что такое прокариоты и эукариоты в биологии
Эукариотические и прокариотические клетки: особенности, функции и строение
Все живые организмы могут быть распределены в одну из двух групп (прокариоты или эукариоты) в зависимости от основной структуры их клеток. Прокариоты — живые организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра и мембранных органелл. Эукариоты — живые организмы, клетки которых содержат ядро, а также мембранные органеллы.
Клетка является фундаментальной составляющей нашего современного определения жизни и живых существ. Клетки рассматриваются в качестве основных строительных блоков жизни и используются в определении того, что значит быть «живым».
Давайте взглянем на одно определение жизни: «Живые существа — это химические организации, состоящие из клеток и способные размножаться» (Китон, 1986). Это определение базируется на двух теориях — клеточной теории и теории биогенеза. Клеточная теория впервые была предложена в конце 1830-х годов немецкими учеными Маттиасом Якобом Шлейденом и Теодором Шванном. Они утверждали, что все живые существа состоят из клеток. Теория биогенеза, предложенная Рудольфом Вирховым в 1858 году, утверждает, что все живые клетки возникают из существующих (живых) клеток и не могут появиться спонтанно из неживой материи.
Компоненты клеток заключены в мембрану, которая служит барьером между внешним миром и внутренними составляющими клетки. Клеточная мембрана — избирательный барьер, это означает, что он пропускает некоторые химические вещества, поддерживающие равновесие, необходимое для жизнедеятельности клеток.
Клеточная мембрана регулирует перемещение химических веществ из клетки в клетку следующими способами:
Прокариоты
Прокариоты — организмы, состоящие из клеток, которые не имеют клеточного ядра или любых мембранных органелл. Это означает, что генетический материал ДНК у прокариот не связан в ядре. Кроме того, ДНК прокариот менее структурирована, чем у эукариот. В прокариотах ДНК одноконтурная. ДНК эукариот организована в хромосомы. Большинство прокариот состоят только из одной клетки (одноклеточные), но есть несколько и многоклеточных. Ученые разделяют прокариот на две группы: бактерии и археи.
Типичная клетка прокариота включает:
Эукариоты
Прокариоты и эукариоты – кто это такие, в чем между ними разница, кто лучше приспособлен к жизни
У эукариотов в клетках есть ядро, у прокариотов нет ядра.
Прокариоты – это такие живые организмы, в клетках которых нет ядра. У эукариотов, наоборот, все клетки с ядрами внутри. Это самое главное отличие, но есть и ряд других, более мелких. Давайте разбираться.
Какие организмы относятся к прокариотам, а какие – к эукариотам
Смотрите, есть организмы одноклеточные и многоклеточные. У одноклеточных весь организм – это всего лишь одна клетка. У многоклеточных (например, у дождевого червя, свиньи, человека) клеток много.
Если организм одноклеточный и он прокариотический (то есть у него нет ядра в этой одной клетке) – это бактерия.
Если он одноклеточный, но с ядром – это простейшее. К простейшим относятся, например, амебы, инфузории, эвглены и другие.
Если он многоклеточный, то он однозначно эукариот, потому что многоклеточных прокариот не бывает. Какой именно эукариот – надо уже смотреть, это может быть и растение, и гриб, и животное.
Получается вот такая схема:
Все организмы были поделены на прокариотов и эукариотов французским биологом Эдуардом Шаттоном в первой половине 20 века. А точнее в 1925 году.
В школе достаточно описывать всех существующих организмов по моей схеме. Но вы можете еще добавить, что кроме бактерий к прокариотам относятся так называемые археи. Это почти те же бактерии, но у них есть некоторые различия в генетическом аппарате, в процессе синтеза белков и пр.
Да и по образу жизни они не очень совпадают – археи могут жить в среде, кислотность которой в 8 раз превышает кислотность желудочного сока. Некоторые из них способны размножаться только при температуре больше 100 градусов по Цельсию.
Что общего у клеток эукариот и прокариот
У них у всех есть цитоплазматическая мембрана. Это как бы оболочка, которая отделяет клетку от окружающей среды, защищает ее.
