Прокариоты — клетки без ядра¶
Прокариоты (от др.-греч. πρό — «перед» и κάρυον — «орех, ядро») — это организмы и клетки, не имеющие оформленного ядра, окружённого ядерной оболочкой. Их генетический материал (обычно одна кольцевая молекула ДНК) расположен в цитоплазме в области, называемой нуклеоидом. Прокариотические клетки значительно меньше и проще по устройству эукариотических (клеток животных, растений, грибов и протистов). К прокариотам относятся бактерии и археи, а также некоторые внутриклеточные симбионты — митохондрии и пластиды, которые, согласно симбиогенетической теории, произошли от свободноживущих прокариот.
¶Ключевые отличия от эукариот
Прокариотическая клетка лишена большинства органелл, ограниченных мембранами. Основные отличия прокариот от эукариот:
| Признак | Прокариоты | Эукариоты |
|---|---|---|
| Ядро | Отсутствует, ДНК в нуклеоиде | Есть, окружено двойной мембраной |
| Хромосомы | Обычно одна кольцевая ДНК | Несколько линейных хромосом |
| Рибосомы | 70S (50S + 30S) | 80S (60S + 40S) |
| Мембранные органеллы | Отсутствуют (кроме мезосом у некоторых бактерий) | Митохондрии, ЭПР, аппарат Гольджи, лизосомы и др. |
| Размер | 0,2–10 мкм | 10–100 мкм |
| Клеточная стенка | Обычно пептидогликан (у бактерий) | У растений — целлюлоза, у животных отсутствует, у грибов — хитин |
| Деление | Амитоз (бинарное деление) | Митоз, мейоз |
¶Строение клетки
Типичная бактериальная клетка содержит цитоплазму, ограниченную плазматической мембраной. Снаружи у большинства бактерий расположена клеточная стенка из пептидогликана, а у археев — из псевдопептидогликана или других полимеров. У ряда видов дополнительно присутствует капсула или слизистый слой.
Генетический материал — нуклеоид — представляет собой крупную замкнутую в кольцо молекулу ДНК, не связанную с гистонами (в отличие от эукариотических хромосом). Дополнительно клетка может содержать плазмиды — маленькие кольцевые ДНК, способные к автономной репликации.
Рибосомы прокариот имеют седиментационный коэффициент 70S и отвечают за синтез белка. Отдельные гены у прокариот часто объединены в опероны — функциональные единицы транскрипции, что является особенностью организации их генома.
Жгутики и пили (фимбрии) обеспечивают подвижность и прикрепление к субстрату. Система секреции (например, III и IV типы) позволяет переносить белки, в том числе между клетками.
¶Классификация
Согласно трёхдоменной системе Карла Вулса (1990), все живые организмы делятся на три домена:
- Бактерии (Bacteria) — наиболее многочисленная и разнообразная группа прокариот. Включает как свободноживущие формы, так и патогены (возбудители туберкулёза, чумы, сибирской язвы и др.).
- Археи (Archaea) — внешне сходны с бактериями, но генетически и биохимически ближе к эукариотам. Обитают часто в экстремальных условиях: горячие источники, солёные озёра, кишечник жвачных.
- Эукариоты (Eukarya) — не относятся к прокариотам, но включают органеллы прокариотического происхождения.
До конца XX века прокариотов объединя в одну группу «Monera» или «Низшие растения», однако молекулярно-генетические исследования показали их глубокое различие.
¶Размножение и генетическое разнообразие
Основной способ размножения прокариот — бесполое бинарное деление, при котором одна клетка делится на две идентичные дочерние. Скорость деления у бактерий при благоприятных условиях может достигать одного раза в 20 минут.
Полового размножения в строгом смысле у прокариот нет, однако генетическое разнообразие обеспечивается тремя механизмами:
- трансформация — поглощение свободной ДНК из окружающей среды;
- трансдукция — перенос ДНК бактериофагами;
- конъюгация — прямой перенос ДНК через контакт клеток (пили).
Эти процессы горизонтального переноса генов играют важную роль в распространении антибиотикорезистентности.
¶Экологическое и медицинское значение
Прокариоты — наиболее массовая группа организмов на Земле по суммарной биомассе и разнообразию местообитаний. Они встречаются в почве, воде, воздухе, горных породах на глубине нескольких километров, в организмах других живых существ.
Фотосинтезирующие бактерии (цианобактерии) исторически первыми начали выделять кислород, обеспечив накопление его в атмосфере около 2,4 млрд лет назад (Великое кислородное событие).
Многие прокариоты участвуют в круговороте азота, серы, углерода, разлагают органические остатки. Симбиотические бактерии кишечника человека синтезируют витамины K и группы B, помогают переваривать пищу.
Патогенные прокариоты вызывают широкий спектр заболеваний: холеру, брюшной тиф, столбняк, ботулизм, сифилис, многие внутриклеточные инфекции. Борьба с ними основана на применении антибиотиков, к которым у бактерий формируется резистентность.
¶Происхождение
Прокариоты — древнейшие известные живые организмы. Окаменелые следы бактериального жизнедеятельности (строматолиты) датируются возрастом около 3,5 млрд лет. Согласно современным представлениям, первые клетки были прокариотическими, а эукариотическая клетка возникла примерно 1,5–2 млрд лет назад в результате симбиоза нескольких прокариот (теория эндосимбиоза Линна Маргулис).
Источники:
- Морозов Ю. Г. «Общая биология»
- Вулс К., Гулд С. «Биологическое разнообразие»
- Татаринов Л. А. «Курс общей палеонтологии»
- Brock Biology of Microorganisms (под ред. M. T. Madigan)