1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схема строения прокариотической клетки

Строение прокариотической клетки

Компоненты

Прокариоты состоят из трёх компонентов:

  • оболочки;
  • цитоплазмы;
  • генетического материала.

Оболочку прокариот образуют три слоя:

  • плазмалемма – тонкая мембрана, покрывающая цитоплазму;
  • клеточная стенка – жёсткая наружная оболочка, содержащая белок муреин;
  • капсула – защитная структура, состоящая из полисахаридов или белков.

Капсула (слизистый слой, чехол) – необязательный компонент клетки. Образуется для защиты от неблагоприятных условий, например, высыхания или заморозков. Это дополнительный барьер, способный защитить клетку от вирусов (бактериофагов).

Рис. 1. Оболочка прокариот.

Цитоплазма прокариот – гелеобразное вещество, содержащее:

  • неорганические вещества;
  • белки;
  • полисахариды;
  • метаболиты (продукты метаболизма).

Главной особенностью строения прокариотической клетки является отсутствие ядра. Генетическая информация в виде кольцевой ДНК хранится непосредственно в цитоплазме и образует нехарактерную для эукариотов структуру – нуклеоид.
Помимо нуклеоида в цитоплазме прокариот постоянно находятся:

  • рибосомы – структуры, состоящие из двух субъединиц, которые осуществляют биосинтез белка;
  • мезосома – складка плазмалеммы, осуществляющая репликацию ДНК и клеточное дыхание (аналог митохондрии);
  • органеллы движения – длинные жгутики, состоящие из белка флагеллина, и короткие пили, образованные белком пилином.

В цитоплазме помимо органелл могут находиться запасы веществ – включения:

  • гликоген;
  • крахмал;
  • волютин (метахроматин) – гранулы полифосфорной кислоты;
  • жировые капли;
  • сера.

Плазмиды – непостоянные структуры прокариот. Состоят из небольших отдельных молекул ДНК, которыми бактерии могут обмениваться в ходе горизонтального переноса генов.

Рис. 2. Органоиды доядерной клетки.

Деление

Прокариоты размножаются прямым или бинарным делением – амитозом. К этому процессу клетка никак не подготавливается. Деление начинается с удвоения кольцевой ДНК на мезосоме без образования хромосом.
Процесс условно можно разделить на две стадии:

  • кариокинез– репликация и расхождение ДНК;
  • цитокинез– разделение путём перетяжки всего содержимого клетки.

Каждой дочерней клетке достаётся по одному кольцу ДНК. Однако остальные структуры распределяются неравномерно.

Рис. 3. Деление бактерии.

ДНК бактерий, составляющая нуклеоид, может включать несколько миллионов нуклеотидов. Однако бактерии быстро приспосабливаются к неблагоприятным условиям благодаря постоянному обмену генами, находящимися в коротких ДНК плазмид.

Что мы узнали?

Из урока 10 класса узнали о строении и функциональном назначении органелл прокариотической клетки. К прокариотам относятся бактерии, цианобактерии и археи. Они не имеют ядра, генетическая информация располагается непосредственно в цитоплазме в виде спутанной структуры – нуклеоида. Помимо одной кольцевой ДНК в клетках могут находиться небольшие молекулы ДНК в виде плазмид. Прокариоты размножаются посредством амитоза и способны обмениваться генами.

Ультраструктура прокариотической клетки

Для всех микроорганизмов, входящих в царство, ха­рактерен прокариотический тип организации клетки, что опре­деляется особенностями их ультраструктуры, а также строения и функций ряда макромолекул. Из всех известных клеток прокариотическая самая простая и, вероятно, первая клетка, возникшая около 3,6 млрд. лет назад.

В настоящее время предполагают, что в какой-то момент вре­мени эволюция клеток пошла по двум самостоятельным направле­ниям. Появились две группы организмов —прокариоты, у которых ядерный материал не был ограничен оболочкой, и эукариоты, име­ющие оформленное ядро с ядерной оболочкой.

Основные отличия прокариотов от эукариотов состоят в сле­дующем:

в клетках прокариотов отсутствуют компартменты, или органеллы, ограниченные от цитоплазмы специализированными внут­риклеточными липопротеидными мембранами: эндоплазматическая сеть (ретикулюм), митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы, хлоропласты;

ядерная структура прокариотов, называемая нуклеоидом, не имеет ядерной оболочки с поровым комплексом и представлена макромолекулой ДНК с белками (без гистонов);

геном прокариотической клетки организован в одну коль­цевую хромосому, которая представляет собой единый репликон и не делится митозом;

дополнительные репликоны могут быть представлены коль­цевыми молекулами плазмидных ДНК;

прокариотическая клетка содержит только один тип рибосом с константой седиментации 708, причем часть рибосом ассоции­рована с цитоплазматической мембраной, что никогда не наблю­дается у эукариотов;

клеточная стенка прокариотов содержит характерный только для бактерий биогетерополимер — пептидогликан.

