§18. Сходства и различия в строении прокариотических и эукариотических клеток

Определения и обозначения

Прокариотическая клетка — клетка без оформленного ядра и мембранных органоидов; её генетический материал находится в нуклеоиде. К прокариотам относят бактерии и археи. Это определение показывает, почему их внутреннее строение проще.

Эукариотическая клетка — клетка с оформленным ядром, отделённым от цитоплазмы ядерной оболочкой, и мембранными органоидами. К эукариотам относятся растения, животные, грибы и многие одноклеточные организмы. Наличие отдельных внутриклеточных структур позволяет распределять между ними разные функции.

Нуклеоид — участок цитоплазмы прокариотической клетки, содержащий основную молекулу ДНК и не отделённый мембраной. Обычно эта молекула имеет форму замкнутой кольцевой цепи. Нуклеоид хранит наследственную информацию, хотя ядром его называть нельзя.

Мембранные органоиды — внутриклеточные структуры эукариот, окружённые мембраной и выполняющие специализированные функции. Например, митохондрии участвуют в получении энергии, а аппарат Гольджи изменяет и распределяет вещества. Такое разделение делает работу клетки более организованной.

Как это устроено

Прокариотические и эукариотические клетки имеют плазматическую мембрану, цитоплазму, рибосомы и наследственный материал. Мембрана отделяет клетку от внешней среды и регулирует обмен веществ, цитоплазма служит внутренней средой, а рибосомы собирают белки. ДНК хранит информацию о строении и работе клетки, поэтому без этих компонентов жизнедеятельность невозможна.

У прокариот ДНК расположена в нуклеоиде, потому что в их клетке нет ядерной оболочки. Наследственный материал непосредственно находится в цитоплазме и доступен клеточным системам, которые считывают генетическую информацию. У эукариот ДНК заключена в ядре: оболочка отделяет её от цитоплазмы и создаёт особое пространство для хранения и обработки наследственной информации.

Отсутствие мембранных органоидов делает прокариотическую клетку проще по внутреннему строению. Большинство процессов происходит в цитоплазме или на плазматической мембране, поэтому клетка не разделена на множество специализированных отсеков. При этом простота не означает примитивность: прокариоты способны быстро расти, обмениваться веществами и приспосабливаться к условиям среды.

У эукариот ядро и система мембранных органоидов разделяют процессы по месту их протекания. В митохондриях образуется значительная часть энергии, в эндоплазматической сети синтезируются и перемещаются некоторые вещества, а аппарат Гольджи их изменяет и распределяет. Такое пространственное разделение позволяет одновременно выполнять разные реакции и поддерживать более сложную организацию клетки.

Дополнительные структуры зависят не только от типа клетки, но и от конкретной группы организмов. Клеточная стенка есть у бактерий, растений и грибов, но у животных её нет; капсула и жгутики также встречаются не у всех клеток. Пластиды и крупная вакуоль характерны прежде всего для растительных клеток, поэтому по одному признаку нельзя определять всю принадлежность клетки.

Сходства и различия прокариотических и эукариотических клеток

Сначала по таблице определяют ключевой признак — наличие оформленного ядра. Затем проверяют органоиды и только после этого учитывают дополнительные структуры, например стенку, жгутики или пластиды.

Не следует считать все признаки абсолютными: клеточная стенка и жгутики встречаются у разных групп, а размеры клеток могут перекрываться. Таблица удобна для сравнения типичных вариантов строения, но конкретную клетку нужно рассматривать с учётом её принадлежности.

Разбор задач

Задача 1

Условие: распределите структуры — ядро, рибосомы, митохондрии, нуклеоид, плазматическая мембрана — между прокариотической и эукариотической клетками.

1. Выделим структуры, связанные с оформленным ядром и мембранными органоидами. Ядро и митохондрии относятся к эукариотической клетке.
2. Проверим общие компоненты. Рибосомы и плазматическая мембрана есть у обеих групп клеток.
3. Определим специальный признак прокариот. Нуклеоид содержит их ДНК и заменяет ядро только в смысле расположения наследственного материала, но не по строению.

Ответ: у прокариот есть нуклеоид, рибосомы и плазматическая мембрана; у эукариот — ядро, митохондрии, рибосомы и плазматическая мембрана.

Задача 2

Условие: сравните клетку бактерии и клетку растения по наличию ядра, клеточной стенки, пластид, вакуоли и рибосом.

1. Бактерию относим к прокариотам, поэтому оформленного ядра у неё нет; у растения, как у эукариота, ядро есть.
2. Клеточная стенка имеется у обеих клеток, но её химический состав различается. Это общий признак, который нельзя использовать для разграничения прокариот и эукариот.
3. Пластиды и крупная центральная вакуоль характерны для растительной клетки. У бактерии таких органоидов нет, а её наследственный материал находится в нуклеоиде.
4. Рибосомы есть у обеих клеток, поскольку обе синтезируют белки.

Ответ: бактерия не имеет ядра, пластид и крупной вакуоли, но имеет стенку и рибосомы; растительная клетка имеет все перечисленные структуры, кроме бактериального нуклеоида.

Задача 3

Условие: объясните, почему нарушение работы ядерной оболочки или мембранных органоидов сильнее влияет на эукариотическую клетку, чем на бактериальную.

1. Назовём функцию оболочки и органоидов. Они разделяют наследственный материал и химические реакции по разным участкам клетки.
2. Свяжем нарушение со строением эукариота. Если границы отсеков нарушены, процессы могут смешиваться, а транспорт веществ и работа ядра — нарушаться.
3. Сравним с бактерией. У бактерии нет ядра и большинства мембранных органоидов, поэтому такие структуры не выполняют для неё жизненно важной разделительной функции.

Ответ: эукариот зависит от согласованной работы многочисленных отсеков, а бактериальная клетка изначально организована без них. Поэтому повреждение ядерной оболочки или органоидов нарушает у эукариота сразу несколько взаимосвязанных процессов.

Типичные ошибки

Считать, что у прокариот нет ДНК. Ошибка возникает из-за смешения понятий «нет ядра» и «нет наследственного материала». Проверьте себя: у бактерии должна быть ДНК в нуклеоиде.

Называть рибосомы мембранными органоидами. Рибосомы действительно являются важными клеточными структурами, но мембраной не окружены. Вспомните, что они есть и у прокариот, и у эукариот.

Утверждать, что клеточная стенка есть у всех эукариот или отсутствует у всех прокариот. Такое обобщение не учитывает разнообразие организмов. Сверяйте признак с конкретной группой: у растений и грибов стенка есть, у животных нет.

Считать прокариотическую клетку просто уменьшенной эукариотической. Малый размер не объясняет различия между ними. Проверяйте тип клетки по организации ДНК и наличию мембранных органоидов, а не только по размерам.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении клетки, функциях плазматической мембраны, цитоплазмы, рибосом и ДНК. Сравнение клеток пригодится при изучении бактерий, растений, животных, грибов и одноклеточных организмов.

Эта тема связана с клеточным циклом и делением клеток, поскольку прокариоты и эукариоты размножаются разными способами. Она также подводит к изучению происхождения эукариот и эволюции организмов.

Что запомнить

• Прокариоты не имеют оформленного ядра.
• Эукариоты имеют ядро и мембранные органоиды.
• У обеих групп клеток есть мембрана, цитоплазма, рибосомы и ДНК.
• У прокариот ДНК расположена в нуклеоиде.
• Ядро отделяет генетический материал эукариот от цитоплазмы.
• Клеточная стенка встречается у разных групп клеток, но имеет различный состав и строение.
• Строение клетки связано с выполняемыми ею функциями.