Прокариотические клетки. Неклеточные формы жизни – вирусы

Особенности строения прокариотических клеток (бактерии и сине-зеленые водоросли). В клетках прокариот, в отличие от эукариот, нет ряда органоидов: митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи. У бактерий и сине-зеленых водорослей отсутствует ядро, хромосомы не отделены от цитоплазмы ядерной оболочкой, а свободно располагаются в цитоплазме.

Бактерии имеют очень мелкие размеры (в длину они достигают от 1 до 10 мкм) и различные формы [48]. Снаружи бактериальная клетка окружена плотной оболочкой, а у некоторых видов еще и слизистой капсулой. Под оболочкой, состоящей из углеводов, находится плазматическая мембрана, которая тесно прилегает к цитоплазме [66]. ДНК сосредоточена в одной хромосоме, которая имеет форму кольца и расположена в центре клетки.

Схема строения бактерии и сине-зеленой водоросли
Рис. 66. Схема строения бактерии и сине-зеленой водоросли

Размножаются бактерии делением клетки на две части; при благоприятных условиях некоторые бактерии делятся каждые 20 мин.

Бактерии имеют огромное значение для человека. Многие отрасли промышленности и сельского хозяйства полностью или частично зависят от деятельности бактерий. Такие важные химические соединения, как этиловый и бутиловый спирты, уксусная кислота, ацетон, образуются за счет деятельности бактерий. Человек использует бактерии в производстве масла, сыра, различных видов кислого молока, кислой капусты и других продуктов. В настоящее время развивается новая отрасль производства – микробиологическая промышленность. Технология производства многих ферментов, кормовых белков, лекарственных препаратов основана на жизнедеятельности бактерий.

Бактериальная клетка содержит богатый набор ферментов и биологически активных веществ, например антибиотиков. На этом и основано использование бактерий в микробиологической промышленности для получения ценных продуктов из дешевого и доступного сырья. Огромную роль играют бактерии в процессах биологической очистки воды, загрязненной промышленными и бытовыми отходами. Однако очень многие бактерии приносят человеку, животным и растениям большой вред, являясь возбудителями различных заболеваний, например дизентерии, брюшного тифа и др.

Подобно бактериям, сине-зеленые водоросли не имеют оформленного ядра, и ДНК их располагается непосредственно в цитоплазме, в самом центре клетки. Они не имеют также хлоропластов, и мембраны с заключенным в них хлорофиллом находятся прямо в цитоплазме [66]. Оболочки клеток этих организмов обладают значительной прочностью и состоят из углеводов. Размножаются сине-зеленые водоросли делением клетки пополам.

Сине-зеленые водоросли широко распространены в самых разнообразных пресных водоемах, в морях и океанах, в почве.

Это наиболее древние из организмов, содержащих хлорофилл. Их находят в отложениях земной коры, возраст которых свыше 3 млрд. лет. Сине-зеленые водоросли обильно размножаются в водоемах, загрязненных органическими веществами, поэтому они служат индикаторами степени загрязненности воды.

Вирусы. Существует большая группа живых существ, не имеющих клеточного строения. Эти существа носят название вирусов (лат. «вирус» – яд) и представляют неклеточные формы жизни. Вирусы нельзя отнести ни к растениям„ни к животным. Они исключительно малы, поэтому могут быть изучены лишь с помощью электронного микроскопа.

Вирусы способны жить и размножаться только в клетках других организмов. Вне клеток живых организмов вирусы жить не могут и многие из них во внешней среде имеют форму кристаллов [67]. Поселяясь внутри клеток животных, растений и бактерий вирусы вызывают много опасных заболеваний. К числу вирусных заболеваний человека относятся, например, корь, грипп, полиомиелит, оспа. Среди вирусных болезней растений известна мозаичная болезнь табака, гороха и других культур; у больных растений вирусы разрушают хлоропласты и пораженные участки листьев становятся бесцветными [67].

Вирус табачной мозаики
Рис. 67. Вирус табачной мозаики и схема его строения

Вирусы открыл русский ученый Д. И. Ивановский в 1892 г.

Каждая вирусная частица состоит из небольшого количества ДНК или РНК, т. е. генетического материала, заключенного в белковую оболочку. Эта оболочка играет защитную роль.

Рассмотрим строение вирусов на примерах вируса табачной мозаики и бактериофагов. Вирус табачной мозаики существует в форме отдельных частиц, каждая из которых имеет палочковидную форму и представляет собой цилиндр с полостью внутри. Стенка цилиндра образована молекулами белка, а внутри, под этой белковой оболочкой, располагается тяж РНК, свернутый в форме спирали [67]. В листьях табака частицы вируса, соединяясь вместе, образуют скопление в виде кристаллов шестигранной формы, которые видны в световой микроскоп [68].

Электронно-микроскопическая фотография вируса табачной мозаики
Рис. 68. Электронно-микроскопическая фотография вируса табачной мозаики. Увел. 75 000.

Известны также вирусы, которые поселяются в клетках бактерий. Их называют бактериофагами или фагами (греч. «фагос» – пожирающий). Бактериофаги полностью разрушают бактериальные клетки и потому могут быть использованы для лечения бактериальных заболеваний, например дизентерии, брюшного тифа, холеры.
Схема строения бактериофага
Рис. 69. Схема строения бактериофага

Рассмотрим строение бактериофага, который поселяется в клетках кишечной палочки. Такой бактериофаг [69] по форме напоминает головастика. Тело бактериофага состоит из головки, хвостика и нескольких хвостовых отростков. Снаружи головка и хвостик покрыты белковой оболочкой. Внутри головки находится ДНК, а внутри хвостика проходит канал. Бактериофаг проникает п клетку кишечной палочки. Сначала он прикрепляется к ее поверхности и растворяет в этом месте оболочку бактерии. Затем ДНК бактериофага впрыскивается в клетку бактерии. Дальше у кишечной палочки, зараженной бактериофагом, начинает синтезироваться ДНК бактериофага, а не собственная ДНК бактерии, и в конечном итоге бактерия погибает.

Строение вирусов дает основание считать их неклеточными существами.

1. Каковы особенности клеток прокариот? 2. Сравните строение клеток прокариот и эукариот. 3. Каково значение прокариот в природе и хозяйственной деятельности человека? 4. Почему вирусы считают неклеточной формой жизни?