Существует предположение, что все ныне живущие организмы произошли из единственной, возникшей несколько миллиардов лет назад первобытной клетки . Пережив своих конкурентов, эта клетка положила начало процессу клеточного деления и эволюции, который в конце концов создал зеленый покров Земли, изменил состав ее атмосферы и сделал ее родиной разумной жизни. Видимо, только так можно объяснить "фамильное сходство" между всеми организмами. На эволюционном пути имеется важная веха. Приблизительно 1,5 млрд. лет назад произошел переход от маленьких клеток со сравнительно простой внутренней структурой (так называемых ПРОКАРИОТ, к которым относятся различные бактерии) к большим по размеру и значительно более сложно устроенным ЭУКАРИОТИЧЕСКИМ клеткам, подобным клеткам высших животных и растений. Как же повлияло накопление молекулярного кислорода в атмосфере на анаэробные организмы, положившие начало жизни на Земле? В мире, богатом кислородом, который не мог быть ими использован, такие организмы оказались в невыгодных условиях.


которые из них, без сомнения, вымерли. Другие либо развили способность к дыханию, либо нашли экологические ниши, практически лишенные кислорода, и продолжили в них анаэробное существование. По всей вероятности, существовал и третий класс организмов, который выбрал значительно более хитрую и неизмеримо более богатую отдаленными последствиями стратегию выживания. Считается, что организмы этого класса вступили в симбиоз с аэробными клетками, а затем образовали с ними прочную ассоциацию. Это — наиболее привлекательное объяснение возникновения современных клеток эукариотического типа. Эукариотические клетки по определению и в отличие от прокариотических имеют ядро (по гречески "карион"). Ядро, в котором находится большая часть клеточной ДНК, ограничено двойной мембраной. Таким образом, компартмент, содержащий ДНК, отделен от остального содержимого клетки — цитоплазмы, где протекает большинство метаболических реакций. В самой цитоплазме различают множество характерных органелл. Среди них особенно выделяются два типа — митохондpии и хлоропласты. Каждая из этих органелл окружена собственной двойной мембраной, отличающейся по химическим свойствам от мембраны, окружающей ядро. Митохондрии — почти универсальный компонент эукариотических клеток, тогда как хлоропласты встречаются лишь в тех эукариотических клетках, которые способны к фотосинтезу, т. е. в клетках растений, но не животных и грибов. Считается, что обе органеллы имеют симбиотическое происхождение.

тохондрии во многом похожи на свободноживущие прокариотические организмы: например, они напоминают бактерий по форме и размеру, содержат ДНК, производят белок и размножаются делением. Разрушив эукариотические клетки и разделив их компоненты, можно показать, что митохондрии ответственны за дыхание и что ни в каких других частях клетки этот процесс не происходит. Без митохондрии клетки животных и грибов были бы анаэробами, зависимыми в своих энергетических потребностях от сравнительно малоэффективного и архаичного процесса гликолиза. Многие современные бактерии могут дышать, причем механизм этого дыхания имеет явное сходство с дыханием у митохондрий, и есть все основания думать, что эукариотические клетки являются потомками примитивных анаэробных организмов, которые выжили в богатом кислородом мире, поглотив аэробных бактерий. Они поддерживали их в состоянии симбиоза ради присущей им способности потреблять атмосферный кислород и производить энергию. Анализ некоторых современных организмов свидетельствует о возможности такого эволюционного события.

Источник: touch.otvet.mail.ru

Прокариоты, или доядерные — одноклеточные живые организмы,

не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами.

Эукариоты, или ядерные — надцарство живых организмов, клетки которых содержат ядра.


