Все живые организмы на земле состоят из клеток. Различают два вида клеток, в зависимости от их организации: эукариоты и прокариоты.

Эукариоты представляют собой надцарство живых организмов. В переводе с греческого языка «эукариот» обозначает «владеющий ядром». Соответственно эти организмы в своем составе имеют ядро, в котором закодирована вся генетическая информация. К ним относятся грибы, растения и животные.

Прокариоты – это живые организмы, в клетках которых ядро отсутствует. Характерными представителями прокариот являются бактерии и цианобактерии.

Время возникновения

Первыми приблизительно 3,5 миллиарда лет тому назад возникли прокариоты, которые через 2,4 миллиарда лет положили начало развитию эукариотических клеток.

Размер

Эукариоты и прокариоты сильно отличаются по размеру друг от друга. Так диаметр эукариотической клетки — 0,01-0,1 мм, а прокариотической – 0,0005-0,01 мм. Объем эукариота порядка 10000 раз больше, чем объем прокариота.

ДНК

Прокариоты имеют кольцевую ДНК, которая располагается в нуклеоиде. Эта клеточная область отделена от остальной цитоплазмы при помощи мембраны. ДНК никак не связана с РНК и белками, отсутствуют хромосомы.

ДНК эукариотических клеток линейная, располагается в ядре, в котором имеются хромосомы.

Клеточное деление эукариот и прокариот

Прокариоты размножаются в основном простым делением пополам, в то время как эукариоты делятся при помощи митоза, мейоза или сочетанием этих двух способов.

Органеллы

У эукариотических клеток имеются органеллы, характеризующиеся наличием собственного генетического аппарата: митохондрии и пластиды. Они окружены мембраной и имеют способность к размножению посредством деления.

В прокариотических клетках также встречаются органеллы, но в меньшем количестве и не ограниченные мембраной.

Фагоцитоз

Эукариоты, в отличие от прокариот, имеют способность к перевариванию твердых частиц, заключая их в мембранный пузырек. Существует мнение, что эта особенность возникла в ответ на необходимость полноценно обеспечить питанием клетку во много раз большую прокариотической. Следствием наличия у эукариот фагоцитоза стало появление первых хищников.

Двигательные приспособления

Жгутики эукариот имеют достаточно сложное строение. Они представляют собой тонкие клеточные выросты, окруженные тремя слоями мембраны, содержащие 9 пар микротрубочек по периферии и две в центре. Имеют толщину до 0,1 миллиметра и способны изгибаться по всей длине. Кроме жгутиков, для эукариот характерно наличие ресничек. Они по своей структуре идентичны жгутикам, отличаясь только размером. Длина ресничек не более 0,01 миллиметра.

Некоторые прокариоты также имеют жгутики, однако, очень тонкие, около 20 нанометров в диаметре. Они представляют собой пассивно вращающиеся полые белковые нити.

Выводы сайт

1. Эукариоты в основном многоклеточные организмы, размножающиеся посредством . Прокариоты – одноклеточные, размножаются делением надвое.
2. ДНК прокариот свободно находится в цитоплазме и имеет форму кольца. У эукариот имеется ядро, где и расположена линейная ДНК.
3. Размеры эукариотической клетки значительно превышают размеры прокариотической, при этом эукариоты характеризуются наличием фагоцитоза, который способствует достаточному питанию клетки.

Строение эукариотической и прокариотической клеток. Эукариотическая клетка. Строение прокариотической клетки. Сравнение прокариотической и эукариотической клеток.

У современных и ископаемых организмов известны два типа клеток: прокариотическая и эукариотическая. Они столь резко различаются по особенностям строения, что это послужило для выделения двух надцарств живого мира - прокариот, т.е. доядерных, и эукариот, т.е. настоящих ядерных организмов. Промежуточные формы между этими крупнейшими таксонами живого пока неизвестны.

Основные признаки и отличия прокариотических и эукариотических клеток (таблица):

Признаки	Прокариоты	Эукариоты
ЯДЕРНАЯ МЕМБРАНА	Отсутствует	Имеется
ПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА	Имеется	Имеется
МИТОХОНДРИИ	Отсутствуют	Имеются
ЭПС	Отсутствует	Имеется
РИБОСОМЫ	Имеются	Имеются
ВАКУОЛИ	Отсутствуют	Имеются (особенно характерны для растений)
ЛИЗОСОМЫ	Отсутствуют	Имеются
КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА	Имеется, состоит из сложного гетерополимерного вещества	Отсутствует в животных клетках, в растительных состоит из целлюлозы
КАПСУЛА	Если имеется, то состоит из соединений белка и сахара	Отсутствует
КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ	Отсутствует	Имеется
ДЕЛЕНИЕ	Простое	Митоз, амитоз, мейоз

Основное отличие прокариотических клеток от эукариотических заключается в том, что их ДНК не организована в хромосомы и не окружена ядерной оболочкой. Эукариотические клетки устроены значительно сложнее. Их ДНК, связанная с белком, организована в хромосомы, которые располагаются в особом образовании, по сути самом крупном органоиде клетки - ядре. Кроме того, внеядерное активное содержимое такой клетки разделено на отдельные отсеки с помощью эндоплазматической сети, образованной элементарной мембраной. Эукариотические клетки обычно крупнее прокариотических. Их размеры варьируют от 10 до 100 мкм, тогда как размеры клеток прокариот (различных бактерий, цианобактерий - сине- зеленых водорослей и некоторых других организмов), как правило, не превышают 10 мкм, часто составляя 2-3 мкм. В эукариотической клетке носители генов - хромосомы - находятся в морфологически оформленном ядре, отграниченном от остальной клетки мембраной. В исключительно тонких, прозрачных препаратах живые хромосомы можно видеть с помощью светового микроскопа. Чаще же их изучают на фиксированных и окрашенных препаратах.

Хромосомы состоят из ДНК, которая находится в комплексе с белками- гистонами, богатыми аминокислотами аргинином и лизином. Гистоны составляют значительную часть массы хромосом.

Эукариотическая клетка имеет разнообразные постоянные внутриклеточные структуры - органоиды (органеллы), отсутствующие в прокариотической клетке.

Прокариотические клетки могут делиться на равные части перетяжкой или почковаться, т.е. образовывать дочернюю клетку меньшего размера, чем материнская, но никогда не делятся путем митоза. Клетки эукариотических организмов, напротив, делятся путем митоза (исключая некоторые очень архаичные группы). Хромосомы при этом "расщепляются" продольно (точнее, каждая нить ДНК воспроизводит около себя свое подобие), и их "половинки" - хроматиды (полноценные копии нити ДНК) расходятся группами к противоположным полюсам клетки. Каждая из образующихся затем клеток получает одинаковый набор хромосом.

Рибосомы прокариотической клетки резко отличаются от рибосом эукариот по величине. Ряд процессов, свойственных цитоплазме многих эукариотических клеток, - фагоцитоз, пиноцитоз и циклоз (вращательное движение цитоплазмы) - у прокариот не обнаружен. Прокариотической клетке в процессе обмена веществ не требуется аскорбиновая кислота, но эукариотические не могут без нее обходиться.

Существенно различаются подвижные формы прокариотических и эукариотических клеток. Прокариоты имеют двигательные приспособления в виде жгутиков или ресничек, состоящих из белка флагеллина. Двигательные приспособления подвижных эукариотических клеток получили название ундулиподиев, закрепляющихся в клетке с помощью особых телец кинетосом. Электронная микроскопия выявила структурное сходство всех ундулиподиев эукариотических организмов и резкие их отличия от жгутиков прокариот

1. Строение эукариотической клетки.

Клетки, образующие ткани животных и растений, значительно различаются по форме, размерам и внутреннему строению. Однако все они обнаруживают сходство в главных чертах процессов жизнедеятельности, обмена веществ, в раздражимости, росте, развитии, способности к изменчивости.
Клетки всех типов содержат два основных компонента, тесно связанных между собой, — цитоплазму и ядро. Ядро отделено от цитоплазмы пористой мембраной и содержит ядерный сок, хроматин и ядрышко. Полужидкая цитоплазма заполняет всю клетку и пронизана многочисленными канальцами. Снаружи она покрыта цитоплазматической мембраной. В ней имеются специализированные структуры-органоиды, присутствующие в клетке постоянно, и временные образования — включения. Мембранные органоиды : наружная цитоплазматическая мембрана (HЦM), эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии и пластиды. В основе строения всех мембранных органоидов лежит биологическая мембрана. Все мембраны имеют принципиально единый план строения и состоят из двойного слоя фосфолипидов, в который с различных сторон ива разную глубину погружены белковые молекулы. Мембраны органоидов отличаются друг от друга лишь наборами входящих в них белков.

