ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ БУДОВИ КЛІТИН ПРОКАРІОТІВ І ЕУКАРІОТІВ

Розділ 3 Клітинний рівнь організації живої природи

Тема 6. Структура клітинного рівня: біомолекули та органели клітин

§ 43. ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ БУДОВИ КЛІТИН ПРОКАРІОТІВ І ЕУКАРІОТІВ

Терміни та поняття: бактерії, імперія Доядерні, надцарство Прокаріоти, царство Бактерії, імперії Ядерні, надцарство Eукаріоти, муреїн, капсула, нуклеоїд, плазміда, ооміцети, фітофтора, протисти.

Усе різноманіття живих істот поділяється на дві великі групи. Перша – це імперія Доядерні, до якої належить надцарство Прокаріоти, до нього, у свою чергу,

відноситься царство Бактерії. До другої належать представники імперії Ядерні, надцарства Eукаріоти і декількох царств. (Пригадайте, які є точки зору відносно кількості і складу царств еукаріотичних організмів).

Що собою являють бактерії. Бактерії – це одноклітинні і колоніальні організми, за розміром найменші серед тих, що зараз живуть на Землі. Довжина їхніх клітин коливається в межах 0,001-0,02 мм, а ширина – 0,0002-0,001 мм. Вони в тисячі разів менші за клітину інфузорії або евглени. Бактерії мають різну форму: сферичну (коки), паличкоподібну (бацили) і спіралеподібну (спірохети). Ці мікроскопічні істоти здатні пересуватися.

Паличкоподібні і спіралеподібні бактерії рухаються завдяки джгутикам, які складаються лише з однієї мікротрубочки (пригадайте будову джгутиків у еукаріотів), інші повзають за рахунок виділення слизу. Середбактерій є автотрофні і гетеротрофні істоти, здатні жити як у кисневому, так і у безкисневому середовищі.

Бактеріальна клітина (мал. 209) має тверду міцну оболонку, яка складається з муреїну – особливої сполуки поліпептидної природи. Крім того, клітинна стінка зовні покрита слизовою капсулою (від лат. капсула – коробочка), утвореною з полісахаридів. Вона надійно захищає тіло клітини від зовнішніх впливів. Плазматична мембрана, яка оточує живу частину клітини, у бактерій виконує транспортну і захисну функції та є опорою для вмісту клітини. Цитоплазма не має мембранних органел (мітохондрій, пластид, ендоплазматичної сітки, апарату Гольджі), а також чітко оформленого ядра. Генетичний апарат прокаріотів – нуклеоїд – це нитка ДНК, що має форму кільця, яка кріпиться до плазматичної мембрани. При цьому ДНК не утворює міцних постійних сполук із білками, тому у бактерій немає хроматину і постійно відбувається синтез РНК. Ферменти, що каталізують процеси дихання й фотосинтезу, зосереджені біля внутрішньої поверхні клітинної мембрани. Переважна частина інших ферментів розподілена по цитоплазмі. Єдині органели, що вільно лежать у цитоплазмі, – це рибосоми. Їх розміри значно менші, ніж в еукаріотів.

Мал. 209.Будова бактеріальної клітини: 1 – цитоплазма; 2 – нуклеоїд; 3 – капсула; 4 – стінка; 5 – цитоплазматична мембрана; 6 – рибосома; 7 – пілі; 8 – джгутик

Крім того, у цитоплазмі бактерій розташовані невеликі молекули дволанцюгової ДНК, згорнутої в кільце, – плазміди (від грец. плазма – виліплений).

Порівняльний аналіз будови клітин прокаріотів і еукаріотів. Еукаріотичні організми не тільки крупніші за прокаріотичні, але й організовані значно складніше (табл. 9). Це досягається, перш за все, за рахунок поділу ци топ лаз ми клітинної мембрани на функціональні відсіки. Такий “розподіл праці” приводить до значно більш ефективної роботи всієї клітини. Крім того, на відміну від прокаріотів, у еукаріотів є багато “нових” органел. Це, перш за все, мітохондрії, пластиди і ядро, обмежені двома шарами клітинної мембрани. Генетичний апарат еукаріотів – це хромосоми, які являють собою з’єднання білків, і молекули ДНК, тоді як у прокаріотів – одна нитка ДНК. У еукаріотичних організмів крупніші не тільки клітини, але і гомологічні органели, наприклад рибосоми. Внаслідок цього хімічні реакції в еукаріотичних клітинах протікають не тільки швидше, але й, що найголовніше, одночасно відбувається більша кількість різноманітних перетворень хімічних сполук. Саме це зрештою приводить до більш високого рівня ефективності функціонування клітин еукаріотів.

Таблиця 9.

