§ 11. Прокариоты — доядерные организмы

Определения и обозначения

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов. К прокариотам относят бактерий и архей. Их клетка устроена проще эукариотической, но в ней есть структуры, необходимые для жизнедеятельности. По отсутствию ядра и мембранных органоидов прокариот отличают от растений, животных, грибов и других эукариот.

Нуклеоид — область клетки прокариота, где расположена основная кольцевая молекула ДНК. В отличие от ядра, нуклеоид не отделён от цитоплазмы ядерной оболочкой. Это не отдельный мембранный органоид, а участок, в котором сосредоточен основной наследственный материал. Такое название помогает не путать расположение ДНК прокариот с оформленным ядром эукариот.

Плазмида — небольшая молекула ДНК, которая может существовать и копироваться независимо от основной ДНК клетки. Она содержит дополнительные гены, то есть участки наследственной информации. Эти гены могут давать клетке свойства, полезные в определённых условиях. Плазмиды есть не у всех прокариот, поэтому они не заменяют основную молекулу ДНК.

Клеточная стенка прокариот — наружная опорная структура, расположенная за плазматической мембраной. Она поддерживает форму клетки и помогает защищать её от воздействий среды. Стенка и мембрана — не одно и то же: мембрана отделяет содержимое клетки и участвует в обмене веществ, а стенка находится снаружи и служит опорой. Состав стенки у разных прокариот может различаться.

Как это устроено

Если двигаться снаружи внутрь, у типичной клетки прокариота сначала встречаются дополнительные наружные оболочки, если они есть, затем клеточная стенка и плазматическая мембрана. Внутри находится цитоплазма — среда, где протекают клеточные процессы, расположены рибосомы и находится нуклеоид. Рибосомы собирают белки, нужные клетке для работы и построения её частей. Такая организация обходится без внутренних мембранных органоидов, но позволяет клетке выполнять необходимые функции.

Отсутствие ядра не означает, что прокариот лишён наследственной информации. Его ДНК находится в цитоплазме в области нуклеоида, а клеточные механизмы считывают записанные в ней инструкции. По этим инструкциям образуются молекулы, участвующие в обмене веществ и других процессах. Поэтому расположение ДНК без ядерной оболочки не мешает ей управлять жизнедеятельностью клетки.

Основная молекула ДНК прокариот обычно имеет кольцевую форму и содержит большую часть наследственной информации клетки. Кольцевая структура отличается от нескольких линейных молекул ДНК, характерных для ядра многих эукариот. Помимо основной молекулы, у прокариота могут быть плазмиды с отдельными генами. Они копируются независимо, поэтому способны сохраняться и передаваться клеткам-потомкам отдельно от основной ДНК.

Перед делением клетка прокариота копирует свою основную ДНК, чтобы наследственная информация досталась обеим будущим клеткам. Затем клетка увеличивается и разделяется надвое, а её содержимое распределяется между дочерними клетками. Результат — две клетки, которые получают копии наследственного материала. Этот процесс не называют митозом: митозом называют деление ядра, а у прокариот ядра и митотического аппарата нет.

Прокариоты различаются размерами и формой: среди них встречаются, например, шаровидные, палочковидные и изогнутые клетки. Не всем им нужно передвигаться, а способы движения у подвижных клеток могут быть разными. Жгутики помогают некоторым прокариотам перемещаться в жидкости; у других встречаются иные клеточные выросты, которые могут участвовать в контакте с поверхностью или другими клетками. Такое разнообразие позволяет прокариотам жить в разных условиях, хотя конкретные особенности зависят от вида.

Сравнение прокариотической и эукариотической клеток

Чтобы определить тип клетки, сопоставляй несколько признаков, а не опирайся только на наличие рибосом: они есть в обоих типах клеток. Главное различие — оформленное ядро и мембранные органоиды у эукариот. Сравнение также показывает, что отсутствие ядра не означает отсутствия ДНК.

Разбор задач

Задача 1. В клетке обнаружены плазматическая мембрана, рибосомы и ДНК в цитоплазме, но нет оформленного ядра. Определите тип клетки. Сначала отметим не один, а несколько признаков: ДНК расположена вне ядра, при этом присутствуют мембрана и рибосомы. Теперь проверим, соответствует ли это организации прокариотической клетки.

1. Установим, есть ли оформленное ядро: по условию его нет.
2. Соотнесём расположение ДНК с типом клетки: ДНК находится в цитоплазме, что характерно для области нуклеоида прокариот.
3. Проверим остальные признаки: мембрана и рибосомы есть у прокариот, поэтому они не противоречат выводу.

Ответ: это прокариотическая клетка. Вывод основан на сочетании признаков, а не только на отсутствии одного органоида. В частности, наличие рибосом само по себе не отличило бы её от эукариотической клетки.

Задача 2. Сравните нуклеоид и ядро по расположению ДНК и наличию оболочки. Назовите одно сходство и два различия. Удобно начать со сходства: обе структуры связаны с расположением наследственной информации. Затем сравним, где находится ДНК и отделена ли соответствующая область мембраной.

1. Сходство: и в нуклеоиде, и в ядре находится ДНК с наследственной информацией.
2. Первое различие: нуклеоид находится в цитоплазме прокариота, а основная ДНК эукариота расположена в ядре.
3. Второе различие: у нуклеоида нет окружающей его оболочки, а ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой.

Ответ: сходство — связь с хранением ДНК; различия — расположение ДНК и наличие оболочки. Не следует называть нуклеоид ядром: это разные по устройству области клетки. Решение удобно проверять по двум вопросам: где находится ДНК и есть ли вокруг неё оболочка.

Задача 3. Опишите последовательность событий при размножении прокариот делением надвое и объясните, почему этот процесс не является митозом. Важно проследить сначала судьбу наследственного материала, а затем изменение самой клетки. После этого нужно сопоставить процесс с определением митоза.

1. Перед разделением клетки копируется основная ДНК.
2. Клетка растёт, и копии наследственного материала распределяются так, чтобы попасть в обе будущие клетки.
3. Клетка разделяется надвое, образуя две дочерние клетки.
4. Сравним с митозом: у прокариота нет оформленного ядра, которое могло бы делиться.

Ответ: сначала копируется ДНК, затем клетка разделяется на две. Это деление надвое, а не митоз, потому что митоз — процесс деления ядра эукариотической клетки. В ответе важно не подменять последовательность одним словом «митоз».

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что у прокариот вообще нет ДНК. Её могут допускать, смешивая отсутствие ядра с отсутствием наследственного материала. На деле ДНК расположена в цитоплазме, в области нуклеоида. Проверь себя: если речь идёт о наследственных признаках и их передаче потомкам, клетке необходима наследственная информация.

Ошибка: называть нуклеоид ядром. Такое смешение возникает из-за того, что обе структуры связаны с ДНК. Но нуклеоид не имеет окружающей его ядерной оболочки, а ядро эукариот отделено оболочкой от цитоплазмы. Проверь себя по признаку оболочки и не используй слова «нуклеоид» и «ядро» как синонимы.

Ошибка: утверждать, что все прокариоты имеют одинаковую форму или обязательно передвигаются. Это обобщение появляется, если один знакомый пример принимают за описание всей группы. Прокариоты бывают разной формы, а средства движения есть не у всех. Проверяя утверждение, ищи, относится ли оно ко всей группе или только к некоторым её представителям.

Ошибка: называть деление прокариот митозом. Причина — оба процесса приводят к появлению новых клеток, однако митозом называют деление ядра. У прокариот оформленного ядра нет: перед делением копируется ДНК, после чего клетка разделяется надвое. Проверь себя, задав вопрос, что именно делится: ядро или вся клетка без митоза.

Связь с другими темами

Для изучения прокариот пригодятся знания об основных частях клетки: мембране, цитоплазме и рибосомах, а также о роли ДНК. Если понимать, что делает каждая из этих структур, проще разобраться, как клетка работает без оформленного ядра. Тема связана и со сравнением прокариотических и эукариотических клеток: у них различаются организация наследственного материала и наличие мембранных органоидов. Позже эти знания помогут изучать бактерий, их размножение и роль в природе.

Что запомнить

• Прокариоты — организмы без оформленного ядра.
• Основная ДНК прокариот находится в области нуклеоида.
• У прокариот есть цитоплазма, плазматическая мембрана и рибосомы.
• Плазмиды — дополнительные молекулы ДНК.
• Прокариотическая клетка не имеет мембранных органоидов.
• Прокариоты размножаются делением клетки надвое, а не митозом.