Цитоплазматическая мембрана. У всех клеток растений, многоклеточных животных, у простейших и бактерий клеточная мембрана трехслойна: наружный и внутренний слои состоят из молекул белков, средний — из молекул липидов. Она ограничивает цитоплазму от внешней среды, окружает все органоиды клетки и представляет собой универсальную биологическую структуру. В некоторых клетках наружная оболочка образована несколькими мембранами, плотно прилегающими друг к другу. В таких случаях клеточная оболочка становится плотной и упругой и позволяет сохранить форму клетки, как, например, у эвглены и инфузории туфельки. У большинства растительных клеток, помимо мембраны, снаружи имеется еще толстая целлюлозная оболочка — клеточная стенка . Она хорошо различима в обычном световом микроскопе и выполняет опорную функцию за счет жесткого наружного слоя, придающего клеткам четкую форму.
На поверхности клеток мембрана образует удлиненные выросты — микроворсинки, складки, впячивания и выпячивания, что во много раз увеличивает всасывающую или выделительную поверхность. С помощью мембранных выростов клетки соединяются друг с другом в тканях и органах многоклеточных организмов, на складках мембран располагаются разнообразные ферменты, участвующие в обмене веществ. Отграничивая клетку от окружающей среды, мембрана регулирует направление диффузии веществ и одновременно осуществляет активный перенос их внутрь клетки (накопление) или наружу (выделение). За счет этих свойств мембраны концентрация ионов калия, кальция, магния, фосфора в цитоплазме выше, а концентрация натрия и хлора ниже, чем в окружающей среде. Через поры наружной мембраны из внешней среды внутрь клетки проникают ионы, вода и мелкие молекулы других веществ. Проникновение в клетку относительно крупных твердых частиц осуществляется путем фагоцитоза (от греч. "фаго” — пожираю, "питое” — клетка). При этом наружная мембрана в месте контакта с частицей прогибается внутрь клетки, увлекая частицу в глубь цитоплазмы, где она подвергается ферментативному расщеплению. Аналогичным путем в клетку попадают и капли жидких веществ; их поглощение называется пиноцитозом (от греч. "пино” — пью, "цитос” — клетка). Наружная клеточная мембрана выполняет и другие важные биологические функции.
Цитоплазма на 85 % состоит из воды, на 10 % — из белков, остальной объем приходится на долю липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и минеральных соединений; все эти вещества образуют коллоидный раствор, близкий по консистенции глицерину. Коллоидное вещество клетки в зависимости от ее физиологического состояния и характера воздействия внешней среды имеет свойства и жидкости, и упругого, более плотного тела. Цитоплазма пронизана каналами различной формы и величины, которые получили название эндоплазматической сети. Их стенки представляют собой мембраны, тесно контактирующие со всеми органоидами клетки и составляющие вместе с ними единую функционально-структурную систему для осуществления обмена веществ и энергии и перемещения веществ внутри клетки.

В стенках канальцев располагаются мельчайшие зернышки—гранулы, называемые рибосомами. Такая сеть канальцев называется гранулярной. Рибосомы могут располагаться на поверхности канальцев разрозненно или образуют комплексы из пяти-семи и более рибосом, называемые полисомами. Другие канальцы гранул не содержат, они составляют гладкую эндоплазматическую сеть. На стенках располагаются ферменты, участвующие в синтезе жиров и углеводов.

Внутренняя полость канальцев заполнена продуктами жизнедеятельности клетки. Внутриклеточные канальцы, образуя сложную ветвящуюся систему, регулируют перемещение и концентрацию веществ, разделяют различные молекулы органических веществ и этапы их, синтеза. На внутренней и внешней поверхности мембран, богатых ферментами, осуществляется синтез белков, жиров и углеводов, которые либо используются в обмене веществ, либо накапливаются в цитоплазме в качестве включений, либо выводятся наружу.

Рибосомы встречаются во всех типах клеток — от бактерий до клеток многоклеточных организмов. Это округлые тельца, состоящие из рибонуклеиновой кислоты (РНК) и белков почти в равном соотношении. В их состав непременно входит магний, присутствие которого поддерживает структуру рибосом. Рибосомы могут быть связаны с мембранами эндоплазматической сети, с наружной клеточной мембраной или свободно лежать в цитоплазме. В них осуществляется синтез белков. Рибосомы кроме цитоплазмы встречаются в ядре клетки. Они образуются в ядрышке и затем поступают в цитоплазму.

Комплекс Гольджи в растительных клетках имеет вид отдельных телец, окруженных мембранами. В животных клетках этот органоид представлен цистернами, канальцами и пузырьками. В мембранные трубки комплекса Гольджи из канальцев эндоплазматической сети поступают продукты секреции клетки, где они химически перестраиваются, уплотняются, а затем переходят в цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся из нее. В цистернах комплекса Гольджи происходит синтез полисахаридов и их объединение с белками, в результате чего образуются гликопротеиды.

Митохондрии — небольшие тельца палочковидной формы, ограниченные двумя мембранами. От внутренней мембраны митохондрии отходят многочисленные складки — кристы, на их стенках располагаются разнообразные ферменты, с помощью которых осуществляется синтез высокоэнергетического вещества — аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). В зависимости от активности клетки и внешних воздействий митохондрии могут перемещаться, изменять свои размеры, форму. В митохондриях найдены рибосомы, фосфолипиды, РНК и ДНК. С присутствием ДНК в митохондриях связывают способность этих органоидов к размножению путем образования перетяжки или почкованием в период деления клетки, а также синтез части митохондриальных белков.

Лизосомы - мелкие овальные образования, ограниченные мембраной и рассеянные по всей цитоплазме. Встречаются во всех клетках животных и растений. Они возникают в расширениях эндоплазматической сети и в комплексе Гольджи, здесь заполняются гидролитическими ферментами, а затем обособляются и поступают в цитоплазму. В обычных" условиях лизосомы переваривают частицы, попадающие в клетку путем фагоцитоза, и органоиды отмирающих клеток. Продукты лизиса выводятся через мембрану лизосомы в цитоплазму, где они включаются в состав новых молекул. При разрыве лизоеомной мембраны ферменты поступают в цитоплазму и переваривают ее содержимое, вызывая гибель клетки.
Пластиды есть только в растительных клетках и встречаются, у большинства зеленых растений. В пластидах синтезируются и накапливаются органические вещества. Различают пластиды трех видов: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

Хлоропласты — зеленые пластиды, содержащие зеленый пигмент хлорофилл. Они находятся в листьях, молодых стеблях, незрелых плодах. Хлоропласты окружены двойной мембраной. У высших растений внутренняя часть хлоропластов заполнена полужидким веществом, в котором параллельно друг другу уложены пластинки. Парные мембраны пластинок, сливаясь, образуют стопки, содержащие хлорофилл. В каждой стопке хлоропластов высших растений чередуются слои молекул белка и молекул липидов, а между ними располагаются молекулы хлорофилла. Такая слоистая структура обеспечивает максимум свободных поверхностей и облегчает захват и перенос энергии в процессе фотосинтеза.
Хромопласты — пластиды, в которых содержатся растительные пигменты (красный или бурый, желтый, оранжевый). Они сосредоточены в цитоплазме клеток цветков, стеблей, плодов, листьев растений и придают им соответствующую окраску. Хромопласты образуются из лейкопластов или хлоропластов в результате накопления пигментов каротиноидов.

Лейкопласты—бесцветные пластиды, располагающиеся в неокрашенных частях растений: в стеблях, корнях, луковицах и др. В лейкопластах одних клеток накапливаются зерна крахмала, в лейкопластах других клеток — масла, белки.

Все пластиды возникают из своих предшественников — пропластид. В них выявлена ДНК, которая контролирует размножение этих органоидов.

Клеточный центр, или центросома, играет важную роль при делении, клетки и состоит из двух центриолей. Он встречается у всех клеток животных и растений, кроме цветковых, низших грибов и некоторых, простейших. Центриоли в делящихся клетках принимают участие в формировании веретена деления и располагаются на его полюсах. В делящейся клетке первым делится клеточный центр, одновременно образуется ахроматиновое веретено, ориентирующее хромосомы при расхождении их к полюсам. В дочерние клетки отходит по одной центриоле.
У многих растительных и животных клеток имеются органоиды специального назначения : реснички, выполняющие функцию движения (инфузории, клетки дыхательных путей), жгутики (простейшие одноклеточные, мужские половые клетки у животных и растений и др.).

Включения - временные элемеаты, возникающие в клетке на определенной стадии ее жизнедеятельности в результате синтетической функции. Они либо используются, либо выводятся из клетки. Включениями являются также запасные питательные вещества: в растительных клетках—крахмал, капельки жира, белки, эфирные масла, многие органические кислоты, соли органических и неорганических кислот; в животных клетках - гликоген (в клетках печени и мышцах), капли жира (в подкожной клетчатке); Некоторые включения накапливаются в клетках как отбросы — в виде кристаллов, пигментов и др.

