Вирусы и простейшие это прокариоты
Обновлено: 19.04.2024
• Относительная простота строения прокариотической клетки, по сравнению с клеткой эукариот, противоречит экономичной, но очень сложной ее организации
• Несколько видов прокариот исчерпывающе описаны с точки зрения клеточной биологии, однако они представляют собой лишь крайне малую часть многочисленной группы царства этих разнообразных организмов
• Многие основные черты организации прокариотических клеток сохранились в ходе эволюции
• Разнообразие форм и адаптационные возможности обеспечиваются множеством дополнительных структур и процессов, дающих возможность некоторым прокариотам существовать в особых и иногда тяжелых условиях
• Геном прокариот отличается высокой пластичностью и обладает рядом механизмов, позволяющих этим организмам быстро адаптироваться и развиваться
Прокариоты представляют собой одноклеточные организмы, для которых характерно отсутствие ядра. В эукариотической клетке ядро является клеточным компартментом, соде; жащим ДНК и ограниченным мембраной. Клетки прокариот отличаются от эукариотических клеток и по другим фундаментальным признакам. Как следует из рисунка ниже, прокариоты характеризуются относительно простым строением и организацией системы передачи генетической информации. Обычно они содержат одну кольцевую хромосому, которая вместе со связанными белками образует нуклеоид. Клетки большинства прокариот не содержат внутренних мембран, хотя они присутствуют у некоторых микроорганизмов, например у фотосинтезирующих бактерий.
В дальнейших статьях на сайте (рекомендуем пользоваться формой поиска на главной странице сайта) будет рассмотрено современное состояние наших знаний о строении клеток прокариот. Оболочка представляет собой слои, окружающие цитоплазму прокариотической клетки. Эти слои включают цитоплазматическую мембрану, клеточную стенку и капсулу. Наряду с этим, у некоторых бактерий есть наружная мембрана. Для этих бактерий характерно наличие тонкой клеточной стенки, и при окрашивании по Граму их клетки не включают фиолетовый краситель. Поэтому такие бактерии назваются грамотрицательными. В противоположность им, грамположитель-ные бактерии обладают более толстой клеточной стенкой и не имеют наружной мембраны. Ниже мы подробно рассмотрим строение различных слоев клеточной оболочки.
До сих пор детальные сведения о структуре и функциях прокариотической клетки ограничивались небольшим количеством легкодоступных модельных микроорганизмов Однако эволюционно прокариоты являются древними организмами и представлены многочисленными группами, характеризующимися широким разнообразием форм. На рисунке ниже представлены бактериальные клетки различной формы.
Филогенетическая систематика прокариот была затруднена, поскольку они не имеют пола, и поэтому, в отличие от высших организмов, к ним неприменима концепция вида. Вместе с тем, прокариоты обладают целым рядом механизмов, посредством которых может происходит горизонтальный перенос генов (т. е. генетический материал переносится между двумя организмами, ни один из которых не является потомком другого). Явление горизонтального переноса генов ограничивает попытки классифицировать прокариоты только по какому-то одному признаку. В исследованиях филогенетики прокариот революционизирующую роль сыграли молекулярные методы, в особенности секвенирование рРНК, и недавно разработанные приемы полного секвенирования генома.
Эти методы положили начало развитию работ в области систематического описания всего царства. Прокариоты подразделяются на два домена — Бактерии и Археи, о которых пойдет речь в следующем разделе.
Хотя в статьях на сайте в основном будут рассмотрены данные, полученные на Е. coli и В. subtilis и родственных им организмах, в случаях проявления значительных отклонений от традиционных парадигм мы будем привлекать результаты исследований других прокариот. Тем не менее очевидно, что огромное количество разнообразных данных ждет своего анализа.
Основные постулаты, полученные при исследованиях на Е. coli и В. subtilis, оказались весьма мощным инструментом понимания ряда общих свойств, характерных для групп организмов, которые они представляют. У этих организмов был хорошо изучен такой фундаментальный процесс, как клеточный цикл, а также охарактеризованы общие элементы строения клетки. Поэтому несколько статей на сайте посвящаются этим вопросам. Однако немаловажным фактором, который обусловливает интерес к изучению прокариот, является разнообразие условий их существования, и, таким образом, выяснение тех дополнительных структур и процессов, которые они выработали для приспособления к конкретной среде обитания.
