Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 7
Текст из файла (страница 7)
(Попробуйте сами рассчитать отношения поверхности к объему для сфер диаметром 1, 10 и 100 мкм. Площадь поверхности сферы равна 4ягэ, а ее объем-4,'Зпг', где г — радиус, а я равно 3,14.) 2З. Существуют два больших класса клеток— прокаряютические и эукарнотаческие Наиболее просто устроенные мельчайшие клетки, имеющие самое древнее происхождение„носят название прокариоглы; они представлены различными видами одноклеточных микроорганизмов †бак- 0,2 мкм Рис. 2-2.
Возраст этого напоминающего бактерию микроискппасмого. найдспнОго в Южной Африке при раскопках захожей кремниевых порол. носящих название «чсрный славен«, составляет около 3,4 миллиардов лет. Это одно из древнейших известных в наст оюпее время ископаемых получило название Есблггспит ио!вгпт. что означает «единственная бактерия на заре !пивник« Короткая прямая линия под этой и всеми последующими электронными микрофотог рафинми характериэусэ масштаб; ! мкм состаелнег ! ЛОООО см. щерий. Прокариоты были первыми клетками, возникшими в процессе биологической эволюции: ископаемые остатки этих клеток. возраст которых составляет более 3 млрд.
лет (3 ! Оэ), были найдены в древних сланцах в Африке (рис. 2-2), а также в Австралии. Эукариотпическпе «лешки, возникшие, вероятно, на 1 млрд. лет позднее прокариот, характеризуются значительно большими размерами, более сложной ор~анизацией, необычным разнообразием и способностью к дифференпировке. Именно из таких клеток состоят все многоклегочные животные, растения и грибы. Термины «прокариот» и «эукариот» происхолят от греческого слова )сагуоп («орех» или <оерно», т.е. ялро). Прокариот означает <що ялра», а эукариот -с «хорошо оформленным ядром».
В прокариотической клетке генетический мате- 29 ГЛ. 2. КЛЕТКИ 3 мкм 5 мкм риал локализован в довольна неупорядоченном, не окруженном мембраной ядерном ~ельце, или нуклеоиде. Эукариотическая клетка, напротив, содержит высокоорганизованное, очень сложное ядро, окруженное ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран. Рассмотрим теперь прокариотические и эукариотические клетки несколько подробнее. 2.4. Прокариоты — самые простые и самые мелкие клетки К прокариотам относятся около 3000 видов бактерий, в том числе организмы, обычно называемые сине-зелеными водорослями. Сине-зеленые водоросли составляют особое семейство бактерий, их современное и предпочтительное название — Иионобакглерни («циано» -синий).
Особое положение цианобактерий объясняется наличием у них выделяющей кислород фотасинтетической системы, во многом сходной с системой фотосинтеза высших зеленых растений. Некоторые другие классы бактерий также могут осуществлять фотосинтез, однако они не выделяют кислород. Большинство видов бактерий не способны к фотосинтезу и получают энергию за счет расщепления питательных веществ, поступающих из окружающей среды. Существуют 20 различных семейств прокариот, классификация и названия которых основаны на их внешнем виде (рис. 2-3), а также на способности к передвижению, окрашиванию, потреблению определенных пита- Рис. 2-3. Классификации и названия некоторых прокариот основаны на ях внеюнем вцле. Л.
Ба- циллы — палочкообразные микроорганизмы, к которым относится язсяенсиа соа, а также па- тогенные микробы, вызыванацие дифтерию, столбняк и туберкулез. Б, никки — сферические бактерии. Иногда они обьелиняются, образуя пары (липлококки), группы (стафилококки) или пеночки (стрептококки; показаны на этом рисун- ке). К яоккам относятся бактеряи, вызываююие скарлатину, некоторые виды пневмония и ра- невые инфекпии. В.
Спирохеты — спирвлевилныа, часто оченьлпинные(по 500 мкьч) бактерии. На рис)ике показаны бактерии длиной от ! 0 ло ! 5 мкм. К этому классу микроорганизмов относит- ся возбулитель сифилиса. чхсть !. Биомолекулы тельных веществ и синтезу определенных продуктов. Некоторые бактерии обладают нажогеннымн (болезнетворными) свойствами, однако большинство из них весьма полезны. К прокариотам относятся также семейства очень мелких клеток.
обычно паразитирующих внутри других клеток. Хотя прокариотические клетки не видны невооруженным глазом и менее знакомы нам по сравнению с высшими животными и растениями, они составляют очень существенную часть биомассы Земли. Вероятно, три четверти всей живой материи на Земле приходится на долю микроорганизмов, большинство из которых †прокарио. Более того, прокариоты играют важную роль в биологических превращениях материи и энергии на Земле. Фотасинтезирующие бактерии, обитающие как в пресной, так и в морской воде, поглощают солнечную энергию н используют ее для синтеза углеводов и других компонентов клеток, которые в свою очередь служат пищей для других организмов.
