Прокариотические и эукариотические клетки вирусы
Обновлено: 17.04.2024
Организмы одноклеточных и многоклеточных делятся на две категории — эукариоты и прокариоты.
Клетки животных, а также почти все растения и грибы обладают интерфазным ядром. Кроме того, прокариотические и эукариотические клетки (прокариоты и эукариоты) имеют стандартные для всех клеток органоиды. Такие организмы называются ядерными или эукариотами.
Прокариоты или доядерные — это не такая большая категория организмов, как эукариоты, но более древняя по своему происхождению. К ним относятся бактерии сине-зеленые водоросли (цианобактерии). У них нет настоящего ядра и большинства органоидов, присущих цитоплазме.
Но у эукариот и прокариот есть свои особенности. Обратимся к сравнению клеток прокариот и эукариот, в частности, рассмотрим строение прокариотической и эукариотической клеток, а также обозначим различия прокариот и эукариот.
Сравнительная характеристика прокариот и эукариот
Характеристика клеток прокариот
При сравнении прокариот и эукариот важно подробно остановиться на строении.
Прокариотическая и эукариотическая клетки имеют разное строение. Строение клеток прокариот достаточно простое. Клетка прокариот не имеет ядра, ядрышка и хромосом. Клеточное ядро в этом случае заменяет нуклеоид. Он представляет собой похожее на ядро образование, без оболочки с одной кольцевой молекулой ДНК, которая связана с небольшим количеством белка. Также можно сказать, что это скопление белков и нуклеиновых кислот: они лежат в цитоплазме и не отделены от нее мембранами.
Последний момент является ключевым для деления клеток на прокариот и эукариот (доядерные и ядерные). Далее мы посмотрим сравнение эукариотических и прокариотических клеток в таблице.
В прокариотических клетках нет внутренних мембран — за исключением вмятин плазмолеммы. Исходя из этого получается, что органеллы прокариот немногочисленны: митохондрий, эндоплазматической сети, хлоропластов, лизосом, комплекса Гольджи. Все перечисленное есть в эукариотических клетках — там они окружены мембраной. Вакуоли также отсутствуют.
В прокариотических клетках есть только одна единственная органелла — это рибосома. Но здесь рибосомы мельче, чем у клеток эукариот.
Строение клетки прокариот характеризуется тем, что у клеток есть плотная клеточная стенка, которая их покрывает, и часто слизистая капсула.
Клеточная стенка состоит из муреина. Молекула муреина, в свою очередь, включает параллельно расположенные полисахаридные цепи: они сшиты друг с другом короткими цепями пептидов.
Плазматическая мембрана характеризуется тем, что у нее есть способность прогибаться внутрь цитоплазмы и образовывать, таким образом, мезосомы. На мембранах мезосом находятся окислительно-восстановительные ферменты, а фотосминтезирующие прокариоты имеют также соответствующие пигменты: бактериохлорофилл (бактерии) и фикобилины (цианобактерии). За счет этого мембраны получают возможность осуществлять функции, свойственные митохондриям, хлоропластам и другим органеллам.
Для прокариот характерно бесполое размножение. Оно происходит в результате простого деления клетки пополам.
Сравнительная характеристика клеток, представленных в таблице, поможет различать два типа клеток без каких-либо проблем.
Сравнительная характеристика прокариот и эукариот в таблице:
Если посмотреть на сравнение клеток прокариот и эукариот в таблице, то становится понятно, в чем заключается их похожесть и отличия. В таблице прокариоты и эукариоты — это практически две разные клетки.
Кстати, сравнение клеток прокариот и эукариот в таблице в 9 классе уже необходимо уметь делать.
Сравнительная характеристика эукариот и прокариот будет неполной без анализа первых. Так что помимо сравнительной характеристики клеток в таблице нужно знать, что собой представляют эукариоты.
Характеристика клеток эукариот
Эукариотическая и прокариотическая клетки обладают разным составом.
Несмотря на то, что клетки эукариот включают те же структурные элементы, что и прокариотические клетки, строение клетки эукариот сложнее. К таким элементам относятся цитоплазма, клеточная стенка эукариот, плазмолемма.
Строение клеток эукариот характеризуется разделением на компартменты (реакционные пространства) при помощи множества мембран. В каждом из компартментов происходят разнообразные химические реакции — одновременно и независимо друг от друга.
Ниже представлены сведения об эукариотической клетке в таблице (сравнение клеток разных царств эукариот не приводим).
Строение эукариотической клетки в таблице, а точнее, в одной картинке:
Из таблицы строения эукариотической клетки понятно, насколько сложным оно является.
