопа
Б. Разделете стойността на леща с по-малко увеличение на стойността на леща с по-голямо увеличение
Б. Многократно увеличение на обектива и окуляра
D. Разделете увеличението на обектива на окуляра
E. Извадете стойностите, посочени на всички обективи на микроскопа, от стойността на увеличението на окуляра
4. При изучаване на микропрепарат, студентът, след като го фиксира върху масата на предмета и постигне оптимално осветяване на зрителното поле, инсталира лещата x40 и погледна в лещата. Учителят спря ученика и каза, че е допусната основна грешка по време на работата. Каква грешка е направена?
А. Не си струваше да поправя микропрепарата
Б. Изследването на микропрепарата трябва да започне с обектив с ниско увеличение
B. Осветлението се регулира последно
D. Фиксирането на лекарството се извършва преди завършване на изследването
D. Всички манипулации трябва да се извършват в обратен ред.
5. Съществуването на живот на всички нива се определя от структурата на повече ниско ниво. Какво ниво на организация предшества и осигурява съществуването на живот на клетъчно ниво:
А. Популация-вид
Б. Тканева
Б. Молекулярна
G. Органични
Г. Биоценотичен
Задачи за контрол на знанията:
1. Когато се опитва да изследва микропрепарат с помощта на светлинен микроскоп, изследователят установи, че цялото зрително поле е затъмнено. Каква може да е причината за това явление? Как да поправя този проблем?
2. Когато се опитва да изследва микропрепарат с помощта на светлинен микроскоп, изследователят установява, че само половината от зрителното поле е осветено. Каква може да е причината за това явление? Как да поправя този проблем?
3. Какви манипулации трябва да се извършат, ако наблюдаваният обект не се вижда ясно при използване на светлинен микроскоп?
А) ако окулярът има обозначение "x15", а на лещата "x8"
B) ако увеличението на лещата на окуляра е "x10", а лещата е "x40"
6. Материали за анализ с учителя и контрол на неговото усвояване:
6.1. Анализ с учителя на ключови въпроси за усвояване на темата на урока.
6.2. Демонстрация от учителя на методи практичентрикове по темата.
6.3. Материал за контролусвояване на материала:
Въпроси за обсъждане с учителя:
1. Медицинската биология като наука за основите на човешкия живот, изучаваща закономерностите на наследствеността, променливостта, индивидуалното и еволюционното развитие, както и въпросите на морфофизиологичната и социална адаптациялице към условията околен святвъв връзка с неговата биосоциална същност.
2. Съвременният етап на развитие на общата и медицинската биология. Мястото на биологията в системата на медицинското образование.
3. Същност на живота. свойства на живите. Форми на живот, неговите основни свойства и атрибути. Дефиниране на концепцията за живот на съвременното ниво на развитие на биологичната наука.
4. Еволюционно обусловени структурни нива на организация на живота; елементарни структури от нива и основни биологични явления, които ги характеризират.
5. Значението на идеите за нивата на организация на живота за медицината.
6. Особеното място на човека в системата на органичния свят.
7. Съотношението на физико-химичните, биологичните и социалните явления в живота на човека.
8. Оптични системив биологичните изследвания. Устройството на светлинния микроскоп и правилата за работа с него.
9. Техника за изработване на временни микропрепарати, тяхното изследване и описание. Методи за изследване на структурата на клетката
Практическа част
1. Използване насокиизучават устройството на микроскопа и правилата за работа с него.
2. Разработете умения за работа с микроскоп и изработване на временни препарати от влакна от памучна вата, люспи от крила на пеперуда. Разгледайте микропрепарати: кожа на луковица, лист от елодея, кръвна намазка от жаба, проучете типографски шрифт.
3. Въведете графиката на логическата структура „Структурата на микроскопа” в протокола.
4. Въведете в протокола „Правила за работа с микроскоп“
5. Попълнете таблицата "Нива на организация и изследване на многоклетъчен организъм."
Свързана информация:
Търсене в сайта:
Прокариотните клетки са по-малки и по-прости от еукариотните клетки. Сред тях няма многоклетъчни организми, само понякога те образуват подобие на колонии. Прокариотите нямат клетъчно ядро, но също и всички мембранни органели (митохондрии, хлоропласти, ER, комплекс на Голджи, центриоли и др.).
