Особенности клеток прокариот и эукариот

Определения и обозначения

Прокариотическая клетка — клетка без оформленного ядра. Её наследственный материал находится в цитоплазме, в особой области, а не внутри оболочечного ядра. Это определение помогает отличить прокариот от эукариот, не ошибаясь из-за наличия у них ДНК.

Эукариотическая клетка — клетка, в которой ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой. В ядре хранится основная часть наследственного материала. Наличие этой оболочки — один из главных признаков, по которым распознают эукариотическую организацию клетки.

Нуклеоид — область цитоплазмы прокариотической клетки, где расположена её основная молекула ДНК. Это не отдельный органоид с оболочкой, а участок, занятый наследственным материалом. Понятие нужно, чтобы точно описывать местоположение ДНК у клеток без ядра.

Мембранные органоиды — внутриклеточные структуры эукариот, ограниченные мембранами и выполняющие специализированные функции. К ним относятся, например, митохондрии и эндоплазматическая сеть. Их разделение позволяет клетке выполнять разные процессы в отдельных внутренних пространствах.

Как это устроено

У прокариот нет оформленного ядра, потому что их ДНК не окружена ядерной оболочкой и остаётся в цитоплазме. Основная молекула ДНК собрана в нуклеоиде, поэтому наследственный материал не исчезает, а организован иначе. Это различие касается именно способа размещения ДНК, а не наличия или отсутствия наследственности.

Компактная организация прокариот сочетается с необходимыми для жизни структурами: плазматической мембраной, цитоплазмой и рибосомами. Мембрана отделяет клетку от среды и регулирует обмен веществ, а рибосомы собирают белки по информации наследственного материала. У многих прокариот есть клеточная стенка, которая поддерживает форму и защищает клетку; у бактерий могут быть жгутики и другие поверхностные структуры.

У эукариот ядерная оболочка отделяет основную часть ДНК от цитоплазмы, поэтому ядро выступает местом хранения и организации наследственного материала. Внутренние мембраны образуют органоиды и разделяют клеточные процессы по участкам. Такое разделение позволяет одновременно выполнять разные задачи и поддерживать для них подходящие условия.

Митохондрии и пластиды выделяются среди органоидов тем, что имеют собственные ДНК и рибосомы. Их строение и некоторые свойства напоминают прокариотические клетки. Эндосимбиотическая теория объясняет это сходство происхождением: предполагается, что предки этих органоидов были самостоятельными прокариотами, поселившимися внутри клетки-хозяина.

Различия в устройстве связаны с размерами и сложностью клеток, но не сводятся только к размеру. У эукариот мембранные органоиды позволяют разделять процессы и усложнять внутреннюю организацию. Прокариоты устроены компактнее, однако тоже выполняют все необходимые для жизни процессы. Поэтому тип клетки определяют прежде всего по наличию ядра и мембранных органоидов, а не по одному лишь размеру.

Сравнение прокариотической и эукариотической клеток

Сначала сравните наличие ядра и место расположения ДНК: это наиболее надёжные отличия двух типов клеток. Затем проверьте, есть ли мембранные органоиды; рибосомы при определении типа не помогут, потому что они есть у обоих. Размеры и клеточная стенка дополняют сравнение, но сами по себе не заменяют основных признаков.

Разбор задач

Задача 1. В препарате обнаружена клетка без ядра, но с ДНК, рибосомами и плазматической мембраной. Определите тип клетки и обоснуйте ответ.

1. Отмечаем, что оформленного ядра нет. Это основной признак прокариотической организации.
2. Проверяем, противоречит ли этому наличие ДНК. Нет: у прокариот наследственный материал есть и находится в нуклеоиде.
3. Рибосомы и плазматическая мембрана также не исключают прокариотический тип, поскольку встречаются у прокариот.

Ответ: это прокариотическая клетка. ДНК у неё есть, но она не заключена в оформленное ядро.

Задача 2. Сравните клетку бактерии и клетку растения по наличию ядра, мембранных органоидов и расположению ДНК.

1. Бактерия — прокариот, поэтому оформленного ядра у неё нет. Основная ДНК находится в нуклеоиде.
2. Растительная клетка — эукариотическая: её ДНК в основном заключена в ядре, а в клетке есть мембранные органоиды.
3. Не используем клеточную стенку как признак, отличающий эти два типа: она встречается и у бактерий, и у растений, хотя имеет разный состав.

Ответ: у бактерии нет ядра и мембранных органоидов, а у растения есть и ядро, и мембранные органоиды. Расположение основной ДНК у них также различается.

Задача 3. В клетке обнаружены ядро, митохондрии и рибосомы. Определите её тип и объясните, какие из этих признаков встречаются также у прокариот.

1. Наличие оформленного ядра указывает на эукариотическую клетку.
2. Митохондрии подтверждают этот вывод: это мембранные органоиды, характерные для эукариот.
3. Рибосомы встречаются у обоих типов клеток, поэтому сами по себе не позволяют определить тип.

Ответ: клетка эукариотическая. Из перечисленных признаков у прокариот тоже есть рибосомы, но нет оформленного ядра и митохондрий.

Типичные ошибки

• Считать, что у прокариот нет ДНК, — неверно: отсутствие ядра не означает отсутствия наследственного материала. Ошибка возникает, если смешать понятия ядра и ДНК. Проверьте себя вопросом: указан ли нуклеоид или ДНК в цитоплазме?

• Утверждать, что у прокариот отсутствуют все органоиды, тоже неправильно: у них есть рибосомы, хотя мембранных органоидов обычно нет. Путаница появляется, когда все клеточные структуры называют одним словом. Чтобы проверить ответ, уточните, ограничена ли структура мембраной.

• Считать клеточную стенку признаком только прокариот нельзя: она встречается также у растений и грибов, но отличается составом. Такую ошибку допускают, опираясь на один заметный признак. Сверьте наличие стенки с ядром: именно ядро помогает определить тип организации клетки.

• Размер клетки сам по себе не определяет, прокариотическая она или эукариотическая. Крупная клетка не становится эукариотической только из-за размера, а небольшая не обязательно прокариот. Проверяйте вывод по наличию ядра и мембранных органоидов, используя размер лишь как дополнительный признак.

Связь с другими темами

Чтобы сравнить два типа клеток, нужно знать назначение плазматической мембраны, цитоплазмы, ДНК и рибосом. Эти понятия помогают понять, как клетка отделена от среды, где находится наследственная информация и где синтезируются белки. Различия прокариот и эукариот пригодятся при изучении бактерий, растений, грибов и животных. Они также помогают понять, почему происхождение митохондрий и пластид связывают с прокариотами.

Что запомнить

• Прокариоты не имеют оформленного ядра.
• ДНК прокариот находится в нуклеоиде.
• Эукариотическая ДНК заключена в ядре.
• Рибосомы есть и у прокариот, и у эукариот.
• Мембранные органоиды характерны для эукариот.
• Клеточная стенка встречается у разных групп организмов и может различаться по составу.