Ultraštruktúra prokaryotickej bunky. Kto sú eukaryoty a prokaryoty: porovnávacie charakteristiky buniek z rôznych kráľovstiev Kresba štruktúry buniek prokaryotov

Prokaryotická bunka je oveľa jednoduchšia ako bunky zvierat a rastlín. Vonku je pokrytá bunkovou stenou, ktorá plní ochranné, tvarovacie a transportné funkcie. Tuhosť bunkovej steny zabezpečuje mureín. Niekedy je bakteriálna bunka na vrchu pokrytá kapsulou alebo sliznicou.

Protoplazma baktérií, podobne ako eukaryoty, je obklopená plazmatická membrána. Mezozómy zapojené do procesu dýchania, bakteriochlorofyl a iné pigmenty sa nachádzajú vo vačkovitých, tubulárnych alebo lamelárnych invagináciách membrány. Genetický materiál prokaryotov netvorí jadro, ale nachádza sa priamo v cytoplazme. Bakteriálna DNA je jedna kruhová molekula, z ktorých každá pozostáva z tisícov a miliónov párov báz. Genóm bakteriálnej bunky je oveľa jednoduchší ako genóm buniek pokročilejších tvorov: bakteriálna DNA obsahuje v priemere niekoľko tisíc génov.

Nenachádza sa v prokaryotických bunkách endoplazmatického retikula, A ribozómy voľne plávať v cytoplazme. Nie u prokaryotov mitochondrie; časť ich funkcie plní bunková membrána.

prokaryoty

Baktérie sú najmenšie z organizmov s bunkovou štruktúrou; ich veľkosti sa pohybujú od 0,1 do 10 µm. Typický tlačový bod môže pojať státisíce stredne veľkých baktérií. Baktérie je možné vidieť iba cez mikroskop, preto sa nazývajú mikroorganizmy alebo mikróby; skúmajú sa mikroorganizmy mikrobiológie . Časť mikrobiológie, ktorá sa zaoberá baktériami, je tzv bakteriológia . Počiatok tejto vedy bol položený Anthony van Leeuwenhoek v 17. storočí.

baktérie sú najstaršími známymi organizmami. Stopy vitálnej aktivity baktérií a modrozelených rias (stromatolitov) patria do archeanu a siahajú až do 3,5 miliardy rokov.

Kvôli možnosti výmeny génov medzi zástupcami rôzne druhy a dokonca aj pôrod, je dosť ťažké systematizovať prokaryoty. Uspokojivá taxonómia prokaryotov ešte nebola vytvorená; všetky existujúce systémy sú umelé a klasifikujú baktérie podľa nejakej skupiny znakov, pričom nezohľadňujú ich fylogenetický vzťah. Predtým baktérie spolu s huby A riasy zaradené do podkráľovstva nižších rastlín. Baktérie sú v súčasnosti klasifikované ako samostatné kráľovstvo prokaryotov. Najbežnejší klasifikačný systém je Bergiho systém na základe štruktúry bunkovej steny.

Koncom 20. storočia vedci zistili, že bunky relatívne málo prebádanej skupiny baktérií - archebaktérie - obsahovať rRNA, ktoré sa svojou štruktúrou líšia od prokaryotickej rRNA aj eukaryotickej rRNA. Štruktúra genetického aparátu archaebaktérií (prítomnosť intróny a opakujúce sa sekvencie spracovanie, formulár ribozóm) ich približuje k eukaryotom; na druhej strane, archebaktérie majú aj typické znaky prokaryotov (neprítomnosť jadra v bunke, prítomnosť bičíkov, plazmidov a plynových vakuol, veľkosť rRNA, fixácia dusíka). Nakoniec sa archebaktérie líšia od všetkých ostatných organizmov štruktúrou bunkovej steny, typom fotosyntézy a niektorými ďalšími znakmi. Archebaktérie sú schopné existovať v extrémnych podmienkach (napríklad v horúcich prameňoch pri teplotách nad 100 °C, v hĺbkach oceánu pri tlaku 260 atm, v nasýtených soľných roztokoch (30% NaCl)). Niektoré archebaktérie produkujú metán, iné využívajú zlúčeniny síry na energiu.

Zdá sa, že archebaktérie sú veľmi starou skupinou organizmov; „extrémne“ možnosti svedčia o podmienkach charakteristických pre povrch Zeme v archejská éra. Predpokladá sa, že archebaktérie sú najbližšie k hypotetickým „bunkám“, ktoré následne dali vzniknúť všetkej rozmanitosti života na Zemi.

Nedávno sa ukázalo, že existujú tri hlavné typy rRNA prezentované, respektíve prvé - v eukaryotických bunkách, druhé - v bunkách skutočných baktérií, ako aj v mitochondrie A chloroplasty eukaryoty, tretí - v archaebaktériách. Štúdie molekulárnej genetiky si vynútili nový pohľad na teóriu pôvodu eukaryotov. V súčasnosti sa verí, že na starovekej Zemi sa súčasne vyvinuli tri rôzne vetvy prokaryotov – archaebaktérie, eubaktérie a urkaryoty , vyznačujúci sa inou štruktúrou a rôznymi spôsobmi získavania energie. Urkaryoty, ktoré boli v skutočnosti jadrovo-cytoplazmatickou zložkou eukaryotov, boli následne zaradené ako symbiontov zástupcovia rôznych skupín eubaktérií, ktoré sa zmenili na mitochondrie a chloroplasty budúcich eukaryotických buniek.

