Что такое эукариот? Ответ на этот вопрос заключается в особенностях строения клеток различных типов. Нюансы их организации мы и рассмотрим в нашей статье.
Клетки живых организмов классифицируют по разным признакам. Один из них - организация наследственного материала, заключенного в молекулах ДНК. Эукариоты - это организмы, в клетках которых находится оформленное ядро. Это двумембранная органелла, содержащая генетический материал. У прокариот данная структура отсутствует. К таким организмам относятся все виды бактерий и архей.
Отсутствие ядра не означает, что у прокариотических организмов нет наследственного материала. Он также закодирован в последовательности нуклеотидов. Однако располагается генетическая информация не в оформленном ядре, а представлена единственной кольцевой молекулой ДНК. Она называется плазмида. Такая молекула прикрепляется к внутренней поверхности плазматической мембраны. Клетки данного типа также лишены целого ряда определенных органелл. Прокариотические организмы характеризуются примитивностью, мелкими размерами и низким уровнем организации.
К этой многочисленной группе организмов относятся все представители растений, животных и грибов. Вирусы являются неклеточными формами жизни, поэтому в данной классификации не рассматриваются.
Прокариот представлен плазматической мембраной, а внутреннее содержимое - цитоплазмой. Это внутренняя полужидкая среда, которая выполняет опорную функцию, объединяет все структуры в единое целое. Для клеток прокариот также характерно наличие определенного ряда органоидов. Это комплекс Гольджи, эндоплпзматическая сеть, пластиды, лизосомы. Некоторые считают, что эукариоты - это организмы в клетках которых отсутствуют митохондрии. Но это совсем не так. Эти органеллы в клетках эукариот служат местом образования молекул АТФ-носителя энергии в клетке.
Эукариотами являются три Однако несмотря на общие черты, у их клеток есть существенные отличия. К примеру, растительные характеризуются содержанием специализированных органелл хлоропластов. Именно в них происходит сложный фотохимический процесс превращения неорганических веществ в глюкозу и кислород. Животные клетки таких структур не имеют. Они способны усваивать только готовые питательные вещества. Отличаются эти структуры и строением поверхностного аппарата. В животных клетках над плазматической мембраной находится гликокаликс. Он представляет собой вязкий поверхностный слой, сосотоящий из белков, липидов и углеводов. Для растений характерна Она располагается над плазматической стенка образована сложными углеводами целлюлозой и пектином, которые придают ей прочность и жесткость.
Что такое эукариот, который представлен группой грибов? Клетки этих удивительных организмов сочетают в себе черты строения как растений, так и животных. В состав их клеточной стенки входят углеводы целлюлоза и хитин. Однако их цитоплпзма не содержит хлоропластов, поэтому они, подобно клеткам животных, способны только к гетеротрофному способу питания.
Почему все эукариоты являются организмами, которые достигли высокого уровня развития и распространения по планете? Прежде всего, благодаря высокому уровню специализации их органелл. Кольцевая молекуда ДНК, которая содержится в клетках бактерий, обеспечивает самый простой способ их размножения - надвое. В результате данного процесса образуются точные генетические копии дочерних клеток. Размножение такого типа, безусловно, обеспечивает и обеспечивает достаточно быстрое воспроизведение подобных клеток. Однако о появлении новых признаков в ходе деления надвое и речи идти не может. А это означает, что к изменяющимся условиям приспособиться эти организмы не смогут. Для клеток эукариот характерен половой процесс. В его ходе происходит обмен генетической информацией и ее рекомбинация. В результате на свет появляются особи с новыми, часто полезными признаками, которые закреплены в их генотипе и могут передаваться из поколения в поколение. Это и есть проявление наследственной изменчивости, которая является основой эволюции.
Итак, в нашей статье мы рассмотрели, что такое эукариот. Это понятие означает организм, клетки которого содержат ядро. К этой группе организмов относятся все представители растительного и животного мира, а также грибов. Ядро является постоянной клеточной структурой, которая обеспечивает хранение и передачу наследственной информиции организмов, закодированной в последовательности нуклеотидов молекул ДНК.
Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы : предъядерные (прокариоты ) и ядерные (эукариоты ).
Прокариоты - организмы, не обладающие оформленным клеточным ядром. Генетический материал в виде кольцевой цепи ДНК лежит свободно в нуклеоиде и не образует настоящих хромосом . Типичный половой процесс отсутствует . К Прокариотам относятся бактерии, в т.ч. цианобактерии (сине-зелёные водоросли). В системе органического мира Прокариоты составляют надцарство.
Эукариоты - организмы, обладающие, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой . Генетический материал заключён в хромосомах . Клетки Эукариоты имеют митохондрии, пластиды и др. органоиды. Для эукариот характерен половой процесс.
Клетки прокариот имеют относительно простое строение . Нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме . Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки.
Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эукариотических клеток значительно беднее по составу структур . Там находятся многочисленные более мелкие , чем в клетках эукариот, рибосомы . Функциональную роль митохондрий и хлоропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки .
Клетки прокариот , так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула . Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными независимыми клетками.
По строению различные эукариотические клетки сходны . Но наряду со сходством между клетками организмов различных царств живой природы имеются заметные отличия. Они касаются как структурных, так и биохимических особенностей.
Наследственная изменчивость
Мутации и комбинации создают генетическую неоднородность популяции, поставляют материал для естественного отбора. Чем сильнее идёт мутационный процесс, тем больше эффективность естественного отбора.
Случайное (ненаправленное) сохранение признаков
Популяционные волны – периодические колебания численности популяции. Например: численность зайцев непостоянна, каждые 4 года их становится очень много, затем следует спад численности. Значение: во время спада происходит дрейф генов.
Дрейф генов: если популяция очень маленькая, то признаки сохраняются или исчезают независимо от их полезности, случайно.
Борьба за существование – это совокупность взаимоотношений организма с другими организмами и с окружающей средой, происходит из-за того, что организмов рождается гораздо больше, чем может выжить, поэтому для них всех не хватает пищи и территории. Борьба делится на 3 вида:
внутривидовая (между особями одного вида),
межвидовая (между особями разных видов),
с условиями окружающей среды.
Естественный отбор – Это главный, ведущий, направляющий фактор эволюции, приводит к приспособленности, к возникновению новых видов.
Изоляция
Постепенное накопление различий между изолированными друг от друга популяциями может привести к тому, что они превратятся в два разных вида, т.е. произойдет видообразование.
Виды изоляции/видообразования:
Географическая – если между популяциями имеется непреодолимая преграда – гора, река или очень большое расстояние. Например, лиственница сибирская (в Сибири) и лиственница даурская (на Дальнем Востоке).
Экологическая (биологическая) – если две популяции живут на одной территории, но не могут скрещиваться. Например, разные популяции форелей живут в озере Севан, но нереститься уходят в разные реки, впадающие в это озеро.
Все живые организмы подразделяются на доклеточные и клеточные. К доклеточным относятся вирусы и фаги. Вторая группа, клеточные, делится на прокариоты и эукариоты, которые представляют собой предъядерные и ядерные организмы.
Прокариоты
Первые клеточные, прокариоты, возникли на Земле более 3 миллиардов лет тому назад. Это было величайшим скачком в развитии жизни. Прокариоты представляют собой бактерии. Строение у них относительно простое. Наследственная информация, ДНК, находится у них в примитивной, содержащей мало белка кольцевидной хромосоме. Она располагается в особом участке цитоплазмы, нуклеоиде, не отделенном от остальной клетки мембраной. Основное, чем отличаются прокариоты и эукариоты друг от друга, это то, что в клетках первого типа настоящее ядро отсутствует.
