Органоиды — постоянные, обязательно присутствующие, компоненты клетки, выполняющие специфические функции.
Эндоплазматическая сеть
Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический ретикулум (ЭПР), — одномембранный органоид.
Представляет собой систему мембран, формирующих «цистерны» и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство — полости ЭПС. Мембраны с одной стороны связаны с цитоплазматической мембраной, с другой — с наружной ядерной мембраной.
Различают два вида ЭПС: 1) шероховатая (гранулярная), содержащая на своей поверхности рибосомы, и 2) гладкая (агранулярная), мембраны которой рибосом не несут.
Функции: 1) транспорт веществ из одной части клетки в другую, 2) разделение цитоплазмы клетки на компартменты ( «отсеки»), 3) синтез углеводов и липидов (гладкая ЭПС), 4) синтез белка (шероховатая ЭПС), 5) место образования аппарата Гольджи.
Аппарат Гольджи
Аппарат Гольджи, или комплекс Гольджи, — одномембранный органоид. Представляет собой стопки уплощенных «цистерн» с расширенными краями. С ними связана система мелких одномембранных пузырьков (пузырьки Гольджи).
Каждая стопка обычно состоит из 4-х–6-ти «цистерн», является структурно-функциональной единицей аппарата Гольджи и называется диктиосомой. Число диктиосом в клетке колеблется от одной до нескольких сотен. В растительных клетках диктиосомы обособлены.
Аппарат Гольджи обычно расположен около клеточного ядра (в животных клетках часто вблизи клеточного центра).
Функции аппарата Гольджи: 1) накопление белков, липидов, углеводов, 2) модификация поступивших органических веществ, 3) «упаковка» в мембранные пузырьки белков, липидов, углеводов, 4) секреция белков, липидов, углеводов, 5) синтез углеводов и липидов, 6) место образования лизосом. Секреторная функция является важнейшей, поэтому аппарат Гольджи хорошо развит в секреторных клетках.
Лизосомы
Лизосомы — одномембранные органоиды. Представляют собой мелкие пузырьки (диаметр от 0,2 до 0,8 мкм), содержащие набор гидролитических ферментов.
Ферменты синтезируются на шероховатой ЭПС, перемещаются в аппарат Гольджи, где происходит их модификация и упаковка в мембранные пузырьки, которые после отделения от аппарата Гольджи становятся собственно лизосомами.
Лизосома может содержать от 20 до 60 различных видов гидролитических ферментов. Расщепление веществ с помощью ферментов называют лизисом.
Различают: 1) первичные лизосомы, 2) вторичные лизосомы. Первичными называются лизосомы, отшнуровавшиеся от аппарата Гольджи. Первичные лизосомы являются фактором, обеспечивающим экзоцитоз ферментов из клетки.
Вторичными называются лизосомы, образовавшиеся в результате слияния первичных лизосом с эндоцитозными вакуолями. В этом случае в них происходит переваривание веществ, поступивших в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза, поэтому их можно назвать пищеварительными вакуолями.
Автофагия — процесс уничтожения ненужных клетке структур.
Сначала подлежащая уничтожению структура окружается одинарной мембраной, затем образовавшаяся мембранная капсула сливается с первичной лизосомой, в результате также образуется вторичная лизосома (автофагическая вакуоль), в которой эта структура переваривается.
Продукты переваривания усваиваются цитоплазмой клетки, но часть материала так и остается непереваренной. Вторичная лизосома, содержащая этот непереваренный материал, называется остаточным тельцем. Путем экзоцитоза непереваренные частицы удаляются из клетки.
Автолиз — саморазрушение клетки, наступающее вследствие высвобождения содержимого лизосом. В норме автолиз имеет место при метаморфозах (исчезновение хвоста у головастика лягушек), инволюции матки после родов, в очагах омертвления тканей.
Функции лизосом: 1) внутриклеточное переваривание органических веществ, 2) уничтожение ненужных клеточных и неклеточных структур, 3) участие в процессах реорганизации клеток.
Вакуоли
Вакуоли — одномембранные органоиды, представляют собой «емкости», заполненные водными растворами органических и неорганических веществ. В образовании вакуолей принимают участие ЭПС и аппарат Гольджи.
Молодые растительные клетки содержат много мелких вакуолей, которые затем по мере роста и дифференцировки клетки сливаются друг с другом и образуют одну большую центральную вакуоль.
Центральная вакуоль может занимать до 95% объема зрелой клетки, ядро и органоиды оттесняются при этом к клеточной оболочке. Мембрана, ограничивающая растительную вакуоль, называется тонопластом. Жидкость, заполняющая растительную вакуоль, называется клеточным соком.
