Принципиальные особенности клеточной организации прокариот

При рассмотрении структуры бактериальной клетки выделим некоторые особенности ее организации (табл. 1).

На электроннограммах ультратонких срезов клеток прокариот просматриваются только две структурно различающиеся области: цитоплазма и нуклеоид. Область нуклеоида имеет тонкую фибриллярную структуру, неправильные контуры и не отграничена мембраной от цитоплазмы. Электроннограммы клеток эукариот свидетельствуют о наличии у них весьма сложной структурной организации. Ядро в клетке эукариот отграничено от цитоплазмы двумя мембранами, пронизанными многочисленными порами.

Таблица 1.

Некоторые различия клеточной организации прокариот и эукариот.

В клетке прокариот основная генетическая информация заключена в нуклеоиде — единственной бактериальной хромосоме, представленной длинной кольцевой мономолекулой ДНК, не связанной с основным-и белками. Плазмидные ДНК далеко не всегда присутствуют в цитоплазме бактериальной клетки и кодируют отдельные специфические признаки. В клетке эукариот ядро служит основным, но не единственным местом хранения генетической информации. Функционально важная, хотя и небольшая часть ДНК заключена в органеллах — митохондриях и хлоропластах. В клетке эукариот генетическая информация, содержащаяся в ядре, распределена между определенным числом обособленных структурных элементов, называемых хромосомами. Последние становятся видимыми только во время митоза. В расхождении дочерних хромосом в процессе митоза в клетке эукариот принимает участие система микротрубочек. В клетке прокариот система микротрубочек не обнаружена.

Для клетки прокариот характерно отсутствие компартментализации. Клетка эукариот многочисленными внутриклеточными мембранными системами разделена на ряд функционально специализированных и частично замкнутых отсеков. У подавляющей массы прокариот цитоплазматическая мембрана является единственной мембранной системой клетки. В клетке эукариот имеются сложные мембранные системы: эндоплазматический ретикулум, находящийся в непосредственном контакте с ядром и рибосомами цитоплазмы, и мембранные органеллы — аппарат Гольджи, митохондрии и хлоропласты.

Среди прокариот исключение составляет, пожалуй, одна группа фототрофных бактерий — цианобактерии. В клетке цианобактерий имеются тилакоиды, по структуре и функции сходные с органеллами эукариот — тилакоидами хлоропластов. Однако тилакоиды цианобактерии не заключены в особую органеллу, а лежат непосредственно в цитоплазме.

В клетках прокариот в цитоплазме присутствует только один тип рибосом с константой седиментации 70 S. Такие рибосомы бактериального типа в клетках эукариот имеются лишь в органеллах, в то время как в цитоплазме эукариот находятся более крупные рибосомы — 80 S-типа.

Направленное движение цитоплазмы, столь характерное для эукариот, в клетке прокариот не наблюдается. Прокариоты не способны к амебоидному движению, которое свойственно многим протистам-эукариотам.

Основные химические компоненты в клетках прокариот и эукариот одинаковы — это ДНК, РНК, белки, липиды и углеводы. Однако в клетках прокариот присутствуют природно специфические вещества, такие, как пептидогликаны, тейхоевые кислоты, диаминопимелиновая кислота, дипиколиновая кислота и другие, определяющие ряд биохимических особенностей прокариот и отличающие их от эукариот. Например, наличие пептидогликана в клеточной стенке большинства прокариот обусловливает ее механическую прочность и позволяет ей достаточно хорошо противостоять тургорному давлению протопласта в гипотонической среде. К осмотическому давлению чувствительны только микоплазмы, лишенные клеточной стенки, и галобактерии, не имеющие в клеточной стенке пептидогликана.

Вышеперечисленные особенности организации и функционирования клеток бактерий и цианобактерии позволяют выделить их в особое царство прокариот (Procaryotae), в отличие от всех остальных клеточных организмов, объединенных в царство эукариот (Eucaryotae).