Прокаріоти: будова і особливості життєдіяльності
У нашій статті ми розглянемо будову прокаріотів і еукаріотів. Ці організми істотно відрізняються рівнем організації. А причина цього - особливості структури генетичної інформації.
Особливості будови клітин прокаріотів
Прокариотами називають будь-які живі організми, клітини яких не містять ядра. З представників п`яти сучасних Царств живої природи до них належать тільки одне - Бактерії. Прокаріоти, будова яких ми розглядаємо, також включають представників синьо-зелених водоростей і архей.
Незважаючи на відсутність в їх клітинах оформленого ядра, генетичний матеріал вони містять. Це дозволяє зберігати і передавати спадкову інформацію, але обмежує різноманітність способів розмноження. Відтворення всіх прокаріотів відбувається шляхом ділення їх клітини надвоє. До митозу і мейозу вони не здатні.
Будова прокаріотів і еукаріотів
Особливості будови прокаріотів і еукаріотів, які їх відрізняють, досить істотні. Крім структури генетичного матеріалу, це стосується і багатьох органел. Еукаріоти, до яких відносяться рослини, гриби і тварини, містять в цитоплазмі мітохондрії, комплекс Гольджі, ендоплазматичнийретикулум, багато пластиди. У прокаріотів вони відсутні. Клітинна стінка, яка є і у тих, і у інших, відрізняється хімічним складом. У бактерій в її склад входять складні вуглеводи пектин або муреин, в той час як у рослин її основу становить целюлоза, а у грибів - хітин.
Історія відкриття
Особливості будови і життєдіяльності прокаріотів стали відомі вченим тільки в 17 столітті. І це незважаючи на те, що ці істоти існували на планеті з моменту її зародження. У 1676 році їх вперше розглянув в оптичний мікроскоп його творець Антоні ван Левенгук. Як і всіх мікроскопічних організмів, вчений назвав їх "анімалікуламі". термін "бактерії" з`явився тільки на початку 19 століття. Його запропонував відомий німецький натураліст Християн Еренберг. поняття "прокаріоти" виникло пізніше, в епоху створення електронного мікроскопа. Причому спочатку вчені встановили факт відмінності в будові генетичного апарату клітин різних істот. Е. Чаттон в 1937 році запропонував об`єднати за цією ознакою організми в дві групи: про- і еукаріоти. Цей поділ існує і по сьогоднішній день. У другій половині 20 століття було відкрито відмінність серед самих прокаріотів: архей і бактерій.
Особливості поверхневого апарату
Поверхневий апарат прокаріотів складається з мембрани і клітинної стінки. Кожна з цих частин має свої особливості. Їх мембрана утворена подвійним шаром ліпідів і білків. Прокаріоти, будова яких досить примітивно, мають два типи будови клітинної стінки. Так, у грампозитивних бактерій вона складається в основному з пептидоглікану, має товщину до 80 нм і щільно прилягає до мембрани. Характерною рисою цієї структури є і наявність в ній пір, через які проникає ряд молекул. Клітинна стінка грамнегативних бактерій дуже тонка - максимум до 3 нм. Вона прилягає до мембрани нещільно. У деяких представників прокаріотів зовні знаходиться ще і слизова капсула. Вона захищає організми від висихання, механічних пошкоджень, створює додатковий осмотичний бар`єр.
органели прокаріотів
Будова клітини прокаріотів і еукаріотів має свої суттєві відмінності, які перш за все полягають в наявності певних органел. Ці постійні структури визначають рівень розвитку організмів в цілому. У прокаріотів більшість з них відсутній. Синтез білка в даних клітинах відбувається рибосомах. У водних прокаріотів містяться аеросоми. Це газові порожнини, які забезпечують плавучість і регулюють ступінь занурення організмів. Тільки в клітинах прокаріотів містяться Мезосома. Ці складки цитоплазматичної мембрани виникають тільки під час використання хімічних методів фіксації під час підготовки прокаріотів клітин до мікроскопії. Органеллами руху бактерій і архей є вії або джгутики. А прикріплення до субстрату здійснюють пили. Ці структури, утворені білковими циліндрами, ще називають ворсинками і фімбріями.
Що таке нуклеоїд
Але найсуттєвіша відмінність має будову гена прокаріотів і еукаріотів. Спадковою інформацією володіють всі ці організми. У еукаріот вона знаходиться всередині оформленого ядра. Ця двумембранная органела має власний матрикс, який називається нуклеоплазма, оболонку і хроматин. Тут здійснюється не тільки зберігання генетичної інформації, але і синтез молекул РНК. У ядерцях з них в подальшому формуються субодиниці рибосом - органел, що відповідають за синтез білка.
Будова генів прокаріотів простіше. Їх спадковий матеріал представлений нуклеоїдом або ядерної областю. ДНК у прокаріотів не упаковані в хромосоми, а мають кільцеву замкнуту структуру. До складу нуклеоида також входять молекули РНК і білка. Останні за функціями нагадують гистони еукаріот. Вони беруть участь в подвоєнні ДНК, синтезі РНК, відновленні хімічної структури і розривів нуклеїнових кислот.
особливості життєдіяльності
Прокаріоти, будова яких не відрізняється складністю, здійснюють досить складні процеси життєдіяльності. Це харчування, дихання, відтворення собі подібних, рух, обмін речовин ... І на все це здатна лише одна мікроскопічна клітина, розміри якої коливаються в межах від до 250 мкм! Так що говорити про примітивність можна тільки відносно.
