1.1.Общая характеристика организмов – объектов биотехнологии
В качестве биологических объектов биотехнологи чаще всего используют одноклеточные микроорганизмы, а также животные и растительные клетки. Структурную и функциональную организацию клеток, в первую очередь эукариотных организмов, мы рассмотрели. Необходимо дать общую характеристику организмов, нашедших практическое применение. К ним относятся не более 100 видов микроорганизмов: бактерии, грибы, дрожжи, водоросли, вирусы.
Прокариоты. Бактерии
Большинство прокариот – одноклеточные формы. Размеры клеток находятся в пределах 0,2 – 10 мкм. Формы клеток бактерий не отличаются большим разнообразием. Это чаще всего палочки разной длины, шаровидные клетки (кокки), а также извитые формы – вибрионы, спириллы и спирохеты. Клетки могут быть одиночными или объединяться в пары, короткие и длинные цепочки, образовывать пакеты. Основными структурами бактериальной клетки являются: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма с включениями и ядро, называемое нуклеоидом. Бактерии могут иметь и дополнительные структуры: капсулу, слизь, фимбрии, пили (рис. 14).
В строении бактерий выделяют три обязательных клеточных элемента: цитоплазматическую мембрану, нуклеотид, рибосомы. Почти все бактерии имеют внешнюю оболочку - клеточную стенку, благодаря которой форма бактерий постоянна. Эта клеточная оболочка выполняет основные механические и физиологические функции. Ее главный структурный элемент – биополимер муреин. У грамположительных бактерий стенка утолщена и содержит большее количество муреина, тогда как у грамотрицательных видов клеточная стенка тонкая, а снаружи имеется мембрана, включающая белки, фосфолипиды, липополисахариды. Главная функция внешней мембраны – транспортная. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов (в некоторых случаях полипептидов или гликопротеинов).
От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Ее основная функция – создание осмотического барьера в клетке, регуляция транспорта веществ. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др., происходят в мембране. Часто формируются выпячивания цитоплазматической мембраны – мезосомы. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. Жгутики и геномная ДНК тесно связаны с данным структурным элементом клетки бактерии.
Главное отличие прокариот(бактериальной клетки) от эукарит – это отсутствие ядерной мембраны и других внутрицитоплазматических мембран, которые не являются производными цитоплазматической мембраны. Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца. Она называется нуклеотид. Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий.
Цитоплазма бактерий содержит различные структурные элементы – внутрицитоплазматические мембраны, генетический аппарат, рибосомы и включения. Остальная ее часть представлена цитозолем – фракция цитоплазмы, имеющая гомогенную консистенцию и состоящая из белковых макромолекул. Рибосомы бактерий имеют коэффициент седиментации 70 S в отличие от рибосом эукариот – 80 S.