Вакуоли — это полости, ограниченные мембраной; хорошо выражены в клетках растений и имеются у простейших. Возникают в разных участках расширений эндоплазматической сети. И постепенно отделяются от нее. Вакуоли поддерживают тургорное давление, в них сосредоточен клеточный или вакуолярный сок, молекулы которого определяют его осмотическую концентрацию. Считается, что первоначальные продукты синтеза - растворимые углеводы, белки, пектины и др. — накапливаются в цистернах эндоплазматической сети. Эти скопления и представляют собой зачатки будущих вакуолей.
Цитоскелет . Одной из отличительных особенностей эукариотической клетки является развитие в ее цитоплазме скелетных образований в виде микротрубочек и пучков белковых волокон. Элементы цитоскелета тесно связаны с наружной цитоплазматической мембраной и ядерной оболочкой, образуют сложные переплетения в цитоплазме. Опорные элемеиты цитоплазмы определяют форму клетки, обеспечивают движение внутриклеточных структур и перемещение всей клетки.

Ядро клетки играет основную роль в ее жизнедеятельности, с его удалением клетка прекращает свои функции и гибнет. В большинстве животных клеток одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (печень и мышцы человека, грибы, инфузории, зеленые водоросли). Эритроциты млекопитающих развиваются из клеток-предшественников, содержащих ядро, но зрелые эритроциты утрачивают его и живут недолго.
Ядро окружено двойной мембраной, пронизанной порами, посредством которых оно тесно связано с каналами эндоплазматической сети и цитоплазмой. Внутри ядра находится хроматин — спирализованные участки хромосом. В период деления клетки они превращаются в палочковидные структуры, хорошо различимые в световой микроскоп. Хромосомы — это сложный комплекс белков с ДНК, называемый нуклеопротеидом.

Функции ядра состоят в регуляции всех жизненных отправлений клетки, которую оно осуществляет при помощи ДНК и РНК-материальных носителей наследственной информации. В ходе подготовки к делению клетки ДНК удваивается, в процессе митоза хромосомы расходятся и передаются дочерним клеткам, обеспечивая преемственность наследственной информации у каждого вида организмов.

Кариоплазма — жидкая фаза ядра, в которой в растворенном виде находятся продукты жизнедеятельности ядерных структур.

Ядрышко — обособленная, наиболее плотная часть ядра.

В состав ядрышка входят сложные белки и РНК, свободные или связанные фосфаты калия, магния, кальция, железа, цинка, а также рибосомы. Ядрышко исчезает перед началом деления клетки и вновь формируется в последней фазе деления.

Таким образом, клетка обладает тонкой и весьма сложной организацией. Обширная сеть цитоплазматических мембран и мембранный принцип строения органоидов позволяют разграничить множество одновременно протекающих в клетке химических реакций. Каждое из внутриклеточных образований имеет свою структуру и специфическую функцию, но только при их взаимодействии возможна гармоничная жизнедеятельность клетки.На основе такого взаимодействия вещества из окружающей среды поступают в клетку, а отработанные продукты выводятся из нее во внешнюю среду — так совершается обмен веществ. Совершенство структурной организации клетки могло возникнуть только в результате длительной биологической эволюции, в процессе которой выполняемые ею функции постепенно усложнялись.
Простейшие одноклеточные формы представляют собой и клетку, и организм со всеми его жизненными проявлениями. В многоклеточных организмах клетки образуют однородные группы — ткани. В свою очередь ткани формируют органы, системы, и их функции определяются общей жизнедеятельностью целостного организма.

2. Прокариотическая клетка.

К прокариотам относят бактерии и сине-зелёные водоросли (цианеи). Наследственный аппарат прокариот представлен одной кольцевой молекулой ДНК, не образующей связей с белками и содержащей по одной копии каждого гена — гаплоидные организмы. В цитоплазме имеется большое количество мелких рибосом; отсутствуют или слабо выражены внутренние мембраны. Ферменты пластического обмена расположены диффузно. Аппарат Гольджи представлен отдельными пузырьками. Ферментные системы энергетического обмена упорядоченно расположены на внутренней поверхности наружной цитоплазматической мембраны. Снаружи клетка окружена толстой клеточной стенкой. Многие прокариоты способны к спорообразованию в неблагоприятных условиях существования; при этом выделяется небольшой участок цитоплазмы содержащий ДНК, и окружается толстой многослойной капсулой. Процессы метаболизма внутри споры практически прекращаются. Попадая в благоприятные условия, спора преобразуется в активную клеточную форму. Размножение прокариот происходит простым делением надвое.

Средняя величина прокариотических клеток 5 мкм. У них нет никаких внутренних мембран, кроме впячиваний плазматической мембраны. Пласты отсутствуют. Вместо клеточного ядра имеется его эквивалент (нуклеоид), лишенный оболочки и состоящий из одной-единственной молекулы ДНК. Кроме того бактерии могут содержать ДНК в форме крошечных плазмид, сходных с внеядерными ДНК эукариот.
В прокариотических клетках, способных к фотосинтезу (сине-зеленые водоросли, зеленые и пурпурные бактерии) имеются различно структурированные крупные впячивания мембраны - тилакоиды, по своей функции соответствующие пластидам эукариот. Эти же тилакоиды или - в бесцветных клетках - более мелкие впячивания мембраны (а иногда даже сама плазматическая мембрана) в функциональном отношении заменяют митохондрии. Другие, сложно дифференцированные впячивания мембраны называют мезасомами; их функция не ясна.
Только некоторые органеллы прокариотической клетки гомологичны соответствующим органеллам эукариот. Для прокариот характерно наличие муреинового мешка - механически прочного элемента клеточной стенки

Сравнительная характеристика клеток растений, животных, бактерий, грибов

При сравнении бактерий с эукариотами можно выделить единственное сходство - наличие клеточной стенки, а вот сходства и различия эукариотических организмов заслуживают более пристального внимания. Следует начать сравнение с компонентов, которые свойственны и растениям, и животным, и грибам. Это ядро, митохондрии, Аппарат (комплекс) Гольджи, эндоплазматический ретикулум (или эндоплазматическая сеть) и лизосомы. Они характерны для всех организмов, имеют сходное строение и выполняют одинаковые функции. Теперь следует акцентировать внимание на различиях. Растительная клетка, в отличие от животной, имеет клеточную стенку, состоящую из целлюлозы. Кроме того, существую органеллы свойственные растительным клеткам - пластиды и вакуоли. Наличие этих компонентов обусловлено необходимостью растений поддерживать форму, при отсутствии скелета. Есть отличия и в особенностях роста. У растений он происходит в основном за счет увеличения размера вакуолей и растяжения клеток, в то время как у животных происходит увеличение объема цитоплазмы, а вакуоль вовсе отсутствует. Пластиды (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты) характерны преимущественно для растений, поскольку их основная задача - это обеспечить автотрофный способ питания. У животных в противовес растениям существуют пищеварительные вакуоли, которые обеспечивают гетеротрофный способ питания. Грибы занимают особое положение и для их клеток характерны признаки свойственные и для растений, и для животных. Подобно животным грибам присущ гетеротрофный тип питания, содержащая хитин клеточная оболочка, а основным запасающим веществом является гликоген. В то же время для них, как для растений, характерен неограниченный рост, неспособность к передвижению и питание путем всасывания.

Лекция 4.
ОСНОВЫ БОТАНИКИ. НИЗШИЕ РАСТЕНИЯ
Строение эукариотической клетки. Отличие эукариот от
прокариот. Особенности строения и функционирования
растительной клетки. Фотосинтез. Систематика и общая
характеристика водорослей. Водоросли одноклеточные и
многоклеточные, их роль в природных процессах.

Строение эукариотической клетки. Отличия эукариот от прокариот

Эукарио́ты (лат. Eukaryota от др.-греч. εὖ- «хорошо» и κάρυον «ядро»),
или я́дерные, - домен (надцарство) живых организмов, клетки которых
содержат ядро. Животные, растения, грибы, а также группы организмов под общим
названием протисты - все являются эукариотическими организмами.
Типичной эукариотической клетки не существует,
но можно выделить общий план строения.
Оболочку, покрывающую клетку снаружи,
называют клеточной мембраной. Внутри клетки
часто встречаются пузырьки, оболочка которых
очень похожа на клеточную мембрану. Их
называют мембранными пузырьками,
или вакуолями.
Различные части клетки называются органоидами: ядра, эндоплазматическая сеть
(ЭПС), комплекс Гольджи, митохондрии, центриоли (вместе они имеют название
"клеточный центр"). Внутреннее содержимое клетки, за исключением ядра,
называют цитоплазмой.

Схема типичной клетки животного. 1. Ядрышко 2. Ядро 3. Рибосома 4.Везикула 5.
Шероховатый (гранулярный) эндоплазматический ретикулум 6. Аппарат
Гольджи 7.Клеточная стенка 8. Гладкий (агранулярный) эндоплазматический
ретикулум 9. Митохондрия 10. Вакуоль11. Гиалоплазма 12. Лизосома
13. Центросома (Центриоль)
Согласно наиболее распространённым гипотезам, эукариоты появились 1,5-2 млрд лет
назад. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез - симбиоз между
эукариотической клеткой, видимо, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу, и
поглощёнными этой клеткой бактериями - предшественниками митохондрий и пластид.

