Грибы – бесхлорофильные низшие эукариотические организмы, использующие для питания только органические вещества. Вегетативное тело гриба – грибница (мицелий) состоит из ветвящихся нитей, называемых гифами . У низших одноклеточных грибов гифы не разделены поперечными перегородками (септами) на отдельные участки. У высших грибов мицелий септирован. Истинные грибы подразделяются на шесть классов: хитридиомицеты, оомицеты, зигомицеты, аскомицеты (сумчатые), базидиомицеты, дейтеромицеты (несовершенные грибы).
Клетки микроскопических грибов разнообразны по форме, размерам, но имеют общие структурные элементы. Клетка всех грибов состоит из клеточной стенки, цитоплазмы с цитоплазматической мембраной и эндоплазматической сетью, митохондриями, рибосомами, включениями, вакуолями, ядром или несколькими ядрами.
Клеточная стенка . Представляет собой многослойную оболочку из 9…10 слоев различной электронной плотности. Клеточная стенка у различных видов грибов может состоять из целлюлозы, глюкона и хитина. Другие полисахариды, белки, пигменты, липиды служат цементирующими веществами.. Наличие таких комплексов обеспечивает избирательную проницаемость для одних веществ и блокаду других. Клеточная стенка служит защитным приспособлением и предохраняет грибную клетку от воздействия различных факторов окружающей среды, например, осмотическим барьером, обусловливающим различную проницаемость для различных веществ. Она придает форму вегетативным клеткам гиф и органов размножения.
Протопласт - содержимое клетки, заключенное в клеточную стенку. Включает цитоплазматическую мембрану, эндоплазматический ретикулум, ядро с ядрышками, митохондрии, рибосомы, лизосомы, аппарат Гольджи, вакуоли, пластинчатый комплекс, секреторные гранулы и другие элементы.
Цитоплазматическая мембрана. Тонкая трехслойная оболочка, располагается непосредственно под клеточной стенкой и отделяет ее от цитоплазмы. Цитоплазматическая мембрана обладает избирательной проницаемостью для веществ, входящих в клетку и выходящих из нее. Содержит до 40% липидов и до 38% белков. Различной формы инвагинации и ущемления цитоплазматической мембраны называются мезосомами. Основное назначение ЦПМ заключается в осуществлении поступления в клетку различные веществ, ферментативная переработка и выделение продуктов обмена.
Эндоплазматический ретикулум. Состоит из пузырьков, канальцев и вакуолей, служащих своеобразным депо питательных веществ.
Митохондрии . Многочисленные подвижные замкнутые образования эллипсовидной формы, с перегородками, покрытые одно- или двухслойной оболочкой. Митохондрии служат генераторами энергии в клетке.
В зависимости от условий культивирования и физиологического состояния клетки форма митохондрий и их количество могут варьировать.
Рибосомы . Округлые зерна рибонуклеопротеидной природы, принимают участие в синтезе клеточных белков. Количество рибосом значительно отличается у различных видов грибов и зависит от внешних факторов, возраста культуры и др.
Аппарат Гольджи . Представлен группой пузырьков очень мелкого диаметра или параллельно лежащими дисковидными пластинками. Этот органоид располагается в клетке на участке, свободном от рибосом.
Лизосомы . Производные аппарата Гольджи, размещаются между клеточной оболочкой и цитоплазматической мембраной. Представляют собой зернистые образования, окруженные однослойной липопротеидной мембраной. Содержат фермент, гидролизующий белок, и выполняют функцию защиты клеток от неблагоприятного воздействия токсичных веществ экзо- и эндогенного происхождения.
Ядро . Находится в центре или на полюсах клетки в клетках грибов могут быть одиночные и множественные ядра. Форма ядер округлая или удлиненная. Каждео ядро окружено пористой нуклеомембраной с ядрышком из плотных зерен или тонких фибрилл. Яра содержат в составе хромосом ДНК. Через анастомозы ядра могут мигрировать из одной клетки в другую.