Основные различия между прокариотами и эукариотами:

1. Организмы

Прокариоты: бактерии

Эукариоты: протоктисты,грибы,растения и животные

2. Размеры клеток

Прокариоты: диаметр в среднем составляет 0,5-10 мкм

Эукариоты: диаметр обычно составляет 10-100 мкм; объем клетки, как правило, в 1000-10000 раз больше, чем у прокариот

3. Форма

Прокариоты: в основном одноклеточные

Эукариоты: В основном многоклеточные( за исключением протоктистов, многие из которых одноклеточные)

4. Время возникновения

Прокариоты: 3,5 млрд. лет назад

Эукариоты: 1,2 млрд. лет назад; произошли от прокариот

5. Клеточное деление

Прокариоты:в основном деление пополам; веретено не образуется

Эукариоты: митоз, мейоз или сочетание этих способов деления; веретено образуется

6. Генетический материал

Прокариоты: кольцевая ДНК свободно плавает в цитоплазме; ДНК не связана с белками или РНК; хромосом нет

Эукариоты: ДНК линейная и локализована в ядре ДНК связна с РНК и белком; хромосомы имеются

7. Синтез белков

Прокариоты: 70S-рибосомы (маленькие);эндоплазматического ретикулума нет

Эукариоты: 80S-рибосомы(крупные); рибосомы могут быть прикреплены к эндоплазматическому ретикулуму

8. Органеллы

Прокариоты: органелл мало, ни одна из них не имеет оболочки (двойной мембраны)

iv>

Эукариоты: органелл много, большинство которых окружены мембранами

9. Клеточные стенки

Прокариоты: жесткие, содержат полисахариды и аминокислоты; основной опорный материал — муреин

Эукариоты: клеточные стенки зеленых растений и грибов жесткие, содержат полисахариды; основной опорный материал клеточной стенки у растений-

целлюлоза, у грибов — хитин (у клеток животных клеточной стенки нет)

10. Жгутики

Прокариоты: простые, микротрубочек нет; расположены внеклеточно. Диаметр 20 нм

Эукариоты: Сложные, окружены плазматической мембраной. Диаметр 200 нм

11. Дыхание

Прокариоты: у бактерий происходит в мезосомах; у цианобактерий — на цитоплазматических мембранах

Эукариоты: аэробное дыхание происходит в митохондриях

12. Фотосинтез

Прокариоты: хлоропластов нет; происходит на мембранах, не имеющих специфической упаковки

Эукариоты: в хлоропластах, содержащих мембраны, которые обычно уложены в ламеллы или граны

13.Фиксация азота

Прокариоты: некоторые обладают такой способностью

Эукариоты: ни один организм не способен к фиксации азота

Источник: znanija.com

Строение прокариотической клетки

По сравнению с эукариотической, клетка прокариот выглядит гораздо проще (Рис. 4).


Дыхание прокариот и эукариот

Рис. 4. Клетка прокариот и эукариот (Источник)

У прокариот нет ядра, единственная кольцевая молекула ДНК, находящаяся в клетках прокариот и условно называемая бактериальной хромосомой, находится в центре клетки, однако эта молекула ДНК не имеет оболочки и располагается непосредственно в цитоплазме.

Рассмотрим строение прокариотической клетки (Рис. 5).

Дыхание прокариот и эукариот

Рис. 5. Строение прокариотической клетки (Источник)

Снаружи клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной. Строение мембран у двух этих групп организмов одинаковое. Клеточная мембрана прокариот образует многочисленные впячивания внутрь клетки – мезосомы. На них располагаются ферменты, обеспечивающие реакции обмена веществ в прокариотической клетке. Поверх плазматической мембраны клетки прокариот покрыты оболочкой, состоящей из углеводов, напоминающей клеточную стенку растительных клеток. Однако эта стенка образована не клетчаткой, как у растений, а другими полисахаридами – пектином и муреином.

>
nbsp;цитоплазме прокариотических клеток нет мембранных органоидов: митохондрий, пластидов, ЭПС, комплекса Гольджи, лизосом. Их функции выполняют складки и впячивания наружной мембраны – мезосомы. В цитоплазме прокариот беспорядочно располагаются мелкие рибосомы. Цитоскелета в прокариотических клетках тоже нет, но иногда встречаются жгутики, которые способствуют передвижению бактерий. На поверхности бактериальной клетки находятся пили – белковые нити, с помощью которых бактерии присоединяются к субстрату или поверхности. Половые пили служат для обмена генетического материала между различными бактериями.

Фотосинтезирующие бактерии – цианобактерии, имеют в клетках фотосинтезирующие мембраны или тилакоиды, в которых содержатся пигменты, участвующие в процессе фотосинтеза (Рис. 6), такие как хлорофилл.