Отличия эукариот от прокариот

1. Расположением генетического аппарата в клетке. Генетический аппарат всех
эукариот находится в ядре и защищён ядерной оболочкой. ДНК эукариот
линейная, а у прокариот ДНК кольцевая и находится в особой области клетки -
нуклеоиде, который не отделён мембраной от остальной цитоплазмы. ДНК связана с
белками-гистонами и другими белками хромосом, которых нет у бактерий.
2. В жизненном цикле эукариот обычно присутствуют две ядерные фазы
(гаплофаза и диплофаза). Первая фаза характеризуется гаплоидным (одинарным)
набором хромосом, далее, сливаясь, две гаплоидные клетки (или два ядра)
образуют диплоидную клетку (ядро), содержащую двойной (диплоидный) набор
хромосом. Иногда при следующем делении, а чаще спустя несколько делений
клетка вновь становится гаплоидной. Такой жизненный цикл и в целом
диплоидность для прокариот не характерны.

3. Наличие у эукариотических клеток особых органелл, имеющих свой
генетический аппарат, размножающихся делением и окружённых мембраной. Эти
органеллы - митохондрии и пластиды.
Прокариоты характеризуются малым количеством органелл, и ни одна из них не
окружена двойной мембраной. В клетках прокариот нет эндоплазматического
ретикулума, аппарата Гольджи, лизосом.
4. Наличие у эукариот эндоцитоза, в том числе у многих групп - фагоцитоза.
Этот процесс обеспечивает в организме важную защитную функцию. Появление
фагоцитоза у эукариот скорее всего связано с размерами. Размеры
прокариотических клеток несоизмеримо меньше, и поэтому в процессе
эволюционного развития эукариот у них возникла проблема снабжения организма
большим количеством пищи. Как следствие среди эукариот появляются первые
настоящие, подвижные хищники.

5. Различия в организации цитоскелета. Некоторое время считалось, что цитоскелет свойственен только эукариотам, но в середине 1990-х гг. белк

5. Различия в организации цитоскелета. Некоторое время считалось, что
цитоскелет свойственен только эукариотам, но в середине 1990-х гг.
белки, гомологичные основным белкам цитоскелета эукариот, были обнаружены и у
бактерий.
Именно наличие специфическим образом устроенного цитоскелета позволяет
эукариотам создать систему подвижных внутренних мембранных органоидов. Кроме
того, цитоскелет позволяет осуществлять эндо- и экзоцитоз (как предполагается,
именно благодаря эндоцитозу в эукариотных клетках появились внутриклеточные
симбионты, в том числе митохондрии и пластиды).
Другая важнейшая функция цитоскелета эукариот - обеспечение деления ядра
(митоз и мейоз) и тела (цитотомия) эукариотной клетки (деление прокариотических
клеток организовано проще).
Различия в строении цитоскелета объясняют и другие отличия про- и эукариот -
например, постоянство и простоту форм прокариотических клеток и значительное
разнообразие формы и способность к её изменению у эукариотических, а также
относительно большие размеры последних.

Особенности строения и функционирования растительной клетки
Растения – это фотоавтотрофные эукариоты.
Это значит, что растения создают органические
вещества из неорганических соединений –
диоксида углерода (СО2) и воды (Н2О) под
действием света.
Царство Растения включает в себя около 400 000
видов и делится на подцарства – низшие
растения (водоросли) и высшие растения –
споровые (мхи, плауны, хвощи, папоротники) и
семенные (голосемянные и покрытосемянные).
Водоросли – это растения, у которых
тело представлено одной клеткой или
нерасчлененным на органы слоевищем,
т. е. у водорослей клетки не
дифференцированы.
Тело высших растений в той или иной
мере расчленено на органы – корень,
стебель, лист.

1. Клетки растений имеют плотные целлюлозные стенки, основным компонентом которой является целлюлоза. 2. В клеточных стенках растений сущ

Особенности строения растительной клетки
Растительная клетка
1. Клетки растений имеют плотные
целлюлозные стенки, основным компонентом которой
является целлюлоза.
2. В клеточных стенках растений существуют углубления -
поры, через которые проходят цитоплазматические
канальца - плазмодесмы, осуществляющие контакт
соседних клеток и обмен веществами между ними.
3. В клетках находятся зелёные пластиды -
хлоропласты, в них зелёный пигмент хлорофилл
(обеспечивает фотосинтез).
4. В основном ведут прикреплённый образ жизни.
5. Запасные вещества в клетках накапливаются в
виде крахмала.
Растут в течение всей жизни.
Жизнедеятельность регулируется фитогормонами.
Аристотель поместил растения в
промежуточное состояние между
неодушевлёнными предметами и
животными. Он определил растения как
живые организмы, которые не способны
самостоятельно передвигаться (в
противоположность животным).
Хлоропласты в
клетках листа

Строение клетки растений

Фотосинтез

Фотосинтез - синтез органических веществ из углекислого газа и воды с
обязательным использованием энергии света:
6СО2 + 6Н2О + Qсвета → С6Н12О6 + 6О2.
Общая характеристика процесса фотосинтеза
Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз и нескольких
этапов, которые идут последовательно.
I Световая фаза
1. Фотофизический этап – происходит во внутренней
мембране хлоропластов и связан с поглощением
солнечной энергии пигментными системами.
2. Фотохимический этап – проходит во внутренней
мембране хлоропластов и связан с преобразованием
солнечной энергии в химическую энергию АТФ и
НАДФН2 и фотолизом воды.
II Темновая фаза
3. Биохимический этап или цикл Кальвина – проходит в
строме хлоропластов. На этом этапе углекислый газ
восстанавливается до углеводов.
В ходе эволюции растений сформировался специализированный
фотосинтеза – лист, органоиды фотосинтеза - хлоропласты
орган
Пласти́ды (от др.-греч. πλαστός - вылепленный) - полуавтономные органеллы высших растений,
водорослей и некоторых фотосинтезирующих простейших. Пластиды имеют от двух до четырёх
мембран, собственный геном и белоксинтезирующий аппарат.

Ультраструктура хлоропласта:
1. внешняя мембрана
2. межмембранное пространство
3. внутренняя мембрана (1 + 2 + 3: оболочка)
4. строма (жидкость)
5. тилакоид с просветом (люменом) внутри
6. мембрана тилакоида
7. грана (стопка тилакоидов)
8. тилакоид (ламелла)
9. зерно крахмала
10. рибосома
11. пластидная ДНК
12. пластоглобула (капля жира)
Функционально фотосинтез приурочен к специализированным органеллам –
хлоропластам. Хлоропласты высших растений имеют форму двояко выпуклой
линзы, которая наиболее удобна для поглощения солнечных лучей. Внутри
хлоропластов находится однородное вещество – строма, пронизанная системой
параллельно расположенных мембран, имеющих вид плоских мешочков тилакоидов, они собраны в стопки, называемые гранами. В тилакоидах гран
находятся хлорофилл и каротиноиды, в строме – молекулы ДНК, рибосомы, капли
липидов, крахмальные зёрна и др. включения.

В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты: хлорофиллы и каротиноиды. Существует несколько разных типов хло

В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты:
хлорофиллы и каротиноиды. Существует несколько разных типов хлорофилла (a, b,
c, d), хлоропласты высших растений содержат хлорофилл а и хлорофилл b.
В молекуле хлорофилла можно выделить порфириновую «головку» с атомом
магния в центре и фитольный «хвост». Порфириновая «головка» представляет собой
плоскую структуру, является гидрофильной и поэтому лежит на той поверхности
мембраны, которая обращена к водной среде стромы. Фитольный «хвост» -
гидрофобный и за счет этого удерживает молекулу хлорофилла в мембране.
Хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый
свет, отражают зеленый и поэтому придают
растениям характерную зеленую окраску.
Молекулы хлорофилла в мембранах тилакоидов
организованы в фотосистемы.
У растений и синезеленых водорослей имеются
фотосистема-1 и фотосистема-2, у фотосинтезирующих
бактерий - фотосистема-1. Только фотосистема-2
может разлагать воду с выделением кислорода и
отбирать электроны у водорода воды.

Каротиноиды - это желтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты, сильно
поглощающие свет в сине-фиолетовой области. Они называются вспомогательными
пигментами, поскольку поглощенную ими световую энергию они переносят на
хлорофилл. В спектре поглощения каротиноидов обнаруживаются три пика в синефиолетовой области. Помимо своей функции как вспомогательных пигментов
каротиноиды защищают хлорофиллы от избытка света и от окисления
кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза. Они хорошо замаскированы
зелеными хлорофиллами, но становятся видны в листьях до начала листопада,
поскольку хлорофиллы разрушаются первыми.

