Каковы особенности строения прокариотической клетки кратко 9 класс биология

Обновлено: 05.07.2024

Прокариотические клетки - это наиболее примитивные, очень просто устроенные, сохраняющие черты глубокой древности организмы. К прокариотическим (или доядерным) организмам относят бактерии и синезеленые водоросли (цианобактерии).

Основная особенность строения бактерий – отсутствие ядра. Наследственная информация у них заключена в одной молекуле ДНК, имеющей форму кольца и погружённой в цитоплазму. Поверхность клетки может быть покрыта полисахаридной или белковой капсулой. Для передвижения в жидкой среде некоторые клетки прокариот, как и у эукариот, обладают одним – двумя или многочисленными жгутиками. Иногда клетка может быть покрыта многочисленными ворсинками. Бактериальная клетка окружена цитоплазматической мембраной, отделяющей цитоплазму от клеточной стенки. У некоторых бактерий она может образовывать впячивания внутрь клетки – инвагинации. На мембране локализованы ферменты, осуществляющие синтез молекул, обладающих высокоэнергетическими связями (АТФ), энергия которых нужна для катализа биохимических реакций клетки. В цитоплазме мембранных структур содержится мало. В ней находятся рибосомы, осуществляющие синтез белков. Довольно часто в клетках разных бактерий содержатся запасные вещества: полисахариды, гликоген, сера, полифосфаты и др. Эти соединения могут продлевать жизнь клетки при отсутствии внешних источников энергии.

Самыми древними обитателями нашей планеты являются одноклеточные организмы — прокариоты. Это уникальная доядерная форма жизни, так как прокариоты не обладают оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами. Многоклеточных форм у таких организмов не бывает. Высокая приспособленность к разным средам обитания и устойчивость к неблагоприятным факторам обеспечила прокариотам широкое распространение на Земле.

Общие сведения

Кратко приведём характеристику строения прокариотической клетки:

Внутреннее пространство клетки заполняет цитоплазма, в которой находятся немногочисленные органоиды.
Жизнедеятельность клетки обеспечивают ферменты, распределённые во внутреннем пространстве или на внутренней стенке мембраны.
Генетический материал содержится в одной хромосоме. Размножение возможно только путём деления.
Внутри клетки находится запас питательных веществ: жиров, полифосфатов, полисахаридов. Они расходуются клеткой по мере надобности.
Снаружи клетка покрыта цитоплазматической мембраной.
Прокаритотическая клетка может иметь жгутики и пили — средства передвижения в водной среде.

Прокариоты — древнейшие организмы, которые впервые появились на Земле около 3,5 млрд лет назад. Они широко распространены на планете и составляют 90 % от общего веса всех организмов. Прокариоты считаются далёкими предками эукариотических клеток.

Особенности размножения и питания

Особенности строения прокариотов таковы, что они размножаются только бесполым способом. Этот процесс осуществляется при попадании клеток в питательную среду, обеспечивающую активный рост.

Подавляющее большинство прокариотов размножается путём простого деления, которое происходит за счёт удвоения ДНК без образования хромосом. Две новые молекулы ДНК отделяются друг от друга плазматической мембраной, что приводит к делению клетки. В результате каждая дочерняя клетка содержит по одной молекуле ДНК.

Рис. 2. Процесс деления прокариот.

В благоприятных условиях процесс деления прокариот осуществляется каждые 25–30 минут. Этот интервал может увеличиться под воздействием сдерживающих факторов: дефицит пищи, солнечный свет, высокая температура и др.

По типу питания прокариоты бывают:

Автотрофы — способные самостоятельно синтезировать органические вещества в процессе фотосинтеза (фототрофы) или получать энергию за счёт расщепления некоторых органических соединений (хемотрофы).
Гетеротрофы — способные поглощать только готовые соединения.

Благодаря различным способам питания прокариоты смогли покорить разные среды обитания на планете.

Бактерии и археи

Прокариоты делятся на два класса: царство эубактерий (бактерии) и царство архебактерий (археи).

Царство бактерий объединяет многочисленную группу организмов, к которой относятся непосредственно бактерии, цианобактерии и микоплазмы. На сегодняшний день описано около 10 000 видов бактерий, но существует их гораздо больше — свыше миллиона.