В некоторых разделах описаны такие структуры, как капсулы и жгутики, и обсуждается их роль в различных функциях адаптивной природы. Выживаемость некоторых групп прокариот обеспечивается их способностью к постоянному развитию. Иногда это приводит к возникновению высокоспециализированных и дифференцированных клеточных типов, что напоминает процессы развития у высших организмов. Позже мы подробно опишем эти процессы, которые иногда представляют собой часть цикла развития прокариот или могут индуцироваться условиями стресса. Наконец, прокариоты вступают во взаимоотношения с человеком. Они могут быть патогенными факторами, комменсалами, или промышленными продуктами, а также оказывать мощное воздействие на окружающую среду. Несколько разделов настоящей главы описывают те стороны клеточной биологии, которые касаются подобных взаимоотношений.
Для прокариотической клетки характерно отсутствие ядра,
окруженного мембраной. В зависимости от строения оболочки клеток, бактерии подразделяются на грамотрицательные и грамположительные.
Это отражает результаты их окрашивания по методу Грама.
В отличие от грамположительных бактерий, грамотрицательные не окрашиваются фиолетовым красителем
и характеризуются наличием наружной мембраны и тонкой клеточной стенки. Три основные формы бактерий: шаровидные, палочковидные и спиралевидные.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Формы жизни Выделяют две основные формы жизни: клеточные и неклеточные. Подавляющее большинство организмов относится к клеточным формам жизни, к неклеточным – только вирусы. Клеточные формы делятся на прокариот (доядерные) и эукариот (собственно ядерные). Прокариоты не имеют оформленного ядра, у эукариот ядро четко выражено. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, к эукариотам — растения, животные и грибы.
Вирусы Вирусы (от лат. virus — яд) не проявляют признаков жизни вне других организмов и являются внутриклеточными облигатными паразитами. Они поражают любые организмы. Вирусы — это самые мелкие организмы Земли: их молекулы видны только под электронным микроскопом. Вирусы бактерий имеют специальное название: бактериофаги или просто фаги. Изучением вирусов занимается вирусология. Вирусы были открыты в XIX в. Д. И. Ивановским: он обнаружил и описал вирус табачной мозаики. Этот вирус поражает табак, вызывая разрушение хлорофилла, из-за чего некоторые участки органов становятся более светлыми по сравнению со здоровыми. Внешне такой орган (чаще всего лист) действительно напоминает мозаику: темные участки чередуются со светлыми. Вирус — это генетический элемент, покрытый защитной белковой оболочкой. Отдельные вирусные частицы (вирионы) представляют собой симметричные тела, состоящие из повторяющихся элементов . В центре вируса находится генетический материал — ДНК (ДНК-содержащие вирусы) или РНК (РНК-содержащие вирусы). ДНК может быть двухцепочечной или одноцепочечной, кольцевой или линейной; РНК — одно- или двухцепочечной. Генетический материал вируса окружен капсидом — белковой оболочкой, выполняющей защитную функцию. Эта оболочка состоит из многократно повторяющихся полипептидных цепочек одного или нескольких белков. Снаружи от белковой оболочки может образовываться еще одна оболочка — внешняя.
Цикл вирусов. Сначала вирус прикрепляется к клетке хозяина, затем его генетический материал проникает внутрь клетки хозяина. Если вирус содержит ДНК, то она встраивается в ДНК клетки хозяина. Далее происходит образование и-РНК вируса, синтез его белков и образование новых вирусных частиц, т. е. клетка хозяина начинает работать на вирус. РНК-содержащие вирусы ведут себя немного по-другому. Если РНК вируса состоит из двух цепей, то на одной из них синтезируется и-РНК, затем происходит синтез белков вируса и т.д. У ретровирусов, также относящихся к РНК-содержащим (например, вирус иммунодефицита человека – ВИЧ), с помощью фермента обратной транскриптазы на РНК синтезируется сначала одна цепь ДНК, а затем и вторая. После этого ДНК вируса встраивается в ДНК клетки хозяина. Весь цикл может занимать несколько минут.
Вирусы вызывают различные заболевания человека: грипп, СПИД, гепатит, полиомиелит, оспу, корь, бешенство (водобоязнь), герпес, геморрагическую лихорадку.
Прокариоты К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии, которые объединяются в царство Дробянки. У них отсутствует оформленное ядро и мембранные органоиды, генетический материал представлен нуклеоидом (молекулой хромосомной ДНК, замкнутой в кольцо) и плазмидами (небольшими внехромосомными ДНК). Характерны мелкие рибосомы (70S), расположенные в цитоплазме, и мезосомы (впячивание мембраны внутрь клетки), выполняющие функции митохондрий.
У бактерий – из муреина, у цианобактерий — из целлюлозы
У животных нет, у грибов из хитина, у растений из целлюлозы
Ядро и генетический материал
Ядра нет; кольцевая ДНК в цитоплазме, хромосом нет. Гистонов нет
Ядро есть; двуцепочечная ДНК находится в ядре, соединена с белками-гистонами и образует хромосомы
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.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 300 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
- Онлайн
формат - Диплом
гособразца - Помощь в трудоустройстве
Научная статья на тему: “ Прокариотические клетки ”
Из двух типов клеток, эукариот и прокариот
Прокариоты - самые простые.
