Прокариотическая и эукариотическая клетки

Строение бактериальной клетки (снаружи внутрь): у многих — слизистая капсула (защита от высыхания и от фагоцитов); клеточная стенка; плазмалемма, на которой у прокариот идут дыхание и синтез АТФ (фотосинтез — на её впячиваниях или на тилакоидах); цитоплазма с рибосомами 70S и включениями (гранулы гликогена и полифосфатов — волютина, капли серы у серобактерий); нуклеоид — область цитоплазмы с кольцевой ДНК, не отделённая мембраной; часто — плазмиды. На поверхности бывают жгутики (движение) и тонкие белковые ворсинки — пили, которыми бактерия прикрепляется к поверхностям и клеткам хозяина, а при конъюгации передаёт плазмиду другой клетке.

Клеточная стенка бактерий и архей. По способу окраски (метод Грама) бактерии делят на грамположительные — с толстым слоем муреина — и грамотрицательные — с тонким слоем муреина, поверх которого лежит наружная мембрана.

Прокариоты по типу питания: гетеротрофы (сапротрофы гниения, паразиты, симбионты), автотрофы — фотосинтезирующие (цианобактерии, с тилакоидами и хлорофиллом) и хемосинтезирующие (нитрифицирующие, серо-, железобактерии). В биоценозах прокариоты — редуценты (минерализация органики), азотфиксаторы (клубеньковые, азотобактер), продуценты (цианобактерии), возбудители болезней. Формы бактерий: кокки, бациллы (палочки), вибрионы, спириллы, спирохеты. Спора бактерии — покоящаяся стадия для переживания неблагоприятных условий, а не размножения.

Три варианта эукариотической клетки. План строения общий, различия связаны с типом питания и образом жизни.

Структурно-функциональные части клетки. Эукариотическая клетка состоит из трёх частей: поверхностного аппарата (плазмалемма и надмембранный слой — гликокаликс у животных, клеточная стенка у растений и грибов), цитоплазмы (цитозоль, цитоскелет, органоиды — одномембранные, двумембранные и немембранные — и включения) и ядра. У прокариот ядра нет: наследственный аппарат — нуклеоид, а поверхностный — плазмалемма и, как правило, клеточная стенка.

Почему прокариоты так успешны. Малый размер и отсутствие внутренних мембран означают высокое отношение поверхности к объёму и быстрый обмен со средой: деление каждые 20–30 минут, огромная скорость приспособления. Кольцевые плазмиды переносят гены между клетками (в том числе гены устойчивости к антибиотикам) — этим пользуется и генная инженерия. Споры бактерий переносят кипячение, высушивание и радиацию.

Автотрофная и гетеротрофная прокариотическая клетка. У фотосинтезирующих прокариот есть внутренние мембраны с пигментами: у цианобактерий — тилакоиды с хлорофиллом a и синими и красными пигментами-фикобилинами (фотосинтез идёт с выделением O₂), у пурпурных и зелёных бактерий — впячивания мембраны или пузырьки с бактериохлорофиллом (O₂ не выделяется).

Роль прокариот в биоценозах подробнее. Без них не замкнулся бы круговорот азота: азотфиксаторы переводят N₂ в аммиак, нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитратов, доступных растениям, а денитрифицирующие возвращают азот в атмосферу; серо- и железобактерии участвуют в круговоротах серы и железа. Хемосинтезирующие бактерии и археи — продуценты экосистем глубоководных гидротермальных источников, цианобактерии — фотосинтезирующий компонент многих лишайников. Бактерии-симбионты расщепляют целлюлозу в рубце жвачных, синтезируют витамины K и группы B в кишечнике человека и мешают размножаться болезнетворным микробам; паразиты, вызывая болезни, регулируют численность хозяев.

Симбиотическое происхождение органоидов. Митохондрии и пластиды имеют собственную кольцевую ДНК, рибосомы 70S, двойную мембрану и делятся самостоятельно — как бактерии. По теории симбиогенеза (Л. Маргулис) они произошли от прокариот, поселившихся внутри древней клетки: аэробных бактерий — митохондрии, цианобактерий — хлоропласты.