В зависимости от формы бактерии делятся на:

кокки — сферической формы;
бациллы — цилиндры или палочки с закруглёнными концами;
вибрионы — короткие палочки в форме запятой.

Иногда после деления бактерии скрепляются друг с другом при помощи клеточных стенок. При этом кокки образуют пары (диплококки), цепочки (стрептококки) или грозди (стафилококки), а бациллы и цианобактерии — нити.

Рис. 3. Цианобактерии.

Бактерии, оказавшись в неблагоприятных условиях, образуют споры, заключённые в плотные капсулы. Такие споры способны благополучно выдерживать замораживание, кипячение, высушивание и на протяжении многих лет ждать подходящие условия для жизнедеятельности.

У археев есть много общего с бактериями, но они имеют свой собственный эволюционный путь развития. Служат примером высокой устойчивости к экстремальным условиям и способны жить в сильнощелочных или кислых средах, а также при условии высоких температур. Археи играют ключевую роль в круговороте азота и углерода.

Что мы узнали?

В докладе по биологии для 9 класса можно рассказать, что такое прокариоты и какие организмы относятся к прокариотам. Из определения следует, что прокариоты — это одноклеточные организмы, у которых нет оформленного ядра. Это главная отличительная особенность прокариотов. Наиболее распространёнными их представителями являются бактерии.

Как вы знаете, клетки прокариот, в отличие от эукариотических, лишены ядра и мембранных органоидов. Прокариотами являются бактерии, а эукариотами — протисты, грибы, растения и животные.

Строение прокариотических клеток. Размеры клеток прокариот обычно составляют от 0,5 до 10 мкм. Однако встречаются бактерии как бóльших, так и меньших размеров. Форма бактериальных клеток также различается. Например, клетки кокков имеют шаровидную форму, бацилл — палочковидную, а у спирилл они закручены в виде спиралей. Несмотря на различия в размерах и форме, все прокариотические клетки устроены по единому плану и состоят из поверхностного аппарата и цитоплазмы (рис. 15.1).

В состав поверхностного аппарата бактериальной клетки входят цитоплазматическая мембрана (плазмалемма) и клеточная стенка, иногда — слизистая капсула. У некоторых прокариот поверхностный аппарат помимо плазмалеммы и клеточной стенки включает наружную мембрану, похожую по строению на плазмалемму.

Цитоплазматическая мембрана клеток прокариот может образовывать различные по форме впячивания в цитоплазму. По составу, структуре и выполняемым функциям плазмалемма бактерий сходна с цитоплазматической мембраной эукариотических клеток. Жесткая клеточная стенка обеспечивает поддержание формы бактериальной клетки и ее защиту от механических повреждений. Она предохраняет клетку от разрыва в результате действия высокого тургорного давления, вызванного поступлением воды в цитоплазму путем осмоса . *Как вам уже известно, прочность клеточной стенки прокариот обеспечивает каркас, состоящий из пептидогликана муреина.*

*В конце XIX в. датский микробиолог К. Грам разработал особый метод окрашивания прокариотических клеток, на основе которого бактерии были разделены на две группы. Бактерии, клетки которых окрашиваются по методу Грама в сине-фиолетовый цвет, называют грамположительными, а те, которые приобретают красную или розовую окраску, — грамотрицательными.*

*Метод окраски по Граму относится к сложным способам окрашивания, при котором используются два красителя — основной и дополнительный. Сначала клетки бактерий обрабатывают основным красителем — анилиновым (например, генциановым фиолетовым или метиловым фиолетовым), а затем этот краситель фиксируют раствором йода. При последующем промывании окрашенного препарата спиртом грамположительные бактерии сохраняют сине-фиолетовую окраску, а грамотрицательные обесцвечиваются. После этого добавляется дополнительный краситель (фуксин), который окрашивает клетки грамотрицательных бактерий в красный или розовый цвет.*

*Различия между грамположительными и грамотрицательными прокариотами связаны прежде всего с составом и строением поверхностного аппарата их клеток (рис. 15.2). Так, у грамположительных бактерий клеточная стенка толстая, а у грамотрицательных — намного тоньше и, следовательно, менее жесткая. Однако у грамотрицательных бактерий снаружи от клеточной стенки имеется наружная мембрана, обладающая, как и плазмалемма, избирательной проницаемостью. Она является дополнительным барьером, ограничивающим доступ различных веществ в клетку. Этим обусловлена бóльшая устойчивость грамотрицательных бактерий к действию ряда антибиотиков, ферментов и ядов.*

У некоторых бактерий поверх клеточной стенки или наружной мембраны есть слизистая капсула, состоящая главным образом из полисахаридов. Капсула защищает клетку от механических повреждений и высыхания, а у болезнетворных бактерий — еще и от действия иммунной системы организма-хозяина.