В состав клеточного сока входят водорастворимые органические и неорганические соли, моносахариды, дисахариды, аминокислоты, конечные или токсические продукты обмена веществ (гликозиды, алкалоиды), некоторые пигменты (антоцианы).
В животных клетках имеются мелкие пищеварительные и автофагические вакуоли, относящиеся к группе вторичных лизосом и содержащие гидролитические ферменты. У одноклеточных животных есть еще сократительные вакуоли, выполняющие функцию осморегуляции и выделения.
Функции вакуоли: 1) накопление и хранение воды, 2) регуляция водно-солевого обмена, 3) поддержание тургорного давления, 4) накопление водорастворимых метаболитов, запасных питательных веществ, 5) окрашивание цветов и плодов и привлечение тем самым опылителей и распространителей семян, 6) см. функции лизосом.
Эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы и вакуоли образуют единую вакуолярную сеть клетки, отдельные элементы которой могут переходить друг в друга.
Митохондрии
- Строение митохондрии: 1 — наружная мембрана;
- 2 — внутренняя мембрана; 3 — матрикс; 4 — криста; 5 — мультиферментная система; 6 — кольцевая ДНК.
Форма, размеры и количество митохондрий чрезвычайно варьируют. По форме митохондрии могут быть палочковидными, округлыми, спиральными, чашевидными, разветвленными. Длина митохондрий колеблется в пределах от 1,5 до 10 мкм, диаметр — от 0,25 до 1,00 мкм. Количество митохондрий в клетке может достигать нескольких тысяч и зависит от метаболической активности клетки.
Митохондрия ограничена двумя мембранами. Наружная мембрана митохондрий (1) гладкая, внутренняя (2) образует многочисленные складки — кристы (4).
Кристы увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны, на которой размещаются мультиферментные системы (5), участвующие в процессах синтеза молекул АТФ. Внутреннее пространство митохондрий заполнено матриксом (3).
В матриксе содержатся кольцевая ДНК (6), специфические иРНК, рибосомы прокариотического типа (70S-типа), ферменты цикла Кребса.
Митохондриальная ДНК не связана с белками («голая»), прикреплена к внутренней мембране митохондрии и несет информацию о строении примерно 30 белков.
Для построения митохондрии требуется гораздо больше белков, поэтому информация о большинстве митохондриальных белков содержится в ядерной ДНК, и эти белки синтезируются в цитоплазме клетки. Митохондрии способны автономно размножаться путем деления надвое.
Между наружной и внутренней мембранами находится протонный резервуар, где происходит накопление Н+.
Функции митохондрий: 1) синтез АТФ, 2) кислородное расщепление органических веществ.
Согласно одной из гипотез (теория симбиогенеза) митохондрии произошли от древних свободноживущих аэробных прокариотических организмов, которые, случайно проникнув в клетку-хозяина, затем образовали с ней взаимовыгодный симбиотический комплекс. В пользу этой гипотезы свидетельствуют следующие данные.
Во-первых, митохондриальная ДНК имеет такие же особенности строения как и ДНК современных бактерий (замкнута в кольцо, не связана с белками). Во-вторых, митохондриальные рибосомы и рибосомы бактерий относятся к одному типу — 70S-типу. В-третьих, механизм деления митохондрий сходен с таковым бактерий.
В-четвертых, синтез митохондриальных и бактериальных белков подавляется одинаковыми антибиотиками.
Пластиды
Строение пластид: 1 — наружная мембрана; 2 — внутренняя мембрана; 3 — строма; 4 — тилакоид; 5 — грана; 6 — ламеллы; 7 — зерна крахмала; 8 — липидные капли.
Пластиды характерны только для растительных клеток. Различают три основных типа пластид: лейкопласты — бесцветные пластиды в клетках неокрашенных частей растений, хромопласты — окрашенные пластиды обычно желтого, красного и оранжевого цветов, хлоропласты — зеленые пластиды.
Хлоропласты. В клетках высших растений хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы. Длина хлоропластов колеблется в пределах от 5 до 10 мкм, диаметр — от 2 до 4 мкм. Хлоропласты ограничены двумя мембранами.
Наружная мембрана (1) гладкая, внутренняя (2) имеет сложную складчатую структуру. Наименьшая складка называется тилакоидом (4). Группа тилакоидов, уложенных наподобие стопки монет, называется граной (5).
В хлоропласте содержится в среднем 40–60 гран, расположенных в шахматном порядке. Граны связываются друг с другом уплощенными каналами — ламеллами (6). В мембраны тилакоидов встроены фотосинтетические пигменты и ферменты, обеспечивающие синтез АТФ.
Главным фотосинтетическим пигментом является хлорофилл, который и обусловливает зеленый цвет хлоропластов.
