Прокаріоти – Що таке прокаріоти та яка їх будова?

Прокаріоти це

Доядерні (Prokariota), організми, що не мають типового клітинного ядра і хромосомного апарату. До П. відносяться бактерії, синьозелені водорості, рикетсії, мікоплазми та ін.

Згідно з новітньою системою органічного світу (див. Система органічного світу),П. надають ранг царства або надцарства, протиставляючи його ін. царству або надцарству – еукаріотів.

 Матеріальний субстрат, пов’язаний з передачею та реалізацією спадкової інформації, представлений у П. ниткою дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), що має зазвичай кільцеподібну форму і локалізованої більш-менш у центральній частині організму. Ця частина, яка називається нуклеоїдом, не відмежована мембраною від цитоплазми. ДНК у П., на відміну від еукаріотів, зазвичай не пов’язана з білками гістонами (не утворює нуклеогістон), і регуляція роботи генів здійснюється через метаболіти. 

У них немає також мітохондрій і складно влаштованих джгутиків. П. грають дуже важливу роль у кругообігу речовин у біосфері. Синьо-зелені водорості були, ймовірно,що з’явилися Землі у процесі еволюції життя.

Особливості будови клітин прокаріотів

Як ви знаєте, клітини прокаріотів, на відміну від еукаріотичних, позбавлені ядра та мембранних органоїдів. Прокаріотами є бактерії, а еукаріотами – протисти, гриби, рослини та тварини.

Будова прокаріотів.  Розміри клітин прокаріотів зазвичай становлять від 0,5 до 10 мкм. Однак зустрічаються бактерії як більших, так і менших розмірів. Форма бактеріальних клітин також відрізняється. Наприклад, клітини коків мають кулясту форму, бацил – паличкоподібну, а у спірил вони закручені у вигляді спіралей. Незважаючи на відмінності у розмірах та формі, всі прокаріотичні клітини влаштовані за єдиним планом і складаються з поверхневого апарату та цитоплазми. 

До складу поверхневого апарату бактеріальної клітини входять цитоплазматична мембрана (плазмалема) та клітинна стінка, іноді слизова капсула. У деяких прокаріотів поверхневий апарат крім плазмалеми і клітинної стінки включає зовнішню мембрану, схожу за будовою на плазмалемму.

Цитоплазматична мембрана клітин прокаріотів може утворювати різні за формою вп’ячування в цитоплазму. За складом, структурою та виконуваними функціями плазмалема бактерій подібна до цитоплазматичної мембрани еукаріотичних клітин. Жорстка клітинна стінка забезпечує підтримку форми бактеріальної клітини та її захист від механічних ушкоджень. Вона оберігає клітину від розриву внаслідок дії високого тургорного тиску, викликаного надходженням води до цитоплазми шляхом осмосу . *Як вам вже відомо, міцність клітинної стінки прокаріотів забезпечує каркас, що складається з пептидоглікану муреїну .*

*В кінці XIX ст. Датський мікробіолог К. Грам розробив особливий метод фарбування прокаріотів, на основі якого бактерії були розділені на дві групи. Бактерії, клітини яких забарвлюються за методом Грама в синьо-фіолетовий колір, називають грампозитивними , а ті, які набувають червоного або рожевого забарвлення, — грамнегативними .

Метод забарвлення за Грамом відноситься до складних способів фарбування, при якому використовуються два барвники – основний і додатковий. 

Спочатку клітини бактерій обробляють основним барвником – аніліновим (наприклад, генціановим фіолетовим або метиловим фіолетовим), а потім цей барвник фіксують розчином йоду. 

При подальшому промиванні забарвленого препарату спиртом грампозитивні бактерії зберігають синьо-фіолетове забарвлення, а грамнегативні знебарвлюються. 

Після цього додається додатковий барвник (фуксин), який забарвлює клітини грамнегативних бактерій у червоний або рожевий колір.

Відмінності між грампозитивними та грамнегативними прокаріотами пов’язані насамперед із складом та будовою поверхневого апарату їх клітин. Так, у грампозитивних бактерій клітинна стінка товста, а у грамнегативних – набагато тонша і, отже, менш жорстка. Однак у грамнегативних бактерій зовні від клітинної стінки є зовнішня мембрана , що має, як і плазмалема, вибіркову проникність. Вона є додатковим бар’єром, що обмежує доступ різних речовин у клітину. Цим обумовлена ​​більша стійкість грамнегативних бактерій до дії низки антибіотиків, ферментів та отрут.

У деяких бактерій поверх клітинної стінки або зовнішньої мембрани є слизова капсула , що складається головним чином із полісахаридів. Капсула захищає клітину від механічних пошкоджень та висихання, а у хвороботворних бактерій – ще й від дії імунної системи організму-господаря.

На поверхні клітин багатьох бактерій є тонкі порожнисті всередині білкові вирости – ворсинки . Вони служать для прикріплення до різних субстратів чи інших клітин. * Спеціальні ворсинки беруть участь у статевому процесі бактерій – кон’югації . З їх допомогою забезпечується контакт між двома бактеріальними клітинами та передача спадкової інформації з однієї клітини до іншої. Кон’югація у бактерій не пов’язана з розмноженням, оскільки в результаті цього процесу не відбувається збільшення кількості особин. 

Клітини деяких прокаріотів мають органоїди руху – джгутики . Бувають клітини з одним, декількома чи безліччю джгутиків. *За будовою та механізмом роботи джгутики бактерій принципово відрізняються від джгутиків та вій еукаріотичних клітин. Бактеріальний джгутик не покритий плазмалемою. Він є довгим порожнистим циліндром, що складається з молекул білка флагеліну і має форму спіралі. Товщина джгутика складає 10-20 нм. Його основа утворена кількома білками, які здатні обертатися один щодо одного, що і лежить в основі обертання всього джгутика. При цьому для руху джгутика використовується не енергія АТФ, як у еукаріотів, а енергія, що виділяється в процесі транспортування іонів водню (Н ⁺ ) через плазмалему.

У цитоплазмі прокаріотичної клітини розташована кільцева молекула ДНК – бактеріальна хромосома . *Область цитоплазми, в якій вона знаходиться, зазвичай займає центральну частину клітини і називається нуклеоїдом . * У клітинах більшості бактерій, крім бактеріальної хромосоми , містяться невеликі кільцеві молекули ДНК – плазміди . *Вони можуть подвоюватися незалежно від бактеріальної хромосоми та передаватися від однієї бактерії до іншої при кон’югації.* Плазмідиє обов’язковими компонентами бактеріальної клітини. Однак вони можуть містити спадкову інформацію, яка забезпечує прояв у клітини властивостей, що допомагають їй вижити у певних умовах навколишнього середовища. Прикладом можуть бути плазміди, що зумовлюють стійкість до тих чи інших антибіотиків або токсинів.

У кожній прокаріотичній клітині обов’язково присутні * 70 S *  рибосоми . *Вони можуть вільно розташовуватися в гіалоплазмі або прикріплюватися до цитоплазматичної мембрани.* У клітинах бактерій також можуть міститися *різні включення, наприклад трофічні – краплі ліпідів, крохмальні зерна або гранули глікогену. Їхнє відкладення відбувається в умовах надлишку поживних речовин, а споживання – при виснаженні харчових  ресурсів.

*У деяких прокаріотів, що мешкають у водному середовищі, в гіалоплазмі є так звані газові бульбашки . Вони заповнені сумішшю газів та обмежені білковою оболонкою, непроникною для води. Газові бульбашки дозволяють регулювати глибину занурення бактеріальної клітини із мінімальними витратами енергії. При збільшенні їх обсягу клітина виринає, а при зменшенні — занурюється. Це особливо важливо, наприклад, для фотосинтезуючих прокаріотів. Можливість регулювати глибину занурення дозволяє їм перебувати в умовах з оптимальною концентрацією вуглекислого газу та освітленістю.

Деякі види прокаріотів при настанні несприятливих умов можуть переходити в стан бактеріальної суперечки . При спороутворенні відбувається ущільнення ділянки цитоплазми, що містить бактеріальну хромосому. Далі навколо цієї ділянки формується міцна багатошарова оболонка. Бактеріальні суперечки відрізняються дуже високою стійкістю до дії високих та низьких температур, отруйних речовин, радіоактивного випромінювання та ін. Вони можуть зберігати життєздатність протягом багатьох років та проростати, коли умови знову стають сприятливими. Важливо відзначити, що спороутворення у прокаріотів не є способом безстатевого розмноження, а служить для перенесення несприятливих умов.