Poradie triedy pridelené skôr archebaktériám je teda jednoznačne nedostatočné. V súčasnosti majú mnohí výskumníci tendenciu rozdeliť prokaryoty do dvoch kráľovstiev: archaebaktérie a skutočné baktérie (eubaktérie ) alebo dokonca oddeliť archebaktérie do samostatného kráľovstva Archaea.

Klasifikácia skutočných baktérií je uvedená v schémy.

IN bakteriálna bunka neexistuje jadro, chromozómy sú voľne umiestnené v cytoplazme. Okrem toho v bakteriálnej bunke nie sú žiadne membránové organely: mitochondrie, EPS, Golgiho aparát Vonku je bunková membrána pokrytá bunkovou stenou.

Väčšina baktérií sa pohybuje pasívne, využívajúc prúdy vody alebo vzduchu. Len niekoľko z nich má organely pohybu - bičíky . Prokaryotické bičíky majú veľmi jednoduchú štruktúru a pozostávajú z bičíkového proteínu, ktorý tvorí dutý valec s priemerom 10–20 nm. Zaskrutkujú sa do média a posúvajú bunku dopredu. Zrejme ide o jedinú v prírode známu stavbu, ktorá využíva princíp kolesa.

Baktérie sú rozdelené do niekoľkých skupín podľa ich tvaru:

koky (majú zaoblený tvar);

bacily (majú tyčovitý tvar);

spirilla (majú tvar špirály);

vibrácie (majú tvar čiarky).

Podľa spôsobu dýchania sa baktérie delia na aeróby (väčšina baktérií) a anaeróbov (pôvodcovia tetanu, botulizmu, plynatej gangrény). Prvé potrebujú na dýchanie kyslík, pre druhé je kyslík zbytočný alebo dokonca jedovatý.

Baktérie sa rozmnožujú delením približne každých 20 minút (za priaznivých podmienok). DNA sa replikuje, každá dcérska bunka dostane svoju vlastnú kópiu rodičovskej DNA. Je tiež možné prenášať DNA medzi nedeliacimi sa bunkami (prostredníctvom zachytenia „nahej“ DNA pomocou tzv. bakteriofágy alebo podľa konjugácie , kedy sú baktérie vzájomne prepojené kopulačnými fimbriami), k zvýšeniu počtu jedincov však nedochádza. Reprodukcii bránia slnečné lúče a produkty ich vlastnej vitálnej činnosti.

Správanie baktérií nie je obzvlášť zložité. Chemické receptory registrujú zmeny kyslosti prostredia a koncentrácie rôznych látok: cukrov, aminokyselín, kyslíka. Mnohé baktérie reagujú na zmeny teploty alebo svetla a niektoré baktérie dokážu vnímať magnetické pole Zeme.

Za nepriaznivých podmienok je baktéria pokrytá hustou škrupinou, cytoplazma je dehydratovaná a životná aktivita sa takmer zastaví. V tomto stave môžu spóry baktérií zostať hodiny v hlbokom vákuu, znášať teploty od -240 ° C do +100 ° C.

Všetky živé organizmy možno zaradiť do jednej z dvoch skupín (prokaryoty alebo eukaryoty) v závislosti od základnej štruktúry ich buniek. Prokaryoty sú živé organizmy pozostávajúce z buniek, ktoré nemajú bunkové jadro a membránové organely. Eukaryoty sú živé organizmy, ktoré obsahujú jadro a membránové organely.

Bunka je základnou súčasťou našej modernej definície života a živých bytostí. Bunky sú považované za základné stavebné kamene života a používajú sa pri definovaní toho, čo znamená byť „nažive“.

Pozrime sa na jednu definíciu života: „Živé bytosti sú chemické organizácie zložené z buniek a schopné reprodukcie“ (Keaton, 1986). Táto definícia je založená na dvoch teóriách – bunkovej teórii a teórii biogenézy. prvýkrát navrhli koncom 30. rokov 19. storočia nemeckí vedci Matthias Jakob Schleiden a Theodor Schwann. Tvrdili, že všetko živé sa skladá z buniek. Teória biogenézy, ktorú navrhol Rudolf Virchow v roku 1858, tvrdí, že všetky živé bunky vznikajú z existujúcich (živých) buniek a nemôžu spontánne vzniknúť z neživej hmoty.

Zložky buniek sú uzavreté v membráne, ktorá pôsobí ako bariéra medzi vonkajším svetom a vnútornými zložkami bunky. Bunková membrána je selektívna bariéra, čo znamená, že umožňuje určitým chemikáliám prechádzať a udržiavať rovnováhu potrebnú na fungovanie buniek.

Bunková membrána reguluje pohyb chemikálií z bunky do bunky nasledujúcimi spôsobmi:

• difúzia (sklon molekúl látky minimalizovať koncentráciu, to znamená pohyb molekúl z oblasti s vyššou koncentráciou do oblasti s nižšou, kým sa koncentrácia nevyrovná);
• osmóza (pohyb molekúl rozpúšťadla cez čiastočne priepustnú membránu, aby sa vyrovnala koncentrácia rozpustenej látky, ktorá nie je schopná prejsť cez membránu);
• selektívny transport (pomocou membránových kanálov a čerpadiel).

Prokaryoty sú organizmy zložené z buniek, ktoré nemajú bunkové jadro ani žiadne membránové organely. To znamená, že genetický materiál DNA u prokaryotov nie je viazaný v jadre. Okrem toho je DNA prokaryotov menej štruktúrovaná ako DNA eukaryotov. U prokaryotov je DNA jednoslučková. Eukaryotická DNA je organizovaná do chromozómov. Väčšina prokaryotov pozostáva iba z jednej bunky (jednobunkových), ale existuje niekoľko mnohobunkových. Vedci rozdeľujú prokaryoty do dvoch skupín: a.

