Прокариоты — обособленные организмы без ядра¶
Прокариоты (от греч. πρό — «перед» и κάρυον — «ядро») — организмы, у которых нет оформленного клеточного ядра, ограниченного ядерной мембраной, и других мембранных органелл. Их генетический материал — кольцевая или линейная молекула ДНК, расположенная в цитоплазме в области, называемой нуклеоидом. Прокариоты — наиболее многочисленная и древняя группа живых существ на Земле; их размеры обычно составляют от 0,1 до 10 мкм.
¶Клеточное строение
Клетка прокариота устроена проще, чем клетка эукариота. Основные структуры:
- Клеточная стенка — обеспечивает форму и защищает клетку. У бактерий она содержит пептидогликан (муреин), у архей — гликопротеины и псевдопептидогликан.
- Плазматическая мембрана — окружает цитоплазму, выполняет барьерную и транспортную функции.
- Цитоплазма — жидкая среда, в которой протекают обменные реакции.
- Рибосомы — 70S-типа (50S + 30S), мельче, чем у эукариот (80S).
- Нуклеоид — участок цитоплазмы с основной кольцевой молекулой ДНК.
- Плазмиды — небольшие внехромосомные кольцевые ДНК, часто несущие гены устойчивости к антибиотикам.
- Жгутики и пили — органеллы движения и прикрепления.
Мембранных органелл — митохондрий, хлоропластов, аппарата Гольджи, эндоплазматической сети — у прокариот нет. Энергетические процессы (дыхание, фотосинтез) у них идут на плазматической мембране или в её впячиваниях (мезосомах у бактерий, тилакоидах у цианобактерий).
¶Классификация
Прокариоты делятся на два домена (суперцарства):
| Домен | Ключевые признаки | Примеры |
|---|---|---|
| Бактерии (Bacteria) | Мембранные липиды эфирной связи с жирнокислотными хвостами, пептидогликан в клеточной стенке | Escherichia coli, Staphylococcus, Lactobacillus |
| Археи (Archaea) | Мембранные липиды эфирной связи с изопреноидными хвостами, отсутствие пептидогликана | Halobacterium, Methanococcus, Thermoplasma |
Ранее архей включали в состав бактерий и называли «архебактериями», но в 1977 году Карл Вёзе предложил выделить их в самостоятельный домен на основании различий в последовательностях рРНК.
¶Обмен веществ
Прокариоты обладают широким спектром типов обмена веществ:
- Автотрофы — синтезируют органику из неорганических соединений (фотосинтезирующие цианобактерии, хемосинтезирующие нитрифицирующие бактерии).
- Гетеротрофы — используют готовую органику (большинство бактерий и все археи).
- Аэробные и анаэробные — с кислородом или без него.
- Фототрофы и хемотрофы — по источнику энергии.
Способность к азотфиксации (превращению атмосферного азота в аммиак) имеют только прокариоты — бактерии рода Rhizobium, цианобактерии Anabaena и другие.
¶Размножение
Основной способ размножения прокариот — бинарное деление: клетка удлиняется, удваивает ДНК и делится на две примерно равные дочерние клетки. Процесс занимает от 20 минут (у E. coli при оптимальных условиях) до нескольких суток. Генетическое разнообразие обеспечивается тремя механизмами:
- Трансформация — поглощение свободной ДНК из среды.
- Трансдукция — перенос ДНК бактериофагами.
- Конъюгация — прямой контакт двух клеток через половой пили и передача плазмиды.
¶Экологическое значение
Прокариоты — основа биосферы. Они участвуют в круговороте углерода, азота, серы и фосфора, разлагают органические остатки, образуют симбиозы с растениями и животными (микробиом кишечника, лишайники, клубеньковые бактерии). Цианобактерии в архее были главным источником кислорода в атмосфере — так называемая «Великая кислородная катастрофа» около 2,4 млрд лет назад.
¶Патогенность
Значительная часть бактерий патогенна для человека, животных и растений. К возбудителям инфекций относятся Mycobacterium tuberculosis (туберкулёз), Vibrio cholerae (холера), Yersinia pestis (чума), Salmonella typhi (брюшной тиф). Патогенность определяется токсинами, ферментами, разрушающими ткани, и способностью уклоняться от иммунного ответа. Лечение бактериальных инфекций осуществляется антибиотиками, к которым бактерии могут приобретать устойчивость.
¶Историческое значение
Прокариоты — древнейшие известные организмы. Ископаемые строматолиты — слоистые известковые образования, сформированные цианобактериями, — известны с архея (около 3,5 млрд лет назад). Считается, что все эукариоты произошли от прокариотического предка в результате эндосимбиоза: митохондрии произошли от альфа-протеобактерий, хлоропласты — от цианобактерий (теория эндосимбиоза Линн Маргулис).
Источники:
- Альтерберг И. И. Ботаника. Том 1. — М.: Академия, 2006.
- Вёзе К. Филогенетическое дерево жизни // Природа. — 1990.
- Маргулис Л. Симбиогенез как источник эволюционных новаций. — М.: Мир, 1983.
- Татаринов Л. П. Общая биология. — М.: Высшая школа, 2005.