Цель: познакомиться с особенностями строения клеток бактерий, протистов и грибов
Материалы и оборудование:микроскоп, предметные и покровные стекла, препаровальная игла, капельница с водой, пинцет, микрофотоснимки пропионовой и фотосинтезирующей бактерий, дрожжевой клетки, культура эвглены зеленой, выдержанная на свету и в темноте на крахмальном отваре, культура пеницилла, дрожжей.
Элементарной единицей жизни является клетка. Клетки различных организмов и даже клетки разных тканей одного организма имеют порой совершенно несходную морфологию, они отличаются по размерам, форме и особенностям внутренних структур. Это характерно и для одноклеточных и для многоклеточных организмов. Поэтому общность клеток определяется общностью их внутренней организации.
По химическому составу клетки различных групп организмов практически не отличаются друг от друга. В них наиболее часто обнаруживается около 70 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева (по степени встречаемости разделяются на макро– и микроэлементы), входящих в состав органических (липиды, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты) и неорганических (вода, минеральные соли) веществ.
Для всех клеток в структурной организации общим является то, что содержимое клетки отделено от внешней среды плазматической мембраной, играющей важную роль в пространственном обособлении протопласта и в регуляции химического состава клетки за счет активного транспорта веществ из клетки и внутрь. Принципиально сходными по структурной организации и химизму являются различные внутриклеточные мембраны, рибосомы, белковые фибриллярные структуры и др. Сходными являются такие метаболические процессы, как синтез белков, нуклеиновых кислот, процессы накопления и перераспределения энергии. При этом по сложности организации структуры клетки, многих метаболических процессов и по способу размножения все живые организмы делятся на две группы: прокариотические и эукариотические. К прокариотам относятся бактерии, а протисты, растения, грибы и животные относятся к эукариотам.
Основным отличием между клетками прокариот и эукариот является организация генетического аппарата. У прокариотических клеток нет ядра – специальной, содержащей ДНК структуры, обособленной от цитоплазмы ядерной оболочкой. ДНК этих клеток имеют кольцевую форму.
Из всех известных клеток прокариотическая клетка проще организована структурно, и, вероятно, имеет наиболее древнее происхождение. Как правило, прокариотические клетки мельче эукариотических – их размеры находятся в пределах от 0,1–0,25 мкм (клетки микоплазмы) до нескольких микрометров в длину. Живая часть клетки ограничена снаружи липопротеиновой плазматической мембраной, имеющей толщину 7–10 нм.
Содержимое клетки по своей структуре неоднородно. В цитоплазме сосредоточены фибриллы, мелкие мембранные пузырьки, капли жира, рибосомы, гранулы полисахаридов и т. д. У прокариотических клеток под электронным микроскопом часто наблюдается светлая центральная зона цитоплазмы – нуклеоид, в которой обнаруживается масса тонких сложно уложенных волокон толщиной 2–7 нм, представляющих собой молекулы ДНК. Наследственный материал прокариот представлен одной гигантской (длиной от 0.25 мм до нескольких мм) кольцевой молекулой ДНК, в определенной области соединенной с плазматической мембраной.
У прокариот на плазматической мембране локализуется система ферментов, участвующих в окислительном фосфорилировании, поэтому их плазматическая мембрана для увеличения поверхности часто образует трубчатые или пластинчатые впячивания в глубь цитоплазмы. Впячивания, создающие закрученные трубчатые мембранные образования, называются мезосомы. Наиболее сложны и разнообразны внутриклеточные мембранные структуры у цианобактерий и фототрофных пурпурных бактерий, мембраны которых содержат поглощающие свет пигменты (бактериохлорофилл, каротиноиды, хлорофилл а, фикоцианин) и ферментные системы, участвующие в фотосинтезе и фосфорилировании.
В гиалоплазме находится большое количество мелких округлых телец – рибосом. Полная рибосома имеет размер 20´17´17 нм.
Для прокариот характерно наличие клеточной стенки, являющейся продуктом клеточной активности. Клеточная оболочка бактерий состоит из глюкопротеида пептидогликана (муреин), в состав которого входят мурамополисахаридные цепочки, связанные между собой короткими пептидными участками. Снаружи может находиться желеобразная слизистая капсула. У некоторых видов бактерий имеются жгутики
Прокариотические клетки размножаются путем простого бинарного деления. Деление клетки и расхождение дочерних молекул ДНК осуществляется за счет нарастания плазматической мембраны, образующей мезосому, вглубь клетки. Данному процессу предшествует редупликация молекул ДНК.
Клетки эукариот отличаются целым рядом черт, однако, обращает на себя внимание значительное сходство клеток растений, грибов, животных не только в общем плане строения, но и в деталях строения их отдельных компонентов. С другой стороны, даже клетки в пределах одного многоклеточного организма отличаются размерами и формой, что современная цитология связывает со специфичностью их функций.
Клетки эукариот организованы значительно сложнее клеток прокариот. Они содержат сложно организованное клеточное ядро и набор мембранных и немембранных органоидов.
При помощи мембран достигается «разделение труда» между различными компартментами клетки. Так генетический материал отделен от цитоплазмы ядерной оболочкой, состоящей из двух липопротеидных мембран, пронизанных порами. Молекулы ДНК эукариот имеют линейную структуру, они связаны со специфическими гистоновыми белками и образуют сложные дезоксирибонуклеопротеидные комплексы, являющиеся основой организации хромосом.
Мембранные органоиды клетки делятся на одно- и двумембранные. К двумембранным относятся митохондрии, характерные для всех эукариот и пластиды – характерные для растений. План строения этих органоидов очень схож, хотя химизм и функциональное значение различно. Митохондрии и пластиды ограничены двумембранной оболочкой, причем внутренняя мембрана в обоих случаях образует многочисленные впячивания внутрь. Внутрення часть органоидов заполнена жидким матриксом в котором находится собственная система синтеза белка (кольцевая молекула ДНК, РНК, рибосомы). К одномембранным органоидам относятся: эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли в клетках растений и грибов.
Кроме того, в гиалоплазме находятся органоиды, не имеющие мембранного строения. Это рибосомы и состоящие из микротрубочек центриоли, базальные тельца.
В гиалоплазме могут накапливаться запасные вещества: углеводы (гликоген у животных и грибов, крахмал у растений), липиды и белки.
Для клеток растений, грибов и некоторых протистов характерно наличие клеточной оболочки.