На поверхности клеток многих бактерий имеются тонкие *полые внутри* белковые выросты — ворсинки. Они служат для прикрепления к разным субстратам или другим клеткам. *Специальные ворсинки принимают участие в половом процессе бактерий — конъюгации. С их помощью обеспечивается контакт между двумя бактериальными клетками и передача наследственной информации из одной клетки в другую. Конъюгация у бактерий не связана с размножением, поскольку в результате этого процесса не происходит увеличения количества особей.*

Клетки некоторых прокариот имеют органоиды движения — жгутики. Бывают клетки с одним, несколькими или множеством жгутиков. *По строению и механизму работы жгутики бактерий принципиально отличаются от жгутиков и ресничек эукариотических клеток. Бактериальный жгутик не покрыт плазмалеммой. Он представляет собой длинный полый цилиндр, состоящий из молекул белка флагеллина и имеющий форму спирали. Толщина жгутика составляет 10—20 нм. Его основание образовано несколькими белками, которые способны вращаться друг относительно друга, что и лежит в основе вращения всего жгутика. При этом для движения жгутика используется не энергия АТФ, как у эукариот, а энергия, которая выделяется в процессе транспорта ионов водорода (Н + ) через плазмалемму.*

В цитоплазме прокариотической клетки расположена кольцевая молекула ДНК — бактериальная хромосома. *Область цитоплазмы, в которой она находится, обычно занимает центральную часть клетки и называется нуклеоидом.* В клетках большинства бактерий, кроме бактериальной хромосомы , содержатся небольшие кольцевые молекулы ДНК — плазмиды. *Они могут удваиваться независимо от бактериальной хромосомы и передаваться от одной бактерии к другой при конъюгации.* Плазмиды не являются обязательными компонентами бактериальной клетки. Однако они могут содержать наследственную информацию, которая обеспечивает проявление у клетки свойств, помогающих ей выжить в определенных условиях окружающей среды. Примером могут служить плазмиды, обусловливающие устойчивость к тем или иным антибиотикам или токсинам.

В каждой прокариотической клетке обязательно присутствуют *70S* рибосомы. *Они могут свободно располагаться в гиалоплазме или прикрепляться к цитоплазматической мембране.* В клетках бактерий также могут содержаться *различные включения, например трофические —* капли липидов, крахмальные зерна или гранулы гликогена. Их отложение происходит в условиях избытка питательных веществ, а потребление — при истощении пищевых ресурсов.

*У некоторых прокариот, обитающих в водной среде, в гиалоплазме имеются так называемые газовые пузырьки. Они заполнены смесью газов и ограничены белковой оболочкой, непроницаемой для воды. Газовые пузырьки позволяют регулировать глубину погружения бактериальной клетки с минимальными затратами энергии. При увеличении их объема клетка всплывает, а при уменьшении — погружается. Это особенно важно, например, для фотосинтезирующих прокариот. Возможность регулировать глубину погружения позволяет им находиться в условиях с оптимальной концентрацией углекислого газа и освещенностью.

Некоторые виды прокариот при наступлении неблагоприятных условий могут переходить в состояние бактериальной споры. При спорообразовании происходит уплотнение участка цитоплазмы, содержащего бактериальную хромосому. Далее вокруг этого участка формируется прочная многослойная оболочка. Бактериальные споры отличаются очень высокой устойчивостью к действию высоких и низких температур, ядовитых веществ, радиоактивного излучения и др. Они могут сохранять жизнеспособность в течение многих лет и прорастать, когда условия вновь становятся благоприятными. Важно отметить, что спорообразование у прокариот не является способом бесполого размножения, а служит для перенесения неблагоприятных условий.*

Большинство бактерий имеют палочковидную форму (рис. 3.2, 3.3, 3.4). Палочки, которые не образуют спор, называются бактериями, а спорообразующие – бациллами. Нередко встречаются извитые или спиралевидные бактерии.