Цитоплазма предъядерных клеток имеет намного меньше клеточных структур. Из них известны рибосомы, более мелкие по сравнению с рибосомами эукариоидных клеток. Роль митохондрий в прокариотах принадлежит простым мембранным структурам. Отсутствует в них и хлоропласт. Прокариоты имеют плазматическую мембрану, над которой находится клеточная оболочка. Они отличаются от эукариот значительно меньшими размерами.В некоторых случаях в прокариотах могут быть так называемые плазмиды - небольшие, в виде кольца,
Эукариоты
Все ядерные клетки отличаются общим планом строения и общим происхождением. Они возникли из предъядерных клеток 1,2 млрд. лет назад. Строение их значительно сложнее. И прокариоты, и эукариоты имеют клеточную мембрану. Но в остальном их структурные и биохимические особенности во многом отличаются. Самое главное отличие - то, что в ядерных клетках имеется истинное ядро, в котором хранится их генетическая информация.
Ядро отграничено от цитоплазмы специальной мембраной, состоящей из наружного и внутреннего слоев. Она похожа на плазматическую мембрану, но содержит поры. Благодаря им осуществляется обмен между цитоплазмой и ядром. Геном клетки состоит из целого набора хромосом, этим прокариоты и эукариоты также отличаются друг от друга. ДНК в хромосомах эукариот связана с белками-гистонами.
В находятся ядрышки, в которых образуются рибосомы. Бесструктурная масса, кариоплазма, окружает хромосомы и ядрышки. Каждому виду животных и растений свойственен свой, строго определенный набор хромосом. При делении клеток они удваиваются и затем распределяются по дочерним клеткам
Если рассматривать прокариоты и эукариоты, различия у них видны и в цитоплазме клеток.
Для клеток растений свойственно наличие крупной центральной вакуоли и пластид. может отодвигать ядро к периферии клетки. Питательный резервный углевод растительной клетки - крахмал. Снаружи растительные клетки покрыты состоящей из целлюлозы. В клеточном центре нет центриоли, которую можно увидеть только у водорослей.
Животные клетки не имеют центральной вакуоли, пластид и плотной клеточной оболочки. В центре клетки имеется центриоль. Резервный углевод в животных клетках - гликоген.
У клеток грибов центриоль бывает не всегда. Стенка клеток состоит из хитина, в цитоплазме пластидов нет, но в центре клетки центральная вакуоль имеется. Резерв углеводов у них ‑ тоже гликоген.
В цитоплазме эукариот имеются митохондрии, лизосомы, эндоплазматическая сеть, органоиды движения. Рибосомы у них значительно крупнее, чем рибосомы прокариот. Цитоплазма клетки разделена на отдельные отсеки, компартменты, при помощи специальных оболочек, состоящих из липидов. В каждом из них протекают свои биохимические процессы. Это почти не встречается у прокариот.
В целом прокариоты и эукариоты выражают законы эволюции, для которой характерно движение от более простых форм к более сложным.
Однако предъядерным клеткам свойственна большая пластичность и многообразие обменных процессов. Многие бактерии могут получать энергию за счет света или химических реакций, существовать в среде, лишенной кислорода (анаэробные бактерии). Благодаря этому они вписываются в картину современного мира.
Как уже упоминалось, весь органический мир делится на две части; прокариоты и эукариоты. Рассмотрим их более побробно.
Прокариоты
не имеют ядра с мембраной, и генетический материал сосредоточен в нуклиотиде. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) образует единственную нить, замкнутую в кольцо(генофор). Половой процесс отсутсвует, а обмен генетическим материалом осуществляется во время других процессов, называемых парасексуальными.
Отсутствуют центриоли и митотическое веретено, пластиды и митохондрии. Деление клеток амитотическое. Каркасообразующим элементом оболочки является глюкопептид. Прослойка его у разных микроорганизмов неодинакова, что связано с полиморфизмом, фильтруемостью и различным отношением к окраске по Граму. Он отсутствует у микоплазм и галлобактерий. Жгутиков нет, или они очень простые. Многие представители фиксируют молекулярный азот, питательные вещесива всасываются через клеточную стенку. Пищевые вакуоли отсутствуют, но часто встречаются газовые. К прокариотам относятся сине-зеленые водоросли, риккетсии, бактерии, актиномицеты и микоплазмы.