Внутреннее пространство хлоропластов заполнено стромой (3). В строме имеются кольцевая «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, ферменты цикла Кальвина, зерна крахмала (7).
Внутри каждого тилакоида находится протонный резервуар, происходит накопление Н+. Хлоропласты, также как митохондрии, способны к автономному размножению путем деления надвое.
Они содержатся в клетках зеленых частей высших растений, особенно много хлоропластов в листьях и зеленых плодах. Хлоропласты низших растений называют хроматофорами.
Функция хлоропластов: фотосинтез. Полагают, что хлоропласты произошли от древних эндосимбиотических цианобактерий (теория симбиогенеза). Основанием для такого предположения является сходство хлоропластов и современных бактерий по ряду признаков (кольцевая, «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, способ размножения).
Лейкопласты. Форма варьирует (шаровидные, округлые, чашевидные и др.). Лейкопласты ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует малочисленные тилакоиды. В строме имеются кольцевая «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, ферменты синтеза и гидролиза запасных питательных веществ. Пигменты отсутствуют.
Особенно много лейкопластов имеют клетки подземных органов растения (корни, клубни, корневища и др.). Функция лейкопластов: синтез, накопление и хранение запасных питательных веществ. Амилопласты — лейкопласты, которые синтезируют и накапливают крахмал, элайопласты — масла, протеинопласты — белки.
В одном и том же лейкопласте могут накапливаться разные вещества.
Хромопласты. Ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя или также гладкая, или образует единичные тилакоиды.
В строме имеются кольцевая ДНК и пигменты — каротиноиды, придающие хромопластам желтую, красную или оранжевую окраску. Форма накопления пигментов различная: в виде кристаллов, растворены в липидных каплях (8) и др.
Содержатся в клетках зрелых плодов, лепестков, осенних листьев, редко — корнеплодов. Хромопласты считаются конечной стадией развития пластид.
Функция хромопластов: окрашивание цветов и плодов и тем самым привлечение опылителей и распространителей семян.
Все виды пластид могут образовываться из пропластид. Пропластиды — мелкие органоиды, содержащиеся в меристематических тканях. Поскольку пластиды имеют общее происхождение, между ними возможны взаимопревращения.
Лейкопласты могут превращаться в хлоропласты (позеленение клубней картофеля на свету), хлоропласты — в хромопласты (пожелтение листьев и покраснение плодов).
Превращение хромопластов в лейкопласты или хлоропласты считается невозможным.
Рибосомы
Строение рибосомы:1 — большая субъединица; 2 — малая субъединица.
Рибосомы — немембранные органоиды, диаметр примерно 20 нм. Рибосомы состоят из двух субъединиц — большой и малой, на которые могут диссоциировать. Химический состав рибосом — белки и рРНК.
Молекулы рРНК составляют 50–63% массы рибосомы и образуют ее структурный каркас.
Различают два типа рибосом: 1) эукариотические (с константами седиментации целой рибосомы — 80S, малой субъединицы — 40S, большой — 60S) и 2) прокариотические (соответственно 70S, 30S, 50S).
В составе рибосом эукариотического типа 4 молекулы рРНК и около 100 молекул белка, прокариотического типа — 3 молекулы рРНК и около 55 молекул белка.
Во время биосинтеза белка рибосомы могут «работать» поодиночке или объединяться в комплексы — полирибосомы (полисомы). В таких комплексах они связаны друг с другом одной молекулой иРНК. Прокариотические клетки имеют рибосомы только 70S-типа.
Эукариотические клетки имеют рибосомы как 80S-типа (шероховатые мембраны ЭПС, цитоплазма), так и 70S-типа (митохондрии, хлоропласты).
Субъединицы рибосомы эукариот образуются в ядрышке. Объединение субъединиц в целую рибосому происходит в цитоплазме, как правило, во время биосинтеза белка.
Функция рибосом: сборка полипептидной цепочки (синтез белка).
Цитоскелет
Цитоскелет образован микротрубочками и микрофиламентами. Микротрубочки — цилиндрические неразветвленные структуры. Длина микротрубочек колеблется от 100 мкм до 1 мм, диаметр составляет примерно 24 нм, толщина стенки — 5 нм. Основной химический компонент — белок тубулин.
Микротрубочки разрушаются под воздействием колхицина. Микрофиламенты — нити диаметром 5–7 нм, состоят из белка актина. Микротрубочки и микрофиламенты образуют в цитоплазме сложные переплетения.
Функции цитоскелета: 1) определение формы клетки, 2) опора для органоидов, 3) образование веретена деления, 4) участие в движениях клетки, 5) организация тока цитоплазмы.
