В нашата статия ще разгледаме структурата на прокариотите и еукариотите. Тези организми се различават значително по нивото на организация. И причината за това са особеностите на структурата на генетичната информация.
Характеристики на структурата на прокариотните клетки
Прокариотите са всички живи организми, чиито клетки не съдържат ядро. От представителите на петте съвременни царства на живата природа към тях принадлежи само едно - Бактериите. Прокариотите, които разглеждаме, включват също синьо-зелени водорасли и археи.
Въпреки липсата на образувано ядро в техните клетки, те съдържат генетичен материал. Това ви позволява да съхранявате и предавате наследствена информация, но ограничава разнообразието от методи за възпроизвеждане. Всички прокариоти се възпроизвеждат чрез разделяне на клетките си на две. Те не са способни на митоза и мейоза.
Структура на прокариотите и еукариотите
Структурните характеристики на прокариотите и еукариотите, които ги отличават, са доста значими. В допълнение към структурата на генетичния материал, това се отнася и за много органели. Еукариотите, които включват растения, гъби и животни, се съдържат в цитоплазматамитохондрии, комплекс на Голджи, ендоплазмен ретикулум, много пластиди. Прокариотите ги нямат. Клетъчната стена, която и двамата имат, се различава по химичен състав. При бактериите той е съставен от сложни въглехидрати пектин или муреин, докато в растенията е на основата на целулоза, а при гъбички - хитин.
История на откриването
Особеностите на структурата и живота на прокариотите стават известни на учените едва през 17-ти век. И това въпреки факта, че тези същества съществуват на планетата от самото й създаване. През 1676 г. те са изследвани за първи път през оптичен микроскоп от създателя му Антъни ван Льовенхук. Както всички микроскопични организми, ученият ги нарича "животни". Терминът "бактерия" се появява едва в началото на 19 век. Той е предложен от известния немски натуралист Кристиан Еренберг. Концепцията за "прокариоти" възниква по-късно, в ерата на създаването на електронния микроскоп. И отначало учените установиха факта на различията в структурата на генетичния апарат на клетките на различни същества. Е. Чатън през 1937 г. предлага да се комбинират организмите в две групи според тази характеристика: про- и еукариоти. Това разделение съществува и до днес. През втората половина на 20-ти век е открито разграничение между самите прокариоти: археи и бактерии.
Характеристики на повърхностния апарат
Повърхностният апарат на прокариотите се състои от мембрана и клетъчна стена. Всяка от тези части има свои собствени характеристики. Тяхната мембрана е образувана от двоен слой липиди и протеини. прокариоти,структурата на които е доста примитивна, те имат два вида структура на клетъчната стена. Така при грам-положителните бактерии той се състои главно от пептидогликан, има дебелина до 80 nm и е плътно прилепнал към мембраната. Характерна особеност на тази структура е наличието в нея на пори, през които проникват редица молекули. Клетъчната стена на грам-отрицателните бактерии е много тънка – до максимум 3 nm. Не прилепва плътно към мембраната. Някои представители на прокариотите имат и слузеста капсула от външната страна. Предпазва организмите от изсушаване, механични повреди и създава допълнителна осмотична бариера.
Прокариотни органели
Структурата на клетката на прокариотите и еукариотите има свои собствени значителни разлики, които се състоят преди всичко в наличието на определени органели. Тези постоянни структури определят нивото на развитие на организмите като цяло. Повечето от тях липсват при прокариотите. Синтезът на протеин в тези клетки се осъществява от рибозоми. Водните прокариоти съдържат аерозоми. Това са газови кухини, които осигуряват плаваемост и регулират степента на потапяне на организмите. Само прокариотите съдържат мезозоми. Тези гънки на цитоплазмената мембрана се появяват само по време на използването на химични методи за фиксиране по време на подготовката на прокариотни клетки за микроскопия. Органелите на движение на бактериите и археите са ресничките или жгутиците. И прикрепването към субстрата се извършва чрез пиене. Тези структури, образувани от протеинови цилиндри, се наричат още вили и фимбрии.
Какво е нуклеоид
Но най-съществената разлика е структурата на гена на прокариотите и еукариотите. Всички тези организми притежават наследствена информация. При еукариотите той се намира вътре в образуваното ядро. Тази двумембранна органела има своя собствена матрица, наречена нуклеоплазма, обвивка и хроматин. Тук се извършва не само съхранението на генетична информация, но и синтеза на РНК молекули. В нуклеолите те впоследствие образуват субединици от рибозоми - органели, отговорни за протеиновия синтез.
Структурата на прокариотните гени е по-проста. Техният наследствен материал е представен от нуклеоида или ядрената област. ДНК в прокариотите не е опакована в хромозоми, а има кръгла затворена структура. Нуклеоидът съдържа също РНК и протеинови молекули. Последните са подобни по функция на еукариотните хистони. Те участват в дублирането на ДНК, синтеза на РНК, възстановяването на химическата структура и разрушаването на нуклеиновите киселини.
Характеристики на жизнената дейност
Прокариотите, чиято структура не е сложна, осъществяват доста сложни жизнени процеси. Това е хранене, дишане, възпроизвеждане на себеподобни, движение, метаболизъм… И само една микроскопична клетка е способна на всичко това, чийто размер варира от до 250 микрона! Така че може да се говори само за примитивност относително.
