Особенности строения клетки прокариот

Группу прокариот — низших клеточных организмов — составляют бактерии, сине-зеленые водоросли (цианобактерии или цианеи) и актиномицеты.

Под названием «бактерии» объединяют несколько достаточно самостоятельных групп одноклеточных, которые принято классифицировать по форме клетки. Различают шаровидные бактерии (кокки), палочковидные (бациллы), спиралевидные извитые (спириллы), снабженные внутренним скелетом (спирохеты), ассиметричные (вибрионы). Размеры бактерий значительно меньше, чем размеры клеток эукариот, и в некоторых случаях не превышают 0,3 мкм в длину и 0,2 мкм в ширину.

Снаружи бактериальная клетка покрыта надмембранной оболочкой углеводной природы, напоминающей клеточную стенку растений. Однако в отличие от последних, клеточная стенка бактерий состоит не из клетчатки, а из пектина и муреина. Часто она имеет вид слизистой капсулы. Под клеточной стенкой располагается наружная мембрана, которая иногда дает внутрь клетки выросты, напоминающие кристы митохондрий или граны хлоропластов.

В цитоплазме располагаются беспорядочно разбросанные рибосомы, а также разнообразные цитоплазматические включения. Эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, митохондрии и лизосомы отсутствуют. Не характерны для бактерий и специальные органоиды эукариот. Исключение составляют жгутики, которые у бактерий встречаются довольно часто, однако они устроены проще, чем жгутики и реснички эукариот и содержат всего по одной опорно-сократительной белковой микротрубочке.

Ядерный аппарат бактериальной клетки не окружен мембранной оболочкой и непосредственно соприкасается с цитоплазмой. Ядерный аппарат занимает определенное положение в центральной части клетки — ядерную зону, или нуклеоид. В нуклеоиде сосредоточены запасы ДНК, которая у бактерий не образует комплекса с гистонами и не претерпевает реорганизации при подготовке клетки к делению. Поэтому говорить о наличии у бактериальных клеток хромосом не совсем точно. Однако по традиции скопление ДНК в ядерной зоне иногда называют бактериальной «хромосомой». Помимо молекулы ДНК, находящейся в нуклеоиде, генетический аппарат прокариотической клетки может включать плазмиды — отдельные короткие молекулы ДНК.

В неблагоприятных условиях многие бактерии образуют покоящиеся стадии — споры, при этом большая часть клетки отмирает, а вокруг нуклеоида и небольшого прилежащего к нему участка цитоплазмы формируется прочная защитная оболочка. Образование спор, однако, свойственно не всем бактериям.

Размножение прокариот происходит путем прямого деления. Вначале делится нуклеоид, после чего происходит деление цитоплазмы и расхождение дочерних клеток. Важную роль в этом процессе играют специальные выпячивания наружной мембраны, которые осуществляют контакт между нею и образовавшимися нуклеоидами, обеспечивая их расхождение в дочерние клетки.

Выше было отмечено, спирализация хромосом, которая происходит у эукариот, у прокариот отсутствует. Нет у них и упорядоченного обмена наследственной информацией, который у эукариот осуществляется в форме полового процесса. У некоторых видов, однако, описан процесс, при котором между двумя клетками образуется цитоплазматический мостик  (рис. 20) и происходит обмен ДНК. Такой обмен ДНК, как и примитивный механизм деления бактериальной клетки, способствует чрезвычайно высокому уровню их наследственной изменчивости.

Несмотря на простоту организации, бактерии вполне успешно существуют в природе рядом с более сложно устроенными эукариотами. Более того, в настоящее время бактерии и другие прокаритоты являются биологически прогрессивной, процветающей группой организмов. Рассмотрим основные причины, благодаря которым это стало возможным.

- Благодаря простому строению клетки прокариоты отличаются исключительно быстрым ростом и высоким темпом размножения, благодаря чему обеспечивается их высокая численность.

- Простой механизм клеточного деления и обмена наследственной информацией обеспечивает прокариотам высокий уровень наследственной изменчивости, что в совокупности с быстрым размножением создает предпосылки для высокого темпа отбора и, следовательно, для быстрого приспособления к изменяющимся условиям среды. Так, например, внедрение в медицинскую практику антибиотиков в 40-е гг. прошлого столетия представляло собой целенаправленную «атаку» на бактерии, паразитирующие в организме человека и домашних животных. Первоначальные, поразительные успехи создавали впечатление, что полное исчезновение инфекционных заболеваний является только вопросом времени. В действительности, уже через несколько лет стали появляться разновидности болезнетворных бактерий, устойчивых к пенициллину и другим антибиотикам. В результате в современной медицине и фармакологии идет своеобразное «соревнование» между микробиологической промышленностью, получающей ежегодно новые разновидности антибиотиков, и эволюцией болезнетворных бактерий.

- Бактерии и другие прокариоты характеризуются чрезвычайно высокой устойчивостью к различным воздействиям окружающей среды. Прежде всего, это относится к спорообразующим формам. Высокая устойчивость объясняется простотой строения прокариотической клетки: клетка эукариот просто не способна без непоправимого ущерба для себя перейти в малоактивное состояние, которое свойственно бактериальным спорам; покоящиеся стадии некоторых эукариот (например, цисты одноклеточных устроены значительно сложнее и менее устойчивы).

- Примитивная по своей организации прокариотическая клетка требует для своей жизнедеятельности малое количество энергии. Поэтому бактерии могут использовать такие скудные энергетические источники, на которые кроме них никто претендовать не может, например химическую энергию окисления неорганических веществ (хемосинтез) или энергию переработки растительных и животных остатков бактериями гниения и брожения. Благодаря этой особенности прокариоты могут занимать в сообществах организмов такие среды обитания, в которых они не испытывают конкуренции со стороны эукариот.