Прокариотите включват бактерии, синьо-зелени водорасли (цианобактерии), археи и др. Прокариотите са първите живи организми на Земята.
Функциите на мембранните структури се изпълняват от израстъци (инвагинации) клетъчната мембранавътре в цитоплазмата. Те са тръбни, ламеларни, с различна форма. Някои от тях се наричат мезозоми. Фотосинтезиращи пигменти, дихателни и други ензими са разположени върху такива различни образувания и по този начин изпълняват своите функции.
При прокариотите има само една голяма хромозома в централната част на клетката ( нуклеоид), който има пръстеновидна структура. Съдържа ДНК. Вместо протеини, които придават форма на хромозомата като еукариотите, тук има РНК. Хромозомата не е отделена от цитоплазмата с мембрана, така че те казват, че прокариотите са безядрени организми. На едно място обаче хромозомата е прикрепена към клетъчната мембрана.
В допълнение към нуклеоида в структурата прокариотни клеткиотбелязва се наличието на плазмиди (малките хромозоми също имат кръгова структура).
За разлика от еукариотите, цитоплазмата на прокариотите е неподвижна.
Прокариотите имат рибозоми, но те са по-малки от еукариотните рибозоми.
Прокариотните клетки се отличават със сложната структура на техните мембрани. В допълнение към цитоплазмената мембрана (плазмалема) те имат клетъчна стена, както и капсула и други образувания, в зависимост от вида на прокариотния организъм. Клетъчната стена изпълнява поддържаща функция и предотвратява проникването на вредни вещества. Бактериалната клетъчна стена съдържа муреин (гликопептид).
На повърхността на прокариотите често има флагели (един или много) и различни власинки.
С помощта на флагели клетките се движат в течна среда. Власинките изпълняват различни функции (осигуряват ненамокряне, прикрепване, пренасят вещества, участват в сексуалния процес, образувайки конюгационен мост).
Прокариотните клетки се делят чрез бинарно делене. Те нямат митоза или мейоза. Преди разделянето нуклеоидът се удвоява.
Прокариотите често образуват спори, които са начин на преживяване неблагоприятни условия. Спорите на редица бактерии остават жизнеспособни при високи и изключително ниски температури. Когато се образува спора, прокариотната клетка е покрита с дебела, плътна мембрана. нея вътрешна структурапроменя донякъде.
Структурата на еукариотната клетка
Клетъчната стена на еукариотната клетка, за разлика от клетъчната стена на прокариотите, се състои главно от полизахариди. При гъбите основният азотсъдържащ полизахарид е хитинът. В дрождите 60–70% от полизахаридите са представени от глюкан и манан, които са свързани с протеини и липиди. Функциите на клетъчната стена на еукариотите са същите като тези на прокариотите.
Цитоплазмената мембрана (CPM) също има трислойна структура. Повърхността на мембраната има издатини, близки до прокариотните мезозоми. CMP регулира процесите на клетъчния метаболизъм.
При еукариотите CPM е способен да улавя големи капчици, съдържащи въглехидрати, липиди и протеини от околната среда. Това явление се нарича пиноцитоза. CPM на еукариотна клетка също е в състояние да улавя твърди частици от средата (феноменът фагоцитоза). В допълнение, CPM е отговорен за освобождаването на метаболитни продукти в околната среда.
Ориз. 2.2 Схема на структурата на еукариотна клетка:
1 - клетъчна стена; 2 - цитоплазмена мембрана;
3 - цитоплазма; 4 - сърцевина; 5 - ендоплазмен ретикулум;
6 - митохондрии; 7 - Комплекс Голджи; 8 - рибозоми;
9 - лизозоми; 10 - вакуоли
Ядрото е отделено от цитоплазмата с две мембрани с пори. Порите в младите клетки са отворени, служат за миграция на прекурсори на рибозоми, информационна и преносна РНК от ядрото в цитоплазмата. В ядрото на нуклеоплазмата има хромозоми, състоящи се от две нишковидни верижни ДНК молекули, свързани с протеини. Ядрото също съдържа ядро, богато на информационна РНК и свързано със специфична хромозома, нуклеоларния организатор.
Основната функция на ядрото е участието в размножаването на клетките. Тя е носител на наследствена информация.