Включения. В грибных клетках их множество. Это зерна волютина, гликогена, липидов, пигментов, токсинов, витаминов и др. Все морфологические элементы, составляющие тело микроскопических грибов подразделяют на две группы: споры и мицелий. Морфологические различия спор и мицелия служат важным дифференциальным признаком при определении видовой принадлежности гриба.
Мицелий. Представляет собой узкую трубку, диаметр которой варьирует от одного до нескольких мкм. Ветвящиеся трубочки – гифы, составляющие мицелий, дифференцируют на более толстые (слабо разветвленные) и тонкие (сильно ветвящиеся). Первые формируют мицелий, главным образом развивающийся на субстрате, вторые – в толще субстрата для поглощения из него питательных веществ. Мицелий окружен двухконтурной оболочкой, которая у молодых культур более нежная. В перегородках, делящих мицелий на отдельные клетки, имеются поры, через которые в процессе роста переливается цитоплазма, а с ней и питательные вещества. Мицелий, имеющий перегородки называется септированным . Однако у некоторых низших грибов мицелий состоит из гиф, лишенных поперечных перегородок, и представляет собой как бы одну, сильно разветвленную гигантскую клетку с многочисленными ядрами. Такой мицелий называется несептированным . Цвет мицелия чаще всего бывает снежно-белым, но с возрастом приобретает бурую окраску различных оттенков. Это связано с отложением пигмента в клеточных стенках и внутри самой клетки. Различают мицелий истинный и ложный (псевдомицелий). Псевдомицелий характеризуется тем, что отдельные клетки не связаны друг с другом и не имеют общей оболочки.
Вместо истинного ветвления здесь наблюдается древовидное расположение клеток.
Для прикрепления к субстрату и извлечения из него питательных веществ у некоторых грибов сформировались специально предназначенные для этого органы: ризоиды и аппрессории . Ризоиды – это корешкообразные, а аппрессории – короткие расширенные (лопастеобразные) выросты мицелия. Видоизменениями мицелиального роста являются также склероции, тяжи и ризоморфы. Склероции – это защитные приспособительные тела, которые позволяют грибу длительное время сохраняться в окружающей среде и обеспечивают его устойчивость к воздействию различных внешних факторов (температуры, солнечных лучей и др.). Склероции представляют собой септированные гифы грибов с утолщенной оболочкой. Их размеры могут колебаться о нескольких миллиметров до нескольких десятков сантиметров. Зрелые склероции содержат меньше влаги по сравнению с мицелием и много запасных питательных веществ (липидов, гликогена).
Мицелиальные тяжи – вегетативная структура линейно соединенных гиф. Диаметр мицелиальных тяжей зависит от количества гиф, которые концентрируются вокруг центральной основы. При образовании мицелиальных тяжей параллельно идущие гифы склеиваются друг с другом наружными оболочками или вступают в более прочное соединение путем формирования многочисленных коротких анастомозов.
Ризоморфы – более сложные по агрегации гифы, чем мицелиальные тяжи. наружные части у ризоморфы обычно темноокрашенны и имеют сходство с корнями высших растений. Основное назначение мицелиальных тяжей и ризоморф состоит в обеспечении распространении грибов в субстрате и перемещении питательных веществ по гифам.
Споры . С помощью спор происходит размножение грибов и их распространение в окружающей среде. Этому способствует высокая устойчивость оболочек спор к воздействию агрессивных факторов. Споры подразделяются на эндоспоры, образующиеся внутри спорангиев (сумок), и экзоспоры, располагающиеся на мицелии.
Естественные науки
Строение и развитие организмов
Елена Вилл
Таллинн 2013
Эукариотическая (животная) клетка 4
Растительная клетка 7
Различия животной и растительной клеток 10
Строение грибной клетки 11
Сравнение эукариотических клеток 18
Бактерии 19
Основные различия эукариотов и прокариотов 24
Использованная литература 26
Клеточная теория
КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ , одно из важнейших обобщений в биологии, согласно которому все организмы имеют клеточное строение.
