§ 26. Особенности строения клеток прокариотов и эукариотов

Определения и обозначения

Прокариотическая клетка — клетка без оформленного ядра и мембранных органоидов. К прокариотам относятся бактерии, в том числе археи. Их наследственная информация находится в цитоплазме, поэтому отсутствие ядра не означает отсутствия ДНК.

Эукариотическая клетка — клетка, у которой ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой и имеются мембранные органоиды. К эукариотам относятся животные, растения, грибы и многие одноклеточные организмы. Такое устройство позволяет разделять разные процессы по участкам клетки.

Нуклеоид — участок цитоплазмы прокариотической клетки, где расположена её основная молекула ДНК. Он не окружён ядерной оболочкой и потому не является ядром. Термин помогает точно описать место хранения наследственной информации у прокариот.

Плазмида — небольшая молекула ДНК прокариотической клетки, способная копироваться независимо от основной ДНК. Она может содержать дополнительные гены, например связанные с устойчивостью к определённым веществам. Плазмида не заменяет основную наследственную молекулу, а дополняет её.

Как это устроено

У прокариот и эукариот есть плазматическая мембрана, цитоплазма, ДНК и рибосомы. Мембрана отделяет клетку от внешней среды и регулирует обмен веществ, а цитоплазма служит внутренней средой для клеточных процессов. ДНК хранит наследственную информацию, а рибосомы собирают белки по её инструкциям. Наличие общего набора показывает единство клеточного строения, хотя сами клетки устроены неодинаково.

У прокариот нет ядра, поэтому их основная ДНК находится прямо в цитоплазме, в области нуклеоида. Обычно эта ДНК представлена кольцевой молекулой, которая содержит основную часть наследственной информации. Плазмиды располагаются отдельно и могут копироваться независимо, поэтому несут дополнительные гены. Такая организация позволяет хранить и передавать генетическую информацию без ядерной оболочки.

У эукариот ДНК организована в хромосомы — упорядоченные структуры из ДНК и связанных с ней белков — и находится внутри ядра. Ядерная оболочка отделяет её от цитоплазмы и помогает регулировать обмен между ядром и остальной клеткой. Мембранные органоиды создают внутри клетки отдельные пространства, где протекают разные реакции. Благодаря такому разделению процессы могут идти согласованно, не мешая друг другу напрямую.

Рибосомы есть у клеток обоих типов, потому что синтез белка необходим каждой клетке. Однако их размеры различаются: у прокариот рибосомы обычно 70S, а в цитоплазме эукариот — 80S. В митохондриях и пластидах эукариот присутствуют рибосомы 70S, отличающиеся от цитоплазматических. Это различие важно учитывать, например, при изучении того, как некоторые антибиотики влияют на белковый синтез бактерий.

Клеточная стенка встречается не у всех клеток и нужна не для определения типа клетки, а для защиты и поддержания формы там, где она есть. У бактерий стенка содержит муреин, у растений — целлюлозу, у грибов — хитин. У животных клеток стенки нет, и внешней границей служит плазматическая мембрана. Различный состав стенок связан с особенностями строения и жизнедеятельности этих групп организмов.

Сравнение прокариотических и эукариотических клеток

Сравнивай клетки по строению, а не только по размеру или внешнему виду. Сначала проверь наличие ядра и мембранных органоидов, затем уточни расположение ДНК и другие признаки. Столбец с примерами помогает связать особенности клетки с группами организмов.

Разбор задач

Задача 1

Условие. У клетки нет ядра, ДНК находится в нуклеоиде, имеются рибосомы и плазматическая мембрана. Нужно определить тип клетки. Наличие ДНК и рибосом само по себе не отличает два типа, потому что эти компоненты есть у обоих.

1. Проверяем главный диагностический признак: оформленного ядра нет.
2. Соотносим этот признак с определением: у прокариот ДНК находится в нуклеоиде, а не внутри ядра.
3. Рибосомы и плазматическая мембрана подтверждают, что перед нами клетка, но не меняют классификацию.

