Сравнителна характеристика на структурата на клетките на прокариоти и еукариоти. Прокариотни и еукариотни клетки Ядрена мембрана в прокариотите и еукариотите

Основна статия:Сравнение на клетъчната структура на бактерии, растения и животни

Повечето важна разликаеукариот от прокариоти дълго времеразглежда се 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 90-те години. протеини, хомоложни на основните протеини на еукариотния цитоскелет, също са открити в бактериите.

Сравнение на прокариотни и еукариотни клетки

Именно наличието на специфично подреден цитоскелет позволява на еукариотите да създадат система от подвижни вътрешни мембранни органели. В допълнение, цитоскелетът позволява ендо- и екзоцитоза (предполага се, че именно поради ендоцитозата в еукариотните клетки се появяват вътреклетъчни симбионти, включително митохондрии и пластиди). Друга важна функция на еукариотния цитоскелет е да осигури разделянето на ядрото (митоза и мейоза) и тялото (цитотомия) на еукариотната клетка (делението на прокариотните клетки се организира по-просто). Различията 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 при еукариотните, както и сравнително голям размер на последния. По този начин 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 са открити наистина гигантски клетки, като масивни яйца на акули или щрауси (в птиче яйце целият жълтък е едно огромно яйце), неврони големи бозайници, чиито процеси, подсилени от цитоскелета, могат да достигнат десетки сантиметри дължина.

анаплазия

Унищожаване клетъчна структура(например кога злокачествени тумори) се нарича анаплазия.

Междуклетъчни контакти

Основна статия:Междуклетъчни контакти

При висшите животни и растения клетките се комбинират в тъкани и органи, в които взаимодействат помежду си, по-специално поради преки физически контакти. В растителните тъкани отделните клетки са свързани помежду си с помощта на плазмодесми и се образуват животни различни видовеклетъчни контакти.

Растителните плазмодесми са тънки цитоплазмени канали, които преминават през клетъчните стени на съседните клетки, свързвайки ги заедно. Кухината на плазмодесмата е облицована с плазмалемата. Съвкупността от всички клетки, обединени от плазмодесми, се нарича симпласт; между тях е възможен регулиран транспорт на вещества.

Междуклетъчните контакти на гръбначните животни са разделени на три основни типа въз основа на структура и функция: котва(Английски) анкерни възли), включително адхезионни контакти и десмозоми, плътенили изолационни(Английски) плътна връзка) И прорезенили комуникация(Английски) празнина връзка). В допълнение, някои специални видове връзки между клетките, като химически синапси нервна системаи имунологични синапси (между Т-лимфоцити и антиген-представящи клетки), се комбинират според функционална характеристикав отделна група: контакти, които предават сигнали, (инж. сигнално-релейна връзка). Въпреки това, котвата, празнината и тесните връзки също могат да участват в междуклетъчното сигнализиране.

Основните характеристики на междуклетъчните контакти при гръбначните животни
Закотвени контакти	плътни контакти	Пропуски в контактите
Анкерните контакти физически свързват клетките една с друга, осигуряват целостта и здравината на тъканите, по-специално епителните и мускулните. Когато се образуват контакти от този тип, елементите на цитоскелета на съседните клетки изглежда се комбинират в една структура: с помощта на специални закотвени протеини те са прикрепени към вътреклетъчната част на кагенринните протеини, преминаващи през плазмената мембрана, а в междуклетъчното пространство са прикрепени към кадхерините на съседните клетки. Има два основни типа анкерни контакти: адхезивни, обединяващи микрофиламентите на съседни клетки; и десмозоми, в образуването на които участват междинни нишки.	Плътните (изолиращи) контакти осигуряват максимална конвергенция на мембраните на съседните клетки, между които има празнина от 2-3 nm. Този тип контакт най-често се случва в епитела. Плътните връзки образуват непрекъснати колани около всяка клетка, като ги държат плътно заедно и предотвратяват изтичането на интерстициална течност между тях. Такива контакти са необходими, по-специално, за да се осигури хидроизолацията на кожата. В образуването на близки контакти участват протеините оклудини, клаудини и други.	Процепните (комуникационни) контакти са малки участъци, в които плазмените мембрани на съседните клетки са близо една до друга на разстояние 2-4 nm и са пропити с протеинови комплекси - конексони. Всеки конексон се състои от шест трансмембранни коннексинови протеина, които обграждат малки хидрофилни пори с диаметър 1,5 nm. Чрез тези канали йони и други малки хидрофилни молекули могат да преминават от една клетка в друга. По този начин се осъществява комуникация между съседни клетки. Междинните връзки са характерни за повечето тъкани на животинското тяло: по-специално епителни, съединителни, сърдечни мускули, нервни (където се образуват електрически синапси) и др.