Внутри клетки у прокариот и эукариот есть цитоплазма – жидкость, которая связывает между собой все компоненты клетки, обеспечивает питание каждого органоида.
Чтобы любые клетки могли делиться (то есть размножаться), нужны ДНК (или РНК) и рибосомы. Рибосомы – это органоид в клетке, который, как фабрика, выпускает разные белковые соединения.
Итак, общее: цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, рибосомы, ДНК (или РНК).
Как они питаются
Большинство прокариот – гетеротрофы. Они не умеют из неорганических веществ делать органические, поэтому потребляют их в готовом виде. Так поступает, например, кишечная палочка, которая «кормится» в нашем организме и в благодарность создает для нас витамин К.
Так питаются и возбудители многих заболеваний, которые могут полностью уничтожить организм человека и животного, если вовремя их не вылечить.
Есть среди прокариотических организмов и небольшое количество автотрофов. Например, есть цианобактерии, которые могут на свету создавать органические вещества. Еще есть бактерии, которые умеют разлагать сероводород и использовать эту энергию для синтеза органики. Они тоже автотрофы.
Какую роль они играют в круговороте органики
Большая часть прокариотов являются редуцентами – то есть они разлагают мертвую органику. Причем разлагают ее так, что от органики вообще ничего не остается. Органическое вещество полностью превращается в неорганическое.
Чем различаются клетки эукариот и прокариот
У эукариот ДНК находится в ядре. У прокариот ядра нет, поэтому ДНК (или РНК) находится прямо в цитоплазме. Ее принято называть «нуклеоидом».
ДНК прокариот имеет кольцевую форму, а у эукариот ДНК линейные и собраны в хромосомы.
Рибосомы прокариот меньше по размерам, чем таковые у эукариот.
Эукариотическая клетка содержит еще кучу всяких органоидов, которых нет у доядерных организмов. Например, в клетке есть аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть (сокращенно – ЭПС), митохондрии, у растений еще есть хлоропласты, вакуоли с клеточным соком и так далее.
Как видите, строение клеток ядерных организмов намного более сложное.
Бывают ли у эукариот клетки без ядра
Да. Например, у человека есть три типа клеток крови: лейкоциты (которые обеспечивают иммунитет), эритроциты (переносят кислород) и тромбоциты (обеспечивают свертывание крови). Так вот, ядро есть только у лейкоцитов, остальные клетки его не содержат.
Но. Обратите внимание, клетки крови – это ведь не самостоятельный организм, это часть нашего организма, все остальные клетки которого – ядерные.
То есть эритроциты и тромбоциты – это не как бактерии, которые живут сами по себе, поодиночке.
К кому относятся вирусы
Ни к кому. Это вообще особая форма жизни. Вирусы в отличие от прокариот и эукариот – неклеточные существа, у них есть белковая оболочка, но клетки как таковой нет.
Как появились вирусы – никто не знает. Первыми организмами в эволюционной цепочке они быть не могли, прокариоты упроститься до вирусов тоже вряд ли могли.
Вопросы есть, ответов нет.
Кто лучше приспособлен к жизни
Считается, что прокариоты – самые низкоорганизованные живые существа. Они появились на земле первыми и были самыми простыми. От них впоследствии произошли эукариоты – более приспособленные, более развитые.
Но возникает вопрос. Если эволюция действительно есть, то эукариоты должны были вытеснить прокариотов. Бактерии в принципе должны были перестать существовать. Однако сегодня суммарная масса всех бактерий превышает массу растений и животных взятых вместе.
Вам это не кажется странным?
Споры бактерий ученые обнаруживают в воздухе на высоте 15 километров. Их достают из вечной мерзлоты, которой больше 3 миллионов лет, помещают в питательную среду и бактбакерии (которые 3 миллиона лет пролежали подо льдом!) оживают.
Такие выводы заставляют меня задумываться еще кое о чем. Была ли вообще эволюция? Правдивы ли гипотезы о том, что из одноклеточных прокариотов появились эукариоты, которые потом стали многоклеточными и развивались, развивались, развивались так, что доразвились в итоге до человека?
