Особливості будови прокаріотів клітин

Зміст

  • Бактеріальна клітина: особливості
  • Цитоплазма
  • Нуклеоїд
  • Клітини архей – варіанти без’ядерного існування

Той факт, що бактерії разом з археями були віднесені біологами до прокаріотів, дозволяє зробити деякі висновки про особливості будови цих мікроорганізмів. Зокрема, є можливість відповісти на питання про те, чи мають бактерії таке ж ядро, як і багато інші живі організми.

Будова бактеріальної клітини
Основна їхня відмінність від еукаріот – це те, що бактерії не мають ядра. Бактеріальним клітинам взагалі не властиві розвинені внутрішньоклітинні мембранні структури. У клітці ціанобактерії можна виявити невеликі мембранні утворення, що нагадують бульбашки і названі тилакоїди. У них зібрані системи, що здійснюють фотосинтез, – пігменти та ферментний комплекс. Ці мікроорганізми, визнані найбільш еволюційно просунутими, здійснюють процес фотосинтезу аналогічно еукаріотів – організмам, клітини яких мають сьогодення, оформлене ядро.
Невеликі мембранні освіти допомагають бактеріальним клітинам організовувати основні процеси, що забезпечують їх існування.

Якщо порівнювати їх за функціями з органелами еукаріотів, то можна знайти примітивний апарат Гольджи, мітохондрії, ЕПС (ендоплазматичну мережа). Однак бактерії не мають справжнього ядра, оточеного мембраною. Всі бактерії мають нуклеоїд, а не ядро ​​- кільцеву молекулу ДНК, вільно розташовану в цитоплазмі.

Бактеріальна клітина: особливості
Форму бактерії визначає клітинна стінка. Її розмір разом з капсулою в деяких випадках може бути більше, ніж розташувалася всередині клітина. Стінка має виборчу проникність і здатна пропускати всередину необхідні речовини і виводити з неї продукти метаболізму. Зовні неї часто можна виявити джгутики або ворсинки – випинання мембрани, що дозволяють організму мимовільно пересуватися.

Будова бактерії
Наявність клітинної стінки характерно для групи бактерій, які називають грампозитивними. Під клітинною стінкою розташована мембрана. А навколо молекули ДНК вона відсутня, і це дозволяє стверджувати, що бактерії не мають оформленого мембраною ядра.

Цитоплазма
Під цією складною оболонкою бактерії знаходиться цитоплазма – гелева маса різної щільності, в товщі якої знаходяться включення:
рибосоми, продукують білок;
невеликі мембранні структури;
жирові включення (глікоген);
поліфосфатні сполуки (волютин);
полісахариди;
бета-оксимасляная кислота.

Склад включення залежить від потреби бактерії в джерелах енергії та поживних речовинах. Деякі бактерії мають цитоскелет – систему трубочок, здатну орієнтувати всередині клітини її основні компоненти. Зокрема, вони дозволяють правильно розташовуватися молекулі ДНК під час реплікації, незважаючи на те, що бактерії не мають в клітці справжнього ядра і гістонів.

Нуклеоїд
Приблизно по центру клітини виявляється нуклеоїд – місце розташування спадкової інформації. Оформленого ядра, яке б мало власну мембрану, основні білки (гістони) і ферментний комплекс, який бере участь у відтворенні спадкової інформації та її реалізації, у бактерії немає.

Відсутність оформленого ядра визначає простий процес відтворення генетичної інформації – кільцева молекула ДНК просто подвоюється перед поділом клітини, та по одній копії виявляється в дочірніх організмах.

Будова бактеріальної клітини
Однак існує особливість передачі генетичної інформації, яка робить бактерії унікальними для генетиків і молекулярних біологів. Можливість їх функціонування якраз пов’язана з тим, що бактерії не мають в клітці ядра. Усередині клітин виявлені нехромосомной елементи, здатні до передачі інформації в обхід ядра. Найбільш вивчені серед них такі:
Плазміди.
Транспозони і IS-елементи (вставні послідовності).
Помірні фаги.

Цікаво, що розмір генетичної інформації, виявлений в мобільних елементах, істотно перевищує її число в головній молекулі ДНК. Саме вони мають пряме відношення до:
захисних реакцій бактерій,
їх швидкого звикання до лікарських препаратів,
здатності синтезувати антибіотики і незвичайні для бактерій цукру і використовувати для харчування деякі не властиві для свого виду джерела.
Нічого подібного плазмід бактерій у еукаріотичних організмів немає, оскільки вони мають оформлене ядро, що перешкоджає контакту основного генома з неядерними елементами. Вони здатні до самостійного відтворення і мають для цього власний набір необхідних генів.

Висока мінливість була причиною того, що біологи тривалий час вважали, що у них немає такого поняття, як вид. Тільки поява чистих культур дозволило зробити висновок про те, що це поняття цілком можна застосувати до цим організмам, і місцем локалізації основного генома у них є їх примітивне ядро ​​або нуклеоїд.

Таким чином, бактерії не мають ядра, і це дозволяє їм обмінюватися генетичною інформацією «по горизонталі», швидко переносячи корисні гени усередині існуючої популяції клітин і суттєво підвищуючи їх адаптивність до змін навколишнього середовища.

Археї під мікроскопом
Найближчі родичі бактерій – археї, ще недавно називалися архей і тільки недавно були виділені в окремий таксон. Зовні вони мають схожу будову. Основні відмінності були виявлені відносно недавно, коли виявилося, що не тільки незграбна форма клітини і схильність до екстремальних умов існування відрізняє ці мікроорганізми, а й особливості біохімічних реакцій, що забезпечують їх харчування.

Як і бактерії, археї не мають оформленого ядра. Їх транскрипція (синтез на підставі ДНК однониткових РНК, з якою надалі зчитуються білки) і трансляція (власне процес зчитування) поєднані. Їх РНК-полімераза (фермент, що зчитує РНК з ДНК) за своєю будовою нагадує еукаріотичну і складається з 9-12 субодиниць (еубактеріі мають ферменти з чотирма субодиницями).

Відсутність ядра – не єдина особливість архей. Їх реплікація не має точки початку, що характеризується певною послідовністю нуклеотидів, які розпізнаються ферментом. Зазвичай незалежно від того, чи мають бактерії або інші організми ядро ​​чи ні, видалення точок прикріплення ферменту знижує швидкість розмноження. У випадку з археями все відбувається навпаки – за відсутності цих точок вони починають розмножуватися ще швидше.

Такий нетрадиційний спосіб можливий завдяки наявності у архей ферментів, що дозволяють ділянкам геному обмінюватися фрагментами між собою. У багатьох бактерій, які не мають ядра, є кілька точок початку рекомбінації, і їх активність визначає, використовуються вони в даний момент чи ні. Видалення цих точок приводить в дію механізм, ефективність якого тим вище, чим нижче активність точок початку рекомбінації.

Посилання на основну публікацію