Дополнительный материал для выполнения практической работы по биологии: Прокариотические, эукариотические клетки. Вирусы, их значение.

Прокариоты

По особенностям строения клеток организмы принято делить на две группы: прокариоты (доядерные) и эукариоты (ядерные). К первой группе относятся бактерии, ко второй — протисты, грибы, растения и животные. Каковы отличительные признаки прокариотических клеток по сравнению с эукариотическими?

Размеры клеток прокариот, как правило, значительно меньше, чем эукариот, и в среднем составляют 0,25—10 мкм. Однако есть исключения. Клетки некоторых нитчатых серобактерий имеют диаметр около 50 мкм, обнаружены спирохеты длиной до 250 мкм, а крупнейшие из известных бактерий достигают размера 750 мкм (0,75 мм).

Клетки прокариот могут иметь различную форму: шаровидную (кокки), палочковидную (бациллы), изогнутую (вибрионы), спирально закрученную (спириллы) и др.

Поверхностный аппарат прокариотических клеток включает цитоплазматическую мембрану и клеточную стенку. У некоторых бактерий поверхностный аппарат имеет дополнительную наружную мембрану. Клеточная стенка многих бактерий может быть окружена слизистой капсулой (рис. 51).

Строение и функции цитоплазматической мембраны сходны с таковыми у эукариот.

Клеточная стенка бактерий существенно отличается по строению от оболочек клеток растений и грибов. Ее основу составляет жесткая решетка из полисахарида м у р е и н а.

Молекула муреина представляет собой правильную сеть из параллельно расположенных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими пептидными цепочками. Таким образом, бактериальная клетка окружена муреиновым мешком, образованным, по сути дела, одной молекулой. В состав клеточной стенки может входить множество таких муреиновых мешков, которые располагаются один поверх другого и образуют жесткий опорный каркас, обеспечивающий постоянную форму бактериальной клетки.

По строению клеточной стенки бактерии подразделяются на две группы — грамположн-тельные и грамотрицательные (рис. 52).

У грамположительных бактерий клеточная стенка толстая, многослойная, у грамотрицательных она тоньше, но снаружи от нее расположена дополнительная мембрана, которая препятствует проникновению в клетку ряда веществ.

Это делает грамотрицательные бактерии более устойчивыми к действию некоторых ядов, ферментов, антибиотиков.

Для выявления бактерий под микроскопом их обрабатывают специальными красителями по методу, разработанному датским ученым X. Гр а м о м (отсюда и названия групп бактерий). При этом грамположительные бактерии приобретают темно-синюю окраску, а грамотрицательные — розовую.

У некоторых бактерий имеются ворсинки— тонкие белковые выросты на поверхности клетки (см. рис. 51). Функция ворсинок заключается в прикреплении бактерий к клеткам других организмов, различным частицам, а также в переносе ДНК от одной бактериальной клетки к другой.

Клетки некоторых видов бактерий имеют жгутики(один, несколько или много), которые могут быть в несколько раз длиннее самой клетки.

Прокариоты, как следует из их названия, не имеют оформленного ядра. Их наследственная информация содержится, как правило, в кольцевой молекуле ДНК (см. рис. 51), которая располагается непосредственно в цитоплазме и условно называется бактериальной хромосомой.Помимо бактериальной хромосомы, в цитоплазме клеток могут содержаться небольшие молекулы ДНК, способные автономно удваиваться и при делении передаваться дочерним клеткам. Такие внехромосомные (дополнительные по отношению к хромосоме) структуры называются плазмидами.

Бактериальные клетки не имеют мембранных органоидов, характерных для клеток эукариот, — митохондрий, пластид, эндоплазматической сети, комплекса Гольджи, лизосом. Функцию этих органоидов выполняет цитоплазматическая мембрана или ее производные. Цитоплазматическая мембрана прокариот может образовывать впячивания внутрь клетки — мезосомы,которые часто имеют вид закрученных в спираль или клубок образований (см. рис. 51). Считается, что мезосомы могут принимать участие в образовании поперечных перегородок при делении клеток, а также служить местом прикрепления бактериальных хромосом.

Кроме того, в прокариотических клетках отсутствует клеточный центр и цитоскелет. В то же время в цитоплазме располагаются многочисленные рибосомы,которые имеют сходное строение с рибосомами эукариот, но отличаются меньшими размерами.

У некоторых бактерий, обитающих в водоемах или капиллярах почвы, имеются особые газовые вакуоли. Изменяя их объем, бактерии могут перемещаться (всплывать и погружаться) с минимальными затратами энергии.

В клетках цианобактерий содержатся округлые замкнутые мембранные структуры — хроматофоры(от греч. хрома — краска, форос — несущий), в которых расположены фотосинтетические пигменты.

Подавляющее большинство эукариот являются аэробами — так называют организмы, использующие для клеточного дыхания кислород. В отличие от них среди прокариот известно немало анаэробов — они способны существовать без доступа кислорода, а на клетки некоторых анаэробов кислород действует и вовсе губительно.

Некоторые бактерии способны усваивать атмосферный азот (N₂), чего эукариоты делать не могут. Такие бактерии называются азотфиксирующими.