Відео: Будова гена. Рішення генетичних завдань - 3
Особливості будови прокаріотів обумовлюють і механізми їх фізіології. Наприклад, вони здатні отримувати енергію трьома способами. Першим є бродіння. Його здійснюють деякі бактерії. В основі цього процесу лежать окислювально-відновні реакції, в ході яких синтезуються молекули АТФ. Це хімічна сполука, при розщепленні якого в кілька етапів виділяється енергія. Тому його не даремно називають "клітинним акумулятором". Наступним способом є дихання. Суть цього процесу полягає в окисленні органічних речовин. Деякі прокаріоти здатні до фотосинтезу. Їх прикладами є синьо-зелені водорості і пурпурні бактерії, які містять в клітинах пластиди. А ось археї здатні до бесхлорофильное фотосинтезу. В ході цього процесу не відбувається фіксація вуглекислого газу, а безпосередньо утворюються молекули АТФ. Тому, по суті, це справжнє фотофосфорилювання.
Тип харчування
Бактерії і археї - це прокаріоти, будова яких дозволяє їм здійснювати і різні способи харчування. Частина з них є автотрофами. Ці організми самі синтезують органічні речовини в ході фотосинтезу. У клітинах таких прокаріотів знаходиться хлорофіл. Деякі бактерії отримують енергію за рахунок розщеплення деяких органічних сполук. Їх тип харчування називається хемотрофних. Представниками цієї групи є залізо - і серобактерии. Інші ж поглинають тільки готові з`єднання. Їх називають гетеротрофами. Більшість з них веде паразитичний спосіб життя і мешкають тільки всередині клітин інших істот. Різновидом цієї групи є і сапротрофи. Вони харчуються продуктами життєдіяльності або розкладається органікою. Як бачите, способи харчування прокаріотів досить різноманітні. Цей факт і сприяв їх широкому поширенню в усіх середовищах існування.
форми розмноження
Прокаріоти, будова яких представлено однією клітиною, розмножуються шляхом її поділу на дві частини або брунькуванням. Ця особливість обумовлена і структурою їх генетичного апарату. Процесу бінарного розподілу передує подвоєння, або реплікація ДНК. При цьому молекула нуклеїнової кислоти спочатку розкручується, після чого кожна нитка дублюється по принципом комплементарності. Утворилися в результаті цього хромосоми розходяться до полюсів. Клітини збільшуються в розмірах, між ними утворюється перетяжка і далі відбувається їх остаточне відокремлення. Деякі бактерії також здатні до утворення клітин безстатевого розмноження - суперечка.
Бактерії і археї: відмітні ознаки
Довгий час археї разом з бактеріями були представниками Царства дробянки. І дійсно, у них багато схожих рис будови. Це перш за все розміри і форма їх клітин. Однак біохімічні дослідження показали, що у них є ряд схожих рис з еукаріотамі. Це природа ферментів, під дією яких відбуваються процеси синтезу РНК і білкових молекул.
За способом харчування більшість з них є хемотрофов. Причому речовини, які розщеплюють в процесі отримання енергії археї, більш різноманітні. Це і складні вуглеводи, і аміак, і металеві з`єднання. Є серед архей і автотрофи. Дуже часто вони вступають в симбіотичні відносини. Паразитів серед архей немає. Найчастіше в природі зустрічаються комменсали і мутуалісти. У першому випадку археї харчуються за рахунок речовин організму хазяїна, але не приносять йому ніякої шкоди. На відміну від цього виду симбіозу, при мутуалістіческіе взаєминах вигоду отримують обидві організму. Деякі з них є метагеном. Такі археї мешкають в травній системі людини і жуйних ссавців тварин, викликаючи надмірне утворення газів в кишечнику. Розмножуються ці організми бінарним поділом, брунькуванням або за допомогою фрагментації.
Археї освоїли практично всі місця існування. Особливо вони різноманітні в складі планктону. Спочатку всіх архей відносили до групи екстремофіл, оскільки вони здатні жити і в гарячих джерелах, і в водоймах з підвищеною солоністю, і на глибинах із значним тиском.
Значення прокаріотів у природі та житті людини
Роль прокаріотів у природі значна. Перш за все вони є першими живими організмами, які виникли на планеті. Вчені встановили, що бактерії і археї виникли близько 3,5 млрд років тому. Теорія симбиогенеза передбачає, що від них відбулися і деякі органели еукаріотичних клітин. Зокрема, мова йде про пластидах і мітохондріях.
Відео: Структура клітини (еукаріоти і прокаріоти)
Багато прокаріоти знаходять своє застосування в біотехнології з метою отримання лікарських засобів, антибіотиків, ферментів, гормонів, добрив, гербіцидів. Людина здавна використовує корисні властивості молочнокислих бактерій для виготовлення сиру, кефіру, йогурту, квашених продуктів. За допомогою цих організмів здійснюється очищення водойм і грунтів, збагачення руд різних металів. Бактерії формують мікрофлору кишечника людини і багатьох тварин. Поряд з археями вони здійснюють кругообіг багатьох речовин: азоту, заліза, сірки, водню.
З іншого боку, багато бактерії є збудником небезпечних захворювань, регулюючи чисельність багатьох видів рослин і тварин. До них відносяться чума, сифіліс, холера, сибірська виразка, дифтерія.
Отже, прокариотами називають організми, клітини яких позбавлені оформленого ядра. Їх генетичний матеріал представлений нуклеоїдом, що складається з кільцевої молекули ДНК. Із сучасних організмів до прокаріотів відносяться бактерії і археї.
