Клетки прокариотического типа

Прокариоты – это эубактерии и архебактерии. Древнейшие останки прокариотов были обнаружены в слоях почвы с возрастом 3 млн. лет. Живут во всех средах обитания, включая экстремальные (в нефтяных пластах на глубине до 1000 м, на дне океанов до 10000 м, в концентрированных растворах солей и горячих источниках). Одноклеточные (некоторые формируют колонии).

Прокариотическая клетка не имеет оформленного ядра – его функции выполняет нуклеоид, в состав которого входит кольцевая хромосома. В прокариотической клетке отсутствуют тубулярные органоиды (нет тубулина), а также одномембранные и двумембранные органоиды – их функции выполняют мезосомы (впячивания плазмалеммы). Рибосомы, органоиды движения и оболочки прокариотических клеток имеют специфическое строение.

Для всех прокариотических клеток, характерны:

■ малые размеры (не более 10 мкм);

■ форма шаровидная (кокки), палочковидная (бациллы), изогнутая (вибрионы), винтообразно закрученная (спириллы);

■ наличие жесткой защитной оболочки – клеточной стенки из муреина, под которой находится цитоплазматическая мембрана. Часто бактериальная клетка окружена толстым слоем слизи (капсула) из полисахаридов, полипептидов, липополисахаридов;

(Для желающих, подробнее – см. 10 класс «02 Углеводы и липиды»)

Муреин – структурный гетерополисахарид, придающий прочность клеточной стенке бактериальной клетки. В муреине чередуются остатки двух моносахаридов, связанных в положении β(1→4): N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты. Последняя является простым эфиром молочной кислоты и N-ацетилглюкозамина. В клеточной стенке карбоксильная группа молочной кислоты связана амидной связью с пептидом, соединяющим отдельные цепи муреина в трехмерную сетчатую структуру.

■ под клеточной оболочкой находится плазмалемма, тесно прилегающая к цитоплазме;

■ отсутствие оформленного ядра, ограниченного мембраной;

■ размещение генетического материала в одной хромосоме (нуклеоиде) в форме кольцевой молекулы ДНК, не отделенной от цитоплазмы мембраной (ядерной оболочкой), а относительно свободно располагающейся в ядерной области цитоплазмы, будучи прикрепленной к плазмалемме изнутри;

■ наличие плазмид. Плазмиды – короткие кольцевые цепочки молекулы ДНК (длиной до 100 000 пар нуклеотидов), не входящие в состав нуклеоида. Они способны самостоятельно удваиваться (репликация), включаться и выходить из состава нуклеоида, передаваться из клетки в клетку с участками (фрагментами) хромосомной ДНК, осуществляя обмен информации и, в том числе и межвидовой. Термин предложен Дж. Ледербергом (1952);

■ отсутствие внутренних мембранных органоидов (митохондрий, эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи), кроме тилакоидов и мезосом – структур, сформированных путем впячивания плазмалеммы;

■ локализация на мезосомах, выполняющих функции органоидов, ферментов, ответственных за синтез углеводов, липидов, фотосинтез и т.д.;

■ наличие мелких рибосом (70s) и включений (гликоген, липиды и др.) в цитоплазме;

■ некоторые имеют жгутики особого строения (не гомологичные, а аналогичные жгутикам эукариотов);

■ дыхание всей поверхностью тела – аэробное и/или анаэробное (есть факультативные и облигатные анаэробы).

■ большинство бактерий – гетеротрофы, питающиеся как сапрофиты, паразиты или симбионты. Автотрофные бактерии способны к хемосинтезу (железобактерии, нитрофицирующие бактерии) или примитивному фотосинтезу (пурпурные, зеленные бактерии). Цианобактериям характерен Н₂О-фотосинтез (оксигенный фотосинтез эукариотического типа).

■ отсутствие фагоцитоза, пиноцитоза и циклоза при питании.

■ размножение путем простого деления надвое или почкованием, т.е. бесполое (в благоприятных условиях каждые 20-25 мин);

■ полового размножения нет, но есть половые процессы (трансформация, трансдукция и конъюгация); при конъюгации клетка, дающая ДНК (донор) присоединяется к клетке принимающей ДНК (акцептор) при помощи трубочки, состоящей из белка – пилина. При передаче полового F-фактора (обычно – плазмиды) клетка-акцептор может преобразоваться в клетку-донора. В результате конъюгации старая и новая молекулы ДНК образуют комплекс, состоящий из двух молекул ДНК, соединенных гомологичными участками. Хромосомы обмениваются группами генов.

Половые процессы обеспечивают генетическое разнообразие бактерий и их приспособление к внешней среде.

■ отсутствие митоза и мейоза; четкое распределение копий ДНК между дочерними клетками определяется ростом плазмалеммы между точками крепления на ней молекул;

■ в неблагоприятных условиях образуют споры (аналог цист у простейших); при этом они теряют до 60 % воды (остальная переходит в связанное, неактивное состояние) и покрываются толстой защитной оболочкой;

Модель бактериальной клетки, созданная на основе электронной микроскопии

1 - жгутик;

2 - клеточная стенка;

3 - цитоплазматическая мембрана;

4 - нуклеоид (кольцевая ДНК);

5 - плазмида;

6 - мезосома;

7 – цитоплазма с 70s рибосомами.

Подробнее об особенностях организации клеток прокариот см. 10 класс,

раздел «Сравнительная цитология», тема «02 Организация прокариотической клетки».