Некоторые прокариоты обладают структурами, отсутствующи­ми у эукариотов:

подвижные бактерии имеют особые бактериальные жгутики из белков-флагеллинов;

спорообразующие формы бактерий в неблагоприятных усло­виях превращаются в уникальные по степени устойчивости типы покоящихся клеток — бактериальные споры;

клетки прокариотов очень малы; диаметр большинства кле­ток бактерий не превышает 1 мкм, однако длина может быть зна­чительной, например, у некоторых спирохет — до 500 мкм. Ма­лые размеры прокариотов связаны, как полагают, с отсутствием в их ультраструктуре специализированных мембранных систем, что затрудняет координацию внутриклеточных процессов пропор­ционально увеличению размеров клетки.

Клеточное строение четко отделяет прокариотов от вирусов. Подчеркивая примитивность организации бактериальных клеток, необходимо однако отметить, что они эволюционировали в своем направлении в течение гораздо большего времени, чем эукарио-тические, и, хотя эволюционные возможности прокариотической клетки, по всей видимости, ограничены, в процессе эволюции происходили изменения их клеточной организации, что привело постепенно к ее усложнению.

По целому ряду признаков бактерии имеют принципиаль­ные различия с эукариотами, и знание особенностей их устрой­ства и функционирования позволяет понять возможность из­бирательного антимикробного действия химиотерапевтических препаратов. Применение электронной микроскопии и тонких цитохимических исследований позволило изучить их ультраструкту­ру (рис. 1). Обязательными компонентами бактериальной клетки являются цитоплазматическая мембрана, окружающая цитоплаз­му, в которой содержатся рибосомы и нуклеоид. Клетки всех бак­терий, за исключением L-форм и микоплазм, имеют клеточную стенку. Другие структуры являются дополнительными и опреде­ляют морфологические и функциональные особенности различ­ных видов: капсулы, жгутики, пили, споры, включения.

Рис. 1. Схема строения прокариотической клетки:

/ — капсула; 2 — клеточная стенка; 3 — цитоплазматическая мем­брана; 4 — мезосомы; 5 — цитоплазма; 6 — нуклеоид; 7 — плазмида;

8 — рибосомы и полисомы; 9 — жгутики; 10 — пили; 11 — гранулы гликогена; 12 — липидные капельки; 13 — гранулы волютина; 14 — включения серы

Поверхностные структуры. Капсула — это наружный, самый верхний слизистый слой клетки различной толщины фибриллярной или глобулярной структуры. Она имеет полисахаридную, му-кополисахаридную или полипептидную природу и содержит до 98 % воды. В зависимости от толщины различают микрокапсулу (толщиной менее 0,2 мкм) и макрокапсулу. Капсула не является обязательным структурным элементом клетки. Биологический смысл капсулообразования определяется целым рядом функций, среди которых: защита от фагоцитов и вирусов, токсинов и ради­ации; иммунологическая мимикрия у патогенных бактерий; со­хранение влаги в условиях пониженной влажности; прикрепле­ние клетки к плотной поверхности.

Пили (фимбрии, ворсинки, реснички) — это прямые цилиндри­ческие образования белковой природы длиной 0,3—10 мкм, диа­метром до 10 нм, равномерно покрывающие поверхность клетки (до нескольких сотен на клетку), не выполняющие локомоторную функцию.

Различают пили общего типа, способствующие прикреплению бактериальной клетки к субстрату, клеткам человека (явление адгезии микроорганизмов) и пили половые, участвующие в переда­че генетического материала от клетки-донора к клетке-реципиен­ту в процессе конъюгации, а также обуславливающие адсорбцию специфических бактериофагов на клетках.

Жгутики — органы движения бактерий в виде спирально изо­гнутых цилиндрических образований белковой природы (белки-флагеллины) на поверхности клетки длиной 3—12 мкм и толщи­ной 10—30 нм, прикрепленные базальным телом (системой дисков) к цитоплазматической мембране (см. вкл. I). Число и располо-

жение жгутиков может быть различным и является видовым при­знаком (рис. 2). Различают монотрихи (бактерии с одним жгути­ком на конце), амфитрихи (бактерии с жгутиками, расположен­ными по полюсам), лофотрихи (клетки с пучком жгутиков на одном конце) и перитрихи (с 2—30 жгутиками по всему телу клетки).

Пили и жгутики не являются обязательными органоидами бактериальной клетки.

