2.3. Прокариоты
К царству прокариот относятся организмы, которых обычно называют бактериями. Это – наидревнейшая группа, появившаяся примерно 3,5 млрд. лет назад; к тому же это и мельчайшие организмы, обладающие клеточной структурой. Свойства прокариот суммированы в табл. 2.2. Как правило, прокариоты представлены одиночными клетками, хотя сине-зеленые водоросли (цианобактерии, Cyanobacteria) могут образовывать цепочки клеток, называемые нитями.
| Таблица 2.2. Основные различия между прокариотами и эукариотами | ||
| Признак | Прокариоты | Эукариоты |
| Организмы | Бактерии | Протоктисты, грибы, растения и животные |
| Размеры клеток | Диаметр в среднем составляет 0,5-10 мкм | Диаметр обычно составляет 10-100 мкм; объем клетки, как правило, в 1000-10 000 раз больше, чем у прокариот |
| Форма | В основном одноклеточные | В основном многоклеточные (за исключением Protoctista, многие из которых одноклеточные) |
| Возникновение в процессе эволюции | 3,5 млрд. лет назад | 1,2 млрд. лет назад; произошли от прокариот |
| Клеточное деление | В основном простое деление пополам; веретено не образуется | Митоз, мейоз или сочетание этих способов деления; веретено образуется |
| Генетический материал | Кольцевая ДНК свободно плавает в цитоплазме; ДНК не связана с белками или РНК; хромосом нет | ДНК линейная и локализована в ядре; ДНК связана с РНК и белком; хромосомы имеются |
| Синтез белков | 70S-рибосомы (мелкие); Эндоплазматического ретикулума нет (различия и по многим другим деталям белкового синтеза, включая чувствительность к антибиотикам; синтез белков у прокариот, например, ингибируется стрептомицином) | 80S-рибосомы (крупные); Рибосомы могут быть прикреплены к эндоплазматическому ретикулуму |
| Органеллы | Органелл мало; Ни одна из них не имеет оболочки; Внутренние мембраны встречаются редко; в тех случаях, когда они есть, они ассоциированы с процессами дыхания и фотосинтеза | Органелл много; Органеллы окружены мембранами, например, ядро, митохондрии, хлоропласты (двойной мембраны); Множество органелл, окруженных одинарной мембраной, например аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, микротельца, эндоплазматический ретикулум |
| Клеточные стенки | Жесткие, содержат полисахариды и аминокислоты; основной опорный материал – муреин | Клеточные стенки зеленых растений и грибов жесткие, содержат полисахариды; основной опорный материал клеточной стенки у растений – целлюлоза, у грибов – хитин (у клеток животных клеточной стенки нет) |
| Жгутики | Простые, микротрубочек нет; расположены внеклеточно (не окружены плазматической мембраной); Диаметр 20 нм | Сложные, с расположением микротрубочек типа «9 + 2»; окружены плазматической мембраной; Диаметр 200 нм |
| Дыхание | У бактерий происходит в мезосомах; у цианобактерий – на цитоплазматических мембранах | Аэробное дыхание происходит в митохондриях |
| Фотосинтез | Хлоропластов нет; происходит на мембранах, не имеющих специфической упаковки | В хлоропластах, содержащих мембраны, которые обычно уложены в ламеллы или граны |
| Фиксация азота | Некоторые обладают такой способностью | Ни один организм не способен к фиксации азота |
Некоторые бактерии прилипают друг к другу, образуя характерные скопления, напоминающие гроздья винограда (рис. 2.10), однако объединившиеся клетки остаются абсолютно независимыми друг от друга. Индивидуальную бактериальную клетку можно увидеть только с помощью микроскопа, почему их и называют микроорганизмами. Наука, изучающая бактерий – бактериология – составляет важную ветвь микробиологии.
Бактерии различаются по своим размерам: их длина колеблется от 0,1 до 10 мкм, а диаметр в среднем составляет – 1 мкм. Таким образом, в бактериальной клетке достаточно места, чтобы поперек нее уместилось 200 молекул глобулярных белков среднего размера (5 нм в диаметре). Поскольку такие молекулы способны диффундировать примерно на расстояние 60 мкм в секунду, никаких специальных механизмов транспорта этим организмам не нужно.
Бактерий можно обнаружить повсюду: в почве, и в пыли, в воде и в воздухе, внутри и на поверхности животных и растений. Некоторые бактерии поселяются в горячих источниках с температурой 78°C или выше. Другие способны выжить при очень низких температурах и даже пережить определенные периоды замораживания во льду. Встречаются бактерии и в глубоких расселинах на дне океана при очень высоком давлении и температуре 360°C. С них начинаются уникальные пищевые цепи в этих областях океана.
Число бактерий невообразимо велико; установлено, что в одном грамме плодородной почвы содержится 2,5 млрд. бактерий; в 1 см3 свежего молока их содержание может превышать 3 млрд. Вместе с грибами бактерии имеют жизненно важное значение для всех других организмов, поскольку, разрушая в результате своей жизнедеятельности органические вещества, они обеспечивают циркуляцию биогенных элементов в природе. Кроме того, они приобретают все более важное значение в жизни человека, и не только потому, что некоторые из них являются возбудителями различных болезней, но и потому, что в силу разнообразия протекающих в них биохимических реакций они могут использоваться во многих биотехнологических процессах. Более подробно этот вопрос обсуждается в гл. 12.
