Структурные компоненты прокариотических и эукариотических клеток

Структурные компоненты прокариотических и эукариотических клеток

Клетки разных организмов отличаются друг от друга размерами, формой, выполняемыми функциями. Например, самыми мелкими являются бактериальные клетки. Их диаметр составляет в среднем 0,2-10 мкм. Клетки других организмов достигают 10— 100 мкм, несколько реже 1—10 мм. Очень редко встречаются более крупные клетки (длина яйцеклетки страусов, гусей, пингвинов равна 10—20 см, отростков нервных клеток —до 1 м).

Различают округлые, овальные, многогранные, звездчатые, дисковидные и другие формы клеток (рис. 1.4).

Несмотря на многообразие форм, все клетки имеют сходный химический состав и единый принцип организации. Они состоят из цитоплазмы нядра, которые вместе представляют собой живое содержимое клетки — протопласт. Цитоплазма — это полужидкое основное вещество, или гиалоплазма, в которую погружены внутриклеточные структуры — органеллы, имеющие разное строение и выполняющие различные функции (рис. 1.5). С внешней стороны ци-топлазма окружена плазматической мем6раной,или плазмалеммой. Растительные и грибные клетки имеюттакже жесткую клеточную оболочку. В цитоплазме клеток растений и грибов имеются вакуоли — пузырьки, заполненные водой и растворенными в ней различными веществами. Кроме того, в клетке могут находиться включения — запасные питательные вещества или конечные продукты обмена.

Рис. 1.4. Различные формы клеток одноклеточных и многоклеточных организмов: а — бактерии (1 — кокки, 2 — диплококки, 3 — стрептококки, 4 — вибрионы, 5 — спириллы, 6 — бактерии со жгутиками); б — одноклеточные ядерные организмы (7 — хлорелла, 8 — хламидомонада, 9 — стаурастум); в — животные клетки (10 — эпителия трахеи, II — эритроциты, 12 — нервная клетка сетчатки глаза с отростками); г —растительная клетка (13 — эпидермаль-ная клетка чешуи лука).

Рис. 1.5. Схема строения животной клетки по данным электронной микроскопии: I — ядерная оболочка; 2 — ядрышко; 3 — ядро; 4 — цитоплазма; 5 — митохондрии; б — лизосомы; 7 — центриоли; 8 — эндоплазматический ретикулум; 9—аппарат Гольджи; 10—рибосомы; II — клеточная мембрана.

Все живые организмы разделяют на две основные группы: прокариоты и эукариоты. Эти термины происходят от греческого слова karion, что означает ядро.

Прокариоты — доядерные организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра; у них отсутствуют все органеллы, известные у эукариот; имеются только рибосомы. Функции орга-нелл выполняют впячивания плазмалеммы внутрь клетки (мезо-сомы). На них размещаются ферменты, обеспечивающие протекание различных внутриклеточных процессов (клеточного дыхания, фотосинтеза и др.). К прокариотам относятся бактерии, цианобактерии и другие организмы.

Эукариоты — ядерные организмы; их клетки имеют ядро; эукариотами являются грибы, растения и животные.

Табл. I.I. Сравнительная характеристика эукариотических клеток организмов различных царств.

Признак	Клетки
грибов	растений	животных
Клеточная стенка	В основном из хитина	Из целлюлозы	Нет
Крупная вакуоль	Есть	Есть	Нет
Хлоропласты	Нет	Есть	Нет
Способ питания	Гетеротрофный	Автотрофный	Гетеротрофный
Центриоли	Бывают редко	Только у некоторых мхов и папоротников	Есть
Резервный питательный углевод	Гликоген	Крахмал	Гликоген

Несмотря на единый принцип строения и сходный химический состав, между клетками эукариотических организмов разных царств имеются существенные различия (табл. 1.1.).

Источник : Н.А. Лемеза Н.Д. Лисов «Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы»

Разбор типовых вариантов заданий №ОГЭ по биологии

Низшие грибы

Вариант 3ОБ1

Что содержится в чёрных шариках на концах длинных ответвлений у гриба мукора?

1. микроскопические плоды
2. питательные вещества
3. вода с минеральными солями
4. микроскопические споры

Для того чтобы ответить на этот вопрос посмотрите на картинку ниже:

На гифах гриба находятся спорангии, а в них – споры.

Ответ: 4

Вариант 3ОБ2

Сахар превращается в спирт благодаря жизнедеятельности

1. пеницилла
2. мукора
3. головни
4. дрожжей

Сахар превращается в спирт благодаря дрожжам. Поэтому, когда делают дрожжевое тесто, обязательно добавляют сахар к дрожжам и ждут какое-то время, пока идет процесс брожения. На дрожжевом брожении также основано виноделие.

Ответ: 4.

Вариант 3ОБ3

Пеницилл отличается от мукора тем, что 

1. пеницилл многоклеточный, а мукор одноклеточный гриб
2. пеницилл образует плесень на продуктах, а мукор нет
3. пеницилл размножается спорами, а мукор — грибницей
4. пеницилл — гетеротроф, а мукор — автотроф

И пеницилл и мукор – низшие грибы, они размножаются спорами, а не грибницей, как высшие грибы. И тот и другой образуют плесень на пищевых продуктах. Пеницилл – зеленую, а мукор – белую. Грибы – гетеротрофы. Пеницилл – многоклеточный, а мукор – одноклеточный. Ответ: 3ОБ4

Какие грибы размножаются почкованием?

1. опята
2. пеницилл
3. дрожжи
4. мукор

Почкованием размножаются дрожжи, а остальные грибы из списка размножаются спорами.

Ответ:3.

Высшие грибы

Вариант 3ОБ5

Корни, оплетённые гифами гриба, представляют собой

1. лишайник
2. плесень
3. микоризу
4. спору

Микориза – корни, оплетенные гифами растения. По типу отношений – симбиоз. Так живут, например, сосны и подосиновики. Возможен симбиоз с другими деревьями и грибами.

Вариант 3ОБ6

Какие грибы не образуют микоризы с древесными растениями?

1. трутовики
2. подберёзовики
3. лисички
4. подосиновики

Трутовики отличаются от остальных грибов тем, что они растут не на почве, а непосредственно на самом дереве, истощая его. Микориза – пример симбиоза, а трутовик вредит дереву, он – паразит.

Ответ: 1.

Вариант 3ОБ7

Грибы, в отличие от растений,

1. содержат хитин в оболочках клеток
2. дышат углекислым газом
3. растут в течение всей жизни
4. в клетках имеют ядра

Грибы содержат в клеточной стенке хитин, что является различием между грибами и растениями.

Ответ: 1.

Бактерии

Вариант 3ОБ8

Сходство жизнедеятельности цианобактерий и цветковых растений проявляется в способности к

1. образованию семян
2. автотрофному питанию
3. двойному оплодотворению
4. гетеротрофному питанию

Цианобактерии по-другому называют синезелеными водорослями. И цианобактерии и цветковые растения содержат хлорофилл, а значит, способны фотосинтезировать. Следовательно, они автотрофы.

Ответ: 2.

Вариант 3ОБ9

Некоторые бактерии выживают в условиях вечной мерзлоты в виде

1. спор
2. вегетативных клеток
3. симбиоза с грибами
4. множественных колоний

Для того чтобы пережить неблагоприятные условия, бактерия образует внутри себя, в цитоплазме, спору, и в таком состоянии она пережидает плохие условия окружающей среды. Спора одноклеточна и имеет плотную оболочку, что, собственно, помогает выжить организму.

Ответ: 1.

Вариант 3ОБ10

Возбудители дифтерии являются

1. автотрофами
2. сапротрофами
3. паразитами
4. симбионтами

Дифтерию вызывают паразитические бактерии.

Ответ: 3

Вариант 3ОБ11

Какие бактерии считают «санитарами планеты»?

1. молочнокислые
2. гниения
3. уксуснокислые
4. клубеньковые

Гнилостные бактерии – санитары планеты, ведь именно они разлагают продукты жизнедеятельности всех организмов, а так останки растений и животных. Благодаря этим организмам, неорганика возвращается в почву и круговорот веществ замыкается.

Ответ: 2.

Вариант 3ОБ12

У бактериальной клетки отсутствует(-ют)

1. нуклеиновые кислоты
2. клеточная оболочка
3. клеточное ядро
4. рибосомы

Бактерии относятся к прокариотическим организмам, следовательно, у них нет оформленного ядра.

Ответ: 3.

Лишайники

Вариант 3ОБ13

В каких отношениях находятся гриб и водоросль, образующие лишайник?

1. Их отношения взаимовыгодны.
2. Водоросль паразитирует на грибе.
3. Они конкурируют за свет и воду.
4. Их отношения нейтральны.

Гриб и водоросль, образующие лишайник, находятся в отношениях симбиоза, их отношения взаимовыгодны.

Гриб получает от водоросли питательные вещества, производимые ею в результате фотосинтеза, а сам защищает её от высыхания, , смягчает действие других неблагоприятных факторов.

Ответ: 1.

Вариант 3ОБ14

Лишайники не растут в крупных городах потому, что там

1. загрязнён воздух
2. недостаточная влажность
3. нет водорослей
4. нет грибов

Лишайники крайне чувствительны к качеству условий окружающей их среды. Их можно обнаружить только в чистых местах, далеких от производства и больших дорог.

Ответ: 1.

Вариант 3ОБ15

К комплексным организмам относят

1. лишайники
2. шляпочные грибы
3. водоросли
4. плесневые грибы

Так как лишайник – симбиоз гриба и водоросли, то именно лишайники – комплексные организмы.

Ответ: 3.

Вариант 3ОБ16

Ягель (олений мох) по своему строению относится к

1. грибам
2. лишайникам
3. моховидным
4. травянистым растениям

Ягель является кустистым лишайником, хоть его и зовут «олений мох».

Высшие растения

Вариант 3ОБ17

Проводящая ткань растений, по клеткам которой осуществляется передвижение органических веществ, состоит из

1. волокон
2. клеток с волосками
3. сосудов
4. ситовидных трубок

Органические вещества перемещаются в лубе по ситовидным трубкам.

Ответ: 4.

Вариант 3ОБ18

Волокно как особый вид механической ткани сильно развито в стебле

1. льна-долгунца
2. кукурузы
3. томата
4. тюльпана

Из-за того что лен имеет очень развитую механическую ткань в виде волокон, его используют в текстильной промышленности.

Вариант 3ОБ19

Прочность и упругость организму растения обеспечивает

1. проводящая ткань
2. образовательная ткань
3. основная ткань
4. механическая ткань

За прочность отвечает механическая ткань.

Ответ: 4.

Вариант 3ОБ20

У представителей какого из царств живой природы в строении имеется образовательная ткань?

1. Животные
2. Бактерии
3. Грибы
4. Растения

Образовательную ткань имеется только у представителей Царства растения, а у бактерий и грибов тканей нет вообще.

Ответ: 4.

Образование спор

Не всегда бактерии находятся в оптимальных условиях для их существования. Часто они могут попадать в неблагоприятные условия, и тогда у некоторых из них происходит образование спор.

Как протекает процесс образования спор? Рассмотрим основные этапы образования спор.

Попав в плохие условия, например, резкие перепады температур, недостаток влаги или пищи, они перестают двигаться и питаться. Цитоплазма внутри клетки сдавливается и формируется очень крепкая оболочка. Подобная форма жизни бактерий получила название спора.

Споры бактерий

Подобным образом,микроорганизмы могут вынести высыхание, холод. В таком состоянии организм находится в покое – все процессы жизнедеятельности замедляются. Сравнить можно с зимней спячкой у животных.

В виде покоящихся спор бактерии переживают неблагоприятные условия. Вместе с пылью споры разносятся ветром. Попав в хорошие условия для жизни, споры превращаются в бактерии. Поэтому способ образования спор обеспечивает бактериям жизнь на планете.

Сходства и различия в строении клеток прокариот и эукариот

Для существования клеток любого типа, и прокариотических, и эукариотических, необходимо наличие цитоплазматической мембраны, отделяющей клетку от внешней среды; цитоплазмы, заполняющей клетку, а также генетического аппарата и рибосом, позволяющих хранить и реализовывать генетическую информацию. Однако, строение мембраны и рибосом, а также организация генетического материала для этих групп могут различаться (рис.2)

Основное различие прокариот и эукариот состоит в том, что в клетках прокариот генетический материал располагается непосредственно в цитоплазме и представлен нуклеоидом, содержащим чаще всего замкнутую в кольцо молекулу ДНК. У эукариот генетический материал отделен ядерной оболочкой и, соответственно, заключен в ядре. Он представлен линейными молекулами ДНК, «упакованными» в хромосомы.

И у прокариот, и у эукариот есть рибосомы, необходимые для синтеза белка, но рибосомы прокариот меньше эукариотических. Рибосомы бактерий состоят их трех, а не четырех молекул рРНК. Рибосомы архей по некоторым признакам похожи на бактериальные, а по некоторым – на эукариотические. Например, на рибосомы архей не действует антибиотик хлорамфеникол, связывающий рибосомы бактерий, в то время как дифтерийный токсин, останавливающий биосинтез белка у эукариот, действует и на архей.

Кроме рибосом внутри прокариотической клетки нет других органелл и мембранных структур, в то время как эукариотические клетки содержат эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи, митохондрии и другие органеллы. Внутри клеток прокариот могут быть газовые пузырьки или другие включения, окруженные белковой оболочкой.

Рисунок 2. Строение клеток прокариот (на примере бактерий) и эукариот

Такое увеличение площади мембраны необходимо в связи с тем, что энергетические процессы, такие как дыхание и фотосинтез, происходящие у эукариот на внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов соответственно, у прокариот происходит непосредственно на мембране клетки.

Цитоскелет прокариот не включает в себя характерных для эукариотической клетки элементов (микротрубочек, актиновых филаментов, микрофиламентов) и образован другими белками. Прокариоты не способны к эндоцитозу и амебоидному движению.

Клеточные покровы прокариот и эукариот так же существенно отличаются. Клетки бактерий и эукариот покрыты цитоплазматической мембраной, состоящей из двойного слоя фосфолипидов, в которых жирные кислоты связаны с молекулой глицерина сложноэфирной связью. Мембранные липиды архей вместо жирных кислот содержат изопреновые цепочки, соединенные с глицерином простой эфирной связью (рис. 3). Липиды такой мембраны зачастую объединяются в один слой с двумя гидрофильными головками и одной гидрофобной «сшивкой» из двух хвостов. Это делает мембрану более устойчивой к экстремальным условиям, в которых обитают некоторые археи.

Рисунок 3. Строение цитоплазматической мембраны бактерий, эукариот и архей

Клеточная стенка бактерий состоит из пептидогликана (муреина), которого нет ни у архей, ни у эукариот. Клетки архей чаще всего покрыты белковым S-слоем, защищающим от воздействия стрессовых условий, а в тех случаях, когда клеточная стенка все-таки присутствует, в ее состав входит похожее по структуре вещество – псевдомуреин.

Отличается и строение жгутиков. Бактериальные жгутики образованы белком флагеллином который, закручиваясь в спираль, формирует полую внутри нить жгутика. Жгутики архей похожи на бактериальные: они приводят клетку в движение, вращаясь по тому же механизму, но они не имеют полости внутри и образованы гликопротеинами. Жгутики эукариот в свою очередь состоят из десяти пар микротрубочек, где одна из пар центральная, а еще девять окружают ее.

Клетки бактерий, архей и эукариот отличаются не только чертами своего строения, существует еще рад биохимических и молекулярных признаков, на которые стоит обратить внимание. Кратко все признаки для каждой группы изложены в таблице 1.

Таблица 1. Сходства и различия в строении клеток бактерий, археи и эукариот

Для просмотра таблицы прокрутите страницу вправо

	ПРОКАРИОТЫ	ЭУКАРИОТЫ
Бактерии	Археи
Где находится генетический материал	В цитоплазме	В ядре (отделен от цитоплазмы оболочкой) В митохондриях и хлоропластах
Организация генетического материала	Нуклеоид (молекула ДНК, чаще всего замкнутая в кольцо)	Хромосомы (линейные молекулы)
Рибосомы	Мелкие, из трех молекул РНК (70S[2])	Содержат черты как эукариотических, так и прокариотических рибосом	Крупные, из четырех молекул РНК (80S)
Цитоплазматические органеллы	Нет	Хлоропласты, Митохондрии, мембранные органеллы
Процессы дыхания и фотосинтеза	Протекают на цитоплазматической мембране	Протекают на внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов соответственно.
Способность к эндоцитозу	Нет	Да
Мембрана	Двойной слой фосфолипидов, со сложноэфирными связями	Зачастую однослойная, с простой эфирной связью	Двуслойная
Клеточная стенка	Состоит из пептидогликана (муреина)	Не содержит пептидогликана
Состоит из псевдомуреина
Устройство жгутиков	0,01-0,02 мкм Образованы белком флалеллином, закрученным в полую спираль	Образованы гликопротеинами, не имеют полого канала внутри	0,2 мкм Образованы микротрубочками
Гены собраны в опероны	Да	Нет
Поли-цистронная мРНК	Да	Нет
Сопряжение трансляции и транскрипции	Да	Нет
Процессинг мРНК	Нет	Да
Старт трансляции	формилметионин	метионин