Клеточная стенка — один из основных структурных элемен­тов бактерии, выполняющий механическую защиту клетки. Кроме микоплазм и L-форм, клетки всех бактерий покрыты клеточной стенкой, толщина которой у разных видов колеблется в пределах 0,01—14 мкм. Она представляет собой плотную эластичную структу —

Рис. 2. Основные формы бактерий (по А. А. Воробьеву и соавт., 1994):

/ — стафилококки; 2 — стрептококки; 3 — сарцины; 4 — гонококки;

5— пневмококки; 6— капсулы пневмококков; 7— коринебактерии дифтерии; 8 — клостридии; 9 — бациллы; 10 — вибрионы; 11 — спириллы; 12 — трепонсмы; — боррелии; 14 — лептоспиры; 15— актиномицеты; 16 — расположение жгутиков: а — монотрихи; б — лофотрихи; в — амфитрихи; г — перитрихи

ру, которая окружает протопласт клетки и придает ей постоянную форму и жесткость. Клеточная стенка препятствует осмотическому набуханию и разрыву клеток, когда они попадают в гипотоничес­кую среду. Вода, другие малые молекулы и разные ионы легко про­никают через крошечные поры в клеточной стенке, но через них не проходят крупные молекулы белков и нуклеиновых кислот.

Читать еще:  Система охлаждения змз 406

Основным химическим компонентом клеточной стенки является специфический гетерополимер — пептидогликан (муреин, мукопептид, глюкозаминопептид, гликопептид), состоящий из цепочек, в которых чередуются остатки N-ацетилглюкозамина и М-ацетилмурамовой кислоты, соединенные между собой β-1,4-гликозидными связями. Это резко отличает оболочечные структуры бактерий от эукариотических и создает «ахиллесову пяту» бактерий, используемую для антимикробной химиотерапии.

Организация цитоплазмы. Цитоплазматическая мембрана (ЦМ) Носится к числу обязательных клеточных структур, имеет толщину 7—13 нм и располагается непосредственно под клеточной стенкой, ограничивая протопласт клетки. По своему строению мембраны бактериальных, животных и растительных клеток очень сходны. В настоящее время большинством ученых принята жидкостно-мозаичная модель строения ЦМ. Согласно этой модели ЦМ состоит из двойного слоя (15—30 % молекул фосфолипидов и триглицеридов с направленными внутрь гидрофобными концами и гидрофильными «головками» наружу. В него мозаично погружены молекулы белка (50—70%). В мембране имеются также углеводы (2—5 %) и РНК. ЦМ представляет собой пластическое «текучее» образование, которое играет важнейшую роль обмене веществ, является полупроницаемой структурой, поддерживает осмотическое давление, контролирует как поступление веществ в клетку, так и выведение конечных метаболитов по системе субстрат специфичных пермеаз (ферментов-переносчиков, локализованных на мембране). С ЦМ связаны процессы дыхания, доставляющие клетке энергию, то есть те функции, за которые в эукариотической клетке ответственны мембраны митохондрий и хлоропластов.

Выделяют так называемые мезосомы — впячивания ЦМ — смешанные мембранные системы, образованные трубочками, пу­зырьками и ламеллами. Предполагается выполнение ими функ­ций центра дыхательной активности бактерий, участие в делении клетки и расхождении дочерних хромосом после репликации.

Цитоплазма заполняет собой объем бактерии, ограниченный ЦМ. Это сложная коллоидная система, которая состоит из бел­ьков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, минеральных ве­ществ и 70—80 % воды. Цитоплазма является местонахождением внутриклеточных органелл (нуклеоида, рибосом, различных вклю­чений) и участвует во внутриклеточном метаболизме. Характер-

ными чертами организации цитоплазмы прокариотов по сравне­нию с животными и растительными клетками являются отсутст­вие эндоплазматического ретикулюма и высокая электронная плот­ность.

Нуклеоид — ядерный материал бактериальной клетки. Он пред­ставлен двойной нитью макромолекулы ДНК с молекулярной массой 2—3 10 в соединении с белками, среди которых отсутствуют характерные для эукариотов ядерные (гистоны и гистоноподобные) белки. В отличие от настоящего ядра эукариотических кле­ток нуклеоид не имеет ядерной перфорированной мембраны, не делится митозом и представляет собой в период деления одну кольцевую хромосому, кодирующую всю генетическую инфор­мацию.

Плазмиды — необязательные внутриклеточные структуры в виде внехромосомных кольцевых участков ДНК, способных к само­репликации. Обуславливают наследование дополнительных при­знаков: лекарственной устойчивости, токсигенности, бактериоциногенности и др.