Клеточный центр
Клеточный центр включает в себя две центриоли и центросферу. Центриоль представляет собой цилиндр, стенка которого образована девятью группами из трех слившихся микротрубочек (9 триплетов), соединенных между собой через определенные интервалы поперечными сшивками. Центриоли объединены в пары, где они расположены под прямым углом друг к другу. Перед делением клетки центриоли расходятся к противоположным полюсам, и возле каждой из них возникает дочерняя центриоль. Они формируют веретено деления, способствующее равномерному распределению генетического материала между дочерними клетками. В клетках высших растений (голосеменные, покрытосеменные) клеточный центр центриолей не имеет. Центриоли относятся к самовоспроизводящимся органоидам цитоплазмы, они возникают в результате дупликации уже имеющихся центриолей. Функции: 1) обеспечение расхождения хромосом к полюсам клетки во время митоза или мейоза, 2) центр организации цитоскелета.
Органоиды движения
Присутствуют не во всех клетках. К органоидам движения относятся реснички (инфузории, эпителий дыхательных путей), жгутики (жгутиконосцы, сперматозоиды), ложноножки (корненожки, лейкоциты), миофибриллы (мышечные клетки) и др.
Жгутики и реснички — органоиды нитевидной формы, представляют собой аксонему, ограниченную мембраной. Аксонема — цилиндрическая структура; стенка цилиндра образована девятью парами микротрубочек, в его центре находятся две одиночные микротрубочки.
В основании аксонемы находятся базальные тельца, представленные двумя взаимно перпендикулярными центриолями (каждое базальное тельце состоит из девяти триплетов микротрубочек, в его центре микротрубочек нет).
Длина жгутика достигает 150 мкм, реснички в несколько раз короче.
Миофибриллы состоят из актиновых и миозиновых миофиламентов, обеспечивающих сокращение мышечных клеток.
- Перейти к лекции №6 «Эукариотическая клетка: цитоплазма, клеточная оболочка, строение и функции клеточных мембран»
- Перейти к лекции №8 «Ядро. Хромосомы»
- Смотреть оглавление (лекции №1-25)
Структура, химический состав и функции компонентов прокариотной клетки
Лекция 4
Клетка прокариот обладает рядом принципиальных особенностей, касающихся как ее ультраструктурной, так и химической организации (рис. 4). Структуры, расположенные снаружи от ЦПМ (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол, жгутики, ворсинки), называют обычно поверхностными структурами.
Термином «клеточная оболочка» часто обозначают все слои, располагающиеся с внешней стороны от ЦПМ (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол). ЦПМ вместе с цитоплазмой называется протопластом. Рассмотрим сначала строение, химический состав и функции поверхностных клеточных структур.
Бактериальная (прокариотная) клетка состоит из цитоплазмы, внутренних цитоплазматических элементов: нуклеоида, мезосом, рибосом, аэросом, тилакоидов (у фотосинтезирующих бактерий), различных включений и окружена клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной; на внешней стороне клеточной стенки могут располагаться поверхностные структуры : слизистая капсула, жгутики и ворсинки.
Цитоплазма — это внутреннее содержимое клетки, окруженное цитоплазматической мембраной (ЦПМ). Цитоплазма – сложная, непостоянная по своему химическому составу коллоидная система.
В ее состав входят вода, белки, ферменты, дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислоты (ДНК и РНК), углеводы, липиды, минеральные соединения и другие вещества.
Она обладает высокой плотностью и пронизана мембранными структурами.
Рис. 4. Комбинированное изображение прокариотной клетки.
А — поверхностные клеточные структуры и внеклеточные образования: 1 — клеточная стенка; 2 — капсула; 3 — слизистые выделения; 4 — чехол; 5 — жгутики; 6 — ворсинки; Б — цитоплазматические клеточные структуры: 7 — ЦПМ; 8 — нуклеоид; 9 — рибосомы; 10 — цитоплазма; 11 — хроматофоры; 12 — хлоросомы; 13 — пластинчатые тилакоиды; 14 — фикобилисомы; 15 — трубчатые тилакоиды; 16 — мезосома; 17 — аэросомы (газовые вакуоли); 18 — ламеллярные структуры; В — запасные вещества: 19 — полисахаридные гранулы; 20 — гранулы поли-b-оксимасляной кислоты; 21 — гранулы полифосфата; 22 — цианофициновые гранулы; 23 — карбоксисомы (полиэдральные тела); 24 — включения серы; 25 — жировые капли; 26 — углеводородные гранулы (по Schlegel, 1972)
Рибосомы — округлые гранулы диаметром 15—20 нм, состоят из белка (40 %) и РНК (60%). Количество их в клетке может быть 5-50000. Они свободно размещаются в цитоплазме или прикрепляются к ЦПМ. В агрегатах рибосом (полирибосомах) происходит синтез белка.