Рис.1 Первооткрыватели клеточной теории 900igr.net
Представление о клетке появилось в 17 в. В 1665 г. английский физик Р. Гук , рассматривая под увеличительным стеклом срезы камыша, обнаружил, что они состоят из мельчайших ячеек, которые он назвал клетками . Позднее итальянский естествоиспытатель М. Мальпиги рассмотрел оболочку клетки, а изобретатель микроскопа А. Левенгук увидел в капле воды одноклеточные организмы – бактерии. В начале 19 в. чешский биолог Я. Пуркине обнаружил в клетке протоплазму (цитоплазму). В 1831 г. английский ботаник Р. Броун открыл клеточное ядро, а немецкий ботаник М. Шлейден вскоре установил обязательное его присутствие в любой клетке. В 1839 г. немецкий физиолог и цитолог Т. Шванн создал клеточную теорию, в которой обобщил информацию о клетке и сформулировал представление о том, что организмы всех растений и животных состоят из клеток и что клетки – основные единицы жизни. В 1858 г. немецкий врач Р. Вирхов доказал, что новые клетки возникают только в результате деления ранее существовавших клеток, а в 1879–1880 гг. немецкий зоолог А. Вейсман развил эту мысль, сделав вывод о том, что клетки имеют непрерывную и очень древнюю «родословную».
Изучение клетки продолжалось в течение трёх веков, в результате была создана современная клеточная теория. Её главные положения: клетка – основная структурно-функциональная (универсальная) единица живых организмов; каждая клетка имеет ядро и окружена цитоплазматиче-ской мембраной; основные структурные элементы сходны как у прокариотических, так и у эукариотических клеток; клетки размножаются делением; клеточное строение всех организмов свидетельствует о единстве их происхождения. Клеточная теория имеет огромное значение для понимания роли клеточного уровня в развитии и организации живой природы.
Эукариотическая (животная) клетка
Рис. 2 Эукариотическая клетка varles.narod.ru
Клетка – мельчайшая структура всего растительного и животного мира – самое загадочное явление природы. Даже на своем собственном уровне клетка чрезвычайно сложно устроена и содержит множество структур, которые выполняют определенные функции.
В организме совокупность определенных клеток образует ткани, ткани – органы, а те – системы органов. Строение животной и растительной клетки во многом сходно, но в то же время и имеет принципиальные различия. Например, похож химический состав клеток, сходны принципы строения и жизнедеятельности, но в растительных клетках нет центриолей (кроме водорослей), а в качестве питательной запасной базы служит крахмал.
Строение клетки животного базируется на трех основных составляющих – ядро, цитоплазма и клеточная оболочка . Вместе с ядром цитоплазма образует протоплазму.
Клеточная оболочка – это биологическая мембрана (перегородка), которая отделяет клетку от внешней среды, служит оболочкой для клеточных органоидов и ядра, образует цитоплазматические отсеки.
Рис. 3 Клеточная мембрана festival.1september.ru
Клеточная оболочка содержит три слоя.
Внешний и внутренний слои белковые
Промежуточный – липидный.
Рис. 4 Цитоплазма 900igr.net
Важная составляющая цитоплазмы – гиалоплазма, которая определяет вязкость и эластичность клеточной структуры. В зависимости от внешних и внутренних факторов гиалоплазма может менять свою вязкость – становиться жидкой или гелеобразной. Изучая строение животной клетки, нельзя не обратить внимание на клеточный аппарат – органоиды, которые находятся в клетке. Все органоиды имеют собственное специфическое строение, которое обусловлено выполняемыми функциями.
