Эукариоты и прокариоты

Эукариоты и прокариоты

      В настоящее время все организмы, обитающие на нашей планете и  имеющие клеточное строение, делятся на две группы – прокариоты и эукариоты. Представители первой группы – прокариоты (от греч. про – до и карион – ядро), или доядерные, – древнейшие организмы на планете. Они появились в водной среде Земли около 3,5 млрд лет назад и, возможно, были первыми клеточными организмами, давшими начало всему многообразию современных и вымерших жизненных форм.

Современная систематика выделяет прокариот в отдельное царство – Дробянки, в которое входят бактерии и сине-зелёные водоросли, или цианобактерии.

Вторая группа клеточных организмов – эукариоты (от греч. эу – истинный, карион – ядро), или ядерные. Согласно общепринятой теории эволюции, первые эукариоты произошли от древнейших прокариот около 2 млрд лет назад. Все эукариоты являются представителями трёх царств: грибы, растения и животные.

    Представителей обеих групп объединяет клеточное строение, следовательно, и прокариотам, и эукариотам свойственны все признаки живого: они являются целостной системой, осуществляют обмен веществ, растут, развиваются, размножаются, эволюционируют и т.д.

Однако, между ними есть существенные различия.

Размеры прокариотических клеток, как правило, не превосходят 10 мкм, что гораздо меньше эукариотических.  Самые мелкие клетки прокариот размером не более 0,2 х 0,3 мкм, однако, обнаружен и настоящий гигант среди бактерий размером 100 х10 мкм. Эукариотические клетки обычно намного крупнее, разница в объёме достигает тысяч раз.

      Самое очевидное и принципиальное отличие –наличие оформленного ядра. У прокариот основной генетический материал расположен в центре клетки в цитоплазме в виде кольцевой молекулы ДНК, или нуклеотида, который прикреплён к плазматической мембране и не окружён ядерной оболочкой, характерной для эукариот. Наряду с нуклеотидом в клетках прокариот может присутствовать небольшая кольцевая молекула ДНК – плазмида. Плазмиды могут переходить из одной клетки в другую и встраиваться в основной нуклеотид.

В отличие от прокариот, обязательным компонентом эукариотической клетки является ядро, окружённое двойной ядерной мембраной и включающее линейные молекулы ДНК. Наследственный материал клетки содержится так же в ДНК митохондрий и хлоропластов.

Клетки прокариот также, как и клетки эукариот, отделены от окружающей среды и других клеток плазматической мембраной, которая у обеих групп имеет аналогичное строение. Однако, клеточная мембрана прокариот образует мезосомы -многочисленные впячивания в цитоплазму, содержащие ферменты, обеспечивающие обменные процессы. Поверх плазматической мембраны прокариот расположена оболочка, состоящая из углеводов – пектина и муреина.  Одна гигантская сетчатая молекула муреина окружает клетку со всех сторон, придавая ей прочность. Некоторые эукариотичекие клетки тоже имеют прочную клеточную стенку. Например, в состав клеточной стенки грибов входит хитин, клеточная стенка низших растений состоит из целлюлозы и гликопротеинов, а у высших растений – из целлюлозы и пектина.

Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эукариот значительно беднее по наличию органоидов. Мембранные органоиды (митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть, лизосомы) у прокариот отсутствуют. Их функции выполняют мезосомы.  Рибосомы, более мелкие чем у эукариот, беспорядочно располагаются по всей цитоплазме прокариотической клетки. Цитоскелета у прокариот нет. У некоторых присутствуют органоиды движения - жгутики.

Обмен веществ у прокариот и эукариот осуществляется разными способами. По способу питания выделяю четыре группы организмов: фотоавтотрофные – используют энергию солнечного света для синтеза органических веществ (растения, некоторые бактерии); фотогетеротрофные – используют энергию органических веществ, синтезированных фотоавтотрофами (животные, грибы, бактерии); хемоавтотрофные, хемогетеротрофные организмы используют энергию химических реакций (бактерии). Прокариоты используют все четыре способа питания, а эукариоты сами синтезируют энергию из солнечного света, либо используют готовую энергию, запасённую фотоавтотрофами.

Прокариоты являются анаэробами, т.е. способны жить и развиваться при отсутствии свободного кислорода. Вместо молекулярного кислорода такие организмы могут использовать другие соединения, например, соли азотной, серной и угольной кислот. Для многих анаэробов кислород является ядом.

Термин «анаэробы» ввёл в 1861 году Луи Пастер, обнаруживший микробы маслянокислого брожения.

Анаэробные организмы обитают в почве, на больших глубинах в морях, в водах глубинных нефтяных источников, в донных отложениях и играют важную роль в  химических преобразованиях органических и неорганических веществ. Некоторые анаэробные бактерии  в качестве симбионтов, адаптированных к обитанию в кишечниках человека и животных участвуют в пищеварении, расщепляя целлюлозу растительных клеток. Патогенные анаэробы могут вызывать у человека газовую гангрену и столбняк.

Большинство эукариот являются аэробами,  т.е. могут жить и развиваться только при наличии свободного кислорода. Почти все животные, растения и многие микроорганизмы обладают окислительным типом обмена веществ: используют для жизнедеятельности энергию, освобождающуюся в результате реакций окисления под воздействием свободного кислорода.

     Прокариоты размножаются, как правило, бесполым способом – делением клетки пополам, иногда почкованием. Перед делением клетки бактериальная ДНК удваивается, после чего клетка делится в поперечном направлении на две равные части. Прокариоты размножаются с огромной скоростью. При благоприятных условиях деление клетки происходит  каждые 20-30 минут, и бактерии способны быстро увеличивать свою численность за короткий промежуток времени.

Половым путём прокариоты размножаются гораздо реже, однако, оно имеет очень важное значение. При половом процессе бактерии могут обмениваться как участками кольцевой ДНК, так и плазмидами, встраивающимися в бактериальную хромосому. При этом усиливается устойчивость бактерий к неблагоприятным факторам среды, например, к лекарствам.

При неблагоприятных условиях вокруг бактериальной хромосомы образуется плотная многослойная оболочка, а остальное содержимое клетки разрушается. Приостанавливаются все жизненные процессы. Так формируется спора, в виде которой прокариотическая клетка выдерживает действие высоких или низких температур, засуху и сохраняется десятилетиями. При благоприятных условиях оболочка споры разрушается, вокруг молекулы ДНК достраиваются недостающие части клетки, и процессы жизнедеятельности бактерии возобновляются. Немецким учёным удалось вернуть к жизни споры бактерий, которые образовались при высыхании древнего моря 180 млн лет назад.