Клітини прокаріотів і еукаріотів

Живі клітини з’явилися на Землі, мабуть, близько 3,5-4 мільярдів років тому. Одне з найбільш дивовижних свідоцтв спільності походження всіх клітин і спільної ранньої еволюції – це універсальність генетичного коду: організація триплетів нуклеотидів у складі нуклеїнових кислот, які кодують амінокислоти, що входять до складу білків. Генетичний код майже не розрізняється у всіх сучасних організмів, отже, такий спосіб кодування генетичної інформації з’явився і закріпився на ранніх стадіях еволюції.
Ранні етапи клітинної еволюції пов’язані з поширенням у різних середовищах проживання невеликих клітин розміром 1-2 мкм з простою внутрішньою організацією. Це клітини прокаріот, до них відносяться бактерії, синьо-зелені водорості, інакше їх називають ціанобактеріями, і мікоплазми. Форма клітин може бути сферичної, подовженої або більш складною (звивистій). Вони мають плазматичну мембрану, яка служить бар’єром для транспорту молекул між внутрішнім середовищем клітини та її оточенням. В клітці є цитоплазма, в центральній частині клітини знаходиться одна двуспіральная молекула ДНК, зазвичай замкнута в кільце. У цитоплазмі розташовані рибосоми – найдрібніші органели, здатні синтезувати білок з амінокислот за заданою програмою, записаною в матричних РНК (мРНК). У цитоплазмі таких клітин можуть зберігатися речовини запасу. Відмінною особливістю клітин прокаріот є наявність складної, об’ємної (до 30% сухої ваги) захисної оболонки, яка інакше називається клітинною стінкою (рис. 1.1). Оскільки в цих клітинах відбуваються активні синтетичні процеси, які вимагають великих витрат енергії, то клітці необхідні молекули – носії енергії. Такими молекулами є АТФ, вони утворюються в процесі дихання на складчастих виростах плазматичноїмембрани, спрямованих всередину клітини, званих Мезосоми.

Бактерії – це найбільш прості одноклітинні організми, виявлені в найрізноманітніших середовищах існування. Вони легко пристосовуються до навколишнього середовища, дуже швидко розмножуються. Кожні 20-30 хвилин після подвоєння кільцевої молекули ДНК клітина ділиться надвоє, якщо в середовищі існування досить речовин, здатних забезпечити всі ці процеси енергією. Бактерії живуть на Землі довше інших організмів і перевершують за чисельністю всі інші типи клітин. В даний час добре вивчений генетичний матеріал бактеріальних клітин, і показано, що у складі кільцевої ДНК знаходиться близько 5000 генів, що кодують різноманітні білки бактерій.
Ціанобактерії, в ботанічній літературі їх називають синьо-зеленими водоростями, подібні за простотою організації з бактеріями і мешкають у водному середовищі. Вони мають клітинну стінку, схожу за хімічним складом з бактеріями, аналогічно бактеріям у них організований генетичний апарат і всі клітинні структури. Ціанобактерії в кілька разів більші за звичайних бактеріальних клітин. Головна їхня особливість – здатність до фотосинтезу, який відбувається на особливих мембранних утвореннях всередині клітини прокаріотів.
Мікоплазми – найдрібніші клітинні організми прокариотического типу. Їх розмір приблизно 0,3 мкм, що відповідає середньому розміру мітохондрій, наявних в еукаріотичної клітці. Найчастіше мікоплазми є паразитами, що мешкають в рослинних або тваринних клітинах. Паразитичний спосіб життя привів до спрощення їх організації: вони втратили клітинну стінку, межею клітини служить плазматична мембрана; їх молекула ДНК в кілька разів менше ДНК звичайної бактеріальної клітини, в ній закодовано всього кілька сот білків, що забезпечують життєдіяльність мікоплазм. Більшість необхідних молекул мікоплазми отримують з клітки, в якій вони паразитують. Прикладом може служити мікоплазма, що паразитує в епітеліальних клітинах статевих шляхів людини, будучи причиною хронічних запалень статевих шляхів.
На еволюційному шляху клітинного розвитку є важлива віха. Приблизно 1,5 мільярда років тому відбувся перехід від маленьких клітин з порівняно простий організацією – прокаріотів, до великих за розмірами і значно більш складно влаштованих еукаріотичних клітин – клітин рослин, грибів і тварин.
Головні відмінності еукаріотичних клітин:
1. Мають оформлене ядро ​​зі складною структурою організації.
2. Вони набагато більші прокаріотів клітин, їх середній розмір кілька десятків мікрометрів.
3. У цитоплазмі є органели, оточені мембраною, і цитоскелет білкової природи, що забезпечує рух органел і самої клітини.
4. Розподіл еукаріотів – це складний процес, пов’язаний з утворенням хромосом, веретена поділу і розподілом хромосом між дочірніми клітинами. Основний тип поділу еукаріотичної клітки – мітоз.
5. Оболонки еукаріотів відрізняються за хімічним складом і будовою від клітинної стінки прокаріот.
Розглянемо схему будови рослинної і тваринної клітини з урахуванням даних електронної мікроскопії (рис. 1.2). Аналіз схеми показує, як багато спільного між цими клітинами: організація та структура ядра, наявність плазматичноїмембрани, цитоплазми, органоїдів цитоплазми, таких як ендоплазматичнийретикулум, апарат Гольджі, мітохондрії, рибосоми, мікротрубочки. Отже, навіть якщо розглядати тільки морфологію рослинної і тваринної клітини, не враховуючи функції органоїдів, можна говорити про гомології цих клітин. Проте в їх організації є і відмінності, вони пояснюються насамперед тим, що рослинні і тваринні клітини характеризуються різним типом харчування. Тварини клітини є гетеротрофами, вони отримують більшість органічних молекул з навколишнього середовища в процесі харчування, це – цукру, амінокислоти, органічні кислоти. Рослинні клітини – автотрофи. Вони можуть акумулювати сонячну енергію, перетворюючи її в енергію хімічних зв’язків. За рахунок фотосинтезу в рослинній клітині утворюються цукру, амінокислоти, жири, білки і вуглеводи. Для цього в рослинній клітині є спеціальні органели – хлоропласти, які функціонально пов’язані і з іншими пластидами. Крім того, у неї присутній міцна тверда оболонка поверх плазматичної мембрани. Особливості життєвої організації призвели до утворення великої центральної вакуолі, яка представляє собою резервуар для води, забезпечує напруженість клітини і є місцем відкладення продуктів обміну речовин. Особливості життєдіяльності рослинної клітини пояснюють і особливості в організації цитоскелету.

Аналіз схожості та відмінності в організації еукаріотичних і прокаріотичних клітин показав, що ці клітини влаштовані по-різному. Але, тим не менш, можна говорити про гомології і між цими клітинами. Загальні риси їх організації полягають у наступному: всі типи клітин мають плазматичну мембрану і цитоплазму; спадкова інформація однотипно закодована в молекулах ДНК; реалізація спадкової інформації відбувається в процесі синтезу білка на рибосомах за допомогою молекул РНК; носієм енергії у всіх типах клітин є молекули АТФ. Таким чином, перше положення клітинної теорії, що говорить про те, що клітина – це елементарна одиниця всього живого і всі клітини гомологични між собою, спирається на загальну основу принципів організації клітин прокаріотів і еукаріотів.

Посилання на основну публікацію