1. Фотофизический этап
Световая фаза происходит в мембранах тилакоидов только в присутствии света при
участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента - АТФ-синтетазы.
Под действием кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают
молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге
заряжается отрицательно. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются,
отбирая электроны у воды, находящейся во внутритилакоидном пространстве. Это
приводит к распаду или фотолизу воды:
Н2О + Qсвета → Н+ + ОН-.
Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в
реакционноспособные радикалы ОН:
ОН- → ОН + е-.
Радикалы ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород:
4НО → 2Н2О + О2.
Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри
тилакоида в «протонном резервуаре». В результате мембрана тилакоида с одной
стороны за счет Н+ заряжается положительно, с другой за счет электронов -
отрицательно.

2. Фотохимический этап
Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны
тилакоида достигает 200 мВ, протоны проталкиваются через каналы АТФсинтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ; атомарный водород
идет на восстановление специфического переносчика
НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) до НАДФ·Н2:
2Н+ + 2е- + НАДФ → НАДФ·Н2.
Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается
тремя важнейшими процессами: 1) синтезом АТФ; 2) образованием НАДФ·Н2; 3)
образованием кислорода.
Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ·Н2транспортируются в строму
хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы
1 - строма хлоропласта; 2 - тилакоид граны.

Эта фаза протекает в строме хлоропласта. Реакции темновой фазы представляют собой цепочку последовательных преобразований углекислого г

Темновая фаза
Эта фаза протекает в строме хлоропласта. Реакции темновой фазы представляют
собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа (поступает из
воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ.
Первая реакция в этой цепочке - фиксация углекислого газа; акцептором
углекислого газа является пятиуглеродный сахар рибулозобифосфат (РиБФ);
катализирует реакцию фермент рибулозобифосфат-карбоксилаза (РиБФкарбоксилаза). В результате карбоксилирования рибулозобисфосфата образуется
неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две
молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК).
Затем происходит цикл реакций, в которых
через ряд промежуточных продуктов
фосфоглицериновая кислота преобразуется в
глюкозу. В этих реакциях используются энергии
АТФ и НАДФ·Н2, образованных в световую
фазу; цикл этих реакций получил название
«цикл Кальвина»:
6СО2 + 24Н+ + АТФ → С6Н12О6 + 6Н2О.
Кроме глюкозы, в процессе фотосинтеза
образуются другие мономеры сложных
органических соединений - аминокислоты,
глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды.

Систематика и общая характеристика водорослей
Во́доросли (лат. Algae) - гетерогенная экологическая группа преимущественно
фотоавтотрофных одноклеточных, колониальных или многоклеточных
организмов, обитающих, как правило, в водной среде, в систематическом отношении
представляющая собой совокупность многих отделов.
Вступая в симбиоз с грибами, эти организмы в ходе эволюции образовали совершенно
новые организмы -лишайники.
На основании различий в наборе пигментов, структуре хроматофора, особенностей морфологии
и биохимии (состав клеточных оболочек, типы запасных питательных веществ) большинством
отечественных систематиков выделяется 11 отделов водорослей
Прокариоты, или Доядерные
Царство Бактерии
Подцарство Цианобактерии
Отдел Сине-зелёные водоросли
Эукариоты, или Ядерные
Царство Растения
Подцарство Водоросли
Отдел Зелёные водоросли
Отдел Эвгленовые водоросли
Отдел Золотистые водоросли
Отдел Жёлто-зелёные
водоросли
Отдел Диатомовые водоросли
Отдел Динофитовые водоросли
Отдел Криптофитовые
водоросли
Отдел Бурые водоросли
Подцарство Багрянки
Отдел Красные водоросли

Некоторые водоросли способны к гетеротрофии, как осмотрофной (поверхностью
клетки), например жгутиконосцы, так и путём заглатывания через клеточный рот
(эвгленовые, динофитовые).
Размеры водорослей колеблются от долей микрона (некоторые диатомеи) до 30-50м
(бурые водоросли - ламинария, саргассум).
Среди одноклеточных есть колониальные формы, когда отдельные клетки тесно
связаны между собой (соединены через плазмодесмы или погружены в общую слизь).
Среда их обитания преимущественно водная, но встречаются они в почве, на
коре деревьев и даже в снегу – снежная хламидомонада. Скопления этой
водоросли придают таящему снегу различные оттенки – от красного до зеленого.
эвглена
Одноклеточные водоросли: 1 – хламидомонада;
2 – хлорелла; 3 – нитчатая водоросль спирогира;
4 – колониальная водоросль вольвокс;
многоклеточные водоросли: 5 – ламинария; 6 – порфира
хламидомонада

Водоросли являются наиболее древней группой растений. Они прошли длительный
эволюционный путь, приспосабливаясь к различным сменявшимся условиям на Земле.
Тело водорослей называется талломом, или слоевищем. У некоторых водорослей есть
ризоиды - нитевидные выросты, в основном предназначенные для прикрепления к
субстрату. Могут выполнять функцию всасывания воды и минеральных веществ.
Обитая в водной среде, они поглощают питательные вещества всей поверхностью.
Вода поглощает и рассеивает свет, поэтому по мере погружения освещенность падает.
Волны красной части спектра практически не проникают на глубину свыше 12 м. А
именно в этой области спектра "работает" хлорофилл. Поэтому для лучшего
обеспечения фотосинтеза у многих групп водорослей появились дополнительные
пигменты, поглощающие свет в синей области спектра. Для каждого отдела
водорослей характерен свой набор пигментов, что отражается в их названиях.

Водоросли одноклеточные и многоклеточные,
роль в природных процессах
Диатомовые водоросли. Их тело состоит из одной клетки (встречаются колонии),
которая заключена в прозрачный панцирь. Причем панцири бывают украшены
различными рисунками, и по этим рисункам водоросли и различаются. Панцирь
состоит из кремнезема, они прозрачны для света, поэтому водоросли могут
осуществлять фотосинтез. Когда водоросли отмирают, панцири осаждаются на дно
водоема и образуют породу диатомит.
Одноклеточные водоросли: диатомовые и эвгленовые
Эвгленовые водоросли: ботаники относят их к растениям, а зоологи – к простейшим
животным (содержат хлорофилл – признак растений; могут двигаться – животные).
Кроме того, они могут терять хлорофилл и питаться уже готовыми органическими
веществами (гетеротрофы).

Зеленые водоросли не имеют дополнительных пигментов, поэтому их окраску определяет хлорофилл. Именно эта группа водорослей дала начало вы

Зеленые водоросли не имеют дополнительных пигментов, поэтому их окраску
определяет хлорофилл. Именно эта группа водорослей дала начало высшим
растениям. Они широко распространены в пресных и морских водах, встречаются
также на суше в увлажненных местах: в почве, на коре деревьев, на камнях. Размеры
их варьируют от нескольких микрометров до метров.
Они представлены различными жизненными формами: одноклеточными,
колониальными, нитчатыми и многоклеточными.
Представителями одноклеточных водорослей являются хламидомонада и
хлорелла.
СТРОЕНИЕ ХЛАМИДОМОНАДЫ
Хламидомонада - округлая клетка, вытянутая с
переднего конца. На нем находится пара жгутиков,
за счет которых она передвигается. Снаружи клетка
покрыта клеточной стенкой. В центре клетки
находится гаплоидное ядро. Единственная крупная
пластида, называемая хроматофор, располагается
по периферии клетки, делая ее окрашенной. В клетке
имеется обычный набор органелл. Кроме того, на
переднем конце располагается пара
сократительных вакуолей, выводящих из клетки
избыток воды.
В условиях неравномерного освещения хламидомонада всегда плывет на свет. Это
явление называется положительным фототаксисом. Для его осуществления у
хламидомонады есть специальный органоид, видимый как маленькая красная точка в
основании жгутиков. Он называется стигма, или глазок.

Размножение и жизненный цикл хламидомонады. Жизненный цикл хламидомонады идет с чередованием гаплоидной и диплоидной форм. В благоприятн

Размножение и жизненный цикл хламидомонады. Жизненный цикл
хламидомонады идет с чередованием гаплоидной и диплоидной форм. В
благоприятных условиях хламидомонада быстро размножается бесполым путем.
Достигнув определенных размеров, клетка отбрасывает жгуты и округляется.
Происходит, в зависимости от вида, 1, 2 или 3 митотических деления ядра. Под
оболочкой материнской клетки образуется 2, 4 или 8 мелких клеток, имеющих пару
жгутиков. Оболочка материнской клетки разрывается, и мелкие клетки, называемые
зооспорами, выходят в среду. Они растут и превращаются во взрослых
хламидомонад.
В неблагоприятных условиях у
хламидомонады начинается половой
процесс. Внутри родительских клеток
формируются подвижные гаметы, которые
выходят в воду. Гаметы, происходящие из
разных родительских клеток, соединяются
попарно и образуют зиготу. Она
покрывается плотной оболочкой и
превращается в зигоцисту, способную
переживать неблагоприятные условия. При
наступлении благоприятных условий в
зигоцисте происходит мейоз, и из нее
выходят 4 зооспоры, вырастающие во
взрослую хламидомонаду

Хлорелла. В отличие от хламидомонады, хлорелла не имеет жгутиков и удерживается в верхних слоях воды за счет низкой плотности. Выглядит она

как
зеленая муть в воде - вода «цветет».
пиреноид - особое включение внутри
хлоропласта. Функция - запасание фермента
рибулозобисфосфаткарбоксилаза (рубиско)
и/или центр синтеза сахаров при помощи
этого фермента.
Размножается она только бесполым путем, а неблагоприятные условия переживает
в форме цисты, в которые превращаются обычные клетки. Для хлореллы характерна
высокая скорость фотосинтеза, она богата белками и липидами, благодаря чему ее
выращивают на корм скоту и применяют для регенерации кислорода в космических
аппаратах

Многоклеточные зеленые водоросли самой разнообразной формы: кустистые, нитчатые, слоевидные. Но у всех клетки не дифференцированы.

Ульва, или морской салат – род зелёных
водорослей, включающему около 20 видов. Ульва
растет чаще всего на мелководье, это
светолюбивое и теплолюбивое растение.
Строение. Многоклеточное ярко-зеленое слоевище этой водоросли пластинчатое,
может быть цельное, рассеченное либо ветвистое. Длина таллома составляет, в
среднем, 0,3-1,5 метра. В основании слоевища имеются крупные клетки с ризоидами,
образующие подошву, посредством которой водоросль прикрепляется к подводному
субстрату.
Размножение. Возможен вегетативный и половой способы размножения. Из
фрагментов организма появляется новое растение. От основания ульвы, точнее из ее
подошвы могут развиваться молодые растения.
При половом процессе происходит слияние гамет из
разных талломов (с помощью подвижных клеток, которые
образуются на месте материнского таллома). Жизненный
цикл ульвы включает два поколения - гаметофит и
спорофит, которые выглядят абсолютно одинаково и
имеют сходное строение. Половое размножение может
протекать как изогамия или гетерогамия.

Представителями нитчатых зеленых водорослей являются улотрикс и спирогира. Улотрикс растет в прикрепленном состоянии. Нижняя клетка нити

Представителями нитчатых зеленых водорослей являются
улотрикс и спирогира.
Улотрикс растет в прикрепленном состоянии. Нижняя клетка нити,
называемая прикрепительной (ризоидальной) клеткой, плотно
врастает в поверхность какого-либо подводного предмета, образует
толстую клеточную стенку, ее цитоплазма отмирает. Остальные
клетки имеют одинаковое строение и способны к делению и
фотосинтезу. За счет их деления водоросль растет в длину.
Улотрикс размножается половым и бесполым путем.
Бесполое размножение улотрикса осуществляется с помощью подвижных 4жгутиковых зооспор. Они образуются путем митотического деления из клеток
средней части нити. Прикрепившись к какой-нибудь поверхности, они сбрасывают
жгуты и делятся митозом в плоскости, параллельной поверхности. Нижняя клетка
превращается в прикрепительную, а верхняя продолжает делиться, образуя нить.
Нити улотрикса могут размножаться фрагментацией.
В неблагоприятных условиях улотрикс
размножается половым путем. В клетках нити
формируются подвижные гаметы. Они,
соединяясь попарно, образуют зиготу, которая
превращается в зигоцисту, переживающую
неблагоприятные условия. В благоприятных
условиях в ней происходит мейоз, и
образовавшиеся гаплоидные клетки дают
начало новым нитям улотрикса.

Спирогира представляет собой длинные плавающие в толще воды нити, состоящие из крупных клеток. Центр клетки занимает крупная центральная

Спирогира представляет собой длинные плавающие в толще воды нити,
состоящие из крупных клеток. Центр клетки занимает крупная центральная
вакуоль, цитоплазма находится в пристенном слое и пронизывает вакуоль
отдельными тяжами. Особенность спирогиры: один или несколько
лентовидных хроматофоров, закрученных в спираль, и гаплоидное ядро.
Нить растет за счет деления всех клеток.
При фрагментации нити каждый ее кусочек может
дать начало новой нити - вегетативное
размножение спирогиры. Часто в водоемах
спирогира образует густые сплетения, похожие на
зеленую вату.
Половой процесс - конъюгация - у спирогиры
происходит между обычными клетками двух разных
нитей.
При сближении нитей между ними образуется конъюгационная
трубка. Содержимое одной клетки, принадлежащей к «+»-нити,
перетекает в другую, принадлежащую «–»-нити.
Происходит слияние клеток, а затем и ядер. Формируется
диплоидная зигота, которая окружается плотной оболочкой -
образуется зигоспора.
Зигота делится мейозом, образуя 4 гаплоидные клетки. В дальнейшем 3 из 4 клеток
погибают. Оставшаяся прорастает в гаплоидную нить спирогиры.

Бурые водоросли – это многоклеточные водоросли, обитающие исключительно в соленых водах. К бурым водорослям относится морская капуста ла

Бурые водоросли – это многоклеточные водоросли, обитающие исключительно в
соленых водах. К бурым водорослям относится морская капуста ламинария, фукус,
цистозира, саргассум. Они замечательны тем, что накапливают много йода,
содержащегося в морской воде.
Они содержат хлорофилл и, кроме того, желтые и оранжевые пигменты, которые
помогают улавливать свет и осуществлять фотосинтез.
Фукус
Падина павлинья
Ламинария
Цистозира бородатая

С помощью дополнительных пигментов они могут осуществлять фотосинтез на глубине до 30 метров. Они представляют собой крупные растения (до 30

метров в
длину), состоящие из диплоидных клеток. Таллом образует ризоиды для
прикрепления к субстрату. Многие из них растут в приливно-отливной зоне
(литорали) и во время отлива оказываются на суше. Для защиты от высыхания
бурые водоросли образуют много слизистых веществ. Таллом фукуса содержит
многочисленные пузырьки воздуха для увеличения плавучести

В жизненном цикле бурых водорослей наблюдается чередования гаплоидного гаметофита и диплоидного спорофита с преобладанием спорофита. Ра

В жизненном цикле бурых водорослей наблюдается чередования гаплоидного
гаметофита и диплоидного спорофита с преобладанием спорофита.
Размножаются бурые водоросли половым и бесполым путем.
Диплоидные растения посредством мейоза образуют гаплоидные клетки. У
одних (род фукус) они становятся гаметами, при слиянии которых образуется
зигота, дающая начало новому растению. У большинства же продуктами мейоза
являются споры, которые дают начало гаплоидной стадии.
Гаплоидная стадия представляет
собой мелкие нитевидные
образования, которые недолго
живут на дне моря. Они
раздельнополы. На них
формируются многоклеточные
половые органы, в которых
образуются гаметы: яйцеклетки и
сперматозоиды. Они, сливаясь,
образуют зиготу, из которой
вырастают крупные диплоидные
растения.
Жизненный цикл ламинарии

Сифоновые водоросли - одни из самых древних групп зеленых водорослей. У них таллом образован, как правило, одной гигантской клеткой. В цито

Сифоновые водоросли - одни из самых древних групп зеленых водорослей. У
них таллом образован, как правило, одной гигантской клеткой. В цитоплазме кроме
одного или нескольких ядер содержится также один или несколько хлоропластов.
Многочисленные хлоропласты обладают дисковидной или веретеновидной
формой; когда хлоропласт один, он имеет сетчатое строение. Примерами таких
водорослей являются каулерпа и ацетабулярия.
каулерпа
ацетабулярия
Ацетабулярия. Нижняя часть одноклеточного слоевища (ризоид) находится в грунте.
В ризоиде расположено ядро. Вверх растет ножка, достигающая в длину
нескольких сантиметров. На ее конце формируется шляпка. Для размножения по
периферии шляпки образуются споры, из которых вырастают новые растения.

Красные водоросли – совершенно особая группа водорослей, которая благодаря особым ферментам способна обитать на больших глубинах (до пят

Красные водоросли – совершенно особая группа водорослей, которая благодаря
особым ферментам способна обитать на больших глубинах (до пятисот метров).
Среди багрянок встречаются как одноклеточные, так и
многоклеточные нитчатые и пластинчатые водоросли.
Из 4000 видов только 200 приспособились к жизни в
пресных водоемах и на почве, остальные – обитатели
морей. Окраска красных водорослей определяется
различным количественным содержанием пигментов:
хлорофиллы а и d, каротиноиды и фикобиллины:
красный (фикоэритрин) и синий (фикоцианин).
Причем окраска водорослей различна на разной
глубине, на мелководье они желто-зеленые, затем
розовые и на глубине более 50 м становятся
красными.
Формы таллома багрянок
филлофора ребристая
У берегов Крыма узкой полосой встречается прикрепленная форма
филлофоры ребристой на валунах и скалах на глубинах до 60 м.
Крупный таллом, до 50 см, с плоскими ветвями образует кусты
малиново-красного цвета. Филлофора - важный источник
получения желирующих веществ, в частности агароидов, которые
находят применение в текстильной, пищевой и микробиологической
промышленности.

