Прокариоты — безъядерные одноклеточные организмы¶

Прокариоты — это одноклеточные организмы, клетки которых не содержат оформленного ядра и мембранных органелл. Генетический материал у них представлен кольцевой молекулой ДНК, расположенной непосредственно в цитоплазме. Прокариоты составляют одну из двух крупнейших групп живых организмов наряду с эукариотами и включают два домена — бактерии и археи. Они являются древнейшими формами жизни на Земле, появившимися, по современным оценкам, около 3,5–3,8 млрд лет назад.

¶Общая характеристика

Ключевое отличие прокариот от эукариот — отсутствие ядерной оболочки, отделяющей ДНК от цитоплазмы. Наследственный материал сосредоточен в нуклеоиде — компактной зоне, не окружённой мембраной. Помимо основной хромосомы, многие прокариоты содержат плазмиды — небольшие дополнительные кольцевые молекулы ДНК, несущие отдельные гены (например, устойчивости к антибиотикам).

Клетки прокариот обычно значительно меньше эукариотических: их размеры составляют от 0,2 до 10 мкм. Мембранные органеллы (митохондрии, аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть, пластиды) отсутствуют; их функции выполняют различные участки цитоплазматической мембраны и рибосомы. Рибосомы прокариот имеют коэффициент седиментации 70S и состоят из субъединиц 30S и 50S.

Размножение преимущественно бесполое, чаще всего путём бинарного деления. Половой процесс в эукариотическом смысле отсутствует, однако существуют механизмы обмена генетическим материалом: конъюгация, трансформация и трансдукция.

¶Классификация

Современная систематика относит прокариот к двум доменам:

• Бактерии — многочисленная группа, включающая большинство известных прокариот. Среди них встречаются как свободноживущие, так и паразитические формы.
• Археи — группа, выделенная на основе молекулярно-генетических данных. Археи часто обитают в экстремальных условиях: горячих источниках, солёных озёрах, бескислородных средах.

Ранее обе группы объединяли в царство «дробянки», однако работы Карла Вёзе в 1970-х годах показали принципиальные различия между ними, что привело к выделению трёхдоменной системы жизни.

¶Формы и строение

По форме клетки прокариот выделяют несколько основных типов:

Многие прокариоты образуют скопления: диплококки (парами), стрептококки (цепочками), стафилококки (гроздями).

Клеточная стенка большинства бактерий содержит пептидогликан (муреин). По строению стенки бактерии делят на грамположительные и грамотрицательные — в зависимости от окраски по методу Грама. У архей клеточные стенки устроены иначе и не содержат муреина. Некоторые прокариоты (микоплазмы) вообще лишены клеточной стенки.

Многие прокариоты имеют жгутики для движения, устроенные принципиально иначе, чем у эукариот. Ряд бактерий образует споры — покоящиеся формы, устойчивые к высоким температурам, высушиванию и дезинфицирующим средствам.

¶Питание и метаболизм

По способу получения энергии и углерода прокариоты крайне разнообразны:

• Автотрофы синтезируют органические вещества из неорганических. Среди них выделяют фототрофов (используют свет) и хемотрофов (используют энергию химических реакций).
• Гетеротрофы потребляют готовые органические соединения. Большинство из них — сапротрофы или паразиты.

Среди прокариот встречаются аэробы (нуждаются в кислороде) и анаэробы (живут без него). Некоторые совмещают оба типа обмена. Цианобактерии осуществляют фотосинтез с выделением кислорода и сыграли ключевую роль в формировании кислородной атмосферы Земли.

¶Роль в природе и жизни человека

Прокариоты выполняют важнейшие биосферные функции:

• Круговорот веществ. Бактерии разлагают органические остатки, участвуют в круговороте азота (азотфиксация, нитрификация, денитрификация), серы, фосфора.
• Почвообразование. Почвенные микроорганизмы повышают плодородие, разлагая органику и фиксируя азот.
• Симбиоз. Кишечная микрофлора человека и животных участвует в пищеварении и синтезе витаминов. Клубеньковые бактерии на корнях бобовых усваивают атмосферный азот.
• Промышленность и биотехнология. Прокариоты применяются в производстве кисломолочных продуктов, сыров, уксуса, а также антибиотиков, ферментов, аминокислот. Генная инженерия использует бактерии для получения инсулина и других препаратов.
• Медицина. Многие бактерии — возбудители инфекционных заболеваний (туберкулёз, холера, чума, дифтерия). Для борьбы с ними применяют антибиотики и вакцины.

Отрицательную роль играют бактерии, вызывающие порчу продуктов и разрушение материалов.

¶Значение для науки

Изучение прокариот заложило основы молекулярной биологии и генетики. Бактериальные модели (например, кишечная палочка) широко используются в лабораторных исследованиях. Открытие архей изменило представления о границах жизни и её возможностях в экстремальных условиях, что важно для астробиологии. Устойчивость прокариот к антибиотикам остаётся одной из актуальных проблем современной медицины.

Источники: учебники по общей биологии и микробиологии, материалы по систематике живых организмов, научные публикации о доменах бактерий и архей.