Что такое прокариоты и эукариоты в биологии
1 кольцевая хромосома у бактерий (нуклеоид). Двуцепочечная ДНК не связана с белками
Хромосомы линейные. Двуцепочечная ДНК связана с белками-гистонами
Мелкие, обычно свободные
Крупные. Могут быть свободными и связанными с ЭПС
Митохондрии, хлоропласты, комплекс Гольджи, ЭПС,лизосомы
Имеются, за исключением высших растений
Имеется у бактерий
У бактерий содержит муреин
У растений – целлюлозная, у грибов – хитиновая, у животных- нет
Способы деления клетки
Обычно поперечное деление, митоза и мейоза нет.
Митоз, мейоз, амитоз
2) нет белков гистонов, которые упаковывают ДНК;
3) ДНК не имеет мозаичного строения, то есть, между генами нет неинформативных участков;
4) трансляция быстро следует за транскрипцией, нет созревания (процессинга) иРНК;
5) отсутствуют органоиды, имеющие мембранное строение,
6) отсутствует клеточный центр;
8) есть мезосомы (впячивания плазматической мембраны), выполняющие функции мембранных органоидов;
9) органоиды движения (жгутики) не покрыты цитоплазматической мембраной;
10) характерно прямое бинарное деление.
1) Присутствует ядро, отграниченное от цитоплазмы двумембранной ядерной оболочкой,
4) у эукариот в ядре происходит дозревание иРНК — процессинг (неинформативные участки вырезаются с помощью ферментов, а информативные сшиваются),
5) имеются все органоиды цитоплазмы, имеющие мембранное и немембранное строение,
Что такое прокариоты и эукариоты в биологии
Клетки одноклеточных и многоклеточных орга низмов поражают чрезвычайным разнообразием форм и размеров. Например, организм человека состоит при мерно из 200 видов клеток, которые специализируются на выполнении определенных функций и различаются морфологией. Размеры большинства эукариотических клеток варьируют от нескольких до 100 мкм, а прокариотических — от 0,5 до 10 мкм.
ПРОКАРИОТИЧЕСКИЕ И ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ
Каждая клетка состоит из цитоплазмы, погру женного в нее наследственного аппарата, и отделена от внешней среды плазматической мембраной, или плазмалеммой, не препятствующей процессу обмена ве ществ и энергии (рис. 1). Снаружи от мембраны у клетки может быть еще клеточная стенка, состоящая из раз личных веществ, которая служит для защиты клетки и является своего рода ее внешним скелетом.
Различают два основных типа организации клеток: прокариотиче ские и эукариотические.
Прокариотическая клетка не им еет ядра, ее наследственная информация не отделена от цитоплазмы мембранами. Область цитоплазмы, в которой хранится наследственная информация в прокариотической клетке, называют нуклеоидом. В цитоплазме прокариотических клеток встречается один вид органоидов — рибосомы, а окруженные мембра нами органоиды отсутствуют. Прокариотами являются бактерии и сине зеленые водоросли.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРОЕНИЯ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ, ЖИВОТНЫХ, БАКТЕРИЙ И ГРИБОВ
Отличительный признак разных групп организмов — организация поверхностного аппа рата. У клеток животных клеточная стенка отсутствует, а плазматическая мембрана покры та тонким гликокаликсом. У остальных групп есть клеточная стенка. Химическая природа основного вещества клеточной стенки у различных групп живых организмов неодинакова: у растений это целлюлоза, у грибов — хитин, а у бактерий — муреин.
Прокариоты и эукариоты – основные понятия
Прокариоты – это доядерные одноклеточные организмы.
Именно они стояли у истоков эволюции, дали впоследствии ядерные организмы. Это бактерии.
Эукариоты – это ядерные клетки.
Они образуют живые организмы, состоящие из одной или множества клеток. Структура, содержащая ядро, дала все многообразие жизни.
Строение прокариотической клетки
Бактерии имеют разную форму:
кокки – шаровидные клетки;
бациллы – вытянутые палочки;
В зависимости от того, к какой группе относятся бактерии, они могут существовать по отдельности, или образовывать скопления. Например, стрептококки образуют цепь из нескольких кокков. Стафилококки образуют скопление, которое напоминает гроздь винограда.
