ЖИВОЕ Клеточная организация Неклеточная организация прокариоты эукариоты Бактерии, Сине-зеленые Водоросли ( цианеи ), микоплазмы одноклеточные многоклеточные Животные и растительные клетки грибы Вирусы, фаги, прионы
Эукариотическая Прокариотическая
характеристика прокариоты эукариоты Размеры клеток Диаметр в среднем составляет 0,5-5мкм Диаметр обычно до 40мкм;объем клетки обычно в 1000-10000раз больше чем у прокариот Генетический материал Кольцевая молекула ДНК находится в цитоплазме, без белков-гистонов. Ядра нет Линейные молекулы ДНК связаны с белками гистонами и РНК, образуют хромосомы, которые находятся внутри ядра. Внутри ядра находится и ядрышко Органеллы Мембранных органелл нет. Немембранные -рибосомы Есть и мембранные и немембранные органеллы Рибосомы 70 S- рибосомы. Синтез белка характеризуется и многими другими особенностями, в том числе чувствительностью к антибиотикам. 80 S- рибосомы. Рибосомы могут быть прикреплены к эндоплазматическому ретикулуму Клеточные стенки Жесткие, содержат полисахариды и аминокислоты. Основной упорочняющий компонент- муреин ( пептидогликан ) У растениф и грибов клеточные стенки жесткие и содержат полисахариды. Основной упрочняющий компонент-целлюлоза, у грибов-хитин Клеточный центр(аппарат деления клетки) отсутствует Состоит из 9 триплетов белков, которые располагаются таким образом, что образуют полый цилиндр(9+0) жгутики Простые, микротрубочки отсутствуют. Находятся на поверхности клеток, не окружены цитоплазматической мембраной. Сложные с расположением микротрубочектипа 9+2.Располагаются внутри клетки(окружены цитоплазматической мембраной) Аппарат мобилизации энергии(митохондрии) Отсутствует. У бактерий имеются особые выпячивания цитоплазматической мембраны- мезосомы, они выполняют роль митохондрий, а у сине-зеленых водорослей эту функцию выполняет цитоплазматическая мембрана Имеются. Аэробное дыхание происходит в митохондриях фотосинтез Хлоропластов нет. Происходит в мембранах, не имеющих специфической упаковки В хлоропластах, имеющих специальные мембраны, которые обычно уложены в ламеллы, содержащие тилакоиды Фиксация азота Некоторые обладают этой способностью Ни один организм не способен к фиксации азота
– это одноклеточные живые организмы. Они, в отличие от эукариот, не имеют оформленного ядра и других мембранных органоидов (митохондрий, эндоплазматической сети, комплекса Гольджи, хлоропластов). Поэтому прокариот по-другому называют доядерными. Наука, которая занимается изучением микроскопических организмов, в том числе и бактерий, называется микробиологией.
Большинство прокариотических клеток имеют очень маленькие размеры. Типичная бактериальная клетка имеет размер около 1 микрометра, тогда как эукариотические клетки имеют размер от 10 до 100 микрометров. Прокариотическая клетка примерно такого же размера, как митохондрия в клетках эукариот.
По форме различают несколько морфологических групп бактерий: шаровидные (кокки), прямые палочковидные (бациллы), изогнутые (вибрионы), спирально изогнутые (спириллы). Некоторые клетки не расходятся после деления, и в результате образуются пары (диплококки), цепочки (стрептококки), стафилококки (в виде грозди винограда) или пакеты кокков ( сарцины ). Большинство бактерий бесцветны, и только некоторые (зелёные и пурпурные) содержат в цитоплазме пигменты, которые придают им окраску.
Прокариоты способны к очень быстрому делению. В течение 10–11 часов в благоприятных условиях одна бактерия способна образовать потомство в 4 миллиарда особей. Прокариоты легко адаптируются к условиям окружающей среды, у них очень часто происходят спонтанные мутации. Это способствует их повсеместному распространению на Земле. Бактерии обитают в почве, воде, воздухе, снегах полярных регионов и горячих источниках, на теле животных и растений, внутри живых организмов.