В еукариотната клетка ядрото е най-важният, но не и единственият носител на наследствена информация. Част от тази информация се съдържа в ДНК на митохондриите и хлоропластите.
Митохондриите са мембранна структура, съдържаща две мембрани – външна и вътрешна, силно нагънати. Редокс ензимите са концентрирани върху вътрешната мембрана. Основната функция на митохондриите е да снабдяват клетката с енергия (образуване на АТФ). Митохондриите са самовъзпроизвеждаща се система, тъй като имат собствена хромозома - кръгова ДНК и други компоненти, които са част от нормалната прокариотна клетка.
Ендоплазменият ретикулум (ER) е мембранна структура, състояща се от тубули, които проникват през цялата вътрешна повърхност на клетката. Тя е гладка и грапава. На повърхността на грапавия ES има рибозоми, по-големи от тези на прокариотите. ES мембраните също съдържат ензими, които синтезират липиди, въглехидрати и са отговорни за транспорта на веществата в клетката.
Комплексът на Голджи е пакет от сплескани мембранни везикули - резервоари, в които се извършва опаковането и транспортирането на протеини вътре в клетката. В комплекса на Голджи се осъществява и синтезът на хидролитични ензими (мястото на образуване на лизозоми).
Лизозомите съдържат хидролитични ензими. Тук има разделяне на биополимери (протеини, мазнини, въглехидрати).
Вакуолите са отделени от цитоплазмата чрез мембрани. Резервните вакуоли съдържат резервни клетъчни хранителни вещества, а шлаковите вакуоли съдържат ненужни метаболитни продукти и токсични вещества.
Най-очевидният Разликата между прокариотите и еукариотите е, че последните имат ядро, което е отразено в името на тези групи: „karyo“ се превежда от старогръцки като ядро, „pro“ - преди, „eu“ - добро. Следователно прокариотите са предядрени организми, еукариотите са ядрени.
Това обаче далеч не е единствената и може би не основната разлика между прокариотните организми и еукариотите. В прокариотните клетки изобщо няма мембранни органели.(с редки изключения) - митохондрии, хлоропласти, комплекс Голджи, ендоплазмен ретикулум, лизозоми.
Техните функции се изпълняват от израстъци (инвагинации) на клетъчната мембрана, върху които са разположени различни пигменти и ензими, които осигуряват жизненоважни процеси.
Прокариотите нямат еукариотни хромозоми. Основният им генетичен материал е нуклеоидът, обикновено с пръстеновидна форма. В еукариотните клетки хромозомите са комплекси от ДНК и хистонови протеини (игра важна роляв ДНК опаковка). Тези химични комплекси се наричат хроматин. Нуклеоидът на прокариотите не съдържа хистони, а свързаните с него РНК молекули му придават формата.
Еукариотните хромозоми са разположени в ядрото. При прокариотите нуклеоидът се намира в цитоплазмата и обикновено е прикрепен на едно място към клетъчната мембрана.
В допълнение към нуклеоида в прокариотните клетки има различно количествоПлазмиди - нуклеоиди със значително по-малък размер от основния.
Броят на гените в нуклеоида на прокариотите е с порядък по-малък, отколкото в хромозомите. Еукариотите имат много гени, които изпълняват регулаторна функция по отношение на други гени. Това позволява еукариотни клетки на многоклетъчен организъм, съдържащи същото генетична информация, специализирам; променяйки метаболизма си, реагирайте по-гъвкаво на промените във външния и вътрешна среда. Структурата на гените също е различна. При прокариотите гените в ДНК са подредени в групи – оперони. Всеки оперон се транскрибира като единична единица.
Съществуват и разлики между прокариотите и еукариотите в процесите на транскрипция и транслация. Най-важното е, че в прокариотните клетки тези процеси могат да протичат едновременно върху една молекула матрична (информационна) РНК: докато тя все още се синтезира върху ДНК, рибозомите вече „седят“ в нейния завършен край и синтезират протеин. В еукариотните клетки иРНК претърпява така нареченото съзряване след транскрипция. И едва след това върху него може да се синтезира протеин.