клетъчен цикъл

Основна статия:клетъчен цикъл

клетъчно делене

Лукови клетки в различни фази на клетъчния цикъл

Митоза на миши клетки на етап телофаза: вретено (микротубули) оцветено в оранжево, актинови нишки в зелено, хроматин в синьо

дивизия ракови клетки(оптичен микроскоп, заснемане на забавен каданс)

Основна статия:клетъчно делене

Допълнителна информация: Амитоза, Митоза и Мейоза

Вижте също: Деление на прокариотни клетки

Еукариотно клетъчно делене]

Амитоза - директно разделянеклетки, се среща в соматичните еукариотни клетки по-рядко от митозата. В повечето случаи амитоза се наблюдава в клетки с намалена митотична активност: това са стареещи или патологично променени клетки, често обречени на смърт (клетки на ембрионалните мембрани на бозайници, туморни клетки и други). По време на амитоза интерфазното състояние на ядрото е морфологично запазено, ясно се виждат ядрото и ядрената мембрана. Репликацията на ДНК липсва. Спирализацията на хроматина не настъпва, хромозомите не се откриват. Клетката запазва присъщата си функционална активност, която почти напълно изчезва по време на митоза. Такова, например, е разделянето на макроядрата на много реснички, където без образуване на вретено се получава сегрегация на къси фрагменти от хромозоми. По време на амитозата се разделя само ядрото и без образуването на делящо вретено, така че наследственият материал се разпределя на случаен принцип. Липсата на цитокинеза води до образуването на бинуклеарни клетки, които впоследствие не могат да влязат в нормалното състояние. митотичен цикъл. При повтарящи се амитози могат да се образуват многоядрени клетки.

митоза(от гръцки μιτος - нишка) - непряко клетъчно делене, най-разпространеният метод за възпроизвеждане на еукариотни клетки, един от основните процеси на онтогенезата. Митотичното деление осигурява растежа на многоклетъчни еукариоти чрез увеличаване на популацията на тъканните клетки. биологично значениемитозата се състои в строго идентично разпределение на хромозомите между дъщерните ядра, което осигурява образуването на генетично идентични дъщерни клетки и запазва приемствеността в редица клетъчни поколения. Разцепването на оплодената яйцеклетка и растежът на повечето тъкани при животните също се случват чрез митотични деления. Въз основа на морфологичните характеристики митозата условно се разделя на:

профаза,

Прометафазата

Метафазата

анафаза,

телофаза.

Средната продължителност на митозата е 1-2 часа. В животинските клетки митозата като правило продължава 30-60 минути, а в растителните клетки - 2-3 часа. Човешките клетки за 70 години претърпяват общо около 10 14 клетъчни деления.

Мейоза(от гръцки meiosis - намаляване) или редукционно делениеклетки - разделяне на ядрото на еукариотна клетка с намаляване на броя на хромозомите наполовина. Протича на два етапа (редукционен и уравнен етап на мейоза). Мейозата не трябва да се бърка с гаметогенезата - образуването на специализирани зародишни клетки или гамети от недиференцирани стволови клетки. Намаляване на броя на хромозомите поради мейоза жизнен цикълводи до преход от диплоидна към хаплоидна фаза. Възстановяването на плоидността (преход от хаплоидна към диплоидна фаза) настъпва в резултат на половия процес. Поради факта, че в профазата на първия, редукционен стадий, се случва сливане по двойки (конюгиране) на хомоложни хромозоми, правилният ход на мейозата е възможен само в диплоидни клеткиили дори в полиплоиди (тетра-, хексаплоидни и др. клетки). Мейоза може да възникне и в нечетни полиплоиди (три-, пентаплоидни и др. клетки), но при тях, поради невъзможността да се осигури сливане по двойки на хромозомите в профаза I, се получава хромозомна дивергенция с нарушения, които застрашават жизнеспособността на клетката или развивайки от него многоклетъчен хаплоиден организъм. Същият механизъм е в основата на стерилността на междувидовите хибриди. Някои ограничения върху конюгирането на хромозоми се налагат и от хромозомни мутации (мащабни делеции, дублирания, инверсии или транслокации).

Всички живи организми могат да бъдат класифицирани в една от двете групи (прокариоти или еукариоти) в зависимост от основната структура на техните клетки. Прокариотите са живи организми, съставени от клетки, които нямат клетъчно ядрои мембранни органели. Еукариотите са живи организми, които съдържат ядро ​​и мембранни органели.

Клетката е основна част от нашата съвременна дефиницияживот и живи същества. Клетките се разглеждат като основни градивни елементи на живота и се използват при дефинирането на това какво означава да си „жив“.

Нека да разгледаме едно определение за живота: „Живите същества са химически организации, съставени от клетки и способни да се възпроизвеждат“ (Кийтън, 1986). Това определение се основава на две теории - клетъчна теорияи теории за биогенезата. е предложена за първи път в края на 1830-те от немските учени Матиас Якоб Шлайден и Теодор Шван. Те твърдят, че всички живи същества са изградени от клетки. Теорията за биогенезата, предложена от Рудолф Вирхов през 1858 г., гласи, че всички живи клетки произлизат от съществуващи (живи) клетки и не могат спонтанно да възникнат от нежива материя.

Компонентите на клетките са затворени в мембрана, която действа като бариера между външния свят и вътрешните компоненти на клетката. клетъчната мембрана- селективна бариера, което означава, че преминава някои химикали, които поддържат баланса, необходим за живота на клетките.

Клетъчната мембрана регулира движението химични веществаот клетка на клетка по следните начини:

• дифузия (тенденцията на молекулите на веществото да минимизират концентрацията, т.е. движението на молекули от област с по-висока концентрация към област с по-ниска, докато концентрацията се изравни);
• осмоза (движение на молекули на разтворителя през частично пропусклива мембрана, за да се изравни концентрацията на разтворено вещество, което не може да се движи през мембраната);
• селективен транспорт (с помощта на мембранни канали и помпи).

Прокариотите са организми, съставени от клетки, които нямат клетъчно ядро ​​или мембранни органели. Това означава, че генетичният материал на ДНК в прокариотите не е свързан в ядрото. Освен това ДНК на прокариотите е по-слабо структурирана от тази на еукариотите. При прокариотите ДНК е едноконтурна. Еукариотната ДНК е организирана в хромозоми. Повечето прокариоти се състоят само от една клетка (едноклетъчна), но има няколко, които са многоклетъчни. Учените разделят прокариотите на две групи: и.

Типичната прокариотна клетка включва:

• плазмена (клетъчна) мембрана;
• цитоплазма;
• рибозоми;
• флагела и пили;
• нуклеоид;
• плазмиди;

еукариоти

Еукариотите са живи организми, чиито клетки съдържат ядро ​​и мембранни органели. Генетичният материал в еукариотите се намира в ядрото, а ДНК е организирана в хромозоми. еукариотни организмимогат да бъдат едноклетъчни или многоклетъчни. са еукариоти. Също така еукариотите включват растения, гъби и протозои.

Типичната еукариотна клетка включва:

• нуклеол;

Клетката е елементарна структурна и функционална единица от структурата и живота на всички организми, която има собствен метаболизъм и е способна на самостоятелно съществуване, самовъзпроизвеждане. Организмите, състоящи се от една клетка, се наричат ​​едноклетъчни. Много протозои (саркоди, флагелати, спорозои, реснички) и бактерии могат да бъдат приписани на едноклетъчни организми. Всяка клетка в състава си има до 80% вода, а само останалата част пада върху масата на сухото вещество.

Характеристики на структурата на клетките

Всичко клетъчни формиживотът, въз основа на структурните особености на съставните им клетки, може да бъде разделен на два типа (суперцарства):
1. Прокариоти (предядрени) – тези, които са възникнали по-рано в процеса на еволюция и са по-прости като структура. Това са едноклетъчни живи организми, които нямат добре оформено клетъчно ядро ​​и други органели на вътрешната мембрана. Средният диаметър на клетката е 0,5-10 микрона. Той има една кръгла ДНК молекула, разположена в цитоплазмата. Има просто бинарно делене. В този случай шпинделът на делене не се образува;
2. Еукариоти (ядрени) - които са възникнали по-късно повече сложни клетки. Всички организми с изключение на бактериите и археите са ядрени. Всяка ядрена клетка съдържа ядро. Средният диаметър на клетката е 10-100 микрона. Обикновено има няколко линейни ДНК молекули (хромозоми), разположени в ядрото. Има разделение на мейоза или митоза. Образува вретено на деление.