Главные функции в клетке выполняют ядро и различные органеллы, такие как митохондрии, комплекс Гольджи, рибосомы и др. Что касается ядра, пластид и митохондрий, то они отделены от цитоплазмы при помощи двухмембранной оболочки. Генетический материал содержится в ядре клетки.
Функция хлоропластов — улавливание солнечной энергии и преобразование ее в химическую энергию углеводов при помощи фотосинтеза.
Митохондрии получают энергию в процессе расщепления белков, углеводов, жиров и других органических соединений.
Эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи — это мембранные системы цитоплазмы эукариотических клеток. Их наличие обеспечивает нормальное осуществление всех жизненных процессов в клетке.
Лизосомы, вакуоли и пероксисомы отвечают за выполнение специфических функций.
Немембранное происхождение имеют хромосомы, рибосомы, микротрубочки и микрофиламенты.
Основной способ размножения эукариотических клеток — митоз.
Эта основная информация по сравнению прокариотической и эукариотической клетки. Отличия прокариот от эукариот в таблице наглядно видны.
Бактерии. Прокариоты. Эукариоты. Различия между прокариотической и эукариотической клетками. Архебактерии. Эубактерии.
Бактерии [от греч. bakterion, уменьш. от baktron, трость, посох] — представители царства Procariotae, включающего бактерии и сине-зелёные водоросли. Бактерии крупнее вирусов, большинство из них можно изучать светооптической микроскопией. Прокариотическая клетка меньше эукариотической, ДНК в ней не окружена ядерной мембраной, а органеллы типа митохондрий и хлоропластов отсутствуют.
Клетки бактерий окружены особо организованной клеточной стенкой, имеют ограниченное число отделов (компартментов) либо вообще лишены их (рис. 2-4). Они также имеют различия в синтезе ДНК, белков и продуктов клеточной стенки (табл. 2-1). Все известные бактерии разделяют на архебактерии (то есть древние бактерии) и эубактерии (к которым относят большинство современных видов).
Рис. 2-4. Основные различия между прокариотической и эукариотической клетками. Бактериальная (прокариотическая) клетка (А) окружена клеточной стенкой (КС). Цитоплазма обильно насыщена рибосомами (Р). Молекула ДНК обычно расположена в центре клетки. Цитоплазма эукариотической клетки (Б) окружена цитоплазматической мембраной (ЦПМ), включает митохондрии (М), вакуоли (В), шероховатую эндоплазматическую сеть с рибосомами (ШЭС), гладкую эндоплазмати-ческую сеть (ГЭС), запасные гранулы (ЗГ) и ядро (Я).
Архебактерии
Архебактерии [от греч. arche, начало + бактерия] обитают в биотопах с экстремальными условиями. Вероятно, эти биотопы напоминают существовавшие на заре развития жизни на Земле. К архебактериям относят метанобразующие бактерии, экстремально галофильные бактерии (растут в присутствии 12-32% NaCl) и термоацидофильные бактерии (растут при 75-90 °С и низком рН).
Таблица 2-1. Основные различия клеток прокариотов (эубактерий) и эукариотов
Эубактерии
Большинство эубактерий — свободноживущие сапрофиты, но среди них имеются виды, вызывающие заболевания у растений и животных. Значительная часть патогенных бактерий способна покрывать свои энергетические и метаболические потребности путём расщепления различных субстратов. Их можно выращивать на синтетических средах.
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
Клетка прокариот бактерий и архей
Основные положения:
• В прокариотической клетке плазматическая мембрана окружает один компартмент
• Во всем компартменте присутствует одинаковая водная среда
• В клетке генетический материал занимает компактную область
• Бактерии и археи относятся к прокариотам, однако различаются по своим структурным особенностям
Прокариоты подразделяются на два царства. Раньше считали, что все прокариоты представлены бактериями, но сейчас часть их мы причисляем к археям. Как бактерии, так и археи существуют в форме только одноклеточных организмов (хотя некоторые бактерии в популяции проявляют способность к агрегации).
Область, ограниченная плазматической мембраной, называется цитоплазмой. У прокариот мембрана окружена клеточной стенкой, жесткая структура которой обеспечивает защиту клетки от физических воздействий внешней среды.
На рисунке ниже показано, что в компартменте бактериальной клетки генетический материал расположен компактно, однако не отделен мембраной от содержимого цитоплазмы. К простейшим формам бактерий относится микоплазма, которая, однако, не способна к самостоятельному существованию, поскольку не может производить многие из жизненно необходимых продуктов.
У бактерий существует один компартмент, хотя внутренние области могут отличаться друг от друга.