Нуклеоид (ядерный аппарат) представляет собой компактное образование, которое располагается в определенном месте цитоплазмы, но не отграничено от нее ядерной мембраной.
Нуклеоид состоит из двойной спирали ДНК длиной около 1,4 мм, имеющей форму замкнутого кольца (бактериальная хромосома). В нуклеоиде сосредоточена почти вся генетическая информация клетки.
Он является основным носителем наследственных признаков и ответствен за передачу этих признаков потомству. Делению клетки всегда предшествует удвоение и деление ДНК
Цитоплазматические включения в бактериальной клетке могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Некоторые из них являются резервными питательными веществами, другие — продуктами клеточного обмена, откладывающимися в цитоплазме, третьи носят приспособительный характер в жизни прокариотных микроорганизмов.
Клеточная стенка является обязательным структурным элементом бактерий (исключение составляют микоплазмы и некоторые внутриклеточные паразиты растений и животных).
Толщина ее составляет в среднем от 0,01 до 0,05 мкм, масса — от 5 до 50 % сухих веществ (СВ) клетки. Клеточная стенка определяет и поддерживает форму бактерий.
Она обладает большой прочностью, упругостью, защищает клетку от вредных воздействий внешней среды, принимает участие в обмене веществ.
Химический состав и строение стенок прокариотных клеток существенно отличаются от эукариотных клеток. В состав бактериальных стенок входят специфические полимерные комплексы, например пептидогликаны, отсутствующие в клетках других организмов.
Структура и химический состав клеточной стенки бактерий являются видовым признаком. Считают, что клеточная стенка определяет такой диагностический признак, как способность бактерий окрашиваться по Граму. По этому признаку все бактерии разделяются на грамположительные и грамотрицательные.
К грамположительным относятся бактерии, в клетках которых после окрашивания и обработки спиртом в цитоплазме удерживается комплекс красителей – генцианового фиолетового (или кристаллического фиолетового) и йода. Бактерии, не обладающие свойством удерживать данный комплекс и обесцвечивающиеся при обработке спиртом, относятся к грамотрицательным.
При дополнительной окраске мазков фуксином клетки окрашиваются в красный или розовый цвет.
Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) — обязательный структурный элемент любой клетки. Она примыкает с внутренней стороны к клеточной стенке. Мембрана чаще трехслойная. Толщина ЦПМ — от 0,007 до 0,01 мкм, масса — 8-15 % сухого вещества клетки. По химическому составу ЦПМ является белково-липидным комплексом.
Липиды представлены фосфолипидами и нейтральными жирами. Белки ЦПМ разделяются на структурные и ферментативные.
ЦПМ выполняет функцию разделительной перегородки, через которую с помощью ферментов — пермеаз осуществляется активный двусторонний перенос органических и неорганических веществ, необходимых для жизнедеятельности клетки.
На поверхности ЦПМ располагаются ферментные системы, катализирующие процессы синтеза белков, полисахаридов, токсинов, веществ клеточной стенки и капсулы. У многих бактерий в ЦПМ находятся ферменты, участвующие в энергетическом обмене и синтезе аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). ЦПМ регулирует осмотическое давление в клетке.
Скорости роста ЦПМ и клеточной стенки различны, вследствие чего на ЦПМ образуются за счет впячиваний (инвагинаций) мембранные структуры, которые у гетеротрофных бактерий называются мезосомами, у фототрофных —тилакоидами, или хроматофорами.
Мезосомы располагаются в зоне деления клетки и формирования клеточной перегородки и играют важную роль в процессе размножения бактерий. У грамположительных бактерий мезосом много и они хорошо развиты, у грамотрицательных их значительно меньше.
Тилакоиды фототрофных прокариотов являются местом нахождения фотосинтезирующих пигментов (хлорофилла и каротиноидов), ферментов и других компонентов, участвующих в фотосинтезе.
Капсула и слизистые слои покрывают внешнюю сторону клеточной стенки многих бактерий. Капсула содержит до 98% воды. Сухие вещества капсулы состоят из полисахаридов и полипептидов. Химический состав капсулы зависит от состава среды, в которой находятся бактерии. Слизистый слой с четко выраженными границами называется капсулой.
В зависимости от толщины этого слоя различают макрокапсулы (толщина более 0,2 мкм) и микрокапсулы (меньше 0,2 мкм) . Если слизистый слой не имеет четких границ, легко отделяется от оболочки, его называют слизистым чехлом. Капсульное вещество предохраняет клетки от высыхания, механического повреждения, действия фагов.
У некоторых бактерий слизистое вещество способствует движению.
Жгутики представляют собой тонкие выросты цитоплазмы, имеющие различную длину и форму: волнистую, спиралевидную, изогнутую.
Реснички (фимбрии) — короткие, жесткие, нитевидные белковые выросты, покрывающие поверхность тела бактерий кишечной группы. Их количество может достигать нескольких тысяч.