Рибозомите на прокариотите са по-малки (коефициент на утаяване 70S) от тези на еукариотите (80S). Броят на протеините и РНК молекулите в състава на рибозомните субединици е различен. Трябва да се отбележи, че рибозомите (както и генетичният материал) на митохондриите и хлоропластите са подобни на прокариотите, което може да показва техния произход от древни прокариотни организми, които са били вътре в клетката гостоприемник.
Прокариотите обикновено се различават по по-сложната структура на черупките си. В допълнение към цитоплазмената мембрана и клетъчната стена, те също имат капсула и други образувания, в зависимост от вида на прокариотния организъм. Клетъчната стена изпълнява поддържаща функция и предотвратява проникването на вредни вещества. Бактериалната клетъчна стена съдържа муреин (гликопептид). Сред еукариотите растенията имат клетъчна стена (основният й компонент е целулоза), гъбите имат хитин.
Прокариотните клетки се делят чрез бинарно делене. Те имат няма сложни процеси клетъчно делене(митоза и мейоза)характерни за еукариотите. Въпреки че преди разделянето нуклеоидът се удвоява, точно както хроматина в хромозомите. AT кръговат на животаеукариотите имат редуващи се диплоидни и хаплоидни фази. В този случай обикновено преобладава диплоидната фаза. За разлика от тях прокариотите нямат това.
Еукариотните клетки се различават по размер, но във всеки случай те са значително по-големи от прокариотните клетки (десетки пъти).
Хранителните вещества влизат в клетките на прокариотите само с помощта на осмоза. Освен това в еукариотните клетки може да се наблюдава фаго- и пиноцитоза („улавяне“ на храна и течност с помощта на цитоплазмената мембрана).
Като цяло разликата между прокариотите и еукариотите се състои в очевидно по-сложната структура на последните. Смята се, че клетките от прокариотен тип са възникнали чрез абиогенеза (дългосрочна химическа еволюция в условията на ранната Земя). Еукариотите се появяват по-късно от прокариоти, чрез комбинирането им (симбиотични, както и химерични хипотези) или чрез еволюцията на отделни представители (хипотеза за инвагинация). Сложността на еукариотните клетки им позволи да се организират многоклетъчен организъм, в процеса на еволюция да осигури цялото основно разнообразие на живота на Земята.
Таблица на разликите между прокариоти и еукариоти
| Не | Има |
| Не. Техните функции се изпълняват от инвагинации на клетъчната мембрана, върху която са разположени пигменти и ензими. | Митохондрии, пластиди, лизозоми, ER, комплекс на Голджи |
| По-сложно, има различни капсули. Клетъчната стена е изградена от муреин. | Основният компонент на клетъчната стена е целулоза (при растенията) или хитин (при гъбите). Животинските клетки нямат клетъчна стена. |
| Значително по-малко. Представлява се от нуклеоид и плазмиди, които имат пръстеновидна форма и се намират в цитоплазмата. | Обемът на наследствената информация е значителен. Хромозоми (съставени от ДНК и протеини). характеризиращ се с диплоидност. |
| Бинарно клетъчно делене. | Има митоза и мейоза. |
| Не е характерно за прокариотите. | Те са представени както от едноклетъчни, така и от многоклетъчни форми. |
| по-малък | По-голям |
| По-разнообразни (хетеротрофи, фотосинтетични и хемосинтетични различни начиниавтотрофи; анаеробно и аеробно дишане). | Автотрофия само в растенията чрез фотосинтеза. Почти всички еукариоти са аероби. |
| От неживата природа в процеса на химичната и предбиологичната еволюция. | От прокариотите в хода на тяхната биологична еволюция. |
еукариотни клетки
Най-сложната организация е присъща на еукариотните клетки на животните и растенията. Устройството на животинските и растителните клетки се характеризира с фундаментални прилики, но тяхната форма, размер и маса са изключително разнообразни и зависят от това дали организмът е едноклетъчен или многоклетъчен. Например диатомеите, еугленоидите, дрождите, миксомицетите и протозоите са едноклетъчни еукариоти, докато по-голямата част от другите видове организми са многоклетъчни еукариоти, броят на клетките в които варира от няколко (например при някои хелминти) до милиарди (при бозайници) на организъм. Човешкото тяло се състои от около 10 различни клетки, които се различават по своите функции.
В случая с хората има повече от 200 вида различни клетки. Най-многобройните клетки в човешкото тяло са епителните клетки, сред които има кератинизирани клетки (коси и нокти), клетки с абсорбционни и бариерни функции (в стомашно-чревния тракт, пикочните пътища, роговицата, вагината и други системи от органи), клетки, които линия вътрешни органии кухини (пневмоцити, серозни клетки и много други). Има клетки, които осигуряват метаболизма и натрупването на резервни вещества (хепатоцити, мастни клетки). голяма групаизграждат епителни и съединителнотъканни клетки, които отделят извънклетъчен матрикс (амилобласти, фибробласти, остеобласти и други) и хормони, както и контрактилни клетки (скелетни и сърдечни мускули, ирис и други структури), кръвни клетки и имунната система (еритроцити, неутрофили , еозинофили, базофили, Т-лимфоцити и др.). Има и клетки, които действат като сензорни преобразуватели (фоторецептори, тактилни, слухови, обонятелни, вкусови и други рецептори). Значителен брой клетки са представени от неврони и глиални клетки на централната нервна система. Има и специализирани клетки на лещата на окото, пигментни клетки и хранителни клетки, наричани по-нататък дънни клетки. Известни са и много други видове човешки клетки.
В природата няма типична клетка, тъй като всички те се характеризират с изключително разнообразие. Независимо от това, всички еукариотни клетки се различават значително от прокариотните клетки по редица свойства, главно по обем, форма и размер. Обемът на повечето еукариотни клетки надвишава обема на прокариотите 1000-10 000 пъти. Такъв обем прокариотни клетки е свързан със съдържанието в тях на различни органели, които извършват всички видове клетъчни функции. Еукариотните клетки също се характеризират с наличието на голямо количество генетичен материал, концентриран главно в относително в големи количествахромозоми, което им предоставя големи възможности за диференциация и специализация.
Не по-малко от важна характеристикаеукариотните клетки е, че те се характеризират с компартментализация, осигурена от наличието на вътрешни мембранни системи. В резултат на това много ензими се локализират в определени отделения. Например, почти всички ензими, които катализират синтеза на протеини в животинските клетки, са локализирани в рибозомите, докато ензимите, които катализират синтеза на фосфолипиди, са концентрирани главно върху клетъчната цитоплазмена мембрана. За разлика от прокариотните клетки, еукариотните клетки имат ядро.
Еукариотните клетки, в сравнение с прокариотните клетки, имат повече сложна системавъзприемане на вещества от околната среда, без които животът им е невъзможен. Има и други разлики между еукариотните и прокариотните клетки.
Формата на клетките е най-разнообразна и често зависи и от функциите, които изпълняват. Например много протозои имат овална форма, докато еритроцитите са овални дискове, а мускулните клетки на бозайниците са удължени. Размерите на еукариотните клетки са микроскопични (Таблица 3).
Някои видове клетки се характеризират със значителни размери. Например размери нервни клеткипри едрите животни достигат няколко метра дължина, а при човека - до 1 метър. Клетките на отделните растителни тъкани достигат няколко милиметра дължина.
Смята се, че колкото по-голям е организъм в рамките на един вид, толкова по-големи са неговите клетки. Въпреки това, за сродни видове животни, които се различават по размер, също са характерни клетки с подобен размер. Например еритроцитите са сходни по размер при всички бозайници.
Клетките също се различават по маса. Например една човешка чернодробна клетка (хепатоцит) тежи 19-9 g.
човешка соматична клетка (типична еукариотна клетка) е формация, състояща се от множество структурни компонентимикроскопични и субмикроскопични размери (фиг. 46).
Използването на електронна микроскопия и други методи позволи да се установи изключително многообразие в структурата както на обвивката и цитоплазмата, така и на ядрото. По-специално е установен мембранният принцип на структурата на вътреклетъчните структури, въз основа на който се разграничават редица структурни компоненти на клетката, а именно.
Прокариотите са най-старите организми, които образуват самостоятелно царство. Прокариотите включват бактерии, синьо-зелени „водорасли“ и редица други малки групи.