Рибосомы — органеллы, в которых осуществляется синтез белка. Каждая рибосома имеет размеры 20х30х30 нм и константу седи­ментации 70S (так как при ультрацентрифугировании рибосомы оседают со скоростью около 70 единиц Сведенберга (S), в отличие от более крупных цитоплазматических рибосом эукариотов с константой седиментации 808). В свободном состоянии бактери­альная рибосома находится в виде двух субъединиц — 30S и 50S, обе субъединицы содержат примерно по 40 % рибосомальной РНК и 60 % белка. Во время синтеза белка рибосомы с помощью информационной РНК образуют полисомы, обычно связанные с ЦМ. Бактерии могут содержать от 5000 до 50 000 рибосом, что зависит от возраста клетки и условий культивирования.

Знание различий между рибосомами бактерий и эукариоти­ческих клеток имеет важное значение для понимания механизмов антимикробного действия тех антибиотиков, которые подавляют синтез белка на бактериальных рибосомах и не затрагивают фун­кции 80S рибосом.

Споры (эндоспоры) бактерий — покоящиеся формы некоторых видов грамположительных бактерий в неблагоприятных условиях внешней среды.

Спорообразование происходит в несколько стадий, при пол­ном созревании споры вегетативная часть клетки лизируется и от­мирает (см. вкл. I, II).

В процессе спорообразования (споруляции) можно выделить несколько основных этапов. Переходящая к спорообразованию клетка перестает расти; как правило, она содержит два и более нуклеоидов. На первом этапе часть клеточной ДНК локализуется в одном из полюсов клетки. Затем часть цитоплазмы с заключен-

Иной в ней хромосомой обособляется цитоплазматической мембраной, как бы врастающей в глубь клетки, при этом образуется проспорь, окруженная двойной мембранной оболочкой.

Затем между двумя мембранами идет формирование многослойной стенки и коры (кортекса) споры пептидогликановой при­роды. Снаружи мембран образуется также полипептидная оболочка и экзоспорий, окружающий спору в виде свободного чехла. Полностью сформировавшаяся бактериальная спора — это уплотненный участок клетки с нуклеоидом и рибосомами, ограничен­ный плотной многослойной оболочкой, пропитанной кальциевы­ми Солями дипиколиновой кислоты.

Спорообразование характерно для палочковидных бактерий — бацилл и клостридий (см. рис. 2). Различают центральное, терминальное и субтерминальное расположение спор в вегетативной части клетки, что является дифференциально-диагностическим признаком возбудителя.

В одной бактерии образуется одна спора, находящаяся в стадии покоя, при этом все процессы обмена веществ практически сведены к нулю, но сохраняется потенциальная жизнеспособность клетки. Поскольку увеличение числа микроорганизмов в этом процессе не происходит, спорообразование у бактерий не является способом размножения, а лишь приспособлением для выживания. Уникальные по степени своей устойчивости к физическим и химическим факторам бактериальные споры могут сохраняться до внешней среде без потери жизнеспособности длительное время (десятки лет), затрудняя борьбу со спороносными патогенными бактериями.

Внутриплазматические включения. Термином «включения» обозначают такие внутриклеточные структуры бактерий, кото­рые, очевидно, не являются абсолютно необходимыми для их жизнедеятельности. Однако их природа и функции могут быть различны. В одних случаях включения являются продуктами об­мена бактериальной клетки, в других — запасом питательных веществ.

Из резервных полисахаридов особенно распространены глюканы — гликоген, крахмал, гранулеза. Они выявляются в клетках бацилл, клостридий, энтеробактерий и др.

Запасные липиды представлены полиэфиром β-оксимасляной кислоты и восками. Воски, эфиры высокомолекулярных жирных кислот и спиртов характерны для микобактерий.

У коринебактерий резерв фосфора создается в виде зерен по­лифосфатов (волютина), имеющих диагностическое значение.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лекция № 9. Строение прокариотической клетки. Вирусы

К прокариотам относятся архебактерии, бактерии и синезеленые водоросли. Прокариоты — одноклеточные организмы, у которых отсутствуют структурно оформленное ядро, мембранные органоиды и митоз.

Строение бактериальной клетки

Размеры — от 1 до 15 мкм. Основные формы: 1) кокки (шаровидные), 2) бациллы (палочковидные), 3) вибрионы (изогнутые в виде запятой), 4) спириллы и спирохеты (спирально закрученные).

Формы бактерий:
1 — кокки; 2 — бациллы; 3 — вибрионы; 4—7 — спириллы и спирохеты.

Строение бактериальной клетки:
1 — цитоплазматическая мемб­рана; 2 — клеточ­ная стенка; 3 — слизис­тая кап­сула; 4 — цито­плазма; 5 — хромо­сомная ДНК; 6 — рибосомы; 7 — мезо­сома; 8 — фото­синтети­ческие мемб­раны; 9 — вклю­чения; 10 — жгу­тики; 11 — пили.