Длина ресничек от 0,3 до 1 мкм, толщина 0,005—0,010 мкм. С их помощью бактерии прикрепляются к субстрату, друг к другу, образуя пленки, агрегаты.
Кроме того, через реснички происходит передача генетического материала при спаривании (фимбрии-пили).
Подвижность бактерий
Среди бактерий есть неподвижные и способные к активному движению формы. Кокки, как правило, неподвижны. Палочковидные и нитчатые формы бывают подвижными и неподвижными. Извитые и спиралевидные бактерии подвижны. Подвижность бактерий выражается в ползании их по опорной поверхности и плавании в жидкой среде. Скорость и характер передвижения бактерий зависят от числа и расположения жгутиков.
Количество жгутиков и их локализация являются диагностическим признаком.
По расположению жгутиков бактерии подразделяются на монотрихи – бактерии с одним жгутиком на конце (вибрионы) или сбоку тела; лофотрихи – бактерии с пучком жгутиков на одном конце (псевдомонады); амфитрихи– с пучком жгутиков на двух концах (спириллы), перитрихи– бактерии с большим количеством жгутиков, расположенных по всей поверхности клетки (энтеробактерии, протей, маслянокислые бациллы и др.). Длина жгутиков колеблется от 6 до 20 мкм, но может в десятки раз превышать длину клетки. Толщина жгутиков очень мала (0,01—0,02 мкм). Видны жгутики в световом микроскопе только после специальной окраски.
В среднем за секунду большинство бактерий проходят расстояние, равное средним размерам клетки. Однако в благоприятных условиях за то же время некоторые бактерии могут преодолевать расстояния, в 20-50 раз превышающие длину тела. Неблагоприятные условия (старение, неоптимальная температура, механические воздействия, наличие токсичных веществ и т. д.) приводят к потере жгутиков и подвижности.
Характер движения бактерий может быть различным: жгутики могут проталкивать клетку через жидкую среду (тип корабельного винта) или тянуть за собой (тип пропеллера самолета).
Сравнительная характеристика прокариот и эукариот, сходства и различия
Прокариоты и эукариоты — что это?
Замечание 1
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.
Замечание 2
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.
Замечание 3
Для прокариот характерно бесполое размножение. Оно происходит в результате простого деления клетки пополам.
Нужна помощь преподавателя? Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!
- 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.
Замечание 4
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.
Замечание 5
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.
Замечание 6
Основной способ размножения эукариотических клеток — митоз.
Эта основная информация по сравнению прокариотической и эукариотической клетки. Отличия прокариот от эукариот в таблице наглядно видны.
Самая удобная и увлекательная подготовка к ЕГЭ
- Роберт Гук в 1665 году обнаружил клетки в срезе пробки и впервые применил термин клетка.
- Антони ван Левенгук открыл одноклеточные организмы.
- Маттиас Шлейден в 1838 году и Томас Шванн в 1839 году сформулировали основные положения клеточной теории. Однако они ошибочно считали, что клетки возникают из первичного неклеточного вещества.
- Рудольф Вирхов в 1858 году доказал, что все клетки образуются из других клеток путём клеточного деления.
- Клетка является структурной единицей всего живого. Все живые организмы состоят из клеток (исключение составляют вирусы).
- Клетка является функциональной единицей всего живого. Клетка проявляет весь комплекс жизненных функций.
- Клетка является единицей развития всего живого. Новые клетки образуются только в результате деления исходной (материнской) клетки.
- Клетка является генетической единицей всего живого.
В хромосомах клетки содержится информация о развитии всего организма.
- Клетки всех организмов сходны по химическому составу, строению и функциям.
Среди живых организмов только вирусы не имеют клеточного строения. Все остальные организмы представлены клеточными формами жизни.
Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический. К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии (сине-зелёные), к эукариотам — растения, грибы и животные.
Прокариотические клетки устроены сравнительно просто.
Они не имеют ядра, область расположения ДНК в цитоплазме называется нуклеоид, единственная молекула ДНК кольцевая и не связана с белками, клетки меньше эукариотических, в состав клеточной стенки входит гликопептид — муреин, мембранные органоиды отсутствуют, их функции выполняют впячивания плазматической мембраны (мезосомы), рибосомы мелкие, микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру.
Эукариотические клетки имеют ядро, в котором находятся хромосомы — линейные молекулы ДНК, связанные с белками, в цитоплазме расположены различные мембранные органоиды. Растительные клетки отличаются наличием толстой целлюлозной клеточной стенки, пластид, крупной центральной вакуоли, смещающей ядро к периферии.