Характерная особенность прокариот – отсутствие оформленного ядра. Также отсутствуют мембранные органоиды.
Генетический материал находится в одной хромосоме. В её состав входит одна ДНК, которая не соединяется с белками. Кольцевая ДНК размещена прямо в цитоплазме.
Цитоплазма заполняет внутреннее пространство. Все немногочисленные органоиды находятся в ней.
Ферменты, обеспечивающие жизнедеятельность, распределены во внутреннем пространстве, или находятся на внутренней стенке мембраны.
Внутри клетки откладываются запасные вещества: жиры, полисахариды, полифосфаты. Они могут расходоваться клеткой по мере необходимости.
Снаружи бактерия покрыта цитоплазматической мембраной. Сверху расположена клеточная стенка, состоящая из муреина. Это смесь полисахаридов и белковых молекул. Клеточная стенка прикрыта слизистой капсулой.
Цитоплазматическая мембрана образует впячивания – мезосомы. Они выполняют функции недостающих органоидов.
Бактерия может иметь жгутики и пили – органоиды движения в жидкой среде.
Плюсы и минусы прокариот
Прокариоты играют и положительную и отрицательную роль. В качестве примера негативного влияния, можно отметить заболевания, возбудителем которых являются бактерии: туберкулёз, холера, тиф и другие.
Характеризуя положительное значение бактерий, можно отметить:
приготовление кисломолочной продукции с помощью бродильных прокариот;
бактерии-симбионты, обитающие в других организмах, приносящие пользу;
бактерии-разрушители органического опада и другие.
Строение эукариот
Эукариотическая клетка, образуя одноклеточный организм, существует самостоятельно. Также она может с другими клетками образовывать многоклеточные организмы.
В соответствии с организмом, образованным клеткой, существуют некоторые различия в её строении. Эти различия не так велики. Больше можно отметить черт сходства.
Эукариотическая клетка покрыта цитоплазматической мембраной. Она имеет многочисленные поры, образует складки, впячивания и выпячивания, что позволяет осуществлять поступление веществ с помощью пиноцитоза и фагоцитоза.
Пиноцитоз – это поступление капель жидкости. Фагоцитоз – это поступление твёрдых частичек через мембрану.
Растительная клетка имеет ещё прочную целлюлозную оболочку.
Ядерная клетка имеет множество мембранных органоидов:
Прежде всего, это оформленное ядро. Оно хранит и воспроизводит наследственную информацию. Также ядро регулирует жизнедеятельность клетки.
Внутреннее пространство заполнено цитоплазмой – это среда, в которой идут все реакции и процессы. По цитоплазме перемещаются органоиды и вещества.
Эндоплазматическая сеть. Она бывает шероховатой, на ней идёт биосинтез белка. Жиры и углеводы синтезируются на гладкой сети.
Аппарат Гольджи – это совокупность уплощённых полостей, мешочков, цистерн. В нём упаковываются и хранятся вещества, которые клетка синтезирует.
Цитоскелет – микротрубочки из белковых волокон. Они связаны с цитоплазматической мембраной, поддерживают определённую форму клетки.
Сходства и отличие прокариот и эукариот
Для прокариотов и эукариот характерны черты сходства и различия.
Их сравнение представлено в таблице.
Нет. Есть ДНК, расположенная в цитоплазме. Цитоплазма с ДНК носит название нуклеоид.
Присутствует оформленное ядро.
Наличие мембранных органоидов
Отсутствует митоз и мейоз. Клетка делится просто надвое.
Гетеротрофное (организмы не могут образовывать органические молекулы), автотрофное (организмы могут образовывать органические вещества).
Автотрофное (растения), гетеротрофное (животные).
Присутствуют, более крупные.
Есть только у растительной клетки.
Строение прокариотической и эукариотической клеток представлено в виде схем на рисунке. Подписи помогают иметь наглядное представление о разнице в строении клеток.
Заключение
Значение клеток ядерных и неядерных организмов очень велико. С одноклеточных организмов начиналась эволюция. В настоящее время прокариоты и эукариотические организмы образуют все многообразие органического мира. Живые организмы участвуют в биологическом круговороте веществ. Имеют большое значение в жизнедеятельности человека.