Бактериальная клетка ограничена оболочкой. Внутренний слой оболочки представлен цитоплазматической мембраной (1), над которой находится клеточная стенка (2); над клеточной стенкой у многих бактерий — слизистая капсула (3). Строение и функции цитоплазматической мембраны эукариотической и прокариотической клеток не отличаются. Мембрана может образовывать складки, называемые мезосомами (7). Они могут иметь разную форму (мешковидные, трубчатые, пластинчатые и др.).

На поверхности мезосом располагаются ферменты. Клеточная стенка толстая, плотная, жесткая, состоит из муреина (главный компонент) и других органических веществ. Муреин представляет собой правильную сеть из параллельных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими белковыми цепочками. В зависимости от особенностей строения клеточной стенки бактерии подразделяются на грамположительные (окрашиваются по Граму) и грамотрицательные (не окрашиваются). У грамотрицательных бактерий стенка тоньше, устроена сложнее и над муреиновым слоем снаружи имеется слой липидов. Внутреннее пространство заполнено цитоплазмой (4).

Генетический материал представлен кольцевыми молекулами ДНК. Эти ДНК можно условно разделить на «хромосомные» и плазмидные. «Хромосомная» ДНК (5) — одна, прикреплена к мембране, содержит несколько тысяч генов, в отличие от хромосомных ДНК эукариот она не линейная, не связана с белками. Зона, в которой расположена эта ДНК, называется нуклеоидом. Плазмиды — внехромосомные генетические элементы. Представляют собой небольшие кольцевые ДНК, не связаны с белками, не прикреплены к мембране, содержат небольшое число генов. Количество плазмид может быть различным. Наиболее изучены плазмиды, несущие информацию об устойчивости к лекарственным препаратам (R-фактор), принимающие участие в половом процессе (F-фактор). Плазмида, способная объединяться с хромосомой, называется эписомой.

Читать еще:  Светофор с дополнительной секцией правила проезда

В бактериальной клетке отсутствуют все мембранные органоиды, характерные для эукариотической клетки (митохондрии, пластиды, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы).

В цитоплазме бактерий находятся рибосомы 70S-типа (6) и включения (9). Как правило, рибосомы собраны в полисомы. Каждая рибосома состоит из малой (30S) и большой субъединиц (50S). Функция рибосом: сборка полипептидной цепочки. Включения могут быть представлены глыбками крахмала, гликогена, волютина, липидными каплями.

У многих бактерий имеются жгутики (10) и пили (фимбрии) (11). Жгутики не ограничены мембраной, имеют волнистую форму и состоят из сферических субъединиц белка флагеллина. Эти субъединицы расположены по спирали и образуют полый цилиндр диаметром 10–20 нм. Жгутик прокариот по своей структуре напоминает одну из микротрубочек эукариотического жгутика. Количество и расположение жгутиков может быть различным. Пили — прямые нитевидные структуры на поверхности бактерий. Они тоньше и короче жгутиков. Представляют собой короткие полые цилиндры из белка пилина. Пили служат для прикрепления бактерий к субстрату и друг к другу. Во время конъюгации образуются особые F-пили, по которым осуществляется передача генетического материала от одной бактериальной клетки к другой.

Спорообразование у бактерий — способ переживания неблагоприятных условий. Споры формируются обычно по одной внутри «материнской клетки» и называются эндоспорами. Споры обладают высокой устойчивостью к радиации, экстремальным температурам, высушиванию и другим факторам, вызывающим гибель вегетативных клеток.

Размножение. Бактерии размножаются бесполым способом — делением «материнской клетки» надвое. Перед делением происходит репликация ДНК.

Редко у бактерий наблюдается половой процесс, при котором происходит рекомбинация генетического материала. Следует подчеркнуть, что у бактерий никогда не образуются гаметы, не происходит слияние содержимого клеток, а имеет место передача ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту. Различают три способа передачи ДНК: конъюгация, трансформация, трансдукция.

Конъюгация — однонаправленный перенос F-плазмиды от клетки-донора в клетку-реципиента, контактирующих друг с другом. При этом бактерии соединяются друг с другом особыми F-пилями (F-фимбриями), по каналам которых фрагменты ДНК и переносятся. Конъюгацию можно разбить на следующие этапы: 1) раскручивание F-плазмиды, 2) проникновение одной из цепей F-плазмиды в клетку-реципиента через F-пилю, 3) синтез комплементарной цепи на матрице одноцепочечной ДНК (происходит как в клетке-доноре (F + ), так и в клетке-реципиенте (F — )).

Трансформация — однонаправленный перенос фрагментов ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту, не контактирующих друг с другом. При этом клетка-донор или «выделяет» из себя небольшой фрагмент ДНК, или ДНК попадает в окружающую среду после гибели этой клетки. В любом случае ДНК активно поглощается клеткой-реципиентом и встраивается в собственную «хромосому».

Трансдукция — перенос фрагмента ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью бактериофагов.