Характерні ознаки прокаріотичних і еукаріотичних клітин

Ознаки	Прокаріоти	Еукаріоти
Плазматична Мембрана	Наявна	Наявна
Цитоплазма	Наявна	Наявна
Ядро	Відсутнє	Наявне
Ендоплазматична Сітка	Відсутня	Наявна
Апарат Гольджі	Відсутній	Наявний
Лізосоми	Відсутні	Наявні
Вакуолі	Відсутні (виключення: газові вакуолі, або аеросоми у водних прокаріот)	Наявні
Поверхневий Апарат	Клітинна оболонка з муреїну і слизова капсула	Клітин на оболонка з клітковини – у рослин і хітину – у грибів, глікокаліксу – у тварин
Фотосинтетичний Апарат	Фотосинтетичні Пігменти	Пластиди у рослин, грибів і тварин відсутні
Мітохондрії	Відсутні	Наявні
Клітинний центр	Відсутній	Є тільки у тварин і деяких рухливих водоростей
Джгутики	Побудовані з однієї мікротрубочки	Побудовані з мікротрубочок, розташованих за схемою 9 + 2
Поділ	Простий	Складний (непрямий)

Єдине, у чому еукаріоти поступаються прокаріотам, так це – у швидкості клітинних поділів. У бактерій відбувається так званий простий поділ, тоді як у еукаріотів це досить складний процес, викликаний наявністю значної кількості хромосом. Тому бактерія ділиться у середньому кожні 20 хвилин. За умови безперешкодного поділу, одна бактеріальна клітина у відповідних умовах спроможна протягом шести годин утворити 250 000 клітин, а протягом шести діб її потомство заповнило б Світовий океан. Стає зрозумілим, чому навіть незначна кількість патогенних бактерій через 2-3 дні після проникнення в організм спричинює смертельне захворювання. Проте, на щастя, бактерії не здатні постійно так швидко розмножуватися, оскільки збільшення їх кількості стримується дефіцитом їжі, відходами власного метаболізму, які отруюють бактерію, а також захисними силами організму.

Чим відрізняються клітини головних груп еукаріотичних організмів. Усі еукаріотичні організми поділяють на царства, представники яких кардинально відрізняються один від одного способом живлення і життя. На початку всіх еукаріотів поділяли на дві великі групи – рослини і тварини. Принцип такої класифікації був дуже простим: рухливі – тварини, нерухливі – рослини. При цьому рослини поділяли на дві неформальні групи – нижчі та вищі рослини. До першої групи також включали і гриби. Така точка зору проіснувала до середини ХХ ст. Саме тоді почали використовувати ознаки клітинної будови як критерій приналежності до одного з царств еукаріотичних організмів, а гриби були виділені в окреме царство.

Таким чином, у другій половині ХХ ст. почали виділяти три царства еукаріотів, представники яких мають свої ознаки клітинної будови. Причому ці особливості не просто відповідають типам живлення і способам життя, а й формують їх. Така система також далека від досконалості, оскільки на одноклітинному рівні організації існує велика кількість перехідних організмів між тваринами, рослинами та грибами.

До царства Рослини відносять організми, які за способом живлення є автотрофами-фотосинтетиками. Вони не здатні до активного руху, у них немає для цього спеціальних тканин і органів. У клітинах рослин обов’язково є фотосинтетичний апарат – пластиди, що містять пігмент хлорофіл, а клітини закуті в щільні оболонки, відтак не здатні змінювати свою форму.

До царства Тварини відносять організми, які за способом живлення – гетеротрофи, а також активно рухаються за допомогою м’язової тканини і спеціальних органів. Тому їхні клітини не мають ані фотосинтетичного апарату, ані клітинних оболонок, вони легко змінюють свою форму, що дає можливість організму рухатися.

До царства Гриби відносять гетеротрофні нерухливі організми. Особливості їх живлення і способу життя відповідають специфіці будови клітин. Вони позбавлені фотосинтетичного апарата, проте мають щільні клітинні оболонки. Крім того, рослини і гриби відрізняють за деякими особливостями складу клітинних речовин. У грибів, як і у тварин, основним вуглеводом є глікоген, а у рослин, у тому числі й водоростей, – крохмаль. Клітинні оболонки в них побудовані з тієї самої речовини, що й кутикула у комах, – з хітину. Хоча є і винятки: виявилося, що в нижчих грибів – ооміцетів, до яких належить безжалісний шкідник картоплі й томатів фітофтора, – клітинна оболонка, як і у рослин, побудована із клітковини. Тому останнім часом “колишні гриби” – ооміцети – розглядають як протисти (від грец. протеус – найперший) – особлива група, до якої зараз відносять не тільки всіх одноклітинних еукаріотів, але й багатоклітинні водорості. Це ще один приклад того, якою хиткою серед примітивних первинних форм є межа між царствами еукаріотів. Класифікація живих істот на великі систематичні одиниці – імперії, надцарства й царства – здійснюються за ознаками клітинної будови. При цьому особливості будови клітини визначають тип живлення і спосіб життя представників цих великих систематичних груп.