К этой группе относятся вибрионы, спириллы, спирохеты. Бактерии шаровидной формы называются кокками.

Среди них выделяют: стафилококки - образующие скопления, напоминающие виноградную гроздь; тетракокки - это сочетание из четырех клеток, образующееся после деления клетки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; сарцины (скопления кубической формы) - образуются в результате деления клеток в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Рис. 3.2. Различные формы бактерий: 1 - кокки; 2 - диплококки; 3 - тетракокки; 4 - стрептококки (собранные цепочкой); 5 - сардины (таблички); 6 - бациллы; 7 - спириллы; 8 - вибрионы; 9 - нитчатые формы; 10 – серобактерии.

Капсула. Состоит из полисахаридов, иногда из полипептидов или липидов. Защищает клетку от высыхания и механических повреждений.

Рис. 3.3. Обобщенная схема прокариотической клетки(по Тарасенко Е.В., 2012):

1 - нуклеоид; 2 – цитоплазма; 3 – плазматическая мембрана; 4 – клеточная стенка (с муреином); 5 – рибосома; 6 – капли жира; 7 – мезосома; 8 - карбоксисома; 9 – плазмида; 10 - волютин; 11 – аэросомы (газовые вакуоли); 12 – капсула; 13 – слизь; 14 – пили; 15 – жгутик

Рис. 3.4. Строение прокариотической клетки

Клеточная стенка. Придает форму бактериальной клетке, защищает внутреннее содержимое от внешней среды, регулирует рост и деление бактерий. Она тонка, прочна, проницаема для солей и других соединений. Формируется из пептидогликана муреина.

У одних бактерий клеточная стенка имеет только один, довольно толстый, слой муреина (50-90%), связанный с полисахаридами и белками.

У других – муреиновый слой тонкий (1-10%). Первые называются грамположительными бактериями, вторые – грамотрицательными бактериями.

Цитоплазматическая мембрана. Служит осмотическим барьером, регулируя поступление веществ внутрь клетки и наружу, является местом локализации ферментов энергетического метаболизма. Состоит из двойного слоя липидов и слоя белка.

Цитоплазма.Представляет собойколлоидную систему, состоящую из воды, белков, жиров, углеводов, минеральных соединений и других веществ, соотношение которых варьирует в зависимости от вида бактерий и их возраста.

Нуклеоид. Это нитевидная молекула ДНК, выполняющая функцию ядра и располагающаяся в центральной зоне клетки. Весь наследственный материал сосредоточен в одной бактериальной хромосоме, представленной в виде кольцевой молекулы двухцепочечной ДНК.

Плазмиды. Это внехромосомная ДНК, тоже представленная двойными спиралями, замкнутыми в кольцо. Выполняют дополнительные свойства, связанные с размножением, устойчивостью к лекарственным препаратам, болезнетворностью и т. д.

Рибосомы. Служат местом синтеза белка. Число тем больше, чем быстрее растет клетка, размеры мелкие – 70S.

Включения(запасные вещества или отбросы). Откладываются в определенных условиях среды внутри прокариотических клеток.

Споры (приспособление для переживания неблагоприятных условий среды). Образуются внутри бактериальной клетки и могут длительное время (до тысячи лет) существовать в покоящемся состоянии.

Жгутики. Представляют собой спирально закрученные нити, которые состоят из одной молекулы белка флагеллина и обеспечивают подвижность бактериям.

Фимбрии представляют собой длинные, тонкие нити, которые прикрепляют бактерии к субстрату.

Пили – половые фимбрии, через которые передается генетический материал от одной клетки к другой.

Размножение. Как правило, путем деления надвое (бинарное деление). Отсюда термин – дробянки. У многих бактерий после деления дочерние клетки некоторое время остаются связанными между собой, образуя группы.

Прокариоты лишены хлоропластов, митохондрий, аппарата Гольджи, центриолей, а также внутриклеточного движения и процессов митоза и мейоза(рис. 3, 4).