Строение прокариотической клетки - признаки, функции и структура

История эволюции

В XIX веке естествоиспытатель из Германии Э. Геккель, изучая доядерные простейшие организмы, назвал их монерами. В то время из-за слабых микроскопов исследования были несовершенны, поэтому ученые считали прокариотами многие формы жизни.

Монеры представляли особый интерес, так как считалось, что первые земные организмы появились в виде тел, не преобразованных на ядро и протоплазму. Если кратко, то первая существующая модель развития организмов основывается на видах прокариот, которые появились в процессе эволюции из прокариотических клеток.

Эукариоты, в отличие от них, начали развиваться гораздо позднее. Другие специалисты предполагают, что прокариотическая форма появилась в процессе упрощения после эволюции сложной эукариотической клетки.

Одна из последних версий, которая была обобщена в 2005 году, гласит, что все формы жизни образовались одновременно из разных клеток, входящих в единый генофонд. До сих пор у ученых нет общего мнения о положении эукариотов в схеме эволюции.

Доказательством, что они появились позднее прокариотов, считаются их окаменелые ископаемые, которые на 1,7 млрд лет моложе. Версия вирусного происхождения предполагает, что эукариотическая клетка состоит из трех элементов, принадлежащих предкам:

1. Вирусный компонент, из которого появилось эукариотическое ядро.
2. Цитоплазма и клеточная мембрана, унаследованная от прокариотической клетки.
3. Клетки прокариотов, из которых образовались митохондрии и хлоропласты путем эндоцитоза.

Существует предположение, что ядро могло образоваться в результате нескольких заражений архейной клетки, которая уже имела бактерию — предка митохондрий.

Особенности поверхностного строения

Прокариотическую клетку снаружи покрывает слизистый слой, который называется капсулой. Она на 98% состоит из воды и обладает полисахаридной, мукополисахаридной или пептидной природой. Этот слой не считается обязательным в клеточной структуре, но в то же время выполняет ряд биологических функций: защищает ее от фагоцитов и вирусов, при недостатке влаги сохраняет ее, с помощью капсулы осуществляется прикрепление к плотной поверхности. В поверхностную структуру также входят:

1. Пили — цилиндрические белковые образования, равномерно расположенные на поверхности и напоминающие ворсинки или реснички. Они бывают общего вида, способствуют прикреплению к субстрату и клеткам человека. Кроме того, существуют половые пили, принимающие участие в передаче генетического материала между клетками и поглощении бактериофагов.
2. Жгутики — спиральные образования цилиндрической формы, являющиеся органами движения бактерий. Их количество и расположение может быть различным и считается типичным признаком. По этим характеристикам различают бактерии: монотрихи, амфитрихи, лофотрихи, перитрихи.
3. Клеточная стенка — выполняет роль механической защиты, поэтому считается одним из важных элементов клеточной структуры. Толщина защитной стенки находится в диапазоне от 0,01 до 14 мкм. Это довольно плотный и эластичный элемент, который придает клетке форму и жесткость. В стенке имеются поры, через которые внутрь проходят мелкие молекулы и вода.

В химический состав клеточной стенки входит специфический гетерополимер — пептидогликан, который состоит из чередующихся цепочек N-ацетилглюкозамина и M-ацетилмурамовой кислоты. Такая структурная особенность отличает бактерии от эукариотов и делает прокариоты более уязвимыми.

Внутренняя структура бактерий

Непосредственно под клеточной стенкой расположена цитоплазматическая мембрана, которая считается обязательным элементом строения клетки. По своей структуре она сходна у бактериальных, животных и растительных микроорганизмов.

Сейчас ученые подтвердили жидкостно-мозаичную модель мембраны. Она обладает двумя слоями, состоящими из молекул фосфолипидов и триглицеридов. В них мозаичным образом входят белковые соединения, которые занимают до 70% всего объема цитоплазмы.

Небольшое количество в мембране составляют углеводы и РНК. По физическим характеристикам цитоплазма — это пластическое образование, играющее главную роль в обмене веществ. Помимо мембраны во внутреннюю структуру прокариотной клетки входят:

1. Мезосомы — специфические складки цитоплазматической мембраны, образованные трубочками, пузырьками и ламеллами. Они осуществляют дыхательную активность бактерий и принимают участие в клеточном делении.
2. Нуклеоид — макромолекула ДНК в белковом соединении. Отличается от эукариотов отсутствием характерных для ядра гистонов и гистоподобных белков. Кроме того, у него нет ядерной мембраны, а во время деления представляет собой хромосому, передающую генетическую информацию.
3. Плазмиды — звенья ДНК, расположенные вне колец хромосом и способные к саморепликации. Они передают по наследству устойчивость к лекарственным препаратам, токсигенности, бактериоциногенности и т. д.
4. Рибосомы — органоиды, не имеющие мембраны, в которой синтезируется белок. В нормальных условиях представляют собой две субъединицы, каждая из которых владеет РНК и белком. При синтезировании белка из РНК образуются полисомы, связанные с цитоплазмой.
5. Споры — представляют собой круглые или овальные тельца, которые образуются на определенном этапе развития бактерии или при ухудшении условий ее существования. Процесс образования спор происходит в несколько этапов, при этом клетка перестает расти.

Помимо перечисленных составляющих во внутреннюю структуру клетки входят различные внутриплазматические включения. К ним обычно относятся структурные элементы, которые не считаются необходимыми в жизнедеятельности бактерий.

Одни из них представляют собой продукты обмена, а другие — запас питательных веществ. К включениям относятся запасные полисахариды, резервные липиды и полифосфаты.