Имеют ли бактерии ядро, или Особенности строения прокариотических клеток

Тот факт, что бактерии вместе с археями были отнесены биологами к прокариотам, позволяет сделать некоторые выводы об особенностях строения этих микроорганизмов. В частности, имеется возможность ответить на вопрос о том, имеют ли бактерии такое же ядро, как и многие другие живые организмы.

Строение бактериальной клетки

Основное их отличие от эукариот – это то, что бактерии не имеют ядра. Бактериальным клеткам вообще не свойственны развитые внутриклеточные мембранные структуры. В клетке цианобактерии можно обнаружить небольшие мембранные образования, напоминающие пузырьки и названные тилакоидами. В них собраны системы, осуществляющие фотосинтез, – пигменты и ферментный комплекс. Эти микроорганизмы, признанные наиболее эволюционно продвинутыми, осуществляют процесс фотосинтеза аналогично эукариотам – организмам, клетки которых имеют настоящее, оформленное ядро.

Небольшие мембранные образования помогают бактериальным клеткам организовывать основные процессы, обеспечивающие их существование.

Если сравнивать их по функциям с органеллами эукариотических клеток, то можно найти примитивный аппарат Гольджи, митохондрии, ЭПС (эндоплазматическую сеть). Однако бактерии не имеют настоящего ядра, окруженного мембраной. Все бактерии имеют нуклеоид, а не ядро – кольцевую молекулу ДНК, свободно расположенную в цитоплазме.

Бактериальная клетка: особенности

Форму бактерии определяет клеточная стенка. Ее размер вместе с капсулой в некоторых случаях может быть больше, чем расположившаяся внутри клетка. Стенка имеет избирательную проницаемость и способна пропускать внутрь необходимые вещества и выводить из нее продукты метаболизма. Снаружи нее часто можно обнаружить жгутики или ворсинки – выпячивания мембраны, позволяющие организму самопроизвольно передвигаться.

Строение бактерии

Наличие клеточной стенки характерно для группы бактерий, которые называют грамположительными. Под клеточной стенкой расположена мембрана. А вокруг молекулы ДНК она отсутствует, и это позволяет утверждать, что бактерии не имеют оформленного мембраной ядра.

Цитоплазма

Под этой сложной оболочкой бактерии находится цитоплазма – гелевая масса различной плотности, в толще которой находятся включения:

  • рибосомы, продуцирующие белок;
  • небольшие мембранные структуры;
  • жировые включения (гликоген);
  • полифосфатные соединения (волютин);
  • полисахариды;
  • бета-оксимасляная кислота.

Состав включения зависит от потребности бактерии в источниках энергии и питательных веществах. Некоторые бактерии имеют цитоскелет – систему трубочек, способную ориентировать внутри клетки ее основные компоненты. В частности, они позволяют правильно располагаться молекуле ДНК во время репликации, несмотря на то, что бактерии не имеют в клетке настоящего ядра и гистонов.

Нуклеоид

Примерно по центру клетки обнаруживается нуклеоид – место расположения наследственной информации. Оформленного ядра, которое бы имело собственную мембрану, основные белки (гистоны) и ферментный комплекс, принимающий участие в воспроизведении наследственной информации и ее реализации, у бактерии нет.

Отсутствие оформленного ядра определяет простой процесс воспроизведения генетической информации – кольцевая молекула ДНК просто удваивается перед делением клетки, и по одной копии оказывается в дочерних организмах.

Строение бактериальной клетки

Однако существует особенность передачи генетической информации, которая делает бактерии уникальными для генетиков и молекулярных биологов. Возможность их функционирования как раз связана с тем, что бактерии не имеют в клетке ядра. Внутри клеток обнаружены нехромосомные элементы, способные к передаче информации в обход ядра. Наиболее изучены среди них такие:

  1. Плазмиды.
  2. Транспозоны и IS-элементы (вставные последовательности).
  3. Умеренные фаги.

Любопытно, что размер генетической информации, обнаруженный в мобильных элементах, существенно превышает ее число в главной молекуле ДНК. Именно они имеют прямое отношение к:

  • защитным реакциям бактерий,
  • их быстрому привыканию к лекарственных препаратам,
  • способности синтезировать антибиотики и необычные для бактерий сахара и использовать для питания некоторые не свойственные для своего вида источники.

Ничего подобного плазмидам бактерий у эукариотических организмов нет, поскольку они имеют оформленное ядро, препятствующее контакту основного генома с неядерными элементами. Они способны к самостоятельному воспроизведению и имеют для этого собственный набор необходимых генов.

Высокая изменчивость была причиной того, что биологи длительное время считали, что у них нет такого понятия, как вид. Только появление чистых культур позволило сделать вывод о том, что это понятие вполне применимо к этим организмам, и местом локализации основного генома у них является их примитивное ядро или нуклеоид.

Таким образом, бактерии не имеют ядра, и это позволяет им обмениваться генетической информации «по горизонтали», быстро перенося полезные гены внутри существующей популяции клеток и существенно повышая их адаптивность к изменениям окружающей среды.

Клетки архей – варианты безъядерного существования

Археи под микроскопом

Ближайшие родственники бактерий – археи, еще недавно назывались архебактериями и только недавно были выделены в отдельный таксон. Внешне они имеют сходное строение. Основные различия были обнаружены относительно недавно, когда оказалось, что не только угловатая форма клетки и склонность к экстремальным условиям существованиям отличает эти микроорганизмы, но и особенности биохимических реакций, обеспечивающих их питание.

Как и бактерии, археи не имеют оформленного ядра. Их транскрипция (синтез на основании ДНК однонитевой РНК, с которой в дальнейшем считываются белки) и трансляция (собственно процесс считывания) сопряжены. Их РНК-полимераза (фермент, считывающий РНК с ДНК) по своему строению напоминает эукариотическую и состоит из 9-12 субъединиц (эубактерии имеют ферменты с четырьмя субъединицами).

Отсутствие ядра – не единственная особенность архей. Их репликация не имеет точки начала, характеризующейся определенной последовательностью нуклеотидов, которые распознаются ферментом. Обычно вне зависимости от того, имеют ли бактерии или другие организмы ядро или нет, удаление точек прикрепления фермента снижает скорость размножения. В случае с археями все происходит наоборот – при отсутствии этих точек они начинают размножаться еще быстрее.

Такой нетрадиционный способ возможен благодаря наличию у архебактерий ферментов, позволяющих участкам генома обмениваться фрагментами между собой. У многих бактерий, которые не имеют ядра, есть несколько точек начала рекомбинации, и их активность определяет, используются они в данный момент или нет. Удаление этих точек приводит в действие механизм, эффективность которого тем выше, чем ниже активность точек начала рекомбинации.

Похожие статьи:
Загрузка...

__________________________

Остались вопросы? Задайте их в комментариях к статье, мы обязательно ответим