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.