Дыхание прокариот и эукариот

Рис. 6. Цианобактерия (Источник)

На тилакоидах содержатся пигменты, являющиеся вспомогательными при процессе фотосинтеза – фикобилины: аллофикоцианин, фикоэритрин и фикоцианин. Фикобилины образуют прочные соединения с белками (фикобилинпротеиды). Связь между фикобилинами и белками разрушается только кислотой.

В клетках прокариот откладываются и запасные питательные вещества, отложение или запас происходит в результате избытка питательных веществ, а потребление при недостатке питательных веществ. К запасным питательным веществам относятся полисахариды (крахмал, гликоген, гранулеза), липиды (гранулы или капли жира), полифосфаты (источник фосфора и энергии).


Большинство эукариот являются аэробами, то есть используют в энергетическом обмене кислород воздуха. Напротив, многие прокариоты являются анаэробами, и кислород для них вреден. Некоторые бактерии, называемые азотфиксирующими, способны усваивать азот воздуха, чего эукариоты делать не могут. Те виды прокариот, которые получают энергию благодаря фотосинтезу, содержат особую разновидность хлорофилла, который может располагаться на мезосомах.

В неблагоприятных условиях (холод, жара, засуха) многие бактерии образуют споры. При спорообразовании вокруг бактериальной хромосомы образуется особая плотная оболочка, а остальное содержимое клетки отмирает. Спора может десятилетиями находиться в неактивном состоянии, а в благоприятных условиях из нее снова прорастает активная бактерия (Рис. 7).

Дыхание прокариот и эукариот

Рис. 7. Схема образования спор у бактерий (Источник)

Размножение прокариот

Чаще всего прокариоты размножаются бесполым путем: ДНК удваивается, и далее клетка делится в поперечной плоскости пополам (Рис. 8). В благоприятных условиях бактерии способны делиться каждые 20 минут; при этом потомство от одной клетки через трое суток теоретически имело бы массу 7500 тонн! К счастью, таких условий в принципе быть не может.


Дыхание прокариот и эукариот

Рис. 8. Размножение прокариот (Источник)

Половое размножение у прокариот наблюдается гораздо реже, чем бесполое, однако оно очень важно, так как при обмене генетической информацией бактерии передают друг другу устойчивость к неблагоприятным воздействиям (например, к лекарствам). При половом процессе бактерии могут обмениваться как участками бактериальной хромосомы, так и особыми маленькими кольцевыми двуцепочечными молекулами ДНК – плазмидами. Обмен может происходить через цитоплазматический мостик между двумя бактериями или с помощью вирусов, усваивающих участки ДНК одной бактерии и переносящих их в другие бактериальные клетки, которые они заражают.

Источник: interneturok.ru

Дыхание (биологическое окисление, катаболизм, диссимиляция) – совокупность биохимических процессов, сопровождающихся образованием энергии, необходимой для жизнеобеспечения клетки.Приаэробном типе дыхания бактериииспользуют энергию в результате окисления веществ кислородом воздуха и способны развиваться только при наличии кислорода.


и анаэробном типе дыхания микроорганизмы могут развиваться при отсутствии кислорода, получая энергию в результате ферментативного расщепления органических веществ. Существуют также факультативные анаэробы, растущие как при наличии, так и при отсутствии кислорода. Определяют тип дыхания микроорганизмов посевом культуры бактерий уколом в высокий столбик агара. При этом аэробы вырастают в верхней части среды, факультативные анаэробы – по всей длине укола, анаэробы – в нижней части посева.

У прокариотов возможны три пути получения энергии, которые различаются по выходу энергии (табл. 4):

1. Фотосинтез (фотосинтетическое фосфорилирование), в котором принимают участие энергия фотонов, хлорофилл или его аналоги – пигменты. Фотосинтез описан у очень небольшой группы микробов (цианобактерии или сине-зелёные водоросли), содержащих пигменты, сходные с хлорофиллом.

2. Дыхание (окислительное фосфорилирование) – окислительно-восстановительный процесс переноса взаимодействия субстрата со свободным кислородом и ферментами дыхательной цепи, цепь реакций биологического окисления. Большинство бактерий, называемых скотобактериями,получают энергию путем химических реакций.


Суть окисления заключается в присоединении кислорода или в отнятии водорода от субстрата, в результате чего происходит расщепление вещества и разрушение химических связей. Энергия этих связей выделяется в окружающую среду и почти на 70% улавливается клеткой в виде биологической энергии, в виде образования высокоэнергетических соединений, главными из которых у прокариот является АТФ (аденозинтрифосфат), УДФ (уридиндифосфат), ферментные комплексы НАДФ (никотинадениндиноклеотидфосфат) и ФАДФ (флавинаденин-динуклеотидфосфат), пирофосфат и волютин (орто- и метафосфаты).

Одним из основных путей реализации энергии, содержащейся в фосфорных связях органических соединений, является фосфорилирование — способность передавать фосфатный остаток другим веществам , что делает эти соединения нестабильными, приводя к их распаду с выделением энергии. Все процессы дыхания происходят на ЦПМ прокариот иначинаются с гликолиза, в результате которого образуется пировиноградная кислота (пируват — ПВК), которая является исходным материалом для дальнейших катаболических реакций.

По типу дыханиябактерии делятся на:

· облигатные аэробы (например, нейссерии, синегнойная палочка)растут только при наличии кислорода;

· облигатные анаэробы могут расти только без кислорода (пептострептококки, вейллонеллы, бактероиды фузобактерии, анаэробоспириллы);

· факультативные аэробы и анаэробы могут существовать как в присутствии кислорода, так и без него;

· аэротолерантные микробы (например спорообразующие анаэробные палочки -клостридии газовой гангрены, столбняка). — это анаэробные бактерии, устойчивые к кислороду, которые не размножаются в присутствии кислорода, но и не погибают;

· микроаэрофилы (стрептококки, актиномицеты и некоторые бациллы полости рта)представляют собой небольшую группу факультативно-анаэробных бактерий, устойчивых к действию кислорода в небольших концентрациях (до 5-10%);

· капнофилы(возбудители бруцеллеза, стрептококки полости рта)нуждаются в избыточном количестве углекислого газа (до 20%).

Тип дыхания бактерий зависит от набора ферментов. От окисляемого субстрата (донора) электрон водорода передается с помощью дегидрогеназывосстанавливаемому веществу (акцептору) — флавопротеину(ФАД) или желтому ферменту, который передает электрон водорода непосредственно кислороду с образованием перекиси водорода или следующему промежуточному передатчику — цитохрому,который, в конечном счете, передает его кислородус образованием воды или перекиси водорода. Описано 3 типа цитохромов — А, В, С. Бактерии не все и не в одинаковой мере содержат все три компонента цитохрома. Так, например, строгие аэробы содержат все три компонента цитохрома. Они имеют самую длинную дыхательную цепь (дегидрогеназы, флавопротеины, цитохромы). Конечный акцептором электронов является кислород.

Факультативные анаэробы содержат один или два компонента цитохрома, в то время как строгие анаэробы, как правило, не имеют цитохрома С, поэтому у них конечным акцептором электронов водорода являются неорганические вещества (нитраты, сульфаты, карбонаты). В аэробных условиях электрон водорода от флавопротеина может непосредственно передаваться кислороду с образованием перекиси водорода, гидроксиланиона, супероксиданиона.

Аэробы и факультативные анаэробы, в отличие от облигатных анаэробов, имеют ферменты, расщепляющие каталазу и пероксидазу, а также мощный фермент — супероксиддисмутазу (СОД) для нейтрализации токсичных радикалов кислорода. У облигатных анаэробов эти ферменты не вырабатываются, поэтому накопление токсических для мембран клеток соединений вызывает их разрыв и неизбежную гибель.

3. Брожение (субстратное фосфорилирование) — разновидность анаэробного дыхания, при котором и донором и акцептором водорода является органическое вещество.

При брожении происходит расщепление сложных органических веществ до более просто устроенных с выделением небольшого количества энергии. При поступлении глюкозы в клетку, происходит гликолиз и образуется ПВК. Дальнейшие ее превращения зависят от набора ферментов анаэробных бактерий. В зависимости от того какие конечные продукты образуются, выделяют разные типы брожения:

· Молочнокислое брожение вызывается лактобактериями, бифидобактериями, стрептококками, образуя из ПВК молочную кислоту (гомоферментативное брожение) или молочную, янтарную, уксусную кислоты, ацетон (гетероферментативное брожение). Эти бактерии применяются в производстве молочно-кислых продуктов: ряженки, простокваши, кефира, йогуртов и творога.