Клеточный центр высших растений не содержит центриоли. Запасным углеводом является крахмал. Клетки грибов имеют клеточную стенку, содержащую хитин, в цитоплазме имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Главным резервным углеводом является гликоген.
Животные клетки не имеют клеточной стенки, не содержат пластид и центральной вакуоли, для клеточного центра характерна центриоль. Запасным углеводом является гликоген. В зависимости от количества клеток, из которых состоят организмы, их делят на одноклеточные и многоклеточные.
Одноклеточные организмы состоят из одной-единственной клетки, выполняющей функции целостного организма. Одноклеточными являются все прокариоты, а также простейшие, некоторые зелёные водоросли и грибы. Тело многоклеточных организмов состоит из множества клеток, объединённых в ткани, органы и системы органов.
Клетки многоклеточного организма специализированы для выполнения определённой функции и могут существовать вне организма лишь в микросреде, близкой к физиологической (например, в условиях культуры тканей). Клетки в составе многоклеточного организма различаются по размерам, форме, структуре и выполняемым функциям.
Несмотря на индивидуальные особенности, все клетки построены по единому плану и имеют много общих черт.
Половые клетки гаплоидны (содержат одинарный набор хромосом — n). В этих клетках хромосомы представлены в единственном числе и не имеют пары в виде гомологичной хромосомы.
Функции ядра: хранение генетической информации, передача её дочерним клеткам в процессе деления, контроль жизнедеятельности клетки. В таблице представлена характеристика структур эукариотической клетки, в таблице даны основные различия строения клеток прокариот и эукариот, в таблице 3.5 — различия животной и растительной клеток.
Характеристика структур эукариотической клетки
| Название | Строение | Функции |
| I. Поверхностный аппарат клетки | Плазматическая мембрана, надмембранный комплекс, субмембранный комплекс | Взаимодействие с внешней средой; обеспечение клеточных контактов; транспорт: а) пассивный (диффузия, осмос, облегченная диффузия через поры); б) активный; в) экзоцитоз и эндоцитоз (фагоцитоз, пиноцитоз) |
| 1. Плазматическая мембрана | Два слоя липидных молекул, в которые встроены молекулы белка (интегральные, полуинтегральные и периферические) | Структурная |
| 2. Надмембранный комплекс: | ||
| а) гликокаликс | Гликолипиды и гликопротеины | Рецепторная |
| б) клеточная стенка у растений и грибов | Целлюлоза у растений, хитин у грибов | Структурная; защитная; обеспечение тургора клетки |
| 3. Субмембранный комплекс | Микротрубочки и микрофиламенты | Обеспечивает механическую устойчивость плазматической мембраны |
| II. Цитоплазма | ||
| 1. Гиалоплазма | Коллоидный раствор неорганических и органических веществ | Протекание ферментативных реакций; синтез аминокислот, жирных кислот; формирование цитоскелета; обеспечение движения цитоплазмы (циклоза) |
| 2. Одномембранные органеллы: | ||
| а) эндоплазматический ретикулум: | Система мембран, образующих цистерны, канальцы | Транспорт веществ внутри и вне клетки; разграничение ферментных систем; место образования одномембранных органелл: комплекса Гольджи, лизосом, вакуолей |
| гладкий | Рибосом нет | Синтез липидов и углеводов |
| шероховатый | Рибосомы есть | Синтез белков |
| б) аппарат Гольджи | Плоские цистерны, крупные цистерны, микровакуоли | Образование лизосом; секреторная; накопительная; укрупнение белковых молекул; синтез сложных углеводов |
| в) первичные лизосомы | Пузырьки, ограниченные мембраной, содержащие ферменты | Участие во внутриклеточном пищеварении; защитная |
| г) вторичные лизосомы: | ||
| пищеварительные вакуоли | Первичная лизосома + фагосома | Эндогенное питание |
| остаточные тельца | Вторичная лизосома, содержащая непереваренный материал | Накопление нерасщеплённых веществ |
| аутолизосомы | Первичная лизосома + разрушенные органеллы клеток | Аутолиз органелл |
| д) вакуоли | В клетках растений мелкие пузырьки, отделённые от цитоплазмы мембраной; полость заполнена клеточным соком | Поддержание тургора клетки; запасающая |
| е) пероксисомы | Мелкие пузырьки, содержащие ферменты, нейтрализующие перекись водорода | Участие в реакциях обмена; защитная |
| 3. Двумембранные органеллы: | ||
| а) митохондрии | Внешняя мембрана, внутренняя мембрана с кристами, матрикс, содержащий ДНК, РНК, ферменты, рибосомы | Клеточное дыхание; синтез АТФ; синтез белков митохондрий |