В этих клетках нет связанных мембраной органелл или ядра, и все прокариоты являются одноклеточными организмами.
Идентификация прокариот
Поскольку прокариоты менее сложны, чем эукариоты, у них меньше сложных функций и, следовательно, они меньше, чем эукариотические клетки.
Средний размер эукариоты составляет от 10-100 микрометров, а средний размер прокариоты составляет около 1-3 микрометров.
У прокариот нет органелл, которые необходимы клетке для выполнения очень сложных функций.
У всех прокариот есть некоторые общие черты. У всех них есть ДНК, цитоплазма, рибосомы, и у них есть мембрана. Важность ДНК заключается в том, что она может нести генетическую информацию клетки.
И мембрана, и цитоплазма помогают убедиться, что клетка сохраняет свою форму, а также защищают ее. Рибосомы помогают в создании белков для клетки.
Когда вы видите, что ДНК прокариот выглядит совершенно иначе, чем ДНК в эукариотических клетках. ДНК прокариот круглая, маленькая и похожа на хула-хуп.
У прокариот нет ядра, поэтому их ДНК свободно плавает в цитоплазме. Эукариотические клетки имеют ядро, в котором хранится их ДНК.
Прокариотические клетки имеют клеточные стенки так же, как и растения, и они используются в качестве части защиты.
Прокариоты также размножаются бесполым путем, то есть сами по себе, посредством процесса, известного как “бинарное деление”, которое является своего рода очень простым митозом; или путем “почкования”, которое похоже на то, как распускаются почки растений.
Большинство прокариотических клеток также имеют высокий уровень метаболизма и высокую скорость роста.
Эукариоты встречаются как в многоклеточных, так и в некоторых одноклеточных организмах, но прокариоты всегда являются одноклеточными организмами.
Как появились прокариоты?
Ученые, изучающие клетки, считают, что появление первых прокариот на земле произошло около 3,5 миллиардов лет назад.
В течение многих лет они были единственной жизнью на земле, пока около 1,5 миллиарда лет назад прокариоты не превратились в эукариот.
Прокариоты делятся на две группы: археи и бактерии. Хотя между ними есть некоторые различия, у обоих нет ядра или органелл.
Почему прокариоты важны?
Прокариотические клетки помогают поддерживать равновесие для всей жизни на земле.
Эти клетки играют решающую роль в процессе переработки питательных веществ из разлагающихся организмов.
Принимая питательные вещества от мертвых организмов, они позволяют использовать их повторно.
Прокариотические организмы также участвуют в метаболических процессах для других организмов, таких как мы.
Они помогают нашей иммунной системе, нашему пищеварению и даже являются источником наших витаминов.
Прокариоты Факты для детей
● Прокариоты считаются древнейшими организмами на земле.
● У прокариот цитозоль выглядит очень зернистым. Его появление связано с рибосомами, которые находятся по всему цитозолю.
● ДНК прокариот свободно плавает, но обычно находится в концентрации в или вокруг того, что они называют “ядерной областью”.
● Было обнаружено, что особый тип клеток прокариотических бактерий, называемых “археями”, обитает на краях вулканических жерл, расположенных глубоко в океане и в других частях света.
● Поскольку бактерии являются прокариотами, Национальные институты здравоохранения сообщили, что их число в десять раз превышает число наших собственных человеческих клеток.
● Многие из наших научных слов взяты как из греческих, так и из латинских источников. Прокариота является греческим и создается из двух слов: “про”, что означает “до”, и "Карион", что означает орех или ядро. Это буквально переводится как “до ядра”, что описывает тот факт, что прокариотические клетки не имеют ядра.
Интересные факты о биологии
● Верхушка гриба называется “шляпкой”, а маленькие пластинки, расположенные под шляпкой, называются “жабрами”.
● Животные, у которых снаружи есть скелеты (экзоскелеты), такие как крабы и насекомые, часто называются членистоногими.
● В то время как люди думают, что все углеводы могут быть несколько вредными для здоровья, есть некоторые углеводы, которые помогают нашему организму усваивать кальций.
● Хотя кости в нашем организме перестают расти примерно в возрасте 20 лет, они продолжают наращивать новые костные клетки на протяжении всей нашей жизни.
● Ученые классифицируют наш глазной орган как часть нашей нервной системы.
● Хотя это называется “тонкая кишка”, на самом деле она намного длиннее нашей “толстой кишки”.
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
Читайте также: