Дать сравнительную характеристику строения клетки прокариот и эукариот.

Прокариоты – организмы, клетки которых не имеют ограниченного мембраной ядра. Для клеток прокариот характерно отсутствие ядерной оболочки, ДНК упакована без участия гистонов. Генетический материал прокариот представлен одной молекулой ДНК, замкнутой в кольцо, имеется только один репликон. В клетках отсутствуют органоиды, имеющие мембранное строение.

В клетках прокариот отсутствуют постоянные двумембранные и одномембранные органоиды: пластиды и митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и их производные. Их функции выполняют мезосомы – складки плазматической мембраны. У фотоавтотрофных прокариот имеются разнообразные мембранные структуры, на которых протекают реакции фотосинтеза. Иногда их называют бактериальными хроматофорами. Специфическим веществом клеточной стенки прокариот является муреин (у некоторых прокариот муреин отсутствует). По характеру окрашивания клеточной стенки различают грамположительные и грамотрицательные бактерии. Поверх клеточной стенки часто имеется слизистая капсула. Пространство между мембраной и клеточной стенкой служит резервуаром протонов при фотосинтезе и аэробном дыхании.

Генетический аппарат прокариот представлен  бактериальными хромосомами и плазмидами. Бактериальная хромосома – это кольцевая молекула ДНК длиной в несколько миллионов нуклеотидных пар, структура которой стабилизирована молекулами РНК и негистонными белками. Область цитоплазмы, в которой находится бактериальная хромосома, называется нуклеоид. Обычно в бактериальной клетке имеется  одна бактериальная хромосома, в которой локализованы основные гены. Однако существуют прокариоты, у которых бактериальная хромосома представлена множеством копий. Плазмиды – это мелкие кольцевые молекулы ДНК, несущие  дополнительную генетическую информацию. Некоторые плазмиды участвуют в обмене генетической информацией между разными клетками.

По типам обмена веществ выделяются следующие группы прокариот: гетеротрофные (свободноживущие и обитающие в других организмах) и автотрофные (фотосинтезирующие и хемосинтезирующие), аэробные и анаэробные. К прокариотам относятся настоящие бактерии (эубактерии), архебактерии и цианобактерии.

Тело прокариот, как правило, состоит из одной клетки. Реже встречаются нитчатые и колониальные формы. Форма клеток бактерий изменчива, однако можно выделить несколько основных морфологических типов:

1. Кокки – шаровидные формы. К коккам относятся: микрококки – одиночные клетки, диплококки – парные кокки; стрептококки – колонии в виде цепочек; стафилококки – гроздевидные колонии; сарцины – колонии кубической формы.

2. Палочки. К палочкам относятся: собственно бактерии (которые, как правило, не образуют споры), а также бациллы и клостридии (которые образуют споры). Споры у бактерий служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий – одна клетка образует одну спору. Споры могут образовываться в центральной части клетки или на одном из концов палочки.

3. Извитые формы. К извитым формам относятся одноклеточные бактерии: спириллы (клетки в виде длинной спирали) и вибрионы (клетки, изгиб которых составляет 1/4 спирали).

4. Нитевидные формы. К нитевидным формам относятся как одноклеточные, так и многоклеточные прокариоты. Тело нитевидных прокариот может быть неразветвленным и разветвленным.

Многие прокариоты способны к активному движению, которое, как правило, осуществляется с помощью жгутиков.

Эукарио́ты, или Я́дерные — надцарство живых организмов, клетки которых содержат ядра. Все организмы, кроме бактерий и археев, являются ядерными.Животные, растения, грибы, а также группы организмов под общим названием протисты — все являются эукариотическими организмами. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план строения клеток. Считается, что все эти столь несхожие организмы имеют общее происхождение, поэтому группа ядерных рассматривается как монофилетический таксон наивысшего ранга. Согласно наиболее распространённым гипотезам, эукариоты появились 1,5—2 млрд лет назад. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез — симбиоз между эукариотической клеткой, видимо, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу, и проглоченными этой клеткой бактериями — предшественниками митохондрий и хлоропластов.

Важнейшая, основополагающая особенность эукариотических клеток связана с расположением генетического аппарата в клетке. Генетический аппарат всех эукариот находится в ядре и защищён ядерной оболочкой (по-гречески «эукариот» значит имеющий ядро). ДНК эукариот линейная (у прокариот ДНК кольцевая и находится в особой области клетки — нуклеоиде, который не отделён мембраной от остальной цитоплазмы). Она связана с белками-гистонами и другими белками хромосом, которых нет у бактерий.

В жизненном цикле эукариот обычно присутствуют две ядерные фазы (гаплофаза и диплофаза). Первая фаза характеризуется гаплоидным (одинарным) набором хромосом, далее, сливаясь, две гаплоидные клетки (или два ядра) образуют диплоидную клетку (ядро), содержащую двойной (диплоидный) набор хромосом. Иногда при следующем делении, а чаще спустя несколько делений клетка вновь становится гаплоидной. Такой жизненный цикл и в целом диплоидность для прокариот не характерны.

Третье отличие — это наличие у эукариотических клеток особых органелл, имеющих свой генетический аппарат, размножающихся делением и окружённых мембраной. Эти органеллы — митохондрии и пластиды. По своему строению и жизнедеятельности они поразительно похожи на бактерий. Это обстоятельство натолкнуло современных учёных на мысль, что подобные организмы являются потомками бактерий, вступившими в симбиотические отношения с эукариотами. Прокариоты характеризуются малым количеством органелл, и ни одна из них не окружена двойной мембраной. В клетках прокариот нет эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи, лизосом.

Ещё одно важное различие между прокариотами и эукариотами — наличие у эукариот эндоцитоза, в том числе у многих групп — фагоцитоза. Фагоцитозом (дословно «поедание клеткой») называют способность эукариотических клеток захватывать, заключая в мембранный пузырёк, и переваривать самые разные твёрдые частицы. Этот процесс обеспечивает в организме важную защитную функцию. Впервые он был открыт И.И. Мечниковым у морских звезд. Появление фагоцитоза у эукариот скорее всего связано со средними размерами (далее о размерных различиях написано подробнее). Размеры прокариотических клеток несоизмеримо меньше, и поэтому в процессе эволюционного развития эукариот у них возникла проблема снабжения организма большим количеством пищи. Как следствие среди эукариот появляются первые настоящие, подвижные хищники.

Большинство бактерий имеет клеточную стенку, отличную от эукариотической (далеко не все эукариоты имеют её). У прокариот это прочная структура, состоящая главным образом из муреина (у архей из псевдомуреина). Строение муреина таково, что каждая клетка окружена особым сетчатым мешком, являющимся одной огромной молекулой. Среди эукариот клеточную стенку имеют многие протисты, грибы и растения. У грибов она состоит из хитина и глюканов, у низших растений — из целлюлозы и гликопротеинов, диатомовые водоросли синтезируют клеточную стенку из кремниевых кислот, у высших растений она состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и пектина. Видимо, для более крупных эукариотических клеток стало невозможно создавать клеточную стенку из одной молекулы высокую по прочности. Это обстоятельство могло заставить эукариот использовать иной материал для клеточной стенки. Другое объяснение состоит в том, что общий предок эукариот в связи с переходом к хищничеству утратил клеточную стенку, а затем были утрачены и гены, отвечающие за синтез муреина. При возврате части эукариот к осмотрофному питанию клеточная стенка появилась вновь, но уже на другой биохимической основе

Разнообразен и обмен веществ у бактерий. Вообще всего выделяют четыре типа питания, и среди бактерий встречаются все. Это фотоавтотрофные, фотогетеротрофные, хемоавтотрофные, хемогетеротрофные (фототрофные используют энергию солнечного света, хемотрофные используют химическую энергию). Эукариоты же либо сами синтезируют энергию из солнечного света, либо используют готовую энергию такого происхождения. Это может быть связано с появлением среди эукариотов хищников, необходимость синтезировать энергию, для которых отпала.

Ещё одно отличие — строение жгутиков. У бактерий они тонкие — всего 15—20 нм в диаметре. Это полые нити из белка флагеллина. Строение жгутиков эукариот гораздо сложнее. Они представляют собой вырост клетки, окруженный мембраной, и содержат цитоскелет (аксонему) из девяти пар периферических микротрубочек и двух микротрубочек в центре. В отличие от вращающихся прокариотическох жгутиков жгутики эукариот изгибаются или извиваются. Две группы рассматриваемых нами организмов, как уже было сказано, сильно отличаются и по своим средним размерам. Диаметр прокариотической клетки составляет обычно 0,5—10 мкм, когда тот же показатель у эукариот составляет 10—100 мкм. Объём такой клетки в 1000—10000 раз больше, чем прокариотической. У прокариот рибосомы мелкие (70S-типа). У эукариот рибосомы более крупные (80S-типа).

Первые прокариоты возникли в процессе эволюции около 3,5 млрд. лет назад, от них около 1,2 млрд. лет назад произошли эукариотические организмы.

"Особенности строения

прокариотической и эукариотической клеток»

Признак	Клетки прокариоты.	Клетки эукариоты.
Возникновение.	От 4. до 3 млн. лет назад.	От 3 до 1. млн. лет назад.
Наличие ядра.	Обособленного ядра нет.	Морфологически обособленное ядро, отделенное от цитоплазмы двойной мембраной.
Форма.	Одноклеточные или нитчатые.	Одноклеточные, истинно многоклеточные.
Число хромосом.	У бактерий – одна кольцевая хромосома , прикрепленная к мезосоме, двухцепочечная ДНК не связанная с белками –гистонами. У цианобактерий - несколько хромосом в центре цитоплазмы. У некоторых прокариот генетическая информация хранится в РНК.	Определенное для каждого вида число хромосом. Хромосома - линейная двухцепочечная ДНК , связанная с белками-гистонами.
Организация генома.	Имеется до 1,5 тыс генов Большинство генов представлены в единственной копии ( за исключением нескольких генов, кодирующих синтез ДНК)	В зависимости от вида организма – от 5 до 200 тыс. генов ( у человека около 40 тыс.). Доля генов, представленных в нескольких копиях может достигать 45% (при этом число копий одного гена может достигать несколько тысяч).
Энергетический обмен	Аэробный или анаэробный	Аэробный
Наличие ядрышек.	Отсутствуют.	Имеются в различных количествах у разных видов организмов.
Одномембранные замкнутые органоиды.	Отсутствуют, их функции выполняют выросты клеточной мембраны.	Многочисленны ( ЭПС, аппарат Гольджи и др.).
Двухмембранные органоиды.	Отсутствуют.	Митохондрии у всех клеток эукариот, пластиды (хлоропласты, хромопласты, лейкопласты) – у растений.
Рибосомы.	Мельче чем у эукариот. Распределены свободно по гиалоплазме, некоторые могут быть связаны с мембранными структурами. Составляют до 40% от массы клетки.70 S – типа.	Крупные. Находятся в цитоплазме в свободном состоянии или связаны с мембранами эндоплазматического ретикулума. Содержатся и в пластидах, и в митохондриях. 80S- типа.
Клеточный центр.	Отсутствует.	Имеется в клетках животных, грибов; у растений - в клетках водорослей и мхов.
Клеточная стенка.	У бактерий содержит муреин, у цианобактерий- целлюлозу, пектиновые вещества, немного муреина.	У растений - целлюлоза,у грибов- хитин,у животных –клеточной стенки нет.
Капсулы или слизистый слой.	Имеется у некоторых бактерий.	Отсутствует.
Жгутики.	Простые, не содержат микротрубочек. Диаметр 20 нм.	Имеют сложное строение, содержат микротрубочки. Диаметр 200 нм.
Внутриклеточная мембранная система.	Выражена слабо.	Выражена четко (компартментализация)
Размер клетки	Диаметр 0,5- 5 мкм.	Диаметр до 50 мкм.
Состав белковой молекулы.	Около 3000 различных типов белка.	Около 30000 различных типов белка.
Аэробное клеточное дыхание.	У бактерий происходит в мезосомах, у цианобактерий- на цитоплазматических мембранах.	В митохондриях, где внутренняя мембрана образует кристы.
Фотосинтез.	На мембранах, не имеющих специфической формы	В хлоропластах, содержащих специальные мембраны, собранные в граны.
Фагоцитоз, пиноцитоз.	Отсутствует ( невозможен из-за наличия жесткой клеточной стенки)	Свойственнен клеткам животных, у грибов и растений отсутствует.
Деление клетки.	Равновеликое бинарное поперечное деление, редко- почкование. Митоз и мейоз отсутствует.	Митоз, мейоз.
Фиксация азота.	Азотфиксирующие бактерии.	Отсутствует.
Спорообразование.	Часть представителей способна образовывать споры, для перенесения неблагоприятных условий среды.	Спорообразование свойственно растениям и грибам. Споры предназначены для размножения.