Поэтому микоплазма существует внутри других организмов, в которых эти продукты образуются. В геноме микоплазмы содержится всего лишь около 500 генов, которые кодируют лишь минимальное количество продуктов, необходимых для построения клетки. Геном свободноживущих бактерий содержит более 1500 генов и кодирует синтез ферментов метаболизма, необходимых для превращения небольших молекул, а также обеспечивает функционирование более сложного аппарата регуляции экспрессии генов.
Бактерии подразделяются на две группы, дивергенция между которыми произошла, вероятно, около двух миллиардов лет назад. Эти группы называются грамположительные и грамотрицательные, в зависимости от того, приобретают ли клетки окраску при прокрашивании по Граму. К числу наиболее полно охарактеризованных грамотрицательных бактерий относится Escherichia coli, а из грамположительных бактерий наиболее изучена Bacillus subtilis. Окраска развивается при взаимодействии красителя с клеточной стенкой.
У грамположительных бактерий клеточная стенка окружает плазматическую мембрану, и краситель непосредственно взаимодействует с компонентами стенки. У грамотрицательных бактерий существует вторая мембрана, окружающая клеточную стенку. Наличие этой мембраны и различия в составе клеточной стенки препятствуют развитию окраски. Область, находящаяся между наружной и внутренней мембранами, называется периплазматическим пространством. В этом пространстве находятся специфические белки и другие компоненты. Если за критерий компартмента принимать область, ограниченную мембранами, то можно считать, что грамотрицательные бактерии имеют два компартмента.
Однако периплазматическое пространство следует рассматривать как компартмент лишь в аспекте взаимодействия между клеткой и окружающей средой. Это никак не сказывается на основополагающем факте, что синтетическая активность бактериальной клетки сосредоточена в том же компартменте, где находится генетический материал.
Данные филогенетического анализа с использованием современных молекулярных методов позволяют считать,
что организмы можно подразделить на три царства.
Некоторые бактерии могут развиваться, давая начало определенному типу специализированных клеток, что напоминает процесс развития у высших организмов.
Известно много различных видов бактерий, которые возникли на ранних этапах эволюции. Установить их филогенетические взаимоотношения достаточно сложно, поскольку, в отличие от эукариот, ископаемых остатков не сохранилось. Однако современные молекулярные методы, основанные на секвенировании рибосо-мальных РНК, и недавно разработанные приемы полного секвенирования генома привели к революционным выводам относительно происхождения прокариот. Как отдельное царство прокариот были идентифицированы археи.
По виду и строению археи напоминают бактерии: они характеризуются небольшими размерами и представляют собой одноклеточные организмы. Обычно они существуют в экстремальных условиях (например, при высоких температурах), и раньше их ошибочно принимали за бактерии, которые приспособились к таким условиям существования. Как и клетки бактерий, археи представляют собой клетки с одним компартментом и не имеют внутренних мембран.
У них могут проявляться такие же морфологические признаки, как у бактерий, например наличие жесткой стенки или капсулы, окружающей плазматическую мембрану, а также жгутиков, направленных в окружающую среду. Основные отличия наблюдаются на молекулярном уровне, и компоненты клетки археев отличаются от таковых у бактерий. Аппарат, осуществляющий экспрессию генов у археев, больше напоминает аналогичный аппарат клеток эукариот, чем клеток бактерий. Клеточная стенка у них построена из субъединиц, отличающихся от субъединиц клеточной стенки бактерий или растений. Существуют отличия в составе мембранных липидов. По генетической сложности археи больше напоминают свободно-живущих бактерий.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
• В составе клеточной оболочки археев находятся уникальные компоненты и отсутствует пептидогликан клеточной стенки
• По характеру основных процессов метаболизма и наличию некоторых структур, например жгутиков, археи напоминают бактерии
• По характеру репликации ДНК, транскрипции и трансляции археи напоминают клетки эукариот, однако в регуляции активности генов у них участвует много белков, напоминающих бактериальные
Прокариоты подразделяются на две группы, в настоящее время известные под названиями бактерии и археи. Вначале оказалось, что различия между этими группами проявляются в последовательности рРНК, однако они также отмечаются при сопоставлении их важнейших физиологических и биохимических характеристик. Особенно у археев, как следует из рисунка ниже. проявляется ряд общих свойств с клетками эукариот. Более того, хотя археи, несомненно, относятся к прокариотам, поскольку не обладают ядерной мембраной, они отличаются от хорошо известных бактерий по своим фундаментальным свойствам. В особенности это проявляется в отсутствии пептидогликана в их клеточной стенке и наличии в мембранах липидов, связанных с глицерином эфирной связью. Вообще говоря, об архе-ях мы знаем гораздо меньше, чем о бактериях.