От своя страна еукариотите също могат да бъдат разделени на два вида (царства):
1. Растителни клетки;
2. Животински клетки.

Структурни особености животинска клеткаможе да се види на снимката по-горе. Клетката може да бъде разделена на следните части:
1. Клетъчна мембрана;
2. Цитоплазма или цитазол;
3. Цитоскелет;
4. Центриоли;
5. апарат на Голджи;
6. Лизозома;
7. Рибозома;
8. Митохондрии;


11. Ядро;
12. Нуклеол;
13. Пероксизом.

Структурните особености на растителната клетка също могат да се видят на снимката по-горе. Клетката може да бъде разделена на следните части:
1. Клетъчна мембрана;
2. Цитоплазма или цитазол;
3. Цитоскелет;
4. Пори;
5. апарат на Голджи;
6. Централна вакуола;
7. Рибозома;
8. Митохондрии;
9. Груб ендоплазмен ретикулум;
10. Гладък ендоплазмен ретикулум;
11. Ядро;
12. Нуклеол.

Структурни особености на еукариотните и прокариотните клетки

Може да се напише цяла статия за структурните особености на еукариотните и прокариотните клетки, но все пак ще се опитаме да подчертаем само важните части и да анализираме разликата между едно суперцарство над друго. Започваме да описваме разликата, като се придвижваме до ядрото.

Забележка 1

Всички известни едноклетъчни и многоклетъчни организмиразделени на две групи - прокариоти и еукариоти.

Животинските клетки, клетките на повечето растителни и гъбични видове се характеризират с интерфазно ядро ​​и органели, типични за всички клетки. Тези организми се наричат ядрени или еукариоти.

Друга, по-малка група организми, вероятно по-древна по произход, се нарича прокариоти (предядрени). Това са бактерии и синьо-зелени водорасли (цианобактерии), които нямат истинско ядро ​​и много цитоплазмени органели.

Прокариотни клетки

Прокариотните клетки имат сравнително проста структура. Прокариотната клетка няма истинско ядро, нуклеол или хромозоми. Вместо клетъчното ядро ​​има неговия еквивалент - нуклеоид(образуване, подобно на ядро), лишено от обвивка и състоящо се от единична кръгла ДНК молекула, свързана с много малко количество протеин. Този клъстер нуклеинова киселинаи протеини, разположени в цитоплазмата и не отделени от нея с мембрана.

Забележка 2

Именно тази особеност е решаваща при разделянето на клетките на прокариотни (предядрени) и еукариотни (ядрени).

Прокариотните клетки нямат вътрешни мембрани, освен вдлъбнатините в плазмалемата. Това означава, че им липсват органели като митохондрии, ендоплазмен ретикулум, хлоропласти, лизозоми и комплексът на Голджи, които са заобиколени от мембрана и присъстват в еукариотните клетки. Също така няма вакуоли. От органелите има само по-малки рибозоми от тези на еукариотните клетки.

Прокариотните клетки са покрити с плътна клетъчна стена и често с лигавична капсула.

част клетъчна стенавключени муреин. Неговата молекула се състои от паралелни полизахаридни вериги, омрежени помежду си чрез къси вериги от пептиди.

Плазмената мембрана може да увисне в цитоплазмата, образувайки мезозоми. Редокс ензимите са разположени върху мембраните на мезозомите, а при фотосинтезиращите прокариоти имат и съответните пигменти (бактериохлорофил при бактериите, хлорофил а и фикобилини в цианобактериите). Поради това такива мембрани са в състояние да изпълняват функциите на митохондриите, хлоропластите и други органели. Безполовото размножаване на прокариоти се осъществява чрез просто клетъчно делене наполовина.

еукариотни клетки

Всички еукариотни клетки са разделени на отделения - реакционни пространства - чрез множество мембрани. В тези отделения различни химични реакции протичат едновременно независимо една от друга.

В клетката основните функции са разпределени между ядрото и различни органели – митохондрии, рибозоми, комплекс на Голджи и др. Ядрото, пластидите и митохондриите са отделени от цитоплазмата с двумембранна мембрана. Клетъчното ядро ​​съдържа генетичния материал. Растителните хлоропласти изпълняват основно функцията да улавят слънчевата енергия и да я преобразуват в химическата енергия на въглехидратите по време на фотосинтезата, докато митохондриите произвеждат енергия чрез разграждане на въглехидрати, мазнини, протеини и други органични съединения.

