Часть 1. Царство прокариоты

Определения и обозначения

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра. Их ДНК не отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой. Это определение помогает отличать прокариот от эукариот, например растений, животных и грибов.

Бактерии — многочисленная группа прокариот. Их клетки обычно имеют мембрану, цитоплазму, клеточную стенку и ДНК, но не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов. По этим признакам бактерий относят к прокариотам.

Нуклеоид — участок цитоплазмы, где расположена основная ДНК прокариотической клетки. Это не ядро, потому что нуклеоид не окружён ядерной оболочкой. По нему клетка получает наследственные инструкции и передаёт их дочерним клеткам.

Цианобактерии — прокариоты, содержащие пигменты для фотосинтеза. Используя энергию света, воду и углекислый газ, они создают органические вещества и выделяют кислород. Поэтому цианобактерии способны жить как самостоятельные производители пищи.

Как это устроено

Прокариотическая клетка снаружи покрыта клеточной мембраной, а у большинства бактерий ещё и клеточной стенкой. Мембрана отделяет клетку от окружающей среды и пропускает одни вещества внутрь, а другие выводит наружу. Цитоплазма заполняет внутреннее пространство, в ней происходят химические реакции, необходимые для жизни. Клеточная стенка придаёт форму и защищает от повреждений.

У прокариот нет оформленного ядра, потому что их ДНК не отделена от цитоплазмы специальной оболочкой. Вся наследственная информация находится в области, называемой нуклеоидом. Также у таких клеток нет мембранных органоидов, например митохондрий или хлоропластов. Поэтому основные процессы идут на мембране, в цитоплазме или на её участках, связанных с ДНК.

Бактерия обычно размножается делением надвое. Сначала копируется ДНК, затем клетка увеличивается, между двумя копиями наследственного материала образуется перегородка, и появляются две дочерние клетки. При достатке пищи, воды и подходящей температуре новое поколение возникает быстро. Поэтому даже небольшая начальная группа бактерий за короткое время может стать очень многочисленной.

Способы питания прокариот разнообразны, поскольку разные среды содержат неодинаковые источники энергии и вещества. Одни бактерии поглощают готовые органические вещества из окружающей среды или организмов. Другие создают органические вещества самостоятельно: цианобактерии используют свет, а некоторые бактерии получают энергию за счёт химических реакций. Благодаря этому прокариоты заселяют почву, воду, воздух, организмы и необычные по условиям места.

Прокариоты разлагают остатки организмов и возвращают вещества в почву, воду и атмосферу, участвуя в круговороте веществ. Полезные бактерии помогают пищеварению, используются при изготовлении кисломолочных продуктов и переработке отходов. Некоторые служат причиной порчи продуктов или заболеваний человека, животных и растений. Значение бактерии определяется её видом и тем, какие процессы она выполняет.

Сравнение прокариотической и эукариотической клеток

Таблица показывает главные различия двух типов клеточного строения. При определении клетки сначала ищите наличие оформленного ядра, а затем проверяйте остальные признаки. Размеры указаны приблизительно, потому что у разных организмов они могут отличаться.

Разбор задач

Задача 1

Условие: В описании клетки указаны мембрана, цитоплазма и ДНК, но не указано ядро. Определите, может ли это быть прокариотическая клетка. Главный признак нужно установить не по наличию ДНК, а по способу её расположения.

1. Проверим, есть ли у клетки наследственный материал. ДНК указана, значит, клетка может быть живой.
2. Выясним, есть ли оформленное ядро. В описании оно отсутствует, а для прокариот это характерный признак.
3. Сопоставим остальные сведения: мембрана и цитоплазма есть у прокариотических клеток. Значит, описание не противоречит строению бактерии.

Ответ: да, это может быть прокариотическая клетка, если ДНК находится в цитоплазме, а не внутри оформленного ядра.

Задача 2

Условие: На схеме бактериальной клетки нужно обозначить клеточную стенку, мембрану, цитоплазму и нуклеоид, а затем назвать функции структур. Для решения важно учитывать их положение от внешней границы к центру.

1. Самый наружный плотный слой обозначаем как клеточную стенку: она поддерживает форму и защищает клетку.
2. Под стенкой располагается тонкая клеточная мембрана. Она отделяет содержимое клетки и регулирует обмен веществ.
3. Внутреннее полужидкое содержимое подписываем как цитоплазму. В ней идут основные химические реакции клетки.
4. Участок цитоплазмы с ДНК обозначаем как нуклеоид. Он хранит наследственную информацию, но не является ядром.

Ответ: стенка защищает и укрепляет клетку, мембрана регулирует поступление веществ, цитоплазма служит средой реакций, а нуклеоид содержит ДНК.

Задача 3

Условие: Бактерия при благоприятных условиях делится каждые 30 минут. Нужно объяснить быстрый рост численности и назвать значение процесса. Каждое деление увеличивает число клеток в два раза, поэтому речь идёт не о простом, а о многократном удвоении.

1. Одна клетка после первого деления образует две, ещё через 30 минут — четыре, затем — восемь.
2. При наличии пищи и подходящих условий каждое новое поколение также делится. Число клеток поэтому быстро возрастает.
3. Свяжем процесс со значением: бактерии могут быстро разлагать органические остатки, участвовать в производстве продуктов или, если это болезнетворный вид, быстро распространяться в организме.

Ответ: численность быстро увеличивается из-за последовательного удвоения клеток при делении. Это важно для круговорота веществ и полезных производств, но у болезнетворных бактерий может привести к развитию инфекции.

Типичные ошибки

Называть нуклеоид ядром. Ошибка возникает из-за того, что и нуклеоид, и ядро содержат ДНК. Проверка простая: у ядра есть оболочка, а у нуклеоида её нет.

Считать, что у прокариот нет наследственного материала. Отсутствие ядра ошибочно принимают за отсутствие ДНК. Нужно помнить: ДНК у бактерий есть, но она расположена в цитоплазме.

Смешивать клеточную стенку и мембрану. Эти структуры находятся рядом, поэтому их легко перепутать. Стенка защищает и сохраняет форму, а мембрана регулирует обмен веществ.

Считать все бактерии вредными. Такое мнение появляется из-за известных инфекционных заболеваний. Проверьте себя вопросом: участвует ли данный вид в разложении, пищеварении или производстве продуктов — тогда он может быть полезным.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении клетки, функциях мембраны, цитоплазмы и наследственного материала. Сравнение прокариот с эукариотами помогает увидеть два основных типа клеточного строения и лучше разобраться в разнообразии организмов. Позже эти сведения пригодятся при изучении бактерий, микробиологии, круговорота веществ и профилактики инфекционных заболеваний.

Что запомнить

• Прокариоты — организмы без оформленного ядра.
• Их наследственный материал расположен в цитоплазме.
• Клеточная стенка и мембрана — разные части клетки.
• Многие бактерии размножаются делением клетки.
• Прокариоты различаются по способам питания.
• Бактерии могут быть полезными, нейтральными или болезнетворными.