Эукариоты - организмы с настоящим ядром, окруженным ядерной мембраной. Генетический материал заключен в хромосомах, состоящих из нитей ДНК и белков. Для эукариотов характерен типичный половой процесс с чередующимся слиянием ядер и редукционным делением; иногда размножаются без оплодотворения, но при наличии половых органов (партеногенез). Клетка имеет центриоли, митотическое веретено, пластиды, митохондрии и хорошо развитую эндоплазматическую мембранную систему. Деление клеток митотическое. Если имеются жгутики или реснички, то они очень сложно устроены. Атмосферный азот они не фиксируют, как правило, аэробы, редко вторичные анаэробы. Питание абсорбтивное или автотрофное, когда пища заглатывается и переваривается внутри организма. Имеются пищевые вакуоли.
В лаборатории для определения вида микроорганизмов устанавливают его основные свойства: морфологию, рост, на питательных средах, биохимические свойства, патогенность и другое. По полученным данным проводят идентификацию по определению находят место микроба в классификационной таблице.
Видовое название является бинарным и состоит двух слов; первое означает род и пишется с прописной буквы, второе – вид и пишется со строчной буквы. Напроимер, возбудитель американского гнильца
– Bacillus larvae
, возбудитель септицемии
– Pseudomonas apisepticum
.
Бактериофаги . Это вирусы, развивающиеся в микроорганизмах. Подобного рода вирусы распространены в природе повсюду, где встречаются бактерии.
Микоплазмы (спироплазмы) . Размеры микоплазм колеблются от 100 до 700 нм, спор они не образуют. Растут на сложных питательных средах с высоким осмотическим давлением. Колонии врастают в плотные среды. Отсутствие истинной клеточной оболочки (её заменяет 3-х слойная мембрана из стериновых лепидов) у микоплазм ведёт к выраженному полиморфизму - шаровидным, зернистым, колцевидным и нитевидным формам. Способность проникать через бактериальные фильтры, свидетельствует об их морфологической пластичности. Микоплазмы широко распространены в природе и имеют важное значение в патологии животных, птиц и насекомых, к которым относятся пчёлы.
Строение ядра. В отличие от некоторых низших растений и простейших, клетки которых содержат несколько ядер, высшие животные, растения и грибы состоят из клеток, в которых находится одно ядро. Оно имеет форму шара с диаметром от 3 до 10 мкм (рис. 11, 8). Ядро окружено оболочкой, состоящей из двух мембран, каждая из которых подобна плазматической мембране. Через определенные интервалы обе мембраны сливаются друг с другом, образуя отверстия диаметром 70 нм - ядерные поры. Через них осуществляется активный обмен веществами между ядром и цитоплазмой. Размеры пор позволяют проникать из ядра в цитоплазму даже крупным молекулам РНК и частицам рибосом.
В ядре хранится наследственная информация не только о всех признаках и свойствах данной клетки, о процессах, которые должны протекать в ней (например, синтез белка), но и о признаках организма в целом. Информация записана в молекулах ДНК, которые являются основной частью хромосом. Кроме того, в состав хромосом входят различные белки. В период между делениями клетки хромосомы представляют собой длинные, очень тонкие нити, увидеть которые можно только в электронный микроскоп.