Typická prokaryotická bunka zahŕňa:

• plazmatická (bunková) membrána;
• cytoplazma;
• ribozómy;
• bičíky a pili;
• nukleoid;
• plazmidy;

eukaryoty

Eukaryoty sú živé organizmy, ktorých bunky obsahujú jadro a membránové organely. Genetický materiál v eukaryotoch sa nachádza v jadre a DNA je organizovaná do chromozómov. Eukaryotické organizmy môžu byť jednobunkové alebo mnohobunkové. sú eukaryoty. Medzi eukaryoty patria aj rastliny, huby a prvoky.

Typická eukaryotická bunka zahŕňa:

• jadierko;

Bakteriálna bunka

Prokaryotické bunky sú najprimitívnejšie, veľmi jednoducho usporiadané, zachovávajúce si črty dávnych čias. Prokaryotické (alebo predjadrové) organizmy zahŕňajú baktérie a modrozelené riasy (cyanobaktérie). Na základe spoločnej štruktúry a ostrých rozdielov od iných buniek sú izolované do nezávislého kráľovstva brokovníc.

Zvážte štruktúru prokaryotickej bunky s použitím baktérií ako príkladu.

Genetický aparát je reprezentovaný DNA jedného kruhového chromozómu, ktorý sa nachádza v cytoplazme a nie je od nej ohraničený membránou. Takýto analóg jadra sa nazýva nukleoid. DNA netvorí komplexy s proteínmi, a preto „fungujú“ všetky gény, ktoré tvoria chromozóm, t.j. informácie sa z nich priebežne čítajú.

Prokaryotická bunka je obklopená membránou, ktorá oddeľuje cytoplazmu od bunkovej steny, ktorá je vytvorená z komplexnej, vysoko polymérnej látky. V cytoplazme je málo organel, ale sú prítomné početné malé ribozómy (bakteriálne bunky obsahujú 5 000 až 50 000 ribozómov).

Cytoplazma je preniknutá membránami, ktoré tvoria endoplazmatické retikulum, a obsahuje ribozómy, ktoré vykonávajú syntézu proteínov.

Vnútornú časť bunkovej steny predstavuje plazmatická membrána, ktorej výbežky do cytoplazmy tvoria mezozómy podieľajúce sa na stavbe bunkových prepážok, reprodukcii a sú miestom pripojenia DNA. Dýchanie u baktérií sa uskutočňuje v mezozómoch, v modrozelených riasach v cytoplazmatických membránach.

U mnohých baktérií sa vo vnútri bunky ukladajú rezervné látky: polysacharidy, tuky, polyfosfáty. Rezervné látky, ktoré sú súčasťou metabolizmu, môžu predĺžiť životnosť bunky v neprítomnosti vonkajších zdrojov energie.

Štruktúra prokaryotickej bunky

(1-bunková stena, 2-vonkajšia cytoplazmatická membrána, 3-chromozóm (kruhová molekula DNA), 4-ribozóm, 5-mezozóm, 6-invaginácia vonkajšej cytoplazmatickej membrány, 7-vakuol, 8-bičíky, 9-zásobníkov membrány, v ktorých prebieha fotosyntéza)

Baktérie sa zvyčajne rozmnožujú delením na dve časti. Po predĺžení buniek sa postupne vytvorí priečna priehradka, ktorá sa ukladá v smere zvonku dovnútra, potom sa dcérske bunky rozchádzajú alebo zostávajú spojené do charakteristických skupín - retiazky, balíky a pod. Baktéria – Escherichia coli zdvojnásobí svoj počet každých 20 minút.

Baktérie sa vyznačujú sporuláciou. Začína sa oddelením časti cytoplazmy od materskej bunky. Oddelená časť obsahuje jeden genóm a je obklopená cytoplazmatickou membránou. Potom okolo spór vyrastie bunková stena, často viacvrstvová. U baktérií sa sexuálny proces pozoruje vo forme výmeny genetickej informácie medzi dvoma bunkami. Sexuálny proces zvyšuje dedičnú variabilitu mikroorganizmov.

Tvar prokaryotických buniek nie je taký rôznorodý. Okrúhle bunky sa nazývajú koky. Archaea aj eubaktérie môžu mať túto formu. Streptokoky sú koky usporiadané v reťazci. Stafylokoky sú zhluky kokov, diplokoky sú koky spojené do dvoch buniek, tetrády sú štyri a sarcíny osem. Baktérie v tvare tyčinky sa nazývajú bacily. Dve palice - diplobacily, natiahnuté do reťaze - streptobacily. Existujú aj koryneformné baktérie (s rozšírením na koncoch, podobne ako palica), spirilla (dlhé stočené bunky), vibriá (krátke zakrivené bunky) a spirochéty (kučeravé inak ako spirilla).

Tvar bakteriálnej bunky je jedným z najdôležitejších systematických znakov.

Existujú 4 hlavné typy buniek:

1) Koky sú baktérie, ktoré majú guľovitý tvar. Sférické baktérie po rozdelení môžu tvoriť:

a) diplokoky - dve bunky v jednej kapsule. Zástupcovia: pneumokok - pôvodca zápalu pľúc;

b) streptokoky - tvorené kokmi vo forme reťaze. Zástupcovia: pôvodcovia tonzilitídy a šarlachu;

c) stafylokoky – pripomínajú strapec hrozna. Zástupcovia: rôzne kmene stafylokokov spôsobujú furunkulózu, zápal pľúc, otrava jedlom a niektoré ďalšie choroby.

2) Bacily sú priame baktérie v tvare tyčinky:

a) tyčinky netvoriace spóry sa nazývajú baktérie. Zástupcovia: bežné črevné symbionty, pôvodcovia brušného týfusu, uzlové baktérie;

b) spórotvorné tyčinky sa nazývajú bacily. Zástupcovia: veľa v pôde, napríklad baktérie viažuce dusík, patogény antraxu, pôvodca tuberkulózy - Kochov prútik.

3) Spirilla, spirochéty- špirálovitý tvar.

A) spirilla sú špirálovité tyčinky s jedným bičíkom. Zástupcovia: obyčajní obyvatelia ústna dutina.

b) spirochéty – tvar buniek je veľmi zložitý, existujú však rozdiely v spôsobe pohybu. Zástupcovia: obyčajní obyvatelia ústnej dutiny, pôvodca syfilisu.

4) Vibrios sú krátke tyčinky, vždy zakrivené vo forme čiarky. Zástupcovia: pôvodca cholery.

Prokaryoty sa objavili na Zemi asi pred 3,5 miliardami rokov a boli pravdepodobne prvou bunkovou formou života, z ktorej vznikli moderné prokaryoty a eukaryoty.

V našom článku sa budeme zaoberať štruktúrou prokaryotov a eukaryotov. Tieto organizmy sa výrazne líšia úrovňou organizácie. A dôvodom sú zvláštnosti štruktúry genetickej informácie.

Vlastnosti štruktúry prokaryotických buniek

Prokaryoty sú všetky živé organizmy, ktorých bunky neobsahujú jadro. Zo zástupcov pätice moderných k nim patrí len jeden – Baktérie. Medzi prokaryoty, ktorých štruktúru uvažujeme, patria aj zástupcovia modrozelených rias a archaea.

Napriek absencii vytvoreného jadra v ich bunkách obsahujú genetický materiál. To vám umožňuje ukladať a prenášať dedičné informácie, ale obmedzuje to množstvo spôsobov reprodukcie. Všetky prokaryoty sa rozmnožujú rozdelením svojich buniek na dve časti. Nie sú schopné mitózy a meiózy.

Štruktúra prokaryotov a eukaryotov

Štrukturálne znaky prokaryotov a eukaryotov, ktoré ich odlišujú, sú dosť významné. Okrem štruktúry genetického materiálu to platí aj pre mnohé organely. Eukaryoty, medzi ktoré patria rastliny, huby a živočíchy, obsahujú mitochondrie, Golgiho komplex, endoplazmatické retikulum a mnoho plastidov v cytoplazme. Prokaryoty ich nemajú. Bunková stena, ktorú majú obe, je odlišná chemické zloženie. V baktériách pozostáva z komplexných uhľohydrátov pektínu alebo mureínu, zatiaľ čo v rastlinách je založený na celulóze a v hubách - chitín.

História objavov

Vlastnosti štruktúry a života prokaryotov sa vedcom dozvedeli až v 17. storočí. A to aj napriek tomu, že tieto tvory existujú na planéte od jej vzniku. V roku 1676 ich prvýkrát preskúmal cez optický mikroskop jeho tvorca Anthony van Leeuwenhoek. Ako všetky mikroskopické organizmy ich vedec nazval „zvieratá“. Pojem "baktérie" sa objavil až začiatkom 19. storočia. Navrhol to slávny nemecký prírodovedec Christian Ehrenberg. Pojem „prokaryoty“ vznikol neskôr, v ére vytvorenia elektrónového mikroskopu. A najprv vedci zistili skutočnosť rozdielov v štruktúre genetického aparátu buniek rôznych tvorov. E. Chatton v roku 1937 navrhol spojiť organizmy do dvoch skupín podľa tohto znaku: pro- a eukaryoty. Toto rozdelenie existuje dodnes. V druhej polovici 20. storočia bol objavený rozdiel medzi samotnými prokaryotmi: archaea a baktérie.

Vlastnosti povrchového zariadenia

Povrchový aparát prokaryotov pozostáva z membrány a bunkovej steny. Každá z týchto častí má svoje vlastné charakteristiky. Ich membrána je tvorená dvojitou vrstvou lipidov a bielkovín. Prokaryoty, ktorých štruktúra je dosť primitívna, majú dva typy štruktúry bunkovej steny. V grampozitívnych baktériách teda pozostáva hlavne z peptidoglykánu, má hrúbku až 80 nm a tesne prilieha k membráne. Charakteristickým znakom tejto štruktúry je prítomnosť pórov, cez ktoré preniká množstvo molekúl. Bunková stena gramnegatívnych baktérií je veľmi tenká – maximálne do 3 nm. Nepriľne tesne k membráne. Niektorí zástupcovia prokaryotov majú zvonka aj hlienovú kapsulu. Chráni organizmy pred vysychaním, mechanickým poškodením, vytvára dodatočnú osmotickú bariéru.

prokaryotické organely

Štruktúra bunky prokaryotov a eukaryotov má svoje vlastné významné rozdiely, ktoré spočívajú predovšetkým v prítomnosti určitých organel. Tieto trvalé štruktúry určujú úroveň vývoja organizmov ako celku. Väčšina z nich v prokaryotoch chýba. Syntéza proteínov v týchto bunkách prebieha prostredníctvom ribozómov. Vodné prokaryoty obsahujú aerozómy. Sú to plynové dutiny, ktoré poskytujú vztlak a regulujú stupeň ponorenia organizmov. Iba prokaryoty obsahujú mezozómy. Tieto záhyby cytoplazmatickej membrány sa vyskytujú iba počas použitia techník chemickej fixácie pri príprave na mikroskopiu. Organely pohybu baktérií a archaea sú riasinky alebo bičíky. A pripevnenie k substrátu sa vykonáva pitím. Tieto štruktúry tvorené proteínovými valcami sa tiež nazývajú klky a pili.

Čo je nukleoid

Ale najvýznamnejším rozdielom je štruktúra génu prokaryotov a eukaryotov. majú všetky tieto organizmy V eukaryotoch sa nachádza vo vnútri vytvoreného jadra. Táto dvojmembránová organela má svoju vlastnú matricu nazývanú nukleoplazma, obal a chromatín. Tu sa uskutočňuje nielen ukladanie genetickej informácie, ale aj syntéza molekúl RNA. V jadierkach následne tvoria podjednotky ribozómov – organely zodpovedné za syntézu bielkovín.

Štruktúra prokaryotických génov je jednoduchšia. Ich dedičný materiál je reprezentovaný nukleoidnou alebo jadrovou oblasťou. DNA v prokaryotoch nie je zabalená do chromozómov, ale má kruhovú uzavretú štruktúru. Nukleoid tiež obsahuje RNA a proteínové molekuly. Posledne menované majú podobnú funkciu ako eukaryotické históny. Podieľajú sa na duplikácii DNA, syntéze RNA, oprave chemickej štruktúry a zlomoch nukleových kyselín.

Vlastnosti života

Prokaryoty, ktorých štruktúra nie je zložitá, vykonávajú pomerne zložité životné procesy. To je výživa, dýchanie, rozmnožovanie vlastného druhu, pohyb, metabolizmus... A toho všetkého je schopná len jedna mikroskopická bunka, ktorej veľkosť sa pohybuje až do 250 mikrónov! O primitívnosti sa teda dá hovoriť len relatívne.

Štrukturálne znaky prokaryotov tiež určujú mechanizmy ich fyziológie. Napríklad sú schopné prijímať energiu tromi spôsobmi. Prvým je fermentácia. Vykonávajú ho niektoré baktérie. Tento proces je založený na redoxných reakciách, počas ktorých sa syntetizujú molekuly ATP. Ide o chemickú zlúčeninu, pri ktorej štiepení sa v niekoľkých stupňoch uvoľňuje energia. Preto sa jej nie nadarmo hovorí „článková batéria“. Ďalším spôsobom je dýchanie. Podstatou tohto procesu je oxidácia organických látok. Niektoré prokaryoty sú schopné fotosyntézy. Ich príkladom sú modrozelené riasy, ktoré vo svojich bunkách obsahujú plastidy. Ale archaea sú schopné fotosyntézy bez chlorofylu. Počas tohto procesu sa oxid uhličitý nefixuje, ale priamo vznikajú molekuly ATP. Preto v skutočnosti ide o skutočnú fotofosforyláciu.

Typ napájania

Formy reprodukcie

Prokaryoty, ktorých štruktúra je reprezentovaná jednou bunkou, sa množia jej rozdelením na dve časti alebo pučaním. Táto vlastnosť je spôsobená aj ich štruktúrou. Procesu binárneho štiepenia predchádza zdvojenie, čiže replikácia DNA. V tomto prípade sa molekula nukleovej kyseliny najprv rozvinie a potom sa každé vlákno zdvojí pozdĺž výsledných chromozómov, ktoré sa rozchádzajú smerom k pólom. Bunky sa zväčšujú, vytvorí sa medzi nimi zúženie a potom dôjde k ich konečnej izolácii. Niektoré baktérie sú schopné produkovať aj nepohlavne sa rozmnožujúce bunky – spóry.

Baktérie a archaea: charakteristické znaky

Archaea spolu s baktériami boli dlho predstaviteľmi kráľovstva Drobyanka. V skutočnosti majú veľa podobných štruktúrnych prvkov. Ide predovšetkým o veľkosť a tvar ich buniek. Avšak biochemický výskum ukázali, že majú množstvo podobností s eukaryotmi. Toto je povaha enzýmov, pod vplyvom ktorých sa vyskytujú procesy syntézy molekúl RNA a proteínov.

Archaea si osvojili takmer všetky biotopy. Rozmanité sú najmä v zložení planktónu. Spočiatku boli všetky archaea klasifikované ako extrémofily, pretože sú schopné žiť v horúcich prameňoch, vo vodných útvaroch s vysokou slanosťou a v hĺbkach s výrazným tlakom.

Hodnota prokaryotov v prírode a ľudskom živote

Úloha prokaryotov v prírode je významná. V prvom rade sú to prvé živé organizmy, ktoré vznikli na planéte. Vedci zistili, že baktérie a archaea vznikli asi pred 3,5 miliardami rokov. Teória symbiogenézy naznačuje, že z nich vznikli aj niektoré organely eukaryotických buniek. Hovoríme najmä o plastidoch a mitochondriách.

Mnohé prokaryoty nachádzajú svoje uplatnenie v biotechnológii s cieľom získať lieky, antibiotiká, enzýmy, hormóny, hnojivá, herbicídy. Človek používal prospešné vlastnosti baktérie mliečneho kvasenia na výrobu syra, kefíru, jogurtu, nakladané výrobky. Pomocou týchto organizmov sa vykonáva čistenie vodných plôch a pôd, obohacovanie rúd o rôzne kovy. Baktérie tvoria črevnú mikroflóru ľudí a mnohých zvierat. Spolu s archaea vykonávajú kolobeh mnohých látok: dusík, železo, síra, vodík.

Na druhej strane, mnohé baktérie sú pôvodcom nebezpečných chorôb reguluje početnosť mnohých rastlinných a živočíšnych druhov. Patria sem mor, syfilis, cholera, antrax, záškrt.

Prokaryoty sa teda nazývajú organizmy, ktorých bunky nemajú vytvorené jadro. Ich genetický materiál predstavuje nukleoid, pozostávajúci z kruhovej molekuly DNA. Z moderných organizmov medzi prokaryoty patria baktérie a archaea.

Pre všetky mikroorganizmy zahrnuté v kráľovstve je charakteristický prokaryotický typ bunkovej organizácie, ktorý je určený vlastnosťami ich ultraštruktúry, ako aj štruktúrou a funkciami mnohých makromolekúl. Zo všetkých známych buniek je prokaryotická najjednoduchšia a pravdepodobne prvá bunka, ktorá vznikla asi pred 3,6 miliardami rokov.

V súčasnosti sa predpokladá, že v určitom časovom bode sa vývoj buniek uberal dvoma nezávislými smermi. Objavili sa dve skupiny organizmov – prokaryoty, v ktorých jadrový materiál nebol obmedzený obalom, a eukaryoty, ktoré majú vytvorené jadro s jadrovým obalom.

Hlavné rozdiely medzi prokaryotmi a eukaryotmi sú nasledovné:

v prokaryotických bunkách nie sú žiadne kompartmenty alebo organely obmedzené z cytoplazmy špecializovanými intracelulárnymi lipoproteínovými membránami: endoplazmatické retikulum (retikulum), mitochondrie, Golgiho aparát, lyzozómy, chloroplasty;

jadrová štruktúra prokaryotov, nazývaná nukleoid, nemá jadrový obal s komplexom pórov a je reprezentovaná makromolekulou DNA s proteínmi (bez histónov);

genóm prokaryotickej bunky je organizovaný do jedného kruhového chromozómu, ktorý je jediným replikónom a nedelí sa mitózou;

ďalšie replikóny môžu byť reprezentované molekulami kruhovej plazmidovej DNA;

prokaryotická bunka obsahuje iba jeden typ ribozómov so sedimentačnou konštantou 708 a niektoré z ribozómov sú spojené s cytoplazmatickou membránou, čo sa u eukaryotov nikdy nepozoruje;

Bunková stena prokaryotov obsahuje bioheteropolymér, peptidoglykán, charakteristický len pre baktérie.

Niektoré prokaryoty majú štruktúry, ktoré eukaryoty nemajú:

pohyblivé baktérie majú špeciálne bakteriálne bičíky vyrobené z bičíkových proteínov;

spórotvorné formy baktérií sa za nepriaznivých podmienok menia na typy pokojových buniek, jedinečné z hľadiska rezistencie, - bakteriálne spóry;

prokaryotické bunky sú veľmi malé; priemer väčšiny bakteriálnych buniek nepresahuje 1 mikrón, ale dĺžka môže byť významná, napríklad u niektorých spirochét - až 500 mikrónov. Predpokladá sa, že malá veľkosť prokaryotov je spojená s absenciou špecializovaných membránových systémov v ich ultraštruktúre, čo sťažuje koordináciu vnútrobunkových procesov v pomere k nárastu veľkosti buniek.

Bunková štruktúra jasne oddeľuje prokaryoty od vírusov. Zdôrazňujúc primitívnosť organizácie bakteriálnych buniek je však potrebné poznamenať, že v ich smere sa vyvíjali oveľa dlhšie ako eukaryotické bunky, a hoci sú evolučné možnosti prokaryotickej bunky zjavne obmedzené, došlo k zmenám v ich bunkovej organizácii. v procese evolúcie, čo postupne viedlo k jeho komplikácii.

Baktérie sa zásadne líšia od eukaryotov v mnohých charakteristikách a znalosť vlastností ich štruktúry a fungovania umožňuje pochopiť možnosť selektívneho antimikrobiálneho pôsobenia chemoterapeutických liečiv. Použitie elektrónovej mikroskopie a jemných cytochemických štúdií umožnilo študovať ich ultraštruktúru (obr. 1). Základnými zložkami bakteriálnej bunky sú cytoplazmatická membrána obklopujúca cytoplazmu, ktorá obsahuje ribozómy a nukleoid. Bunky všetkých baktérií, s výnimkou L-foriem a mykoplaziem, majú bunkovú stenu. Ostatné štruktúry sú komplementárne a určujú morfologické a funkčné znaky rôznych druhov: tobolky, bičíky, pili, spóry a inklúzie.

Ryža. 1. Schéma stavby prokaryotickej bunky:

/ - kapsula; 2 - bunková stena; 3 - cytoplazmatická membrána; 4 - mezozómy; 5 - cytoplazma; 6 - nukleoid; 7 - plazmid;

8 - ribozómy a polyzómy; 9 - bičíky; 10 - pili; 11 - glykogénové granuly; 12 - lipidové kvapky; 13 - volutínové granule; 14 - inklúzie síry

povrchové štruktúry. kapsula - toto je vonkajšia, najvrchnejšia mukózna vrstva bunky rôznej hrúbky fibrilárnej alebo globulárnej štruktúry. Má polysacharidovú, mukopolysacharidovú alebo polypeptidovú povahu a obsahuje až 98 % vody. V závislosti od hrúbky sa rozlišuje mikrokapsula (s hrúbkou menej ako 0,2 µm) a makrokapsula. Kapsula nie je povinným konštrukčným prvkom bunky. Biologický význam tvorby kapsuly je určený množstvom funkcií, vrátane: ochrany pred fagocytmi a vírusmi, toxínmi a žiarením; imunologické mimikry v patogénnych baktériách; zachovanie vlhkosti v podmienkach nízkej vlhkosti; pripevnenie bunky k hustému povrchu.

Pili (fimbria, klky, mihalnice) - sú to rovné valcovité útvary bielkovinovej povahy s dĺžkou 0,3–10 µm, s priemerom do 10 nm, rovnomerne pokrývajúce povrch bunky (až niekoľko stoviek na bunku), nevykonávajúce pohybovú funkciu.

Existujú všeobecné typy pili, ktoré podporujú pripojenie bakteriálnej bunky k substrátu, ľudské bunky (fenomén adhézie mikroorganizmov) a pohlavné pili zapojené do prenosu genetického materiálu z bunky darcu do bunky príjemcu počas konjugácie. a tiež spôsobuje adsorpciu špecifických bakteriofágov na bunky.

Flagella - orgány bakteriálneho pohybu vo forme špirálovito zakrivených valcovitých útvarov bielkovinovej povahy (bičíkové proteíny) na bunkovom povrchu s dĺžkou 3–12 μm a hrúbkou 10–30 nm, pripevnené bazálnym telesom (diskový systém) k cytoplazmatickej membráne (viď. vrátane I). Číslo a umiestnenie

bičíkovanie môže byť rôzne a je druhovým znakom (obr. 2). Existujú monotrichné (baktérie s jedným bičíkom na konci), amfitrichné (baktérie s bičíkmi umiestnenými na póloch), lofotrichné (bunky so zväzkom bičíkov na jednom konci) a peritrichné (s 2-30 bičíkmi v celom tele bunky).

Pili a bičíky nie sú povinné organely bakteriálnej bunky.

bunková stena - jeden z hlavných štruktúrnych prvkov baktérie, ktorý vykonáva mechanickú ochranu bunky. Okrem mykoplaziem a L-foriem sú bunky všetkých baktérií pokryté bunkovou stenou, ktorej hrúbka je odlišné typy kolíše v rozmedzí 0,01-14 mikrónov. Je to hustá elastická štruktúra -

Ryža. 2. Hlavné formy baktérií (podľa A. A. Vorobyova a kol., 1994):

/ - stafylokoky; 2 - streptokoky; 3 - sarcíny; 4 - gonokoky;

5- pneumokoky; 6- pneumokokové kapsuly; 7- Corynebacterium diphtheria; 8 - klostrídia; 9 - bacily; 10 - vibriá; 11 - spirilla; 12 - treponzma; - borélie; 14 - leptospira; 15- aktinomycéty; 16 - umiestnenie bičíkov: A - monotrichný; b - lophotrichous; c - amfitrichy; g - peritrichózna

ru, ktorý obklopuje protoplast bunky a dodáva mu trvalý tvar a tuhosť. Bunková stena zabraňuje osmotickému opuchu a prasknutiu buniek, keď sa dostanú do hypotonického prostredia. Voda, iné malé molekuly a rôzne ióny ľahko prechádzajú drobnými pórmi v bunkovej stene, no veľké molekuly bielkovín a nukleových kyselín nimi neprechádzajú.

Hlavnou chemickou zložkou bunkovej steny je špecifický heteropolymér - peptidoglykán (mureín, mukopeptid, glukozaminopeptid, glykopeptid), pozostávajúci z reťazcov, v ktorých sa striedajú zvyšky N-acetylglukózamínu a kyseliny M-acetylmuramovej, vzájomne prepojené β-1,4-glykozidovými väzbami . Tým sa ostro odlišujú štruktúry bakteriálneho obalu od eukaryotických a vytvára sa „Achilova päta“ baktérií používaných na antimikrobiálnu chemoterapiu.

organizácia cytoplazmy. cytoplazmatická membrána(CM) Je jednou zo základných bunkových štruktúr, má hrúbku 7-13 nm a nachádza sa priamo pod bunkovou stenou, čím obmedzuje bunkový protoplast. Vo svojej štruktúre sú membrány bakteriálnych, živočíšnych a rastlinných buniek veľmi podobné. V súčasnosti je model fluidnej mozaiky štruktúry CM akceptovaný väčšinou vedcov. Podľa tohto modelu CM pozostáva z dvojitej vrstvy (15–30 % molekúl fosfolipidov a triglyceridov s hydrofóbnymi koncami smerujúcimi dovnútra a hydrofilnými „hlavičkami“ smerom von. V nej sú mozaikovo ponorené molekuly bielkovín (50–70 %). Membrána obsahuje aj sacharidy (2– 5 %) a RNA.CM je plastický „tekutý“ útvar, ktorý hrá dôležitú úlohu v metabolizme, je polopriepustnou štruktúrou, udržiava osmotický tlak, riadi tak vstup látok do bunky, ako aj vylučovanie konečných metabolitov cez substrátový systém špecifických permeáz (enzýmy- KM je spojená s procesmi dýchania, ktoré dodávajú bunke energiu, to znamená s funkciami, za ktoré sú v eukaryotickej bunke zodpovedné membrány mitochondrií a chloroplastov .

Prideliť tzv mezozómy - invaginácie KM sú zmiešané membránové systémy tvorené tubulmi, vezikulami a lamelami. Predpokladá sa, že plnia funkcie centra respiračnej aktivity baktérií, podieľajú sa na delení buniek a divergencii dcérskych chromozómov po replikácii.

Cytoplazma vypĺňa objem baktérie obmedzený CM. Ide o komplexný koloidný systém, ktorý pozostáva z bielkovín, nukleových kyselín, sacharidov, lipidov, minerálov a 70-80% vody. Cytoplazma je miestom intracelulárnych organel (nukleoidov, ribozómov, rôznych inklúzií) a podieľa sa na vnútrobunkovom metabolizme. postava-

Nedostatok endoplazmatického retikula a vysoká hustota elektrónov sú charakteristické znaky organizácie cytoplazmy prokaryotov v porovnaní so živočíšnymi a rastlinnými bunkami.

Nukleoid - jadrový materiál bakteriálnej bunky. Predstavuje ho dvojvlákno makromolekuly DNA s molekulovou hmotnosťou 2-3 10 v kombinácii s proteínmi, medzi ktorými nie sú žiadne jadrové (históny a histónom podobné) proteíny charakteristické pre eukaryoty. Na rozdiel od skutočného jadra eukaryotických buniek, nukleoid nemá jadrovú perforovanú membránu, nedelí sa mitózou a počas obdobia delenia predstavuje jeden kruhový chromozóm kódujúci všetky genetické informácie.

Plazmidy - voliteľné intracelulárne štruktúry vo forme extrachromozomálnych kruhových oblastí DNA schopných samoreplikácie. Spôsobuje dedičnosť ďalších znakov: rezistencia na lieky, toxikogenita, bakteriocinogenita atď.

ribozómy - organely, v ktorých prebieha syntéza bielkovín. Každý ribozóm má veľkosť 20x30x30 nm a sedimentačnú konštantu 70S (pretože pri ultracentrifugácii sa ribozómy usadzujú rýchlosťou asi 70 Swedenbergových jednotiek (S), na rozdiel od väčších eukaryotických cytoplazmatických ribozómov so sedimentačnou konštantou 808). Vo voľnom stave je bakteriálny ribozóm vo forme dvoch podjednotiek – 30S a 50S, obe podjednotky obsahujú približne 40 % ribozomálnej RNA a 60 % proteínu. Počas syntézy proteínov tvoria ribozómy polyzómy pomocou messengerovej RNA, zvyčajne spojenej s CM. Baktérie môžu obsahovať od 5 000 do 50 000 ribozómov v závislosti od veku buniek a kultivačných podmienok.

Poznanie rozdielov medzi ribozómami baktérií a eukaryotických buniek je dôležité pre pochopenie mechanizmov antimikrobiálneho účinku tých antibiotík, ktoré inhibujú syntézu proteínov na bakteriálnych ribozómoch a neovplyvňujú funkciu 80S ribozómov.

Spóry (endospóry) baktérií - pokojové formy niektorých typov grampozitívnych baktérií v nepriaznivých podmienkach prostredia.

Tvorba spór prebieha v niekoľkých štádiách, keď je spóra úplne zrelá, vegetatívna časť bunky lyzuje a odumiera (pozri obr. I, II).

V procese sporulácie (sporulácie) možno rozlíšiť niekoľko hlavných štádií. Bunka prechádzajúca do sporulácie prestane rásť; spravidla obsahuje dva alebo viac nukleoidov. V prvom štádiu je časť bunkovej DNA lokalizovaná v jednom z pólov bunky. Potom sa časť cytoplazmy uzavrela

Ďalší chromozóm v ňom je oddelený cytoplazmatickou membránou, akoby prerastal do hĺbky bunky, a vzniká prospóra, obklopená dvojitou membránou.

Potom medzi oboma membránami dochádza k vytvoreniu viacvrstvovej steny a kortexu (kôry) spór peptidoglykánovej povahy. Mimo membrán sa tiež vytvára polypeptidová membrána a exospóry, ktoré obklopujú spóru vo forme voľného obalu. Plne vytvorená bakteriálna spóra je hustá bunková oblasť s nukleoidom a ribozómami, ohraničená hustou viacvrstvovou membránou impregnovanou vápenatými soľami kyseliny dipikolínovej.

Sporulácia je charakteristická pre tyčinkovité baktérie – bacily a klostrídie (pozri obr. 2). Vo vegetatívnej časti bunky sú centrálne, terminálne a subterminálne usporiadania spór, čo je diferenciálny diagnostický znak patogénu.

V jednej baktérii sa vytvorí jedna spóra, ktorá je v pokojovom štádiu, pričom všetky metabolické procesy sú prakticky znížené na nulu, no potenciálna životaschopnosť bunky je zachovaná. Keďže v tomto procese nedochádza k zvýšeniu počtu mikroorganizmov, sporulácia v baktériách nie je metódou reprodukcie, ale iba adaptáciou na prežitie. Bakteriálne spóry, jedinečné svojou odolnosťou voči fyzikálnym a chemickým faktorom, dokážu prežiť vo vonkajšom prostredí bez straty životaschopnosti po dlhú dobu (desiatky rokov), čo sťažuje boj s patogénnymi baktériami nesúcimi spóry.

Intraplazmatické inklúzie. Termín "inklúzie" sa vzťahuje na také intracelulárne štruktúry baktérií, ktoré samozrejme nie sú absolútne nevyhnutné pre ich životne dôležitú aktivitu. Ich povaha a funkcie sa však môžu líšiť. V niektorých prípadoch sú inklúzie metabolické produkty bakteriálnej bunky, v iných - zásoba živín.

Z rezervných polysacharidov sú bežné najmä glukány – glykogén, škrob, granulóza. Zisťujú sa v bunkách bacilov, klostrídií, enterobaktérií atď.

Náhradné lipidy predstavujú polyester kyseliny β-hydroxymaslovej a vosky. Pre mykobaktérie sú charakteristické vosky, estery mastných kyselín s vysokou molekulovou hmotnosťou a alkoholy.

V korynebaktériách sa vytvára rezerva fosforu vo forme polyfosfátových zŕn (volutín), ktoré majú diagnostickú hodnotu.