Ответ. Это прокариотическая клетка. Отсутствие ядра и расположение основной ДНК в нуклеоиде — решающие признаки, а наличие рибосом и мембраны ожидаемо для клетки этого типа.

Задача 2

Условие. На микрофотографии видны ядро, митохондрии и клеточная мембрана. По этим признакам требуется определить тип клетки и объяснить вывод. При этом не нужно угадывать, принадлежит ли она животному или растению: данных о стенке и других особенностях недостаточно.

1. Отмечаем, что ядро отделено от цитоплазмы и служит местом хранения основной ДНК.
2. Проверяем наличие мембранного органоида: митохондрии окружены мембраной и участвуют в клеточном дыхании.
3. Сопоставляем наблюдения с определением эукариотической клетки, для которой характерны ядро и мембранные органоиды.

Ответ. Клетка эукариотическая: на это указывают ядро и митохондрии. Одна только клеточная мембрана не помогла бы выбрать тип, потому что она есть у клеток обоих типов.

Задача 3

Условие. У первой клетки есть ядро и митохондрии, а у второй ядра нет, но обнаружена плазмида. Нужно назвать тип каждой клетки и указать их общие признаки. Плазмида — дополнительная молекула ДНК, поэтому её наличие не следует путать с ядром.

1. Первую клетку относим к эукариотам: ядро и митохондрии соответствуют её строению.
2. Вторую клетку относим к прокариотам: у неё нет ядра, а плазмида может встречаться у прокариот.
3. Для сравнения называем общие компоненты, не ограничиваясь теми признаками, которые приведены в условии.

Ответ. Первая клетка — эукариотическая, вторая — прокариотическая. У клеток обоих типов есть плазматическая мембрана, цитоплазма, ДНК и рибосомы, хотя организация ДНК и размеры рибосом различаются.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что у прокариот вообще нет ДНК. Её допускают, смешивая отсутствие ядра с отсутствием наследственной информации. Проверка простая: вспомни, что у прокариот ДНК находится в нуклеоиде, а у некоторых есть ещё и плазмиды.

Ошибка — утверждать, что клеточная стенка есть у всех клеток. Обычно стенку представляют обязательной частью клетки и забывают, что у животных клеток её нет. Чтобы проверить себя, разделяй признаки клетки и особенности отдельных групп: наличие ядра определяет тип клетки, а стенка может отсутствовать.

Ошибка — считать, что все эукариотические клетки имеют хлоропласты. Их наличие связывают с принадлежностью к эукариотам, хотя хлоропласты характерны лишь для фотосинтезирующих эукариот, а у животных клеток их нет. Проверь вывод вопросом: способен ли данный организм к фотосинтезу и относится ли он к группе с пластидами?

Ошибка — определять тип клетки только по её размеру. Обычно прокариоты меньше эукариот, но размеры клеток могут различаться и не служат надёжным решающим признаком. Проверяй клетку по строению: ищи ядро и мембранные органоиды, а размер рассматривай только как дополнительное наблюдение.

Связь с другими темами

Для сравнения клеток нужно знать, что такое мембрана, цитоплазма, ДНК и рибосомы: это общие компоненты клеток обоих типов. Различия в организации помогают разбираться в строении бактерий, клеток растений, животных и грибов. Они также связаны с темами клеточного дыхания и фотосинтеза, поскольку эти процессы протекают с участием определённых клеточных структур. Знание особенностей рибосом помогает понять, почему некоторые антибиотики воздействуют на бактерии иначе, чем на клетки человека.

Что запомнить

• Прокариоты не имеют оформленного ядра.
• У эукариот ДНК находится в ядре.
• У прокариот ДНК расположена в нуклеоиде; могут присутствовать плазмиды.
• У прокариот нет мембранных органоидов.
• Рибосомы есть у прокариот и эукариот.
• Клеточная стенка есть не у всех клеток и различается по составу.