Вирусы

Вирусы открыты в 1892 г. Д.И. Ивановским при изучении мозаичной болезни табака (пятнистость листьев). Вирусы — неклеточные формы жизни. Проявляют признаки, характерные для живых организмов, только во время паразитирования в клетках других организмов. Вирусы являются внутриклеточными паразитами, но, в отличие от других паразитов, они паразитируют на генетическом уровне (ультрапаразиты). Существует несколько точек зрения на происхождение вирусов: 1) вирусы возникли в результате дегенерации клеточных организмов; 2) вирусы можно рассматривать как группу «потерявшихся», вышедших из-под контроля клетки генов («осколок генома»); 3) вирусы произошли от клеточных органоидов и др.

Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белков, образующих оболочку вокруг этой нуклеиновой кислоты, т.е. представляют собой нуклеопротеидный комплекс. В состав некоторых вирусов входят липиды и углеводы. Вирусы содержат всегда один тип нуклеиновой кислоты — либо ДНК, либо РНК. Причем каждая из нуклеиновых кислот может быть как одноцепочечной, так и двухцепочечной, как линейной, так и кольцевой.

Размеры вирусов — 10–300 нм. Форма вирусов: шаровидная, палочковидная, нитевидная, цилиндрическая и др.

Капсид — оболочка вируса, образована белковыми субъединицами, уложенными определенным образом. Капсид защищает нуклеиновую кислоту вируса от различных воздействий, обеспечивает осаждение вируса на поверхности клетки-хозяина. Суперкапсид характерен для сложноорганизованных вирусов (ВИЧ, вирусы гриппа, герпеса). Возникает во время выхода вируса из клетки-хозяина и представляет собой модифицированный участок ядерной или наружной цитоплазматической мембраны клетки-хозяина.

Если вирус находится внутри клетки-хозяина, то он существует в форме нуклеиновой кислоты. Если вирус находится вне клетки-хозяина, то он представляет собой нуклеопротеидный комплекс, и эта свободная форма существования называется вирионом. Вирусы обладают высокой специфичностью, т.е. они могут использовать для своей жизнедеятельности строго определенный круг хозяев.

Вирусы, паразитирующие в бактериальных клетках, называются бактериофагами. Бактериофаг состоит из головки, хвостика и хвостовых отростков, с помощью которых он осаждается на оболочке бактерий. В головке содержится ДНК или РНК. Фаг частично растворяет клеточную стенку и мембрану бактерии и за счет сократительной реакции хвостика «впрыскивает» свою нуклеиновую кислоту в ее клетку.

Только паразитируя в клетке-хозяине, вирус может репродуцироваться, воспроизводить себе подобных.

В цикле репродукции вируса можно выделить следующие стадии.

  1. Осаждение на поверхности клетки-хозяина.
  2. Проникновение вируса в клетку-хозяина (могут попасть в клетку-хозяина путем: а) «инъекции», б) растворения оболочки клетки вирусными ферментами, в) эндоцитоза; попав внутрь клетки вирус переводит ее белок-синтезирующий аппарат под собственный контроль).
  3. Встраивание вирусной ДНК в ДНК клетки-хозяина (у РНК-содержащих вирусов перед этим происходит обратная транскрипция — синтез ДНК на матрице РНК).
  4. Транскрипция вирусной РНК.
  5. Синтез вирусных белков.
  6. Синтез вирусных нуклеиновых кислот.
  7. Самосборка и выход из клетки дочерних вирусов. Затем клетка либо погибает, либо продолжает существовать и производить новые поколения вирусных частиц.

Вирусы способны паразитировать в клетках большинства существующих живых организмов, вызывая различные заболевания (грипп, коревая краснуха, полиомиелит, СПИД, оспа, бешенство и др.). Возбудитель СПИДа — вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) — относится к ретровирусам. Имеет сферическую форму, диаметром 100–150 нм. Наружная оболочка вируса состоит из мембраны, образованной из клеточной мембраны клетки-хозяина. В мембрану встроены рецепторные «грибовидные» образования. Под наружной оболочкой располагается сердцевина вируса, имеющая форму усеченного конуса и образованная особыми белками. Внутри сердцевины располагаются две молекулы вирусной РНК. Каждая молекула РНК содержит 9 генов ВИЧ и фермент (обратная транскриптаза), осуществляющий синтез вирусной ДНК на матрице вирусной РНК.

Вирус иммунодефицита человека поражает главным образом CD4-лимфоциты (хелперы), на поверхности которых есть рецепторы, способные связываться с поверхностным белком ВИЧ. Кроме того, ВИЧ проникает в клетки ЦНС, нейроглии, кишечника. Иммунная система организма человека утрачивает свои защитные свойства и оказывается не в состоянии противостоять возбудителям различных инфекций. Средняя продолжительность жизни инфицированного человека составляет 7–10 лет.