Мембранните системи на цитоплазмата на еукариотните клетки включват ендоплазмения ретикулум и комплекса Голджи, които са необходими за осъществяването жизнени процесиклетки. Лизозомите, пероксизомите и вакуолите също изпълняват специфични функции.

Само хромозоми, рибозоми, микротубули и микрофиламенти от немембранен произход.

Еукариотните клетки се делят чрез митоза.

1. Припомнете си примери за многоядрени клетки.

Отговор. Многоядрена клетка Тип клетка, която има много ядра. Ядрата се образуват, когато само ядрото се дели многократно в клетката, докато клетката като цяло и нейната мембрана остават същите. Такива клетки се състоят например от набраздени мускулни влакна; те образуват тъкан, известна като синцитий (гнездо). Многоядрени клетки се намират и в някои водорасли и гъби.

2. Каква форма могат да имат бактериите?

Отговор. Според особеностите на морфологията се разграничават следните групи бактерии: коки (повече или по-малко сферични), бацили (пръчици или цилиндри със заоблени краища), спирили (твърди спирали) и спирохети (тънки и гъвкави косоподобни форми). Някои автори са склонни да комбинират последните две групи в една – спирила.

Въпроси след §18

1. Каква е формата на ДНК в бактериите?

Отговор. Единствената кръгла ДНК молекула, открита в прокариотните клетки и условно наречена бактериална хромозома, се намира в центъра на клетката, но тази ДНК молекула не е заобиколена от мембрана и е разположена директно в цитоплазмата под формата на плътно усукани спирали.

2. Могат ли бактериите да се размножават по полов път?

Отговор. полово размножаванепри прокариотите е много по-рядко срещано от асексуалното, но е много важно, тъй като при обмен на генетична информация бактериите предават резистентност към неблагоприятни ефекти (например към лекарства) един на друг. По време на половия процес бактериите могат да обменят както части от бактериалната хромозома, така и специални малки кръгови двуверижни ДНК молекули - плазмиди. Обмяната може да се осъществи чрез цитоплазмен мост между две бактерии или с помощта на вируси, които асимилират участъци от ДНК от една бактерия и ги прехвърлят към други. бактериални клеткикоито заразяват.

3. Кога бактериите образуват спори и каква е тяхната функция?

Отговор. IN не благоприятни условия(студ, топлина, суша и др.) много бактерии са способни да образуват спори. По време на спорообразуването около бактериалната хромозома се образува специална плътна обвивка, а останалата част от съдържанието на клетката умира. Спората може да остане неактивна в продължение на десетилетия и при благоприятни условия от нея отново изниква активна бактерия. Наскоро немски изследователи съобщиха, че са успели да „съживят“ бактериални спори, които са се образували преди 180 милиона години, когато древните морета са пресъхнали!

4. Какво представляват мезозомите и какви функции изпълняват?

Отговор. Клетъчната мембрана на прокариотите образува многобройни издатини в клетката - мезозоми. Те съдържат ензими, които осигуряват метаболитни реакции в прокариотната клетка.

Помислете за таблица 3. Подчертайте основните разлики между прокариотните и еукариотните клетки.

Отговор. Еукариотите са царството на живите организми. В превод от гръцки „еукариот“ означава „притежаващ ядрото“. Съответно тези организми в състава си имат ядро, в което цялото генетична информация. Те включват гъби, растения и животни.

Прокариотите са живи организми, които нямат ядро ​​в клетките си. характерни представителипрокариотите са бактерии и цианобактерии.

Еукариотите и прокариотите са много различни по размер един от друг. По този начин средният диаметър на еукариотната клетка е до 40 микрона или повече, а този на прокариотната клетка е 0,3-5,0 микрона mm.

Прокариотите имат кръгова ДНК, която се намира в нуклеоида. Тази клетъчна област е отделена от останалата част от цитоплазмата с мембрана. ДНК няма нищо общо с РНК и протеини, няма хромозоми.

ДНК на еукариотните клетки е линейна, разположена в ядрото, в което има хромозоми.

Прокариотите се възпроизвеждат основно чрез просто разполовяване, докато еукариотите се делят чрез митоза, мейоза или комбинация от двете.

Еукариотните клетки имат органели, характеризиращи се с наличието на собствен генетичен апарат: митохондрии и пластиди. Те са заобиколени от мембрана и имат способността да се възпроизвеждат чрез делене.

IN прокариотни клеткиорганели също се срещат, но в по-малък брой и не са ограничени от мембрана.

Еукариотните флагели имат доста сложна структура. Някои прокариоти също имат флагели, те са разнообразни и имат проста структура.