Рис. 17. Схема упаковки ДНК в хромосоме
Средняя длина молекулы ДНК, составляющей основу каждой из 46 хромосом человека, около 5 см. Как же упакованы эти молекулы в ядре с диаметром всего около 5 мкм? Выделяют четыре уровня упаковки ДНК в хромосоме (рис. 17). На первом уровне двойная спираль ДНК диаметром 2 нм наматывается на белковый комплекс, содержащий 8 молекул гистонов - белков с повышенным содержанием положительно заряженных аминокислотных остатков лизина и аргинина. Образуется структура диаметром 11 нм, напоминающая бусы на нитке. Каждая «бусина» - нуклеосома содержит около 150 пар нуклеотидов. На втором уровне нуклеосомы сближаются с помощью гистона, отличающегося от тех, которые входят в состав нуклеосомы. Образуется фибрилла диаметром 30 нм. На третьем уровне упаковки формируются петли, содержащие от 20 ООО до 80 000 пар нуклеотидов ДНК. В «устье» каждой петли находятся белки, которые узнают определенные нуклеотидные последовательности и при этом имеют сродство друг к другу. Типичная хромосома млекопитающих может содержать до 2500 петель. Перед делением клетки молекулы ДНК удваиваются, петли укладываются в стопки, хромосома утолщается и становится видимой в световой микроскоп. На этом четвертом уровне упаковки каждая хромосома состоит из двух идентичных хроматид, каждая из которых содержит по одной молекуле ДНК. Участок соединения хроматид носит название центромеры. В целом «укорочение» ДНК достигает 10 4 . Это соответствует тому, как если бы нитку длиной с Останкинскую башню (500 м) упаковали в спичечный коробок (5 см).
В ядрах всегда присутствует одно или несколько ядрышек (рис. 11, 9). Ядрышко формируется определенными участками хромосом; в нем образуются рибосомы.
Ядро благодаря наличию в нем хромосом, содержащих наследственную информацию, выполняет функции центра, управляющего всей жизнедеятельностью и развитием клетки.
Ведущая роль ядра в наследственности. Итак, в ядре клеток заключены хромосомы, которые содержат ДНК - хранилище наследственной информации. Этим определяется ведущая роль клеточного ядра в наследственности. Данное важнейшее положение современной биологии не просто вытекает из логических рассуждений, оно доказано рядом точных опытов. Приведем один из них. В Средиземном море обитает несколько видов одноклеточных зеленых водорослей - ацетабулярий. Они состоят из тонких стебельков, на верхних концах которых располагаются шляпки. По форме шляпок различают виды ацетабулярий.
В нижнем конце стебелька ацетабулярии находится ядро. У ацетабулярии одного вида искусственно удалили шляпку и ядро, а к стебельку подсадили ядро, извлеченное у ацетабулярии другого вида. Что же оказалось? Через некоторое время на водоросли с подсаженным ядром образовалась шляпка, характерная для того вида, которому принадлежало пересаженное ядро (рис. 18).
Рис. 18. Схема опыта с ацетобулярией
А и Б - разные виды ацетобулярий
Хотя ядру принадлежит ведущая роль в явлениях наследственности, из этого, однако, не следует, что только ядро ответственно за передачу всех свойств из поколения в поколение. В цитоплазме также существуют органоиды (хлоропласты и митохондрии), содержащие ДНК и способные передавать наследственную информацию.
Таким образом, именно в ядре каждой клетки содержится основная наследственная информация, необходимая для развития целого организма со всем разнообразием его свойств и признаков. Именно ядро играет центральную роль в явлениях наследственности.
Как же обстоит дело у тех организмов, клетки которых не имеют ядер?
Прокариоты и эукариоты. Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: доядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).
Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от эукариот, имеют относительно простое строение. В прокариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки.
Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эукариотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные, более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хлоропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки.
Клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными независимыми клетками.
Сравнительная характеристика клеток эукариот. По строению различные эукариотические клетки сходны. Но наряду со сходством между клетками организмов различных царств живой природы имеются заметные отличия. Они касаются как структурных, так и биохимических особенностей.
Для растительной клетки характерно наличие различных пластид, крупной центральной вакуоли, которая иногда отодвигает ядро к периферии, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки, состоящей из целлюлозы. В клетках высших растений в клеточном центре отсутствует центриоль, встречающаяся только у водорослей. Резервным питательным углеводом в клетках растений является крахмал.
В клетках представителей царства грибов клеточная стенка обычно состоит из хитина - полисахарида, из которого также построен наружный скелет членистоногих животных. Имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Запасным углеводом в клетках грибов является гликоген.
В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Центриоль характерна для клеточного центра животных клеток. Резервным углеводом в клетках животных также является гликоген.