Ядро
– центральная клеточная единица, которая содержит наследственную информацию и участвует в обмене веществ в самой клетке. К клеточным органоидам относятся эндоплазматическая сеть, клеточный центр, митохондрии, рибосомы, комплекс Гольджи, пластиды, лизосомы, вакуоли. 
Рис. 5 Клетка и клеточные органеллы www.zoovet.ru
Функции клеточных органоидов :
митохондрии окисляют органические соединения и аккумулируют химическую энергию;
эндоплазматическая сеть благодаря наличию специальных ферментов синтезирует жиры и углеводы, ее каналы способствуют транспорту веществ внутри клетки;
рибосомы синтезируют белок;
комплекс Гольджи концентрирует белок, уплотняет синтезированные жиры,
полисахариды, образует лизосомы и готовит вещества к выведению их из клетки или непосредственному использованию внутри нее;
лизосомы расщепляют углеводы, белки, нуклеиновые кислоты и жиры, по сути, переваривая поступающие в клетку питательные вещества;
клеточный центр участвует в процессе деления клетки;
вакуоли, благодаря содержанию клеточного сока, поддерживают тургор клетки (внутреннее давление).
Растительная клетка
Растение, как и всякий живой организм, состоит из клеток, причем каждая клетка порождается тоже клеткой. Клетка - это простейшая и обязательная единица живого, это его элемент, основа строения, развития и всей жизнедеятельности организма.Существуют растения, построенные из одной-единственной клетки. К ним относятся одноклеточные водоросли и одноклеточные грибы. Обычно это микроскопические организмы, но есть и довольно крупные одноклеточные (длина одноклеточной морской водоросли ацетабулярии достигает 7 см). Большинство растений, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, - это многоклеточные организмы, построенные из большого числа клеток. Например, в одном листе древесного растения их около 20 000 000. Если дерево имеет 200 000 листьев (а это вполне реальная цифра), то число клеток во всех них составляет 4 000 000 000 000. Дерево в целом содержит еще раз в 15 больше клеток.
Рис. 6 Растительная клетка school-collection.edu.ru
Снаружи клетка покрыта плотной клеточной стенкой, в которой имеются более тонкие участки - поры. Под ней находится очень тонкая пленка - мембрана, покрывающая содержимое клетки - цитоплазму. В цитоплазме есть полости - вакуоли, заполненные клеточным соком. В центре клетки или около клеточной стенки расположено плотное тельце - ядро с ядрышком. От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой. По всей цитоплазме более или менее равномерно распределены очень мелкие тельца - пластиды.
Клеточная стенка придает клетке определенную форму и защищает ее содержимое. Она бесцветная, прозрачная и очень прочная. Мембрана, покрывающая клетку, называется клеточной (или плазматической) мембраной . Она пропускает в клетку и выпускает из клетки вещества. Эта способность клеточной мембраны называется проницаемостью.
Цитоплазма состоит из густого тягучего вещества, в котором располагаются все другие части клетки. Она имеет особый химический состав. В ней протекают различные биохимические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. В живой клетке цитоплазма постоянно движется, перетекает по всему объему клетки; она может увеличиваться в объеме.
Ядро является очень важной частью клетки. В нем находятся хромосомы , обеспечивающие передачу наследственных свойств клетки дочерним клеткам при делении. Ядро с ядрышком играет важную роль в жизнедеятельности клетки.
Вакуоль в клетках растительных организмов выполняет очень важную роль. Вакуоли - это резервуары, отделенные от цитоплазмы мембраной. В них содержится клеточный сок, накапливаются запасные питательные вещества и продукты жизнедеятельности, ненужные клетке. Клеточный сок - водянистая жидкость с растворенными в ней сахарами, органическими кислотами, минеральными солями. Вакуоли наполняются клеточным соком в процессе всей жизни клетки. По мере роста клетки мелкие вакуоли сливаются в одну большую (центральную) вакуоль, с увеличением размеров вакуоли увеличивается и размер клетки.