В прокариотической клетке отсутствует ядро и мембранные органоиды. В цитоплазме располагается только огромное количество рибосом и одна крупная кольцевая двухцепочечная молекула ДНК – нуклеоид. У многих видов бактерий в цитоплазме располагаются ещё мелкие кольцевые суперспирализованные молекулы ДНК – плазмиды. Они способны удваиваться независимо от нуклеоида. Плазмиды могут находиться в бактериальной клетке в двух состояниях – автономном (располагаются в цитоплазме) и интегрированном (встраиваются в структуру нуклеоида и удваиваются вместе с ним).
Цитоплазматическая мембрана ( цитолемма ) прокариот не отличается от мембраны эукариотической клетки и выполняет все свойственные функции: транспортную, защитную, барьерную, рецепторную, ферментативную и механическую. Однако существуют различия в химическом составе клеток. В цитолемме прокариот отсутствуют молекулы холестерина и некоторых других липидов.
Цитоплазматическая мембрана прокариот способна образовывать впячивания внутрь цитоплазмы – мезосомы. На их складчатых мембранах располагаются окислительно -восстановительные ферменты, а у фотосинтезирующих бактерий – и соответствующие пигменты ( бактериохлорофилл ), благодаря чему мезосомы выполняют функции митохондрий, хлоропластов и других органоидов.
У некоторых видов водных и почвенных бактерий в цитоплазме находятся газовые вакуоли ( аэросомы ). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность.
Снаружи от цитолеммы находится клеточная стенка. Она выполняет многочисленные функции: придаёт клетке форму, защищает от воздействия неблагоприятных условий окружающей среды и от осмотического шока (когда при погружении клетки, в которой удалили клеточную стенку, в дистиллированную воду или другой гипотонический раствор, она насыщается водой, и происходит разрыв цитоплазматической мембраны ).
Строение клеточной стенки придает своеобразную окраску по Грамму
Если обработать клетку лизоцимом или пенициллином, клеточная стенка разрушается. Грамположительная клетка превращается в протопласт. Протопласт – это содержимое бактериальной клетки, за исключением клеточной стенки, но вместе с цитоплазматической мембраной. Протопласт подвержен осмотическому шоку. Грамотрицательная клетка превращается в сферопласт. Сферопласт – бактериальная клетка с частично разрушенной клеточной стенкой. Сферопласт менее чувствителен к осмотическому шоку.
У многих видов бактерий клеточная стенка окружена слизистой капсулой. Она служит дополнительной защитой для клеток. Капсула обеспечивает устойчивость бактерий к ряду воздействий, например к фагоцитозу (при этом повышается возможность бактерий вызывать заболевание – вирулентность). Слизистая капсула придаёт бактериям специфичность (в ней могут находиться антигены – вещества, которые организм рассматривает как чужеродные или опасные и начинает вырабатывать против них антитела). Слизистая капсула предохраняет клетку от высыхания, механических повреждений, от действия вирусов, служит источником запасных питательных веществ, а также осуществляет связь между клетками и помогает прикреплению к поверхностям.
Существуют неподвижные бактерии и подвижные, которые передвигаются с помощью жгутиков.
Для прокариот характерен хемотаксис – двигательная реакция на химический раздражитель. Бактерии способны двигаться по направлению к атрактантам (притягивающим веществам) и от репеллентов (отталкивающих от себя). В качестве аттрактантов выступают питательные вещества, сахара и аминокислоты, в качестве репеллентов – спирты и другие вредоносные вещества. Помимо хемотаксиса существуют и другие виды таксиса. Аэротаксис – движение к кислороду. Движение в сторону концентрации кислорода проявляется у аэробов, в обратную сторону – у анаэробов. Аэробы – организмы, которые нуждаются в кислороде для процессов синтеза энергии в отличие от анаэробов. Фототаксис – свойство микроорганизмов ориентироваться и двигаться по направлению к или от источника света. Существует как положительный фототаксис – движение происходит в направлении к источнику света, так и отрицательный фототаксис – движение идёт в противоположном направлении. Магнитотаксис – способность железосодержащих бактерий реагировать своим движением на магнитное поле.