Харовые водоросли - класс, которые объединяют в себе признаки водорослей и высших растений. По строению они похожи на хвощи. Их тело состо

Харовые водоросли - класс, которые объединяют в себе признаки водорослей
и высших растений. По строению они похожи на хвощи. Их тело состоит из
отдельных члеников, ветвеподобных образований. Всего известно не более 700
видов харовых
Высота их таллома составляет обычно 20-30 см, но может
достигать и 1-2 м, боковые ветви ограниченного роста,
расположены мутовками на многоклеточных
узлах. Междоузлия состоят из одной длинной клетки,
которая может обрастать корой из узких клеток.
Хлоропласты зелёные, содержат хлорофиллы a и b, из
дополнительных пигментов - ликопин. Запасное
вещество - крахмал.
Размножение: вегетативное
и половое. Вегетативное
размножение осуществляется
посредством специальных
клубеньков на ризоидах или
звездообразных скоплений клеток на
нижних стеблевых узлах, которые
дают начало новому таллому.
Хара ломкая
Репродуктивные органы харовых водорослей (сверху: оогоний, снизу:антеридий)
Женский половой орган -оогоний и мужской - антеридий многоклеточны и развиваются
у большинства видов на одном растении, но известны и двудомные виды.

Пирофитовые водоросли - группа одноклеточных морских (реже пресноводных)
жгутиковых
водорослей,
объединяющая
около
2100
видов
из
двух
подотделов: криптофитовые и динофитовые. Хлоропласты бурые, клетка, как
правило, заключена в панцирь из целлюлозы, нередко причудливой формы.
Большинство пирофитов – автотрофы. Размножаются делением и спорами, половой
процесс наблюдается редко. Пирофитовые водоросли – причина «красных приливов»;
выделяемые множеством этих микроорганизмов токсичные вещества служат причиной
гибели рыб и моллюсков. Другие пирофиты – симбионты радиолярий и коралловых
полипов.
К ним относится ночесветка. Несмотря на микроскопические размеры, её можно
увидеть невооруженным глазом.
Она обладает удивительным свойством - ярко
светиться. Днем это явление незаметно, но ночами
свечение становится очень хорошо видным.
Многие представители пирофитовых водорослей
обладают способностью биолюминесценции. Этот
живой свет имеет множество оттенков, но в
основном бывает серебристо-белым.
Шаровидное тело ночесветки едва достигает 2 мм в диаметре. Имеющиеся жировые
включения обеспечивают «парение» организма в воде. Она лишена оболочки из
клетчатки и не имеет, в отличие от других панцирных жгутиконосцев, хроматофоров, а
потому неспособна к фотосинтезу. Питается ночесветка, заглатывая и
переваривая мелкие виды простейших водорослей, для чего у нее имеется
отверстие, выполняющее функцию рта.

Значение водорослей.
1. В основном, все пищевые цепи в морях и океанах начинаются с планктонных
водорослей. Водоросли являются строителями экосистем в шельфовой, прибрежной,
зоне и большую роль некоторые красные водоросли играют в строении коралловых
рифов. Они строятся не только кораллами, но и красными водорослями, в теле
которых тоже может откладываться известь.
2. Поглощение углекислого газа и выделение кислорода.
3. Место обитания рыб.
4. Панцири диатомовых – источник диатомита.
5.Источник агар-агара.
6. Источник йода и минеральных веществ.
7. Удобрение
8. Корм для скота.

На Земле существует всего два типа организмов: эукариоты и прокариоты. Они сильно различаются по своему строению, происхождению и эволюционному развитию, что будет подробно рассмотрено далее.

Вконтакте

Признаки прокариотической клетки

Прокариоты по-другому называют доядерными. У прокариотической клетки нет и других органоидов, имеющих мембранную оболочку ( , эндоплазматического ретикулума, комплекса Гольджи).

Также характерными чертами для них являются следующее:

1. без оболочки и не образует связей с белками. Информация передаётся и считывается непрерывно.
2. Все прокариоты – гаплоидные организмы.
3. Ферменты располагаются в свободном состоянии (диффузно).
4. Обладают способностью к спорообразованию при неблагоприятных условиях.
5. Наличие плазмид – мелких внехромосомных молекул ДНК. Их функция — передача генетической информации, повышение устойчивости ко многим агрессивным факторам.
6. Наличие жгутиков и пилей – внешних белковых образований необходимых для передвижения.
7. Газовые вакуоли – полости. За счёт них организм способен передвигаться в толще воды.
8. Клеточная стенка у прокариот (именно бактерий) состоит из муреина.
9. Основными способами получения энергии у прокариот являются хемо- и фотосинтез.

К ним относятся бактерии и археи. Примеры прокариотов: спирохеты, протеобактерии, цианобактерии, кренархеоты.

Внимание! Несмотря на то, что у прокариот отсутствует ядро, они имеют его эквивалент – нуклеоид (кольцевую молекулу ДНК, лишённую оболочек), и свободные ДНК в виде плазмид.

Строение прокариотической клетки

Бактерии

Представители этого царства являются одними из самых древних жителей Земли и обладают высокой выживаемостью в экстремальных условия.

Различают грамположительные и грамотрицательные бактерии. Их главное отличие заключается в строении мембраны клеток. Грамположительные имеют более толстую оболочку, до 80% состоит из муреиновой основы, а также полисахаридов и полипептидов. При окрашивании по Граму они дают фиолетовый цвет. Большинство этих бактерий являются возбудителями заболеваний. Грамотрицательные же имеют более тонкую стенку, которая отделена от мембраны периплазматическим пространством. Однако такая оболочка обладает повышенной прочностью и гораздо сильнее противостоит воздействию антител.

Бактерии в природе играют очень большую роль:

1. Цианобактерии (сине-зелёные водоросли) помогают поддерживать необходимый уровень кислорода в атмосфере. Они образуют больше половины всего О2 на Земле.
2. Способствуют разложению органических останков, тем самым принимая участие в круговороте всех веществ, участвуют в образовании почвы.
3. Фиксаторы азота на корнях бобовых.
4. Очищают воды от отходов, к примеру, металлургической промышленности.
5. Являются частью микрофлоры живых организмов, помогая максимально усваивать питательные вещества.
6. Используются в пищевой промышленности для сбраживания Так получают сыры, творог, алкоголь, тесто.

Внимание! Помимо положительного значения бактерии играют и отрицательную роль. Многие из них вызывают смертельно опасные заболевания, такие как холера, брюшной тиф, сифилис, туберкулёз.

Бактерии

Археи

Ранее их объединяли с бактериями в единое царство Дробянок. Однако со временем выяснилось, что археи имеют свой индивидуальный путь эволюции и сильно отличаются от остальных микроорганизмов своим биохимическим составом и метаболизмом. Выделяют до 5 типов, самыми изученными считаются эвриархеоты и кренархеоты. Особенности архей таковы:

• большинство из них являются хемоавтотрофами – синтезируют органические вещества из углекислого газа, сахара, аммиака, ионов металлов и водорода;
• играют ключевую роль в круговороте азота и углерода;
• участвуют в пищеварении в организмах человека и многих жвачных;
• обладают более стабильной и прочной мембранной оболочкой за счёт наличия эфирных связей в глицерин-эфирных липидах. Это позволяет археям жить в сильнощелочных или кислых средах, а также при условии высоких температур;
• клеточная стенка, в отличие от бактерий, не содержит пептидогликана и состоит из псевдомуреина.

Строение эукариотов

Эукариоты представляют собой надцарство организмов, в клетках которых содержится ядро. Кроме архей и бактерий все живые существа на Земле являются эукариотами (к примеру, растения, простейшие, животные). Клетки могут сильно отличаться по своей форме, строению, размерам и выполняемым функциям. Несмотря на это они сходны по основам жизнедеятельности, метаболизму, росту, развитию, способности к раздражению и изменчивости.

Эукариотические клетки могут превышать в размерах прокариотические в сотни и тысячи раз. Они включают в себя ядро и цитоплазму с многочисленными мембранными и немембранными органоидами. К мембранным относятся: эндоплазматический ретикулум, лизосомы, комплекс Гольджи, митохондрии, . Немембранные: рибосомы, клеточный центр, микротрубочки, микрофиламенты.

Строение эукариотов

Проведем сравнение клеток эукариотов разных царств.

