Доядерные организмы. Структурная организация прокариотических клеток

НАДЦАРСТВО ДОЯДЕРНОЕ ИЛИ ЦАРСТВО ПРОКАРИОТ.Все известные одноклеточные и многоклеточные организмы вполне естественно делятся на две большие группы – прокариоты и эукариоты.Все прокариоты принадлежат к одному царству Дробняки, представленному бактериями и сине-зелеными водорослями.Клетки прокариот (от греч. pro — до, karion - ядро) не имеют оформленного ядра. Иными словами генетический материал (ДНК) прокариот находится прямо в цитоплазме и не окружен ядерной мембраной. Выделяют две группы бактерий: архебактерии (от греч.архаиос – древнейший) и эубактерии.

2. СТРОЕНИЕ ПРОКАРИОТ

Прокариоты значительно крупнее вирусов (в среднем 0,5 – 5 мкм), самые мелкие из них могут быть мельче вируса оспы. Самые крупные бактерии можно увидеть невооруженным глазом в виде точек и палочек, но это исключения. Обычно прокариотные клетки рассмативаются под оптическим микроскопом. Впервые бактерии заметил в конце XVII века голландский натуралист А. ван Левенгук в простейший микроскоп – лупу из одной крошечной каплевидной линзы.

2.1. Клетка

Прокариотная клетка обычно покрыта оболочкой (клеточной стенкой), как клетка растений. Но состоит эта упругая, как автомобильная шина, оболочка не из целлюлозы, а из близкого к ней вещества муреина (от лат. «мура» — стенка). Некоторые бактерии (те же микоплазмы) потеряли оболочки вторично.

2.2. Жгутики

Многие бактерии имеют жгутики. Жгутики состоят из одинаковых сферических субъединиц белка флагеллина (похожего на мышечный актин), которые расположены по спирали и образуют полый цилиндр диаметром около 10 – 20 нм. Несмотря на волнистую форму жгутиков, они довольно жестки.

Жгутики приводятся в движение посредством уникального механизма. Основание жгутика вращается, по-видимому, так, что жгутик как бы ввинчивается в среду, не совершая беспорядочных биений и, таким образом, продвигает клетку вперед. Это, очевидно, единственная известная в природе структура, где используется принцип колеса.

Другая интересная особенность жгутиков – это способность отдельных субъединиц флагеллина спонтанно собираться в растворе в спиральные нити. Спонтанная самосборка – очень важное свойство многих сложных биологических структур. В данном случае самосборка обусловлена аминокислотной последовательностью (первичной структурой) флагеллина. Подвижные бактерии могут передвигаться в ответ на определенные раздражители, то есть они способны к таксису.

Жгутики легче всего рассмотреть электронный микроскоп, применив технику напыления металлом. Жгутиков может быть до нескольких десятков.

2.3. Пили и фимбрии

На клеточной стенке некоторых грамотрицательных бактерий видны тонкие выросты (палочковидные белковые выступы), которые называются пили или фимбрии. Они короче и тоньше жгутиков и служат для прикрепления клеток друг к другу или к какой-нибудь поверхности, придавая специфическую «липкость» тем штаммам, которые ими обладают. Пили, бывают разного типа. Наиболее интересны так называемые F-пили, которые кодируются специальной плазмидой и связаны с половым размножением бактерий.

2.4. Плазматическая мембрана, мезосомы и фотосинтетические мембраны

Как у всех клеток, протоплазма бактерий окружена полунепроницаемой мембраной. У некоторых бактерий плазматическая мембрана втягивается внутрь клетки и образует мезосомы или фотосинтетические мембраны.

Мезосомы – складчатые мембранные структуры, на поверхности которых находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Следовательно, мезосомы можно назвать примитивными органеллами. Во время клеточного деления мезосомы связываются с ДНК, что, по-видимому, облегчает разделение двух дочерних молекул ДНК после репликации и способствует образованию перегородки между дочерними клетками.

2.5. Генетический материал

ДНК бактерий представлены одиночными кольцевыми молекулами, длиной около 1 мм. Каждая такая молекула состоит из 5-10⁰ пар нуклеотидов. Суммарное содержание ДНК (геном) в бактериальной клетке намного меньше, чем в эукариотической, а, следовательно, меньше и объем закодированной в ней информации. В среднем такая ДНК содержит несколько тысяч генов.

Формы клеток прокариот довольно просты: шарики (кокки), иногда объединенный по два (двойные коки- диплококи); образующие цепочки (стрептококки) или склеенные в некое подобие виноградной грозди (стафилококки / от греч.стафилус — виноград), склеенные по четыре (сарцины); палочки (бациллы), искривленные палочки (вибрионы); штопорообразные (спириллы). Куда реже встречаются ветвящиеся формы клеток.

Простота формы делает невозможным точное определение прокариот по внешнему виду. Наоборот, физиология их настолько разнообразна, что в микробиологии в описании нового вида или разновидности обязательно указывают, в чем нуждается микроорганизм и какие продукты производит, то есть основные характеристики обмена с окружающей средой.