Прокариотните клетки, за разлика от еукариотите, нямат добре оформено клетъчно ядро и други вътрешни мембранни органели (с изключение на плоските цистерни при фотосинтезиращи видове, например при цианобактерии). Единствената голяма кръгла (при някои видове - линейна) двуверижна ДНК молекула, която съдържа основната част от генетичния материал на клетката (т.нар. нуклеоид), не образува комплекс с хистонови протеини (т.нар. хроматин). ). Прокариотите включват бактерии, включително цианобактерии (синьо-зелени водорасли). Те могат условно да включват и постоянни вътреклетъчни симбионти на еукариотни клетки - митохондрии и пластиди.
Еукариоти (еукариоти) (от гръцки eu - добър, напълно и karyon - ядро) - организми, които за разлика от прокариотите имат оформено клетъчно ядро, ограничено от цитоплазмата с ядрена мембрана. Генетичният материал е затворен в няколко линейни двуверижни ДНК молекули (в зависимост от вида на организмите техният брой на ядро може да варира от две до няколкостотин), прикрепени отвътре към мембраната на клетъчното ядро и формиращи се в обширната повечето (с изключение на динофлагелати) комплекс с хистонови протеини, наречен хроматин. Еукариотните клетки имат система от вътрешни мембрани, които образуват, в допълнение към ядрото, редица други органели (ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи и др.). В допълнение, по-голямата част от тях имат постоянни вътреклетъчни симбионти-прокариоти - митохондрии, а водораслите и растенията също имат пластиди.
2. Еукариотни клетки. Устройство и функции
Еукариотите включват растения, животни, гъби.
Животинските клетки нямат клетъчна стена. Представен е от гол протопласт. Граничният слой на животинската клетка - гликокаликсът - е горният слой на цитоплазмената мембрана, "подсилен" от полизахаридни молекули, които са част от междуклетъчното вещество.
Митохондриите имат нагънати кристи.
Животинските клетки имат клетъчен център, състоящ се от две центриоли. Това предполага, че всяка животинска клетка е потенциално способна да се дели.
Включване в клетка за животнипредставени под формата на зърна и капки (протеини, мазнини, въглехидрати гликоген), крайни продукти на метаболизма, солни кристали, пигменти.
В животинските клетки може да има контрактилни, храносмилателни, екскреторни вакуоли с малки размери.
В клетките няма пластиди, включвания под формата на нишестени зърна, големи вакуоли, пълни със сок.
3. Сравнение на прокариотни и еукариотни клетки
Повечето важна разликаеукариот от прокариоти за дълго времевзето е предвид наличието на образувано ядро и мембранни органели. Въпреки това до 1970-те и 1980-те години стана ясно, че това е само следствие от по-дълбоки различия в организацията на цитоскелета. Известно време се смяташе, че цитоскелетът е характерен само за еукариотите, но в средата на 1990 г. протеини, хомоложни на основните протеини на еукариотния цитоскелет, също са открити в бактерии. (Таблица 16).
Това е наличието на специфично подреден цитоскелет, който позволява на еукариотите да създадат система от мобилни вътрешни мембранни органели. В допълнение, цитоскелетът позволява ендо- и екзоцитоза (предполага се, че вътреклетъчните симбионти, включително митохондрии и пластиди, се появяват в еукариотните клетки поради ендоцитозата). Друга важна функция на еукариотния цитоскелет е да осигури разделянето на ядрото (митоза и мейоза) и тялото (цитотомия) на еукариотната клетка (разделянето на прокариотните клетки е организирано по-просто). Разликите в структурата на цитоскелета обясняват и други разлики между про- и еукариотите. Например, постоянството и простотата на формите на прокариотните клетки и значителното разнообразие на формата и способността да се променя в еукариотните клетки, както и относително големия размер на последните.
Така размерът на прокариотните клетки е средно 0,5 - 5 микрона, размерите на еукариотните клетки - средно от 10 до 50 микрона. Освен това само сред еукариотите се срещат наистина гигантски клетки, като масивни яйца на акули или щрауси (в птиче яйце целият жълтък е едно огромно яйце), неврони на големи бозайници, чиито процеси, подсилени от цитоскелет, могат да достигнат десетки сантиметри дължина.
По своята структура организмите могат да бъдат едноклетъчни и многоклетъчни. Прокариотите са предимно едноклетъчни, с изключение на някои цианобактерии и актиномицети. Сред еукариотите протозоите, редица гъби и някои водорасли имат едноклетъчна структура. Всички останали форми са многоклетъчни. Смята се, че първите живи организми на Земята са били едноклетъчни.