§ 6. Прокариотическая клетка

Определения и обозначения

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов. Их наследственный материал не изолирован в отдельном отделе клетки. К прокариотам относят бактерии и археи.

Нуклеоид — участок цитоплазмы с кольцевой молекулой ДНК бактерии, не отделённый мембраной. В нём находится основная часть наследственной информации клетки. Поэтому нуклеоид управляет важнейшими процессами, хотя ядром его не считают.

Плазмида — небольшая кольцевая молекула ДНК, содержащая дополнительные наследственные признаки. Она не заменяет основную ДНК нуклеоида и может копироваться отдельно. Плазмиды иногда несут гены устойчивости к антибиотикам.

Клеточная стенка — прочный наружный слой, который сохраняет форму клетки и защищает её от повреждений. Она располагается снаружи клеточной мембраны. Благодаря стенке бактерия не разрушается при изменении давления воды.

Как это устроено

Наследственный материал прокариот находится в нуклеоиде, потому что у такой клетки отсутствует ядерная оболочка. Кольцевая молекула ДНК располагается непосредственно в цитоплазме и может соприкасаться с её веществами. Это отличается от эукариот, где ДНК заключена внутри ядра.

Клеточная мембрана, стенка и капсула образуют последовательные наружные слои клетки, но выполняют разные задачи. Мембрана избирательно пропускает вещества и участвует в получении энергии, стенка придаёт форму, а капсула находится снаружи и уменьшает воздействие высыхания или защитных клеток организма. Вместе эти слои защищают бактерию и связывают её с окружающей средой.

Рибосомы необходимы прокариотам, потому что именно на них по информации ДНК собираются белки. Белки образуют клеточные структуры, ускоряют химические реакции и обеспечивают рост. Мембранные органоиды для работы рибосом не требуются, поэтому их наличие совместимо с простым строением прокариотической клетки.

Жгутики служат для движения в воде или другой жидкой среде, а ворсинки помогают прикрепляться к клеткам и поверхностям. Капсула удерживает влагу, затрудняет поглощение бактерии и может помогать образованию сообщества на поверхности. Поэтому эти структуры повышают шансы клетки найти подходящее место и пережить неблагоприятные условия.

При размножении клетка увеличивается, копирует ДНК и распределяет её копии между будущими клетками. Затем образуется перегородка, и одна клетка разделяется на две обычно очень похожие дочерние клетки. При достатке пищи и подходящей температуре такие деления повторяются быстро, поэтому численность бактерий резко возрастает.

Строение прокариотической клетки и функции её частей

В таблице сначала найдите структуру, затем сопоставьте её особенности с функцией. Такой способ помогает не заучивать названия отдельно, а видеть связь между строением и работой клетки.

Разбор задач

Задача 1

Укажите, какие структуры бактериальной клетки содержат наследственную информацию и чем они отличаются. Нужно определить не только название структур, но и значение каждой из них. Для этого сравним основную и дополнительную ДНК.

1. Основная кольцевая ДНК находится в нуклеоиде и содержит жизненно важные гены.
2. Небольшие кольцевые молекулы ДНК, расположенные отдельно, называют плазмидами.
3. Следовательно, плазмиды несут дополнительные признаки и не заменяют нуклеоид.

Ответ: наследственная информация содержится в нуклеоиде и плазмидах; нуклеоид содержит основную ДНК, а плазмиды — небольшие дополнительные молекулы.

Задача 2

Определите, какие части клетки обеспечат сохранение формы бактерии, её защиту и синтез белка. В условии названы три процесса, поэтому каждому нужно подобрать структуру по её функции. Не следует объединять мембрану и стенку в один слой.

1. За сохранение формы прежде всего отвечает клеточная стенка.
2. Защиту усиливает капсула, а мембрана отделяет внутреннюю среду от внешней.
3. Синтез белка выполняют рибосомы, используя информацию ДНК.

Ответ: форму поддерживает клеточная стенка, дополнительную защиту обеспечивает капсула, а белок синтезируют рибосомы.

Задача 3

Спрогнозируйте последствия удаления у бактерии клеточной стенки, жгутиков или плазмиды. Удобно рассуждать через функцию каждой структуры: если убрать часть, изменится именно связанный с ней процесс. Сравним три результата.

1. Без клеточной стенки бактерия потеряет устойчивую форму и станет уязвимой к повреждениям.
2. Без жгутиков клетка утратит или уменьшит подвижность, если другого механизма движения нет.
3. Без плазмиды бактерия потеряет дополнительные гены, но основная ДНК нуклеоида сохранится.

Ответ: удаление стенки нарушит форму и защиту, удаление жгутиков лишит подвижности, а удаление плазмиды приведёт к утрате дополнительных наследственных признаков.

Типичные ошибки

Называть нуклеоид ядром. Ошибка возникает из-за того, что обе структуры содержат ДНК. Проверьте себя: у нуклеоида нет ядерной оболочки, а у ядра она есть.

Утверждать, что у прокариот совсем нет органоидов. Обычно забывают, что органоиды бывают мембранными и немембранными. Рибосомы у прокариот есть, но мембранных органоидов нет.

Считать клеточную стенку и мембрану одним слоем. Они прилегают друг к другу, поэтому их легко перепутать. Проверьте функции: мембрана регулирует обмен, а стенка поддерживает форму и защищает.

Путать плазмиды с основным генетическим материалом. Такое происходит, если не различать все молекулы ДНК клетки. Основная ДНК расположена в нуклеоиде, а плазмиды несут лишь дополнительные гены.

Связь с другими темами

До изучения прокариотов нужно знать основные части клетки, свойства клеточной мембраны и цитоплазмы, а также роль ДНК и рибосом. Эти знания помогают понять функции структур бактерии. Без них названия частей будут запоминаться механически.

С темой об эукариотических клетках прокариоты связаны сравнением. У обеих групп есть мембрана, цитоплазма, ДНК и рибосомы, но у эукариот есть оформленное ядро и мембранные органоиды.

Дальше эти сведения пригодятся при изучении бактерий, их роли в природе и заболеваний. Они также объясняют действие антибиотиков и используются в биотехнологии. Строение клетки помогает предсказать последствия воздействия на неё.

Что запомнить

• Прокариоты не имеют оформленного ядра.
• ДНК прокариот находится в нуклеоиде.
• Плазмиды несут дополнительные наследственные признаки.
• Рибосомы прокариот синтезируют белки.
• Клеточная стенка защищает клетку и поддерживает её форму.
• Жгутики обеспечивают движение, а ворсинки — прикрепление.
• Прокариоты обычно размножаются делением клетки надвое.