Будова і функції клітини прокаріотів

Трохи історії. Арістотель намагався всі об'єкти природи систематизувати. У нього була "сходи істот". Внизу найбільш примітивно організовані камені, потім рослини, тварини і людина. Прагнення до лінійної класифікації досить довго зберігався, але потім його довелося відкинути, тому що об'єкти живої природи не вишиковуються в єдину сходи. Поділ на рослини і тварини відомо давно. Ці групи називають царствами: царство рослин і царство тварин. Потім були описані прості одноклітинні рослини і тварини, про які не завжди зрозуміло, рослини вони чи тварини. Вони були виділені в групу одноклітинні (Найпростіші). Потім відкрили бактероій і виділили їх у окреме царство. Пізніше було в окреме царство були виділені гриби. Для нас вони здаються схожими на рослини, але, тим не менше, від рослин вони істотно відрізняються, зокрема, тим, що, як тварини, запасають глікоген, а не крохмаль.

Отже, живі організми розділили на царства рослин, грибів, Тварин і найпростіших (одноклітинних), і царство бактерій, до якої входили всі прокаріоти. Але коли вивчали бактерій, виявилося, що вони також поділяються на дві сильно відрізняються групи. Відповідно, їх довелося розділити на два царства: Еубактеріі (власне бактерії) і архебактерію (інша назва - Археї). Останні також не мають ядра, але по структурі сильно відрізняються від бактерій.

Таке поділ виник нещодавно. У 1990 році вийшла присвячена цій темі публікація. Розподіл було зроблено на основі послідовності Хвороби. Якщо раніше для того, щоб описати який-небудь новий вигляд, потрібно було вивчити організм, описати, як він харчується, його морфологію, і тільки після цього його можна було класифікувати, то зараз класифікацію організму можна провести, навіть не знаючи, як він виглядає. Досить просеквеніровать (визначити послідовність нуклеотидів) його Хвороби. І оскільки для багатьох організмів послідовність Хвороби відома, то за ступенем подібності цих РНК будується класифікація, а не за зовнішнім схожості або за особливостями метаболізму. Деякі групи архей так і були описані: Хвороби є, а самі організми поки ніхто не бачив. У чому ж сенс переходу до класифікації за ступенем подібності Хвороби? Хвороби відображає спорідненість за походженням, у той час, як однакова форма може бути у абсолютно неспоріднених тварин. Якщо згадати жабу, крокодила і бегемота, то виявиться, що очі у них з води стирчать схожим чином. Але ці тварини відносяться до різних класів. Тобто, побудова класифікації на основі Хвороби відображає спорідненість організмів, але зате часто не відображає подібність в образі їхнього життя. Чому обрано саме рибосомна РНК? Тому що це сама консервативна, тобто найбільш повільно змінюється, частина генома. Нижче на малюнку представлено дерево спорідненості різних організмів. На ньому виділяються групи бактерій, архей і еукаріот.Еті групи, більш високого рангу, ніж царства. Їх називають надцарства або домени. Термін домен використовується у різних науках. В даному випадку, в систематиці, «домен» позначає групу (рангом вище царства), що об'єднує різні організми, що володіють певним набором загальних рис.

Що ж спільного у бактерій і архей, що відрізняє їх від еукаріотів?

Будова клітини прокаріотів

У прокаріотів клітин є цитоплазматична мембрана, також як і еукаріотичних. У бактерій мембрана двошаровий (ліпідний бішар), у архей мембрана досить часто буває одношарової. Мембрана архей складається з речовин, відмінних від тих, з яких складається мембрана бактерій. Поверхня клітин може бути покрита капсулою, чохлів або слизом. У них можуть бути джгутики і ворсинки.