По отношению к кислороду бактерии делят на:
На поверхности клеток многих бактерий расположены нитевидные белковые структуры – фимбрии, или пили. Они образованы белком пилином. Пили располагаются по периферии клетки в количестве от 100 до 250. Они участвуют в передаче генетического материала между бактериальными клетками при конъюгации, помогают прикрепляться к поверхностям и другим клеткам (например, прикрепление к слизистой оболочке кишечника).
При наступлении неблагоприятных условий прокариоты способны образовывать покоящиеся формы, способные сохранять жизнеспособность в течение длительного времени. К таким формам относят эндо- и экзоспоры, цисты и бактероиды. При образовании споры содержимое клетки сжимается, отходит от оболочки, округляется и образует на своей поверхности, находясь внутри материнской оболочки, новую, более плотную оболочку. При нормальных условиях споры могут сохраняться до нескольких сотен лет. Зрелые споры сохраняются очень долго в самых неблагоприятных условиях. Они устойчивы к действию высоких температур, радиации, ультрафиолетовых лучей, химических веществ. Но при температуре 100 °С 90 % спора гибнет через 11 минут.
По типу питания бактерии делят на две группы: автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные бактерии синтезируют органические вещества из неорганических. В зависимости от того, какую энергию используют автотрофы для синтеза органических веществ, различают фото- и хемосинтезирующие бактерии. К фототрофам относятся зелёные и пурпурные серобактерии. Они используют энергию Солнца. Хемосинтезирующие бактерии используют для жизнедеятельности энергию химических реакций. Нитрифицирующие (почвенные) бактерии окисляют соли аммония до нитратов, железобактерии – двухвалентное железо в трёхвалентное, серные бактерии – соединения серы до сульфатов. Клубеньковые бактерии фиксируют атмосферный азот и окисляют его до аммиака. Большая часть бактерий являются гетеротрофами. Они питаются готовыми органическими веществами. Сапротрофы питаются органическими веществами мёртвых тел или выделений других организмов. Паразитические бактерии поселяются на живых организмах и питаются за их счёт.
В 1892 году русский ученый Дмитрий Иосифович Ивановский, изучил мо-заичную болезнь табака После проведения эксперимента Ивановский пришел к выводу, что заболевание вызывают очень маленькие существа. Позже их назвали вирусами, что значит - яд. Долгое время частицы были неуловимы, поскольку очень малы. Разглядеть их удалось лишь с изобретением электронного микроскопа.
В 1898 году, при воспроизведении опытов Д. Ивановского голландским ботаником М. Бейеринком, он назвал такие микроорганизмы «фильтрующимися вирусами». В сокращённом виде, это название и стало обозначать данную группу микроорганизмов. В 1901 году было обнаружено первое вирусное заболевание человека — жёлтая лихорадка. Это открытие было сделано американским военным хирургом У. Ридом и его коллегами.
Каждая вирусная частица состоит из РНК или ДНК, заключенной в белковую оболочку, которую называют капсидом. Сложно организованные вирусы имеют дополнительную оболочку — белковую или липопротеиновую.
1 - сердцевина (однонитчатая РНК или ДНК); 2 - белковая оболочка ( капсид ); 3 - дополнительная липопротеидная оболочка; 4 - капсомеры (структурные части капсида ).
Мельчайшие живые организмы Размеры варьируют от 20 до 300нм В среднем в 50 раз меньше бактерий Нельзя увидеть с помощью светового микроскопа Проходят через фильтры, не пропускающие бактерий
Диаграмма, характеризующая сравнительные размеры микроорганизмов
Не имеют клеточного строения Способны жить и воспроизводиться, паразитируя внутри других клеток. Большинство вызывает болезни Устроены очень просто Находятся на границе живого и неживого Каждый тип вируса распознает и инфицирует лишь определенные типы клеток
Вирусы Простые (белковая оболочка – капсид и ДНК или РНК ) Вирус табачной мозаики Сложные (белковая оболочка - капсид и мембрана из молекул углеводов и липидов и ДНК или РНК) Вирус гриппа
Вирусы ДНК-содержащие Вирус оспы Вирус герпеса РНК-содержащие Вирус бешенства Вирус кори Вирус гриппа Вирус СПИДа Не имеющие оболочки Иридовирусы Аденовирусы
Герпес Грипп Табачная мозаика Бактериофаг Полиомиелит Аденовирус
Гипотеза №1 Вирусы – потомки древних доклеточных форм жизни на Земле. Существуют уже более 4,5 млрд. лет. Гипотеза №2 Вирусы – потомки древнейших бактерий, утративших собственный механизм синтеза белка и перешедших к внутриклеточному паразитизму. Гипотеза№3 Вирусы – составные части клеток всех живых существ, своеобразные «одичавшие гены», постоянно образующиеся в живых клетках.
Вирусы играют важную роль в регуляции численности популяций некоторых видов живых организмов. Вирусы используют в генетической инженерии. Вирусы являются возбудителями многих опасных болезней человека, животных и растений. Также, есть попытки использовать вирусы на пользу человечеству. Они довольно немногочисленны. Благодаря успехам генетики в будущем, возможно, искусственные вирусы смогут уничтожать больные клетки, не затрагивая при этом здоровые, или излечивать их, добавляя необходимый ген.
Новые вирусные частицы Синтез вирусных белков Репликация фрагментов РНК Клетка Нейраминидаза Гемагглютинин Фрагменты РНК Вирус
Вирусы могут различаться По специфичности к хозяину 1. Вирусы с высокой специфичностью (вирус гриппа свиней, бактериофаг Р-17 ) 2. Вирусы относительно универсальные: (вирусные болезни млекопитающих; « пулевидный » вирус, поражающий и картофель, и собак, и дрозофил) По хмическому составу 1. ДНК- овые : ( вирусы герпеса, оспы, гепатита и др.) 2. РНК- овые : (вирусы полиомиелита, кори, бешенства, табачной мозаики) По типу поведения внутри клетки 1. Вирусы, убивающие зараженную ими клетку ( вирулентные бактериофаги) 2. Вирусы, изменяющие генетическую информацию зараженной ими клетки ( онковирусы, ВИЧ, умеренные бактериофаги)
Прионы — инфекционные агенты белковой природы, вызывающие смертельные заболевания у животных и человека. Прионы представляют собой неправильно свернутые молекулы прионного белка PrP ( Prion Protein ), способные «размножаться», превращая нормальные молекулы PrP С в подобие самих себя (патогены – PrP Sc ). На рисунке представлены два варианта пространственной конфигурации прионного белка: a — нормальная конфигурация (преобладают альфа-спирали); b — «патологическая» конфигурация (преобладают бета-листы).
Прионы — инфекционные агенты белковой природы, вызывающие смертельные заболевания у животных и человека. Прионы представляют собой неправильно свернутые молекулы прионного белка PrP ( Prion Protein ), способные «размножаться», превращая нормальные молекулы PrP С в подобие самих себя (патогены – PrP Sc ). На рисунке представлены два варианта пространственной конфигурации прионного белка: a — нормальная конфигурация (преобладают альфа-спирали); b — «патологическая» конфигурация (преобладают бета-листы).
Прионы – инфекционные амилоиды, представляющие собой особым образом свернутые молекулы прионного белка ( PrP – Prion Protein ). В норме PrP С ( Prion Protein of Cell – неинфекционный прионовый белок) растворим и находится на мембранах нейронов, где выполняет функции, связанные с передачей сигналов. Неизмененный прионный белок превращается в смертоносный патогенный прион, PrP Sc (от scrapie ), в результате неправильного сворачивания.