| б) пластиды: | Внешняя и внутренняя мембраны, строма | |
| хлоропласты | В строме мембранные структуры — ламеллы, образующие диски — тилакоиды, собранные в стопки — граны, содержащие пигмент хлорофилл. В строме — ДНК, РНК, рибосомы, ферменты | Фотосинтез; определение окраски листьев, плодов |
| хромопласты | Содержат жёлтые, красные, оранжевые пигменты | Определение окраски листьев, плодов, цветов |
| лейкопласты | Не содержат пигментов | Накопление запасных питательных веществ |
| 4. Немембранные органеллы: | ||
| а) рибосомы | Имеют большую и малую субъединицы | Синтез белка |
| б) микротрубочки | Трубочки диаметром 24 нм, стенки образованы тубулином | Участие в образовании цитоскелета, делении ядра |
| в) микрофиламенты | Нити диаметром 6 нм из актина и миозина | Участие в образовании цитоскелета; образование кортикального слоя под плазматической мембраной |
| г) клеточный центр | Участок цитоплазмы и две центриоли, перпендикулярные друг другу, каждая образована девятью триплетами микротрубочек | Участие в делении клетки |
| д) реснички и жгутики | Выросты цитоплазмы; в основании находятся базальные тельца. На поперечном срезе ресничек и жгутиков по периметру расположено девять пар микротрубочек и одна пара в центре | Участие в передвижении |
| 5. Включения | Капли жира, гранулы гликогена, гемоглобин эритроцитов | Запасающая; секреторная; специфическая |
| III. Ядро | Имеет двумембранную оболочку, кариоплазму, ядрышко, хроматин | Регуляция активности клетки; хранение наследственной информации; передача наследственной информации |
| 1. Ядерная оболочка | Состоит из двух мембран. Имеет поры. Связана с эндоплазматическим ретикулумом | Отделяет ядро от цитоплазмы; регулирует транспорт веществ в цитоплазму |
| 2. Кариоплазма | Раствор белков, нуклеотидов и других веществ | Обеспечивает нормальное функционирование генетического материала |
| 3. Ядрышки | Мелкие тельца округлой формы, содержат рРНК | Синтез рРНК |
| 4. Хроматин | Неспирализованная молекула ДНК, связанная с белками (мелкозернистые гранулы) | Образуют хромосомы при делении клетки |
| 5. Хромосомы | Спирализованная молекула ДНК, связанная с белками. Плечи хромосомы соединены центромерой, может быть вторичная перетяжка, отделяющая спутник, плечи оканчивают стеломерами | Передача наследственной информации |
| Признак | Прокариоты | Эукариоты |
| Организмы | Бактерии и цианобактерии (сине-зелёные водоросли) | Грибы, растения, животные |
| Ядро | Имеется нуклеоид — часть цитоплазмы, где содержится ДНК, не окружённая мембраной | Ядро имеет оболочку из двух мембран, содержит одно или несколько ядрышек |
| Генетический материал | Кольцевая молекула ДНК, не связанная с белками | Линейные молекулы ДНК, связанные с белками, организованы в хромосомы |
| Ядрышко (и) | Нет | Есть |
| Плазмиды (нехромосомные кольцевые молекулы ДНК) | Есть | В составе митохондрий и пластид |
| Организация генома | До 1,5 тыс. генов. Большинство представлены в единственной копии | От 5 до 200 тыс. генов. До 45% генов представлены несколькими копиями |
| Клеточная стенка | Есть (у бактерий прочность придает муреин, у цианобактерий — целлюлоза, пектиновые вещества, муреин) | Есть у растений (целлюлоза) и грибов (хитин), у животных нет |
| Мембранные органоиды: эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, вакуоли, лизосомы, митохондрии и др. | Нет | Есть |
| Мезосома (впячивание плазматической мембраны в цитоплазму) | Есть | Нет |
| Рибосомы | Мельче, чем у эукариот | Крупнее, чем у прокариот |
| Жгутики | если есть, то не имеют микротрубочек и не окружены плазматической мембраной | если есть, то имеют микротрубочки, окружены плазматической мембраной |
| Размеры | диаметр в среднем 0,5–5 мкм | диаметр обычно до 40 мкм |
| Признак | Растительная клетка | Животная клетка |
| Клеточная стенка | Есть | Нет |
| Пластиды | Есть | Нет |
| Вакуоли | Есть крупные, занимают до 70–95% объёма клетки, оттесняя остальные органоиды к периферии клетки, поддерживают тургорное давление | Есть небольшие пищеварительные и сократительные вакуоли, не аналогичные вакуолям растительных клеток |
| Гликокаликс | Нет | Есть |
| Микроворсинки | Нет | Есть |
| Клеточный центр | Есть только у низших растений | Есть |
| Гранулы гликогена | Нет | Есть |
| Гранулы крахмала | Есть | Нет |
Загрузка...