· Маслянокислое брожение. Возбудителями этого вида брожения являются анаэробные бактерии рода клостридии, а также бактероиды, фузобактерии и другие микроорганизмы, вызывающие у человека опасные анаэробные инфекции. Основным продуктом брожения является масляная,изомасляная, уксусная, валериановая кислоты.

· Пропионовокислое брожение также вызывается анаэробами — пропионибактериями (обитатели кожи и слизистой оболочкичеловека и животных могут вызывать анаэробные инфекции), которые используются в производстве сыров. Конечный продукт брожения — пропионовая кислота.

· Спиртовое брожение. Вызывают дрожжи. В результате спиртового
брожения образуется этиловый спирт, что издавна используется в пивоварении и виноделии.

· Бутиленгликолевое брожение. В результате брожения образуются бутиловый спирт, этиленгликоль, срероводород и другие токсические продукты. Этот вид брожения вызывают кишечная палочка и другие энтеробактерии, в том числе — возбудители кишечных инфекций — сальмонеллёза, дизентерии.

При субстратном фосфорилировании из глюкозы или других источников углерода выделяется незначительное количество энергии, так как образующиеся при этом продукты брожения (молочная кислота, спирты и др.) сохраняют в себе значительные количества энергии. Поэтому в анаэробных условиях бактериальная культура для получения необходимой энергии во много раз больше разлагает пищевого материала, чем в присутствии кислорода. Теплообразование при развитии бактериальной флоры в органическом материале (навоз, торф, мусор) может привести к его самовозгоранию.

Изучение ферментов бактерий имеет большое практическое значение для разработки методов диагностики (идентификации) возбудителей инфекционных заболеваний по набору ферментов, а также для создания современных биотехнологий получения продуктов питания в том числе молочнокислых продуктов, сыра, хлеба, вина, пива и т.д.

Источник: studopedia.ru

Прокариоты и эукариоты – основные понятия

Прокариоты – это доядерные одноклеточные организмы. 

Именно они стояли у истоков эволюции, дали впоследствии ядерные организмы. Это бактерии.

Эукариоты – это ядерные клетки. 

Они образуют живые организмы, состоящие из одной или множества клеток. Структура, содержащая ядро, дала все многообразие жизни.

Строение прокариотической клетки

Прокариоты устроены довольно просто. Размеры их очень малы — от 1 до 15 мкм. Следует отметить, что 1 мкм равен 0,001 мм. Отсюда становится понятным, насколько малы прокариоты.


Бактерии имеют разную форму:

  • кокки – шаровидные клетки;

  • бациллы – вытянутые палочки;

  • спириллы – извитые;

  • вибрионы – изогнутые.

В зависимости от того, к какой группе относятся бактерии, они могут существовать по отдельности, или образовывать скопления. Например, стрептококки образуют цепь из нескольких кокков. Стафилококки образуют скопление, которое напоминает гроздь винограда.


Характерная особенность прокариот – отсутствие оформленного ядра. Также отсутствуют мембранные органоиды. 

Генетический материал находится в одной хромосоме. В её состав входит одна ДНК, которая не соединяется с белками. Кольцевая ДНК размещена прямо в цитоплазме.

Цитоплазма заполняет внутреннее пространство. Все немногочисленные органоиды находятся в ней.

Ферменты, обеспечивающие жизнедеятельность, распределены во внутреннем пространстве, или находятся на внутренней стенке мембраны.

Внутри клетки откладываются запасные вещества: жиры, полисахариды, полифосфаты. Они могут расходоваться клеткой по мере необходимости.

Снаружи бактерия покрыта цитоплазматической мембраной. Сверху расположена клеточная стенка, состоящая из муреина. Это смесь полисахаридов и белковых молекул. Клеточная стенка прикрыта слизистой капсулой.

Цитоплазматическая мембрана образует впячивания – мезосомы. Они выполняют функции недостающих органоидов.

Бактерия может иметь жгутики и пили – органоиды движения в жидкой среде.