Некоторые бактерии могут фиксировать молекулярный азот (Н,) из атмосферы, образуя биологически полезные азотсодержащие соединения. Таким образом, прокариоты играют роль отправной точки для многих пищевых цепей в биосфере. Кроме того, прокариоть| выполняют функцию конечных потребителей, поскольку различные бактерии осуществляют расщепление органических структур в мертвых растениях и животных, возвращая тем самым конечные продукты распада в атмосферу, почву и моря, где они вновь используются в биологических циклах углерода, азота и кислорода.
Прокариатические клетки представляют исключительную ценность для исследований в области биохимии и молекулярной биологии, так как они несложны по своей структуре, их можно легко и быстро выращивать в больших количествах, а механизмы репродукции и передачи генетической информации у них относительно просты. В оптимальных условиях при 37"С в простой питательной среде, содержащей глюкозу, соли аммония и неорганические веще- ства, бактерии делятся каждые 20 — 30 мин. Другая важная особенность прокариотических клеток-этоихспособность размножаться очень простым способом — неполовым путем. Клетки растут до тех пор, пока их размеры не увеличатся вдвое, после чего делятся на две идентичные дочерние клетки, каждая из которых получает одну из двух копий генетического материала (ДНК) родительской клетки.
Прокариотические клетки содержат только одну хромосому, представляющую собой двухцепочечную молекулу ДНК. Кроме того, можно легко индуцировать образование генетических мутантов прокариот, а затем выращивать их. Благодаря всем этим свойствам бактерии сыграли важную роль в формировании наших представлений об основных молекулярных процессах, обеспечивающих передачу генетической информации.- 2.5.
Еэсйег(сЫа сайсамая известная из прокариотических клеток Еэсйейсй(а сей (рис. 2.4) — типичная не- патогенная бактерия, обитающая в желудочно-кишечном тракте людей и многих высших животных. Эта бактерия исследована наиболее полно из всех прокариотических, а возможно, и любых других клеток. Длина клеток Е. сой составляет около 2 мкм, а диаметр-немного меньше 1 мкм. Клетки Е. сой защищены клеточной стенкой, с внутренней стороны которой расположена тонкая клеточная мембрана, ограничивающая цнтоплазму и ядерное тельце (нуклеоид), содержащее одну молекулу двухцепочечной ДНК в виде очень длинной замкнутой петли, часто называемой кольцом.
Молекула ДНК Е. сой почти в (ООО раз длиннее самой клетки и, следовательно, должна быть очень плотно упакована, чтобы поместиться внутри нуклеаида, длина которого не превышает 1 мкм. Как и у всех ос~альных прокариот. генетический материал у Е. сой не окружен мембраной. Помимо основной молекулы ДНК, расположенной в нуклеоиде, в цитоплазме большинства бактерий содержатся очень ГЛ. 2.
КЛЕТКИ Клеточная Клпгочная стоика мембрана 0,5ши Рис. 2-4. Джг изображение клеток Е. сов. Л. Электронная микрофотография тонкого среза В венере видны лве клетки, которые только что «вершили деление, но еще не разошлись. Светлые участки в Ш:итре каждой «лсгки- влреные теяьаа. или нукяеоиды, содержащие ДНК Оченьтемныеграаулывиитоллазме ри- бссомы. Б.
Электронная микрофотография ло- веркности клеток Е. соя, и» ко~оров видны лили н жгутики. мелкие кольцевые фрагменты ДНК-нлозмиды. В дальнейшем мы увидим, что изучение этих не связанных с основной молекулой ДНК полунезависимых генетических элементов привело в наши дни к новым важным достижениям н области генетической биохимии и инженерии, Внешняя клеточная стенка Е. сой покрыта чехлом, или капсулой, из слизистого вещества. Через чехол проходят наружу короткие, похожие на волоски структуры, называемые лилями, функция которых пока не совсем понятна. Штаммы Е. со!! и других бактерий, способных к передвижению, имеют также один или несколько длинных згсг)уников, играющих роль пропеллеров при перемещении бактерий в водной среде.
Жгутики бактерий представляют собой тонкие, жесткие, изогнутые стерженьки с поперечным сечением 1О- 20 нм. Они прикрепляются к расположенной на внутренней стороне мембраны структуре, напоминающей автоматическую трансмиссию, которая обеспечивает вращение жгутиков. Мембрава клетки - это очень тонкий двойной слой (бислой] липндных молекул, прони- 0,5 ики занный белками. Клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью и содержит белки, способные транспортировать питательные вещества внутрь клетки, а продукты распада — из клетки во внешнюю среду.
В клеточной мембране большинства прокариот присутствуют также важные белки, переносящие электроны и превращающие энергию окислнтельных процессов в химическую энергию АТР. Внутренние мембраны фотосинтезирующих бактерий, происходящие из плазматнческой мембраны, содержат хлорофилл и друг ие фоточувствительные пигменты (рис. 2-5). В цитоплазме Е. сой встречается ряд гранулообразных структурных элементов. Наиболее заметные из ннх — это интенсивно прокрашивающиеся рибосомы, диаметр которых у прокариот составляет около 18 нм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