Клітинне ядро, таке як у еукаріотів, у прокаріотів відсутній. ДНК знаходиться всередині клітини, упорядковано згорнутий і підтримувана білками. Цей ДНК-білковий комплекс називається нуклеоїд. У еубактерій білки, які підтримують, ДНК відрізняються від гістонів, які утворюють нуклеосоми (в еукаріот). А у архібактерій гістони є, і цим вони схожі на еукаріотів. Енергетичні процеси у прокаріотів йдуть в цитоплазмі і на спеціальних структурах -- Мезосома (виростах клітинної мембрани, які закручені в спіраль для збільшення площі поверхні, на якій відбувається синтез АТФ). Всередині клітини можуть перебувати газові бульбашки, запасні речовини у вигляді гранул поліфосфатів, гранул вуглеводів, жирових крапель. Можуть бути присутнім включення сірки (що утворюється, наприклад, в результаті безкисневого фотосинтезу). У фотосинтетичних бактерій є складчасті структури, звані тилакоїди, на які йде фотосинтез. Таким чином, у прокаріотів, в принципі, є ті ж самі елементи, але без перегородок, без внутрішніх мембран. Ті перегородки, які є, є виростамі клітинної мембрани.

Розмір різних представників прокаріотів представлений на схемі нижче. Найменша бактерія - це паразитична микоплазма (вона живе всередині клітин еукаріотів). Вона має розмір 0,1 мкм. Найбільші представники прокаріотів видно неозброєним оком (кордон видимості - 70-80 мкм). Ця спірохета має довжину 250 мкм. Типовий же представник прокаріотів має розмір 0,5 мкм в ширину і 2 мкм завширшки. Для порівняння наведені розміри вірусу герпесу - одного з найбільш великих вірусів (має розмір, який можна порівняти з розмірами паразитичною мікоплазми), і вірусу жовтої лихоманки - одного з найменших вірусів, в п'ять разів менше вірусу герпесу, а також розміри молекул глобулярних білків і еукаріотичних одноклітинних організмів (розміри них набагато більше, ніж у прокаріотів).

Форма прокаріотів клітин не так вже й різноманітна. Круглі клітини називаються коки. Таку форму можуть мати як археї, так і еубактеріі. Стрептококи - це коки, витягнуті в ланцюжок. Стафілококи - це «грона» коків, диплококков -Коки, об'єднані по дві клітини, тетради - по чотири, і сарціни - по вісім. Полочкообразние бактерії назиаются бацилами. Дві палички - діплобацілли, витягнуті в ланцюжок - стрептобацілли. Ще виділяють корінеформние бактерії (з розширенням на кінцях, схожим на булаву), спірілли (довгі завиті клітини), вібріони (коротенькі загнуті клітини) і спірохети (завиваються не так, як спірілли). Нижче проілюстровано все вище сказане і наведено дві представника архей.

Хоча і археї, і бактерії відносяться до прокаріотів (безядерним) організмам, будову їхніх клітин має деякі суттєві відмінності. Як вже було зазначено вище, бактерії мають ліпідний бішар (коли гідрофобні кінці занурені в мембрану, а заряджені головки стирчать з двох сторін назовні), а археї можуть мати монослойную мембрану (заряджені головки є з двох сторін, а всередині єдина ціла молекула; ця структура може бути більш жорсткою, ніж бішар). Нижче представлена будова клітинної мембрани архебактерію.

Бактерії і археї відрізняються будовою і розміром РНК-полімери. До складу бактеріальних РНК-полімерази входить 4-8 білкових субодиниць, в сота еукаріотичних РНК-полімерази входить 10-14 білкових субодиниць, а у архей розмір проміжний: 5-11 субодиниць. Рибосоми бактерій менше рибосом еукаріотів і менше, ніж рибосоми архей (які також мають проміжні розміри).

За способу життя археї відрізняються від бактерій тим, що серед них немає паразитують організмів. Крім того, археї часто живуть в екстремальних умовах. Нижче представлений діапазон температур, в яких можуть існувати прокаріоти (від -10 ОС до 110оС). В залежності від оптимальної температури росту виділяють псіхрофілов (любителів холоду), мезофілов (середній діапазон температур; до них відносяться всі симбіонти і паразити людини) і Термофіли (аматорів тепла).

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://bio.fizteh.ru