Плюсы и минусы прокариот

Прокариоты играют и положительную и отрицательную роль. В качестве примера негативного влияния, можно отметить заболевания, возбудителем которых являются бактерии: туберкулёз, холера, тиф и другие.

Характеризуя положительное значение бактерий, можно отметить:

  • приготовление кисломолочной продукции с помощью бродильных прокариот;

  • бактерии-симбионты, обитающие в других организмах, приносящие пользу;

  • бактерии-разрушители органического опада и другие.

Строение эукариот

Эукариотическая клетка, образуя одноклеточный организм, существует самостоятельно. Также она может с другими клетками образовывать многоклеточные организмы. 

В соответствии с организмом, образованным клеткой, существуют некоторые различия в её строении. Эти различия не так велики. Больше можно отметить черт сходства.

Эукариотическая клетка покрыта цитоплазматической мембраной. Она имеет многочисленные поры, образует складки, впячивания и выпячивания, что позволяет осуществлять поступление веществ с помощью пиноцитоза и фагоцитоза.

Пиноцитоз – это поступление капель жидкости. Фагоцитоз – это поступление твёрдых частичек через мембрану.

Растительная клетка имеет ещё прочную целлюлозную оболочку.

Ядерная клетка имеет множество мембранных органоидов:

  1. Прежде всего, это оформленное ядро. Оно хранит и воспроизводит наследственную информацию. Также ядро регулирует жизнедеятельность клетки.

  2. Внутреннее пространство заполнено цитоплазмой – это среда, в которой идут все реакции и процессы. По цитоплазме перемещаются органоиды и вещества.

  3. Эндоплазматическая сеть. Она бывает шероховатой, на ней идёт биосинтез белка. Жиры и углеводы синтезируются на гладкой сети.

  4. Аппарат Гольджи – это совокупность уплощённых полостей, мешочков, цистерн. В нём упаковываются и хранятся вещества, которые клетка синтезирует.

  5. Рибосомы — участвуют в образовании белка.

  6. Митохондрии — накапливают энергию в виде АТФ.

  7. Пластиды — есть только в клетках растений. Они обеспечивают процесс фотосинтеза, окраску цветов и плодов, а также способствуют накоплению органических веществ.

  8. Вакуоли — присутствуют, как правило, в растительной клетке. Содержат клеточный сок, обеспечивает тургор клетки.

  9. Лизосомы — отвечают за внутриклеточное пищеварение.

  10. Клеточный центр или центриоли — присутствуют в клетке животных. Органоид принимает участие в делении клетки.

  11. Цитоскелет – микротрубочки из белковых волокон. Они связаны с цитоплазматической мембраной, поддерживают определённую форму клетки.

Митохондрии и хлоропласты – это органоиды, состоящие из двух мембран. Поверхностная мембрана гладкая, внутренняя — формирует многочисленные выросты. Эти два органоида содержат свою ДНК.

Сходства и отличие прокариот и эукариот

Для прокариотов и эукариот характерны черты сходства и различия. 

Их сравнение представлено в таблице.

Признаки сравнения

Прокариоты

Эукариоты

Наличие ядра

Нет. Есть ДНК, расположенная в цитоплазме. Цитоплазма с ДНК носит название нуклеоид.

Присутствует оформленное ядро.

Наличие мембранных органоидов

Нет

Есть

Размножение

Отсутствует митоз и мейоз. Клетка делится просто надвое.

Митоз / мейоз

Питание

Гетеротрофное (организмы не могут образовывать органические молекулы), автотрофное (организмы могут образовывать органические вещества).

Автотрофное (растения), гетеротрофное (животные).

Рибосомы

Присутствуют, мелкие.

Присутствуют, более крупные.

Клеточная стенка

Есть

Есть только у растительной клетки.

Цитоплазма

Есть

Есть

Строение прокариотической и эукариотической клеток представлено в виде схем на рисунке. Подписи помогают иметь наглядное представление о разнице в строении клеток.

Заключение

Значение клеток ядерных и неядерных организмов очень велико. С одноклеточных организмов начиналась эволюция. В настоящее время прокариоты и эукариотические организмы образуют все многообразие органического мира. Живые организмы участвуют в биологическом круговороте веществ. Имеют большое значение в жизнедеятельности человека.

Источник: nauka.club