Учение о клетке

       СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ КЛЕТОК

Биохимические превращения неразрывно связаны с различными структурами живой клетки, которые отвечают за выполнение той или иной функции. Такие структуры получили название органоидов, или органелл, так как, подобно органам целого организма, выполняют специфическую функцию. Совре­менные средства исследования позволили биологам установить, что по строению клетки все живые существа следует делить на организмы «безъядерные» — прокариоты (буквально — доядерные), «ядерные» — эукариоты. В группу прокариот попали все бактерии и синезеленые водоросли (цианеи), а в группу эукариот — грибы, растения и животные.

Таким образом, в настоящее время выделяют два уровня клеточной организации: прокариотический и эукариотический. Прокариотические организмы сохраняют черты глубочайшей древности: они очень просто устроены. На этом основании их выделяют в самостоятельное царство — Дробянки. Клетки эукариот содержат ограниченное оболочкой ядро, а также сложно устроенные «энергетические станции» — митохондрии. Иными словами, все клетки «ядерных» организмов высоко организованы, приспособлены к потреблению кислорода и поэтому могут производить большое количество энергии.

ПРОКАРИОТИЧЕСКАЯ КЛЕТКА

Бактерии представляют собой типичные прокариотические клетки. Они живут повсюду: в воде, в почве, в пищевых продуктах. Они обитают в самой глубокой котловине в океане и на высочайшей горной вершине Земли — Эвересте, их находят во льдах Арктики и Антарктиды, в подземных источниках горячих вод, верхних слоях атмосферы.

Уже этот перечень условий обитания показывает, какой высокой степенью приспособленности обладают прокариотические организмы, несмотря на простоту своего строения. Бактерии представляют собой примитивные формы жизни, и можно предположить, что они относятся к тому типу живых существ, которые появились на самых ранних этапах развития жизни на Земле.

По-видимому, первоначально бактерии жили в морях; от них, вероятно, и произошли современные микроорганизмы. Человек познакомился с миром микробов сравнительно недавно, лишь после того, как научился изготовлять линзы (XVII в.), дающие достаточно сильное увеличение.

Развитие техники в последующие века позволило подробно изучить бактерии и другие прокариотические организмы.

Остановимся на особенностях строения клетки бактерий.

Размеры бактериальных клеток колеблются в широких преде­лах: от 1 до 10—15 мкм. По форме выделяют шаровидные клетки — кокки, вытянутые — палочки, или бациллы, и извитые — спириллы. В зависимости от того, к какому виду относятся микроорганизмы, они существуют или по отдельности, или образуют характерные скопления. Например, стрептококк, вызывающий воспалительные заболевания у человека и животных, образует цепочки из нескольких бактериальных клеток; стафило­кокк, поражающий дыхательные пути у детей, растет в виде

образований, напоминающих кисть винограда. По характеру таких скоплений бактериальных клеток и по особенностям их жизнеде­ятельности микробиологи могут определить, к какому виду относится выделенный микроорганизм.

По своим физиологическим свойствам бактерии довольно разнообразны. Они могут жить либо в аэробных, либо в анаэробных условиях, или и в тех и в других. Необходимую им энергию они получают в процессе дыхания, брожения или фотосинтеза. Ряд видов содержит различные пигменты. Многие бактерии паразитируют в организме животных или растений, вызывая у них заболевания. Сравнительно недавно были открыты бактерии, паразитирующие на других бактериях. Основная особенность строения бактерий — отсутствие ядра, ограниченного оболочкой. Наследственная информация у бактерий заключена в одной хромосоме.

Бактериальная хромосома, состоящая из одной молекулы ДНК, имеет форму кольца и погружена в цитоплазму. ДНК у бактерий не образует комплексов с белками, и поэтому все гены, входящие в состав хромосомы, «работают», т.е. с них непрерывно считыва­ется наследственная информация. Бактериальная клетка окружена мембраной, отделяющей цитоплазму от клеточной стенки, обра­зованной сложным гетерополимерным веществом. В цитоплазме мембран мало. В ней находятся рибосомы, осуществляющие синтез белков.

Все ферменты, обеспечивающие процессы жизнедеятельности бактерий, диффузно рассеяны по цитоплазме или прикреплены к внутренней поверхности мембраны.

У многих микроорганизмов внутри клетки откладываются запасные вещества — полисахариды, жиры, полифосфаты. Эти вещества, включаясь в обменные процессы, могут продлевать жизнь клетки в отсутствие внешних источников энергии.

Как правило, бактерии размножаются делением надвое . После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся или остаются связанными в характерные группы — цепочки, пакеты и т.д.

Бактериям свойственно спорообразование. Споры возникают, как правило, когда ощущается недостаток в питательных веще­ствах или когда в среде в избытке накапливаются продукты обмена. Спорообразование начинается с отшнуровывания части

Половой процесс возможен и у прокариотических клеток. У современных бактерий он осуществляется в форме конъюгации, когда между тесно сблизившимися клетками есть цитоплазматический мостик. По этому мостику из клетки в клетку переходят фрагменты хромосомы или подвижные генетические элементы — плазмиды цитоплазмы от материнской клетки. Отшнуровавшаяся часть содержит хромосому и окружена мембраной

Затем спора окружается клеточной стенкой, нередко много­слойной. Споры бактерий очень устойчивы. В сухом состоянии они сохраняют жизнеспособность многие сотни и даже тысячи лет, выдерживая резкие колебания температуры. Примером этого могут служить споры, обнаруженные в древних захоронениях, при стерильном бурении льдов, окружающих Южный полюс. Ученые-микробиологи вырастили колонии микроорганизмов из спор, оказавшихся в образце льда, возраст которого насчитывал 10—12 тыс.  лет.