Особеностите на структурата на прокариотите определят механизмите на тяхната физиология. Например, те са в състояние да получават енергия по три начина. Първият еферментация. Осъществява се от някои бактерии. Този процес се основава на редокс реакции, по време на които се синтезират АТФ молекули. Това е химично съединение, при чието разделяне се отделя енергия на няколко етапа. Затова не напразно се нарича "клетъчна батерия". Следващият начин е дишането. Същността на този процес е окисляването на органичните вещества. Някои прокариоти са способни на фотосинтеза. Примери са синьо-зелени водорасли и лилави бактерии, които съдържат пластиди в клетките си. Но археите са способни на фотосинтеза без хлорофил. По време на този процес въглеродният диоксид не се фиксира, а директно се образуват молекули на АТФ. Така че по същество това е истинско фотофосфорилиране.
Вид хранене
Бактериите и археите са прокариоти, чиято структура им позволява да извършват различни начини на хранене. Някои от тях са автотрофи. Тези организми сами синтезират органични вещества по време на фотосинтезата. Клетките на такива прокариоти съдържат хлорофил. Някои бактерии получават енергия чрез разграждане на определени органични съединения. Техният тип хранене се нарича хемотрофно. Представители на тази група са железни и серни бактерии. Други абсорбират само готови съединения. Те се наричат хетеротрофи. Повечето от тях водят паразитен начин на живот и живеят само в клетките на други същества. Разновидност на тази група също са сапротрофи. Хранят се с отпадни продукти илиразлагаща се органична материя. Както можете да видите, начинът на хранене на прокариотите е доста разнообразен. Този факт допринесе за широкото им разпространение във всички местообитания.
Формуляри за възпроизвеждане
Прокариотите, чиято структура е представена от една клетка, се възпроизвеждат чрез разделянето й на две части или чрез пъпкуване. Тази особеност се дължи и на структурата на техния генетичен апарат. Процесът на бинарно делене се предшества от дублиране или репликация на ДНК. В този случай първо се развива молекулата на нуклеинова киселина, след което всяка верига се дублира според принципа на комплементарност. Хромозомите, образувани в резултат на това, се разминават към полюсите. Клетките се увеличават по размер, между тях се образува стеснение и след това настъпва окончателното им изолиране. Някои бактерии също са способни да образуват безполово възпроизвеждащи се клетки - спори.
Бактерии и археи: отличителни черти
Дълго време археите, заедно с бактериите, са били представители на царството Дробянка. Всъщност те имат много сходни структурни характеристики. Това е преди всичко размерът и формата на техните клетки. Биохимичните изследвания обаче показват, че те имат редица прилики с еукариотите. Това е природата на ензимите, под въздействието на които протичат процесите на синтез на РНК и протеинови молекули.
Според начина на хранене повечето от тях са хемотрофи. Освен това веществата, които се разграждат в процеса на получаване на енергия от археите, са по-разнообразни. Това са както сложни въглехидрати, така иамоняк и метални съединения. Сред археите има и автотрофи. Много често те влизат в симбиотична връзка. Сред археите няма паразити. Най-често в природата се срещат коменсали и мутуалисти. В първия случай археите се хранят с веществата на тялото на гостоприемника, но не му вредят. За разлика от този тип симбиоза, при взаимна връзка и двата организма имат полза. Някои от тях са метагени. Такива археи обитават храносмилателната система на хората и преживните бозайници, причинявайки прекомерно образуване на газове в червата. Тези организми се възпроизвеждат чрез бинарно делене, пъпкуване или фрагментация.
Археите са усвоили почти всички местообитания. Те са особено разнообразни в състава на планктона. Първоначално всички археи бяха класифицирани като екстремофили, тъй като те могат да живеят в горещи извори, водни тела с висока соленост и на дълбочини със значително налягане.
Значението на прокариотите в природата и човешкия живот
Ролята на прокариотите в природата е значителна. На първо място, те са първите живи организми, възникнали на планетата. Учените са открили, че бактериите и археите са възникнали преди около 3,5 милиарда години. Теорията на симбиогенезата предполага, че някои еукариотни клетъчни органели също произлизат от тях. По-специално, говорим за пластиди и митохондрии.
Много прокариоти се използват в биотехнологиите за производство на лекарства, антибиотици, ензими, хормони, торове, хербициди. Човекът отдавна използва полезни свойствамлечнокисели бактерии за производство на сирене, кефир, кисело мляко, ферментирали продукти. С помощта на тези организми се извършва пречистване на водни тела и почви, обогатяване на руди от различни метали. Бактериите образуват чревната микрофлора на хората и много животни. Заедно с археите те циркулират много вещества: азот, желязо, сяра, водород.
От друга страна, много бактерии са причинители на опасни болести, регулиращи популацията на много растителни и животински видове. Те включват чума, сифилис, холера, антракс, дифтерия.
И така, прокариоти се наричат организми, чиито клетки са лишени от образувано ядро. Техният генетичен материал е представен от нуклеоид, състоящ се от кръгла ДНК молекула. От съвременните организми бактериите и археите принадлежат към прокариотите.