К надцарству эукариот относятся царства:

• простейшие. Гетеротрофы, некоторые способны к фотосинтезу (водоросли). Размножаются бесполым, половым путём и простым способом на две части. У большинства клеточная стенка отсутствует;
• растения. Являются продуцентами, основной способ получения энергии – фотосинтез. Большая часть растений неподвижны, размножаются бесполым, половым и вегетативным путём. Клеточная стенка состоит из целлюлозы;
• грибы. Многоклеточные. Различают низшие и высшие. Являются гетеротрофными организмами, не могут самостоятельно передвигаться. Размножаются бесполым, половым и вегетативным путём. Запасают гликоген и имеют прочную клеточную стенку из хитина;
• животные. Различают 10 типов: губки, черви, членистоногие, иглокожие, хордовые и другие. Являются гетеротрофными организмами. Способны к самостоятельному передвижению. Основное запасающее вещество – гликоген. Оболочка клеток состоит из хитина, также как у грибов. Главный способ размножения – половой.

Таблица: Сравнительная характеристика растительной и животной клетки

Строение	Клетка растения	Клетка животного
Клеточная стенка	Целлюлоза	Состоит из гликокаликса — тонкого слоя белков, углеводов и липидов.
Местоположение ядра	Расположено ближе к стенке	Расположено в центральной части
Клеточный центр	Исключительно у низших водорослей	Присутствует
Вакуоли	Содержат клеточный сок	Сократительные и пищеварительные.
Запасное вещество	Крахмал	Гликоген
Пластиды	Три вида: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты	Отсутствуют
Питание	Автотрофное	Гетеротрофное

Сравнение прокариот и эукариот

Особенности строения прокариотической и эукариотической клеток значительны, однако одно из главных различий касается хранения генетического материала и способа получения энергии.

Прокариоты и эукариоты фотосинтезируют по-разному. У прокариот этот процесс проходит на выростах мембраны (хроматофорах), уложенных в отдельные стопки. Бактерии не имеют фторой фотосистемы, поэтому не выделяют кислород, в отличие от сине-зелёных водорослей, которые образуют его при фотолизе. Источниками водорода у прокариот служат сероводород, Н2, разные органические вещества и вода. Основными пигментами являются бактериохлорофилл (у бактерий), хлорофилл и фикобилины (у цианобактерий).

К фотосинтезу из всех эукариот способны только растения. У них имеются специальные образования – хлоропласты, содержащие мембраны, уложенные в граны или ламеллы. Наличие фотосистемы II позволяет выделять кислород в атмосферу при процессе фотолиза воды. Источником молекул водорода служит только вода. Главным пигментов является хлорофилл, а фикобилины присутствуют лишь у красных водорослей.

Основные различия и характерные признаки прокариотов и эукариотов представлены в таблице ниже.

Таблица: Сходства и различия прокариотов и эукариотов

Сравнение	Прокариоты	Эукариоты
Время появления	Более 3,5 млрд. лет	Около 1,2 млрд. лет
Размеры клеток	До 10 мкм	От 10 до 100 мкм
Капсула	Есть. Выполняет защитную функцию. Связана с клеточной стенкой	Отсутствует
Плазматическая мембрана	Есть	Есть
Клеточная стенка	Состоит из пектина или муреина	Есть, кроме животных
Хромосомы	Вместо них кольцевая ДНК. Трансляция и транскрипция проходят в цитоплазме.	Линейные молекулы ДНК. Трансляция проходит в цитоплазме, а транскрипция в ядре.
Рибосомы	Мелкие 70S-типа. Расположены в цитоплазме.	Крупные 80S-типа, могут прикрепляться к эндоплазматической сети, находиться в пластидах и митохондриях.
Органоид с мембранной оболочкой	Отсутствуют. Есть выросты мембраны — мезосомы	Есть: митохондрии, комплекс Гольджи, клеточный центр, ЭПС
Цитоплазма	Есть	Есть
	Отсутствуют	Есть
Вакуоли	Газовые (аэросомы)	Есть
Хлоропласты	Отсутствуют. Фотосинтез проходит в бактериохлорофиллах	Присутствуют только у растений
Плазмиды	Есть	Отсутствуют
Ядро	Отсутствует	Есть
Микрофиламенты и микротрубочки.	Отсутствуют	Есть
Способы деления	Перетяжка, почкование, коньюгация	Митоз, мейоз
Взаимодействие или контакты	Отсутствуют	Плазмодесмы, десмосомы или септы
Типы питания клеток	Фотоавтотрофный, фотогетеротрофный, хемоавтотрофный, хемогетеротрофный	Фототрофный (у растений) эндоцитоз и фагоцитоз (у остальных)

Одной из важных классификаций в биологии клеток является их деление на прокариоты и эукариоты.

Говоря об эволюции микробиологии, стоит отметить существенный вклад ученого Пастера, который был его основоположником. Именно благодаря этому человеку начали развиваться области иммунологии и биотехнологии.

Он дал основное определение главным понятиям, относящимся к клетке, обосновал принципы и работу механизма по актуальности роли микроорганизмов во всех сферах жизнедеятельности организмов. Его деятельность продолжил Кох.

Попытаемся разобраться, какие организмы относятся к каждому из этих двух основных классов клеток. Какое строение имеют клетки и в чем их отличие? Какова классификация каждого из этих видов.

Чем же они полезны для человека и биосферы, и каково их значение в целом? На все эти вопросы ответы читатель найдет ниже.

Что такое прокариоты и эукариоты

Известно, что все живые организмы по своей природе делятся на клеточные и неклеточные (вирусы). Причем первые тоже подразделяются на 2 категории: прокариоты (надцарство «Доядерные») и эукариоты (надцарство «Ядерные»).

К прокариотам относятся:

К эукариотам:

• грибы;
• растения;
• животные.

Чем же они отличаются? Рассмотрим ниже.

Признаки эукариотической клетки

Считается, что ядерные клеточные организмы появились около 1,5 миллиардов лет назад. Хотя в прошлые времена ученые слабо понимали суть явлений на клеточном уровне, но в своих трудах у них часто стали появляться приблизительные рисунки этой единицы организма.

Подписи в каждом утверждают об одной отличительной особенности клеток данного типа – наличие ядра, покрытого двойным слоем мембраны.

Именно в ядре хранится основной генетический материал этих организмов. Кроме того в нем есть несколько ядрышек с большей частью объема всех типов РНК.

Также в такой клетке есть другие образования – органеллы, которые находятся в ее цитоплазме. К ним относят:

• митохондрии – напоминают своей структурой белки, также содержат ДНК;
• лизосомы – являются пузырьками, помогающими общему метаболизму этой клетки;
• хлоропласты.

Эти соединения также разделены мембранами, основная роль которых является связь различных элементов единицы организма с внешней средой. Чтобы все элементы состава хорошо функционировали, для полного «скелета» в этой клетке есть нити и микротрубочки.

Процесс дыхания более распространен среди живых организмов, образованных этими клетками.

Строение клеток прокариотов

В отличие от предыдущего надцарства, у простейших отсутствует ядро в клетке.

В ней вместо ядра находится одна хромосома в цитоплазме, передающая генетический материал.

Размножаются просто – делением клетки. В клеточной жидкости очень мало различных видов структур. Они также покрыты мембраной. В их состав входят рибосомы.

Рассмотрим основных представителей этого надцарства.

Бактерии и циано-бактерии

Под первыми понимают одноклеточные микроорганизмы. С помощью жгутиков они очень подвижны.

Обитают во всех сферах жизни. От внешней среды они защищены муреином и особой оболочкой.

Второй вид представлен простейшими клетками с маленькими рибосомами и одной наследственной хромосомой.

Водоросли

Обитают в основном в водной среде и на почве. У них автотрофное питание. Их плавучесть обуславливают вакуоли. Кроме того, для них, как и для представителей царства растений, характерен фотосинтез .

Примеры представлены зелеными водорослями. Размножаются также простым делением. При очень неблагоприятных условиях для движения могут использовать споры.

Сходства и различия прокариот и эукариот

Сравнительная таблица «Характеристика надцарств» показывает признаки, по которым нетрудно выявить основные отличия.

Признаки	Надцарство Прокариоты	Надцарство Эукариоты
Размер	D = 0,5 – 5 мкм	D = 40 мкм
Наследственность	ДНК в цитоплазме	ДНК в ядре
Структура	Мало образований, мембран практически нет.	Есть внешние и внутренние мембраны, различные структуры, позволяющие проводить реакции пищеварения, дыхания и размножения.
Оболочка	В состав входят полисахариды, аминокислоты и муреин.	Основой оболочки растений является целлюлоза, а у грибов – хитин.
Фотосинтез	Нет хлоропластов, но он протекает в мембранах.	Протекает в специальных образованиях – пластидах.
Обмен азота	У некоторых он есть.	Он не происходит.

Заключение

Итак, без представителей этих двух надцарств невозможно представить жизнь на земле. Какова же их роль в природе? Все просто: простейшие являются организмами, без которых невозможны практически все биохимические процессы в биосистеме. Кроме того, многие участвуют в процессе фотосинтеза, служат источником питания и дыхания растений.

Эукариоты не только являются для других питанием, но и являются основной регулирующей силой популяции разных видов, т. е одним из механизмов естественного отбора.