В неблагоприятных условиях (холод, жара, засуха и т. д.) некоторые бактерии способны образовывать споры.При спорообразовании вокруг бактериальной хромосомы образуется плотная многослойная оболочка. Споры устойчивы к действию низких и высоких температур (в некоторых случаях выдерживают длительное кипячение), ионизирующего излучения, многих химических веществ и других факторов. Споры могут десятилетиями находиться в неактивном состоянии, а в благоприятных условиях снова превращаться в активных бактерий.

Большинство прокариот — одноклеточные организмы, но встречаются колониальные и многоклеточные формы (например, некоторые цианобактерии). Скопления клеток прокариот могут иметь вид нитей, шаров, гроздей, иногда они окружены общей слизистой капсулой.

ЭУКАРИОТЫ

Сходство в строении клеток эукариот. На Земле существует множество видов эукариотических организмов, объединяемых в четыре царства: Растения, Животные, Грибы и Протисты. Несмотря на значительные различия в строении и образе жизни представителей разных царств (и даже одного царства), для всех эукариот характерен ряд общих признаков, касающихся строения и функционирования их клеток:

• единый план строения клетки;

• наличие ядра, цитоплазмы с разнообразными мембранными и немембранными органоидами, цитоскелета;

• сходство протекания процессов обмена веществ и энергии в клетке;

• сходные процессы деления клеток.

Различия в строении клеток эукариот. Сравнивая строение клеток организмов разных царств, помимо сходства, можно выделить существенные различия (см. рис. 29).

Клетки растенийимеют жесткую клеточную стенку (оболочку). Оболочка придает клеткам механическую прочность, поддерживает их форму и размеры, защищает от повреждений и высыхания, а также препятствует разрыву клеток при поступлении в них большого количества воды.

Основу оболочки составляет жесткий каркас из параллельно расположенных волокон, погруженный в мягкий, пластичный матрикс. Волокнистым компонентом клеточных оболочек растений является целлюлоза, линейные цепочки которой объединяются в пучки и волокна (фибриллы) благодаря возникновению межмолекулярных водородных связей (рис. 53). Фибриллы параллельными рядами располагаются в матриксе. В состав матрикса входят различные полисахариды.

IB оболочке молодых клеток содержание волокнистых элементов невысокое (не более 30 % сухой массы). Такая оболочка называется первичной. Оболочки молодых клеток способны к растяжению, благодаря чему возможен рост клетки. После прекращения роста на первичную оболочку изнутри откладываются новые слои — так формируется прочная вторичная оболочка.

Клетки животныхпокрыты только цитоплазматической мембраной.. Животные — гетеротрофы, источником углерода для синтеза органических веществ у них являются вещества, поступающие с пищей. Питательные вещества служат для животных также источником энергии. В клетках животных отсутствуют пластиды, нет крупных вакуолей, но есть центриоли. Запасным углеводом является гликоген, который откладывается в цитоплазме клеток.

У клеток грибов,как и у растений, есть жесткая клеточная стенка. У большинства грибов ее основу составляют фибриллы хитина. Хитин не переваривается большинством организмов из-за отсутствия фермента хитиназы, поэтому оболочка (клеточная стенка) надежно защищает внутреннее содержимое клеток грибов от повреждения другими организмами. Тело гриба (грибница) представляет собой совокупность тонких трубчатых нитей — гиф, образованных одним рядом клеток. У некоторых грибов перегородки в гифах отсутствуют, и грибница представляет собой одну гигантскую многоядерную клетку. В клетках грибов имеются крупные вакуоли, заполненные клеточным соком.

Грибы, как и животные, — гетеротрофы, питаются готовыми органическими веществами, пластид в их клетках нет. Запасным углеводом в клетках грибов (как и животных) является гликоген.

Протисты— неоднородная группа организмов. Среди них есть одноклеточные, колониальные и многоклеточные формы. Некоторые одноклеточные и колониальные протисты способны передвигаться с помощью ресничек (инфузории), жгутиков (хламидомонада, эвглена зеленая, вольвокс) или ложноножек (амебы). По типу питания протисты могут быть автотрофными, автогетеротрофными и гетеротрофными.

Автотрофные и автогетеротрофные протисты называются водорослями.В их клетках содержатся хлоропласты (от одного до нескольких десятков), осуществляющие на свету процесс фотосинтеза. Хлоропласты водорослей могут иметь разнообразную форму: чашевидную (у хлореллы), спиральную (у спирогиры) и т. д. Многие водоросли имеют клеточную стенку. В клетках автотрофных протистов содержатся вакуоли с клеточным соком. Некоторые одноклеточные водоросли имеют светочувствительный глазок и сократительные вакуоли.

В отличие от автотрофных автогетеротрофные протисты (эвглена зеленая, хламидомонада) могут не только осуществлять фотосинтез, но и поглощать всей поверхностью тела растворенные в воде органические вещества.

Гетеротрофные протисты (амебы, инфузории и др.) не способны к фотосинтезу, поэтому потребляют готовые органические вещества и переваривают их в пищеварительных вакуолях. В клетках гетеротрофных протистов отсутствуют пластиды и светочувствительный глазок. Не имеют они и клеточной стенки.