Источником заражения служит только человек — носитель вируса иммунодефицита. СПИД передается половым путем, через кровь и ткани, содержащие вирус иммунодефицита, от матери к плоду.

Перейти к лекции №8 « Ядро. Хромосомы»

Перейти к лекции №10 « Понятие об обмене веществ. Биосинтез белков»

Смотреть оглавление (лекции №1-25)

Прокариотическая клетка

Строение типичной клетки прокариот: капсула, клеточная стенка, плазмолемма, цитоплазма,рибосомы, плазмида, пили, жгутик,нуклеоид.

Прокариоты (от лат. pro — перед, до и греч. κάρῠον — ядро, орех) — организмы, не обладающие, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий). Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов — линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид) не образует комплекса с белками-гистонами (так называемого хроматина). К прокариотам относятсябактерии, в том числе цианобактерии (сине-зелёные водоросли), и археи. Потомками прокариотических клеток являются органеллы эукариотических клеток — митохондрии и пластиды. Основное содержимое клетки, заполняющее весь её объём, — вязкая зернистая цитоплазма.

Читать еще:  Isofix latch что это такое в машине

Эукариотическая клетка

Эукариоты — организмы, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключён в нескольких линейных двухцепочных молекулах ДНК (в зависимости от вида организмов их число на ядро может колебаться от двух до нескольких сотен), прикреплённых изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства (кроме динофлагеллят) комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.). Кроме того, у подавляющего большинства имеются постоянные внутриклеточные симбионты-прокариоты — митохондрии, а у водорослей и растений — также и пластиды.

Строение эукариотической клетки

Схематическое изображение животной клетки. (При нажатии на какое-либо из названий составных частей клетки, будет осуществлён переход на соответствующую статью.)

Поверхностный комплекс животной клетки

Состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана, толщиной около 10 нанометров. Обеспечивает в первую очередь разграничительную функцию по отношению к внешней для клетки среде. Кроме этого она выполняет транспортную функцию. На сохранение целостности своей мембраны клетка не тратит энергии: молекулы удерживаются по тому же принципу, по которому удерживаются вместе молекулы жира — гидрофобным частям молекул термодинамически выгоднее располагаться в непосредственной близости друг к другу. Гликокаликс представляет собой «заякоренные» в плазмалемме молекулы олигосахаридов, полисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции. Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит из фосфолипидов и липопротеидов со вкрапленными в неё молекулами белков, в частности, поверхностных антигенов ирецепторов. В кортикальном (прилегающем к плазматической мембране) слое цитоплазмы находятся специфические элементы цитоскелета — упорядоченные определённым образомактиновые микрофиламенты. Основной и самой важной функцией кортикального слоя (кортекса) являются псевдоподиальные реакции: выбрасывание, прикрепление и сокращениепсевдоподий. При этом микрофиламенты перестраиваются, удлиняются или укорачиваются. От структуры цитоскелета кортикального слоя зависит также форма клетки (например, наличиемикроворсинок).

Схема строения прокариотической клетки

• Относительная простота строения прокариотической клетки, по сравнению с клеткой эукариот, противоречит экономичной, но очень сложной ее организации

• Несколько видов прокариот исчерпывающе описаны с точки зрения клеточной биологии, однако они представляют собой лишь крайне малую часть многочисленной группы царства этих разнообразных организмов

• Многие основные черты организации прокариотических клеток сохранились в ходе эволюции

• Разнообразие форм и адаптационные возможности обеспечиваются множеством дополнительных структур и процессов, дающих возможность некоторым прокариотам существовать в особых и иногда тяжелых условиях

• Геном прокариот отличается высокой пластичностью и обладает рядом механизмов, позволяющих этим организмам быстро адаптироваться и развиваться

Прокариоты представляют собой одноклеточные организмы, для которых характерно отсутствие ядра. В эукариотической клетке ядро является клеточным компартментом, соде; жащим ДНК и ограниченным мембраной. Клетки прокариот отличаются от эукариотических клеток и по другим фундаментальным признакам. Как следует из рисунка ниже, прокариоты характеризуются относительно простым строением и организацией системы передачи генетической информации. Обычно они содержат одну кольцевую хромосому, которая вместе со связанными белками образует нуклеоид. Клетки большинства прокариот не содержат внутренних мембран, хотя они присутствуют у некоторых микроорганизмов, например у фотосинтезирующих бактерий.

Клетки прокариот уже не рассматриваются как «мешки с ферментами». Сейчас хорошо известно, что они обладают сложной организацией, для которой характерно наличие множества специфических белков, привязанных к определенным субклеточным доменам. Клетки прокариот даже содержат гомологи актина и тубулина, которые функционируют как простейшие элементы цитоскелета.