Большая часть хорошо изученных видов археев характеризуется универсальностью метаболизма и способностью существовать в экстремальных условиях. Некоторые из них могут расти при очень высоких температурах (> 80 °С). Очевидно, что лишь один белок, обратная гираза, является специфичным для гипертермофильных археев. Таким образом, способность перекручивать ДНК может представлять собой единственный критический фактор, необходимый для адаптации этих микроорганизмов к условиям высокой температуры. Многие виды археев приспособлены к существованию в условиях экстремальных величин pH (ацидофилы и алкалофилы) или концентрации солей (галофилы).
К организмам, обладающим особенностями метаболизма, относятся метаногены (например, Methanococcus janaschii), которые в анаэробных условиях используют двуокись углерода, соединения содержащие метальную группу или ацетат; термофильные восстановители серы (например, Archaeglobus fulgidis) которые в качестве акцепторов электронов при дыхании используют окисленные соединения серы; и галофилы (например, Halobacterium salinarum), которые адаптировались к высокой концентрации соли. Crenarchaeotes (например, Sulfolobus solfataricus) представляют собой совершенно самостоятельную ветвь археев. Наиболее изученными представителями этой ветви являются термофилы, зависимые от источников серы. Филогенетическое родство основных групп археев представлено на рисунке ниже.
В настоящее время полностью отсеквенирован геном многих представителей археев. Так же как бактерии, археи имеют относительно компактные кольцевые хромосомы размерами порядка 1,5-3 мнп. Секвенирование генома позволило рассчитать способность каждого организма к кодированию белков. Исходя из рассчитанного набора белков, можно прийти к выводам относительно структуры и функций археев. В целом, больше всего сходства между археями и бактериями проявляется в клеточной структуре и в организации генома. У архей и бактерий существует много таких общих компонентов мембран и клеточной оболочки, как АВС транспортеры и капсулярные полисахариды. Археи также напоминают бактерии по характеру основных метаболических процессов и по наличию таких адаптивных функций, как подвижность, обусловленная наличием жгутиков, и хемотаксис.
Археи обладают общими свойствами с бактериями и эукариотами.
Наряду с этим, в геноме археев содержится много инсерционных последовательностей и экстрахромосомальных элементов (например, плазмид), которые напоминают находящиеся в геноме бактерий.
Аппарат транскрипции у археев достаточно сложен, и основная РНК-полимераза и факторы инициации транскрипции напоминают таковые у эукариот. Так, основная РНК полимераза обычно состоит из 11 субъединиц, большинство которых у бактериальных полимераз отсутствует. Инициация транскрипции контролируется факторами, в основном гомологичными соответствующим факторам у эукариот. Основным фактором, участвующим в распознавании базального промотора, является белок, связывающийся с последовательностью ТАТА (ТВР). У археев отсутствует сигма-фактор, являющийся ключевым участником в инициации транскрипции и в узнавании промотора у бактерий. В настоящее время мы еще мало знаем о регуляции транскрипции у археев.
Однако удивительно, что последовательности генома археев, вероятно, содержат много регуляторов транскрипции, близких к таковым бактерий. Это позволяет предполагать, что активация и репрессия генов у археев могут осуществляться так же, как и у бактерий, хотя сама по себе полимераза напоминает соответствующий фермент клеток эукариот.
Большинство археев содержит основной белок деления FtsZ, не не содержит прочих бактериальных или эукариотических белков деления. Более того, Crenarchaeota отличаются от остальных археев тем, что не содержат FtsZ. Это позволяет предполагать, что механизм клеточного деления у археев может сильно отличаться от характерного для всех прочих организмов.
На основании вышесказанного, археи можно рассматривать как некие гибриды со смешанными свойствами, характерными как для эукариот, так и для бактерий, но также обладающие некоторыми уникальными свойствами. Такие свойства археев, вероятно, отражают их положение в системе эволюции. В основном клеточная организация археев напоминает таковую прокариотической клетки, однако многие фундаментальные клеточные события, особенно связанные с реализацией генетической информации, гораздо больше похожи на соответствующие процессы у эукариот, чем у бактерий. В настоящее время исследователи проявляют большой интерес к исследованиям некоторых из этих процессов, поскольку в результате они должны получить много новых сведений о процессе эволюции эукариот. Более того, поскольку эти процессы протекают проще, чем у эукариот, не исключено, что некоторые археи в экспериментальном плане окажутся проще и будут все больше использоваться в качестве модельных систем в исследовании таких процессов, как репликация и транскрипция ДНК.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Читайте также: