КЭС 2.3 Типы клеток: эукариотическая и прокариотическая. Структурно-функциональные образования клетки. Строение прокариотической клетки. Клеточная стенка бактерий и архей. Особенности строения гетеротрофной и автотрофной прокариотических клеток. Место и роль прокариот в биоценозах. Строение и функционирование эукариотической клетки.
Отличия прокариот и эукариот
Все живые организмы на Земле делятся на три крупных таксона: Бактерии, Археи и Эукариоты. По признаку наличия ядра они образуют две группы:
- Эукариоты – имеют ядро.
- Прокариоты (бактерии и археи) – не имеют ядра.
Главное отличие
У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид).
У эукариот есть оформленное ядро (ДНК линейная, связана с белками, отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой).
Дополнительные отличия
1) Раз у прокариот нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются простым делением надвое.
2) У прокариот рибосомы мелкие (70S), а у эукариот – крупные (80S).
3) У прокариот клеточная стенка состоит из муреина (пептидогликана).
4) У прокариот отсутствуют мембранные органоиды (такие как митохондрии, эндоплазматическая сеть, лизосомы и т.д.), вместо них у прокариот есть выросты плазматической мембраны, похожие на кристы митохондрий.
5) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз.
Сходство
Клетки всех живых организмов содержат плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы.
Сравнение про- и эукариотической клетки
| Прокариоты | Эукариоты |
| бактерии | растения, животные, грибы, простейшие |
| нет ядра (ДНК плавает в цитоплазме – «нуклеоид») | есть ядро (ДНК в ядре, отделённом от цитоплазмы двумембранной ядерной оболочкой) |
| ДНК кольцевая (замкнутая) | ДНК линейная |
| нет мембранных органоидов | есть мембранные органоиды (ЭПС, АГ, лизосомы, митохондрии, пластиды и т.д.) |
| рибосомы мелкие, 70S | рибосомы крупные, 80S |
| более мелкие размеры клетки | более крупные размеры клетки |
| не способны к фагоцитозу | животные клетки способны к фагоцитозу |
| деление только бинарное (простое деление надвое) | способны к митозу, мейозу |
| есть плазмиды – автономные кусочки ДНК, которые содержат дополнительные гены для адаптации бактерий к особым условиям (например, к антибиотикам) и могут передаваться от одной клетки к другой (горизонтальный перенос генов) | плазмид нет; но есть митохондрии и пластиды с собственным геномом |
Цианобактерии
Первоначально из-за большого размера клетки были отнесены к водорослям, т.е. к растениям (эукариотам) и назывались «синезеленые водоросли». Но потом выяснилось, что у них нет ядра, и их отнесли к бактериям.
Археи
Первоначально из-за большого сходства по строению были отнесены к бактериям (и назывались «архебактерии»). Но потом выяснилось, что ДНК архей связана с гистонами, а ферменты, отвечающие за репликацию, транскрипцию и трансляцию, очень похожи на аналогичные ферменты эукариот. Поэтому сейчас эту группу безъядерных организмов выделили в отдельный таксон наравне с бактериями и эукариотами.
Строение прокариотической клетки
Клетки прокариот имеют относительно простое строение. Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов — линейная) двухцепочечная молекула ДНК – нуклеоид – не образует комплекса с белками-гистонами (так называемого хроматина). В клетках отсутствуют органоиды, имеющие мембранное строение.
Клетки прокариот покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. В цитоплазме прокариот находятся многочисленные мелкие рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хлоропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки.
Схема строения бактериальной клетки: 1 - клеточная оболочка; 2 - цитоплазма; 3 - цитоплазматическая мембрана; 4 - ядерное вещество; 5 - рибосомы; 6 - жировые капельки; 7 - мезосома; 8 - капсула; 9 - гранулы полисахарида; 10 - жгутики.
Отличие автоторофной прокариотической клетки от гетеротрофной
В клетках автоторофов есть тилакоиды – органоиды, в которых происходят светозависимые реакции фотосинтеза.
Строение эукариотической клетки
Эукариотическая клетка состоит из ядра, цитоплазмы и плазматической мембраны. На поверхности плазматической мембраны у растений и грибов имеется клеточная стенка, а у животных – гликокаликс. У растений и грибов выделяют протопласт – все содержимое клетки, кроме клеточной стенки.
ЯДРО покрыто двойной ядерной оболочкой с порами, внутри находится ядерный сок (кариоплазма), ядрышки и хроматин (это расплетенные [деконденсированные] хромосомы). В ядре происходит репликация и транскрипция, в ядрышке – образование субъединиц рибосом.
ЦИТОПЛАЗМА – это внутренняя полужидкая среда клетки. Состоит из гиалоплазмы, включений и органоидов. Гиалоплазма (цитозоль) – это основное вещество цитоплазмы, коллоидный раствор крупных органических молекул (БЖУНКов). Функции цитоплазмы:
- связывает между собой все компоненты клетки
- за счет цитоскелета обеспечивает передвижение частей клетки
- в цитоплазме происходят основные процессы обмена веществ, например, гликолиз
Цитоскелет – это белковая структура (сеть), пронизывающая всю цитоплазму. Состоит из
- микрофиламентов (из белка актина)
- микротрубочек (из белка тубулина)
Функции цитоскелета:
- амебоидное движение, экзо- и эндоцитоз (фагоцитоз, пиноцитоз);
- круговое движение цитоплазмы (циклоз);
- движение органоидов (например, хлоропласты движутся к свету).
Из тубулина также состоят центриоли, нити веретена деления, жгутики и реснички.
ВКЛЮЧЕНИЯ – это необязательные компоненты клетки, которые могут появляться и исчезать в зависимости от состояния клетки. Например: капли жира, гранулы крахмала, зерна белка.
ОРГАНОИДЫ бывают мембранные и немембранные. Мембранные органоиды бывают одномембранные (ЭПС, АГ, лизосомы, вакуоли) и двумембранные (пластиды, митохондрии). Немембранные органоиды – рибосомы, клеточный центр, жгутики, реснички.
Рибосомы – это органоиды, которые занимаются синтезом белка. Состоят из двух субъединиц, по химическому составу – из рибосомной РНК и белков. Субъединицы синтезируются в ядрышке. Часть рибосом присоединены к ЭПС, эта ЭПС называется шероховатая (гранулярная).
"Лизосомы есть у всех эукариотических клеток. Любое иное утверждение на ЕГЭ - ошибка." Рохлов
Клеточный центр состоит из двух центриолей – полых цилиндров, состоящих из микротрубочек. Две центриоли, расположенные перпендикулярно друг другу, образуют клеточный центр. Во время деления клетки центриоли расходятся к полюсам и участвуют в организации веретена деления. Центриоли есть у животных и у растений, имеющих сперматозоиды.
Жгутики и реснички отличаются друг от друга только длиной (реснички короче). Состоят из микротрубочек, снаружи покрыты плазматической мембраной клетки. В основании жгутика и реснички лежит базальное тело – центриоль. С затратой энергии АТФ микротрубочки скользят друг по другу, из-за этого жгутики и реснички бьются как хлыст.
Строение эукариотической клетки, рисунок с ЕГЭ: 1 - гранулярная ЭПС, 2 - ядро, 3 - оболочка ядра, 4 - ядерные поры, 5 - рибосомы, 6 - гладкая ЭПС, 7 - везикулы, 8 - лизосома, 9 -АГ
Эукариоты делятся на 3 царства: растения, животные и грибы.
Строение животной клетки: 1 - ядро, 2 - ядрышко, 3 - ядерная мембрана, 4 - цитоплазма, 5 - аппарат Гольджи, 6 - митохондрии, 7 - лизосомы, 8 - эндоплазматическая сеть (ЭПС), 9 - рибосомы, 10 - клеточная мембрана.
Строение растительной клетки: 1 - комплекс Гольджи, 2 - митохондрии, 3 - гранулярная (гранулированная) эндоплазматическая сеть, 4 - клеточная оболочка, 5 - микротрубочки, 6 - хлоропласт, 7 - ядрышко, 8 - ядерная оболочка, 9 - вакуоли
Клетка гриба
"Крупная вакуоль в грибной клетке присутствует и участвует в поддержании тургора (молодые клетки могут их не иметь, так же как не все клетки растений их имеют (клетки меристемы, например, не всегда имеют крупную вакуоль)). Но как признак типа клеток - грибная клетка имеет вакуоль. При этом термин "вакуоль" сейчас используется только для центральной, сократительной и пищеварительной вакуолей, всё остальное - это везикулы (пузырьки)." Рохлов
Сравнение растительной, грибной и животной клетки
| Признак | Растения | Грибы | Животные (в т.ч. простейшие) |
| клеточная стенка | из целлюлозы | из хитина | - |
| пластиды | есть (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты) | - | - |
| центральная вакуоль | есть | есть | - |
| центриоли и клеточный центр | - (кроме растений, обладающих жгутиковыми стадиями) |
есть | есть |
| запасной углевод | крахмал | гликоген | гликоген |
| способ питания | автотрофы (фотосинтез) | гетеротрофы | гетеротрофы |
| рост | неограниченный | неограниченный | ограниченный |
| передвижение | - | - | могут активно двигаться |
| фагоцитоз | - | - | есть, т.к. нет клеточной стенки |
Комбинированная схема строения эукариотической клетки
а — клетка животного происхождения; б — растительная клетка
1 —- ядро с хроматином и ядрышком; 2 — плазматическая мембрана; 3 — клеточная стенка; 4 — плазмодесма; 5 — гранулярный цитоплазматический ретикулум; 6 — гладкий ретикулум; 7 — пиноцитозная вакуоль; 8 — аппарат Гольджи; 9 — лизосома; 10 — жировые включения в гладком ретикулуме; 11 — центриоль и микротрубочки центросферы; 12 — митохондрии; 13 — полирибосомы гиалоплазмы; 14 — центральная вакуоль; 15 — хлоропласт
Отличия по строению и работе клетки
1) Пластиды (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты) есть только у растений.
2) Клеточная стенка у животных отсутствует, у растений она из целлюлозы (клетчатки), а у грибов – из хитина.
3) Запасной углевод у растений – крахмал, а у животных и грибов – гликоген.
4) Крупная вакуоль есть только у растений и грибов. У растений она занимает бо́льшую часть взрослой клетки. Оболочка этой вакуоли называется тонопласт, а содержимое – клеточный сок. (Если на ЕГЭ просят выбрать «крупная центральная вакуоль это признак растений или грибов», то выбираем «растений».)
5) Центриоли (клеточный центр) есть у животных и у растений, имеющих жгутиковые стадии (т.е. у всех растений, кроме семенных). (Но если на ЕГЭ просят выбрать «центриоли это признак растений или грибов», то выбираем «грибов».)
Отличия по питанию
Растения – автотрофы, т.е. сами делают для себя органические вещества из неорганических (углекислого газа и воды) в процессе фотосинтеза.
Животные и грибы – гетеротрофы, т.е. готовые органические вещества получают с пищей.
Рост или передвижение
Животные способны передвигаться, растут только до начала размножения.
Растения и грибы не передвигаются, зато неограниченно растут в течение всей жизни.