§ 19. Особенности строения клеток прокариот

Вам известно, что по особенностям строения клеток организмы принято делить на две группы: прокариоты (доядерные) и эукариоты (ядерные). К первой группе относятся бактерии, ко второй — протисты, грибы, растения и животные. Каковы отличительные признаки прокариотических клеток по сравнению с эукариотическими?

Размеры клеток прокариот, как правило, значительно меньше, чем эукариот, и в среднем составляют 0,25—10 мкм. Однако есть исключения. Клетки некоторых нитчатых серобактерий имеют диаметр около 50 мкм, обнаружены спирохеты длиной до 250 мкм, а крупнейшие из известных бактерий достигают размера 750 мкм (0,75 мм).

Клетки прокариот могут иметь различную форму: шаровидную (кокки), палочковидную (бациллы), изогнутую (вибрионы), спирально закрученную (спириллы) и др.

Поверхностный аппарат прокариотических клеток включает цитоплазматическую мембрану и клеточную стенку. У некоторых бактерий поверхностный аппарат имеет дополнительную наружную мембрану. Клеточная стенка многих бактерий может быть окружена слизистой капсулой (рис. 51).

Строение и функции цитоплазматической мембраны сходны с таковыми у эукариот.

Клеточная стенка бактерий существенно отличается по строению от оболочек клеток растений и грибов. Ее основу составляет жесткая решетка из полисахарида м у р е и н а.

Молекула муреина представляет собой правильную сеть из параллельно расположенных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими пептидными цепочками. Таким образом, бактериальная клетка окружена муреиновым мешком, образованным, по сути дела, одной молекулой. В состав клеточной стенки может входить множество таких муреиновых мешков, которые располагаются один поверх другого и образуют жесткий опорный каркас, обеспечивающий постоянную форму бактериальной клетки.

По строению клеточной стенки бактерии подразделяются на две группы — грамположн-тельные и грамотрицательные (рис. 52). У грамположительных бактерий клеточная стенка толстая, многослойная, у грамотрицательных она тоньше, но снаружи от нее расположена дополнительная мембрана, которая препятствует проникновению в клетку ряда веществ. 

Это делает грамотрицательные бактерии более устойчивыми к действию некоторых ядов, ферментов, антибиотиков.

Для выявления бактерий под микроскопом их обрабатывают специальными красителями по методу, разработанному датским ученым X. Гр а м ом (отсюда и названия групп бактерий). При этом грамположительные бактерии приобретают темно-синюю окраску, а грамотрицательные — розовую.

У некоторых бактерий имеются ворсинки — тонкие белковые выросты на поверхности клетки (см. рис. 51). Функция ворсинок заключается в прикреплении бактерий к клеткам других организмов, различным частицам, а также в переносе ДНК от одной бактериальной клетки к другой.

Клетки некоторых видов бактерий имеют жгутики (один, несколько или много), которые могут быть в несколько раз длиннее самой клетки.

Прокариоты, как следует из их названия, не имеют оформленного ядра. Их наследственная информация содержится, как правило, в кольцевой молекуле ДНК (см. рис. 51), которая располагается непосредственно в цитоплазме и условно называется бактериальной хромосомой. Помимо бактериальной хромосомы, в цитоплазме клеток могут содержаться небольшие молекулы ДНК, способные автономно удваиваться и при делении передаваться дочерним клеткам. Такие внехромосомные (дополнительные по отношению к хромосоме) структуры называются плазмидами.

Бактериальные клетки не имеют мембранных органоидов, характерных для клеток эукариот, — митохондрий, пластид, эндоплазматической сети, комплекса Гольджи, лизосом. Функцию этих органоидов выполняет цитоплазматическая мембрана или ее производные. Цитоплазматическая мембрана прокариот может образовывать впячивания внутрь клетки — мезосомы, которые часто имеют вид закрученных в спираль или клубок образований (см. рис. 51). Считается, что мезосомы могут принимать участие в образовании поперечных перегородок при делении клеток, а также служить местом прикрепления бактериальных хромосом.

Кроме того, в прокариотических клетках отсутствует клеточный центр и цитоскелет. В то же время в цитоплазме располагаются многочисленные рибосомы, которые имеют сходное строение с рибосомами эукариот, но отличаются меньшими размерами.

У некоторых бактерий, обитающих в водоемах или капиллярах почвы, имеются особые газовые вакуоли. Изменяя их объем, бактерии могут перемещаться (всплывать и погружаться) с минимальными затратами энергии.

В клетках цианобактерий содержатся округлые замкнутые мембранные структуры — хроматофоры (от греч. хрома — краска, форос — несущий), в которых расположены фотосинтетические пигменты.

Подавляющее большинство эукариот являются аэробами — так называют организмы, использующие для клеточного дыхания кислород. В отличие от них среди прокариот известно немало анаэробов — они способны существовать без доступа кислорода, а на клетки некоторых анаэробов кислород действует и вовсе губительно.

Некоторые бактерии способны усваивать атмосферный азот (N₂), чего эукариоты делать не могут. Такие бактерии называются азотфиксирующими.

В неблагоприятных условиях (холод, жара, засуха и т. д.) некоторые бактерии способны образовывать споры. При спорообразовании вокруг бактериальной хромосомы образуется плотная многослойная оболочка. Споры устойчивы к действию низких и высоких температур (в некоторых случаях выдерживают длительное кипячение), ионизирующего излучения, многих химических веществ и других факторов. Споры могут десятилетиями находиться в неактивном состоянии, а в благоприятных условиях снова превращаться в активных бактерий.

Большинство прокариот — одноклеточные организмы, но встречаются колониальные и многоклеточные формы (например, некоторые цианобактерии). Скопления клеток прокариот могут иметь вид нитей, шаров, гроздей, иногда они окружены общей слизистой капсулой.