В дальнейших статьях на сайте (рекомендуем пользоваться формой поиска на главной странице сайта) будет рассмотрено современное состояние наших знаний о строении клеток прокариот. Оболочка представляет собой слои, окружающие цитоплазму прокариотической клетки. Эти слои включают цитоплазматическую мембрану, клеточную стенку и капсулу. Наряду с этим, у некоторых бактерий есть наружная мембрана. Для этих бактерий характерно наличие тонкой клеточной стенки, и при окрашивании по Граму их клетки не включают фиолетовый краситель. Поэтому такие бактерии назваются грамотрицательными. В противоположность им, грамположитель-ные бактерии обладают более толстой клеточной стенкой и не имеют наружной мембраны. Ниже мы подробно рассмотрим строение различных слоев клеточной оболочки.

До сих пор детальные сведения о структуре и функциях прокариотической клетки ограничивались небольшим количеством легкодоступных модельных микроорганизмов Однако эволюционно прокариоты являются древними организмами и представлены многочисленными группами, характеризующимися широким разнообразием форм. На рисунке ниже представлены бактериальные клетки различной формы.

Филогенетическая систематика прокариот была затруднена, поскольку они не имеют пола, и поэтому, в отличие от высших организмов, к ним неприменима концепция вида. Вместе с тем, прокариоты обладают целым рядом механизмов, посредством которых может происходит горизонтальный перенос генов (т. е. генетический материал переносится между двумя организмами, ни один из которых не является потомком другого). Явление горизонтального переноса генов ограничивает попытки классифицировать прокариоты только по какому-то одному признаку. В исследованиях филогенетики прокариот революционизирующую роль сыграли молекулярные методы, в особенности секвенирование рРНК, и недавно разработанные приемы полного секвенирования генома.

Эти методы положили начало развитию работ в области систематического описания всего царства. Прокариоты подразделяются на два домена — Бактерии и Археи, о которых пойдет речь в следующем разделе.

Исследования клеточной биологии прокариот в основном проводились на небольшом количестве организмов, которые были экспериментально удобны и имели практическое значение либо с медицинской, либо с промышленной точки зрения. В настоящее время база наших знаний в основном состоит из данных, полученных на двух видах бактерий, Escherichia coli и Bacillus subtilis. Они являются грамотрицательными и грамположительными соответственно и, вероятно, дивергировали около 2 биллионов лет тому назад. Однако по отношению ко всему многообразию форм прокариот, E.coli и В.subtilis представляют собой «вершину айсберга».

Хотя в статьях на сайте в основном будут рассмотрены данные, полученные на Е. coli и В. subtilis и родственных им организмах, в случаях проявления значительных отклонений от традиционных парадигм мы будем привлекать результаты исследований других прокариот. Тем не менее очевидно, что огромное количество разнообразных данных ждет своего анализа.

Основные постулаты, полученные при исследованиях на Е. coli и В. subtilis, оказались весьма мощным инструментом понимания ряда общих свойств, характерных для групп организмов, которые они представляют. У этих организмов был хорошо изучен такой фундаментальный процесс, как клеточный цикл, а также охарактеризованы общие элементы строения клетки. Поэтому несколько статей на сайте посвящаются этим вопросам. Однако немаловажным фактором, который обусловливает интерес к изучению прокариот, является разнообразие условий их существования, и, таким образом, выяснение тех дополнительных структур и процессов, которые они выработали для приспособления к конкретной среде обитания.

В некоторых разделах описаны такие структуры, как капсулы и жгутики, и обсуждается их роль в различных функциях адаптивной природы. Выживаемость некоторых групп прокариот обеспечивается их способностью к постоянному развитию. Иногда это приводит к возникновению высокоспециализированных и дифференцированных клеточных типов, что напоминает процессы развития у высших организмов. Позже мы подробно опишем эти процессы, которые иногда представляют собой часть цикла развития прокариот или могут индуцироваться условиями стресса. Наконец, прокариоты вступают во взаимоотношения с человеком. Они могут быть патогенными факторами, комменсалами, или промышленными продуктами, а также оказывать мощное воздействие на окружающую среду. Несколько разделов настоящей главы описывают те стороны клеточной биологии, которые касаются подобных взаимоотношений.

Для прокариотической клетки характерно отсутствие ядра,
окруженного мембраной.
В зависимости от строения оболочки клеток, бактерии подразделяются на грамотрицательные и грамположительные.
Это отражает результаты их окрашивания по методу Грама.
В отличие от грамположительных бактерий, грамотрицательные не окрашиваются фиолетовым красителем
и характеризуются наличием наружной мембраны и тонкой клеточной стенки.
Три основные формы бактерий: шаровидные, палочковидные и спиралевидные.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector