§ 10. Сходство и различия в строении клеток про- и эукариот

Определения и обозначения

Прокариотическая клетка — клетка без оформленного ядра; её ДНК находится в нуклеоиде. Такие клетки есть, например, у бактерий. Это определение помогает отличать их по устройству наследственного аппарата, а не по размеру или наличию клеточной стенки.

Эукариотическая клетка — клетка с ядром, в котором хранится основная часть ДНК. К эукариотам относятся животные, растения, грибы и многие одноклеточные организмы. Наличие ядра показывает, что наследственный материал пространственно отделён от остальной части клетки.

Нуклеоид — участок цитоплазмы прокариотической клетки, где расположена основная молекула ДНК; мембраной он не отделён. Это не отдельный органоид, а область клетки, содержащая наследственную информацию. Термин нужен, чтобы точно описывать расположение ДНК у прокариот и не называть эту область ядром.

Мембранные органоиды — внутриклеточные структуры эукариот, отделённые от цитоплазмы мембранами и выполняющие определённые функции. К ним относятся, например, митохондрии и эндоплазматическая сеть. Такое разделение помогает клетке организовать разные процессы в отдельных пространствах.

Как это устроено

У прокариот и эукариот есть общий набор основных частей: плазматическая мембрана, цитоплазма, наследственный материал и рибосомы. Мембрана отделяет клетку от среды и участвует в обмене веществ, а цитоплазма служит пространством для многих реакций. ДНК хранит информацию о строении клетки, а рибосомы используют её для синтеза белков. Общий план показывает, что обе группы решают одни и те же базовые задачи, хотя устроены по-разному.

У прокариот нет ядра, поэтому основная ДНК находится прямо в цитоплазме — в области, называемой нуклеоидом. При этом наследственная информация не исчезает: клетке нужно хранить её и использовать для жизнедеятельности. Отсутствие ядра также означает, что процессы не разделены между ядром и цитоплазмой так, как у эукариот. Многие реакции идут в цитоплазме или связаны с клеточной мембраной.

У эукариот ядро отделено от цитоплазмы оболочкой, поэтому наследственный материал находится в особой части клетки. Мембранные органоиды, в свою очередь, распределяют клеточные процессы между разными внутренними пространствами. Например, митохондрии участвуют в обеспечении клетки энергией, а эндоплазматическая сеть связана с синтезом и перемещением веществ. Такое разделение помогает организовать работу сложной клетки.

Сопоставлять клетки удобно по структурам, которые есть у обеих групп, и тем, которые служат отличительными признаками. Например, рибосомы есть и у прокариот, и у эукариот, поэтому по ним одним тип клетки определить нельзя. Митохондрии и эндоплазматическая сеть, напротив, характерны для эукариот. Чтобы сделать вывод, нужно учитывать сочетание признаков, а не один общий элемент.

Различия в устройстве связаны с тем, как клетка организует хранение наследственной информации и выполнение функций. У эукариот ядро и мембранные органоиды создают отдельные участки, в которых происходят разные процессы. У прокариот такой системы мембранных отсеков нет, но клетка всё равно имеет ДНК, рибосомы и способна выполнять необходимые жизненные функции. Поэтому при сравнении важно различать отсутствие оформленного ядра и отсутствие наследственного материала: это не одно и то же.

Сходство и различия прокариотических и эукариотических клеток

Сначала сравните наличие ядра и расположение ДНК: эти признаки позволяют различить два типа клеток. Затем проверьте наличие мембранных органоидов и отметьте общие структуры. Не используйте один только признак клеточной стенки: она бывает и у некоторых эукариот.

Разбор задач

Задача 1

Клетка не имеет ядра, но содержит ДНК и рибосомы. Определите её тип и укажите, где находится ДНК. Наличие ДНК и рибосом ещё не отличает прокариот от эукариот, так как эти структуры есть у обеих групп. Поэтому сначала нужно проверить наличие оформленного ядра.

1. Отмечаем, что ядра нет — это главный признак прокариотической клетки.
2. Учитываем, что ДНК при этом сохраняется и не заключена в ядро.
3. Называем область, в которой расположена основная ДНК прокариот: нуклеоид.

Ответ: это прокариотическая клетка; её основная ДНК находится в нуклеоиде.

Задача 2

У первой клетки обнаружены ядро и митохондрии, у второй оформленного ядра нет. Нужно назвать тип каждой клетки и привести по одному общему и отличительному признаку. Общим следует выбрать структуру или свойство, характерное для обеих клеток, а отличительным — признак, по которому они различаются. Наличие митохондрий вместе с ядром указывает на эукариотический тип.

1. У первой клетки есть ядро, значит, она эукариотическая; митохондрии подтверждают этот вывод.
2. У второй клетки нет оформленного ядра, значит, она прокариотическая.
3. В качестве общего признака указываем наличие ДНК или рибосом; отличительный признак — ядро есть только у первой клетки.

Ответ: первая клетка эукариотическая, вторая — прокариотическая. Общий признак — наличие ДНК; отличительный — наличие оформленного ядра только у первой.

Задача 3

На схеме клетки обозначены ядро, рибосомы и плазматическая мембрана. Нужно определить, какие структуры могут быть у прокариот и какие указывают на эукариотическую клетку. Важно отделить общие элементы от признака, связанного с наличием ядра. Само присутствие нескольких структур не отменяет этого правила.

1. Проверяем рибосомы: они есть у прокариот и эукариот, поэтому не определяют тип клетки.
2. Проверяем плазматическую мембрану: она также присутствует у обеих групп.
3. Отмечаем ядро: оформленное ядро указывает на эукариотическую клетку.

Ответ: рибосомы и плазматическая мембрана могут быть у клеток обоих типов; ядро указывает на эукариотическую клетку.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что у прокариот нет ДНК. Так могут решить, если смешивают понятия «нет ядра» и «нет наследственного материала». ДНК у прокариот есть, но основная её часть находится вне ядра. Проверка: спросите себя, где хранится информация, необходимая клетке для работы.

Ошибка: называть нуклеоид ядром. Оба термина связаны с расположением ДНК, поэтому их легко перепутать. Но нуклеоид не отделён от цитоплазмы оболочкой, а ядро эукариот имеет ядерную оболочку. Проверка: уточните, ограничена ли область с ДНК мембраной.

Ошибка: утверждать, что у прокариот нет рибосом. Вероятно, рибосомы ошибочно принимают за органоиды, характерные только для эукариот. На самом деле рибосомы есть у обеих групп, поскольку обеим клеткам нужно синтезировать белки. Проверка: сравните структуру по таблице, не смешивая рибосомы с мембранными органоидами.

Ошибка: считать любую клетку с клеточной стенкой прокариотической. Такой вывод делают, принимая один заметный признак за достаточный. Клеточная стенка встречается также у растений и грибов, которые являются эукариотами. Проверка: ориентируйтесь прежде всего на наличие ядра и учитывайте несколько признаков вместе.

Связь с другими темами

Перед сравнением типов клеток нужно знать, что такое мембрана, цитоплазма, ДНК и рибосомы. Эти понятия помогают понять, какие задачи решает клетка и почему отсутствие ядра не означает отсутствия наследственной информации. Сравнение прокариот и эукариот пригодится при изучении бактерий, строения клеточных органоидов и разнообразия организмов. Оно также помогает связывать особенности клетки с тем, как устроен организм в целом.

Что запомнить

• Прокариоты и эукариоты имеют клеточную мембрану, цитоплазму, ДНК и рибосомы.
• У прокариот нет оформленного ядра.
• Основная ДНК прокариот расположена в нуклеоиде.
• У эукариот ДНК находится в ядре.
• Мембранные органоиды характерны для эукариот.
• Отсутствие ядра не означает отсутствия наследственного материала.