Пластиды бывают бесцветными, но чаще они окрашены в зеленый или красно-оранжевый цвет.
Рис. 7 Пластиды 900igr.net
От окраски пластид зависит окраска клетки и органов растения. Зеленый цвет растений обусловлен присутствием в их клетках зеленых пластид. Их называют хлоропластами (от греч. хлорос - "зеленый", пластос - "образующий", "вылепленный").
Рис. 8 Хлоропласты ru.wikipedia.org
Зеленый цвет хлоропласты получают благодаря особому зеленому веществу - хлорофиллу (от греч. хлорос - "зеленый", филлон - "лист"). С помощью хлорофилла клетки растений улавливают энергию солнечных лучей и образуют органические вещества (в виде сахаров).
Бесцветные пластиды называют лейкопластами (в них откладываются запасные питательные вещества: крахмал, масла и белок
Рис. 9 Лейкопласт dic.academic.ru
Красно-оранжевые пластиды (в цветках, плодах) - хромопластами .
Рис. 10 Хромопласты www.myshared.ru
Наличие хлоропластов, крупной вакуоли и клеточной стенки - отличительная особенность клеток растений.
Различия животной и растительной клеток
Рис. 11 Различие животной и растительной клеток galina.shh.com.ua
В растительной клетке присутствует прочная и толстая клеточная стенка из целлюлозы
В растительной клетке развита сеть вакуолей, в животной клетке она развита слабо
Растительная клетка содержит особые органоиды - пластиды (а именно, хлоропласты, лейкопласты и хромопласты), а животная клетка их не содержит.
Строение грибной клетки
Клетка гриба окружена твердой оболочкой, основу которой составляет клеточная стенка. Она содержит сахара, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, а также хитин (подобно наружному скелету насекомых и ракообразных).
Рис. 12 Строение клеточной оболочки lib.podelise.ru
В наружных частях клеточной оболочки часто можно обнаружить темные пигменты - меланины. К внутренней стороне клеточной стенки примыкает цитоплазматическая мембрана - плазмалемма. Одна из основных ее функций - поддерживать в клетке определенное осмотическое давление. Сквозь плазмалемму внутрь клетки поступают вещества, служащие источником питания, а наружу выделяются продукты химической активности клетки. Таким образом, цитоплазматическая мембрана играет роль пограничной стражи, которая пропускает внутрь клетки или выдворяет из нее определенные вещества, причем сама активно способствует этому процессу. Важнейшей структурой клетки является эндоплазматический ретикулум - система канальцев и пузырьков (цистерн). Различают два типа эндоплазматического ретикулума - гладкий и зернистый. На поверхности последнего расположены рибосомы - основные центры синтеза белка.
В клетках грибов, как и в клетках растительных и животных организмов, обнаружены митохондрии - особые энергетические станции клеток. В них протекают процессы химического преобразования веществ, благодаря которым клетка приобретает необходимую ей энергию.
Важный жизненный центр клетки - ядро. Это - "планирующий орган", управляющий деятельностью клетки и обеспечивающий передачу наследственных свойств от одного поколения другому. Ответственность за эту операцию несут, как уже говорилось, молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), содержащиеся в ядре. У грибов встречаются одноядерные (монокарионы), двухъядерные (дикарионы) и многоядерные (мультикарионы) клетки. Ядра грибных клеток обладают интересной особенностью - они могут передвигаться из старых частей мицелия к растущим. Механизм этого движения пока еще до конца не изучен.
В клетках гриба есть свои кладовые, где хранятся запасы питательных веществ; гликоген в виде гранул содержится в цитоплазме, там же можно обнаружить капли масла и волютин (питательное вещество, состоящее из полифосфатов, а также соединений, близких к нуклеиновым кислотам).
Размножение грибов . Грибы отличаются большим разнообразием способов размножения. Многие из них имеют специальные органы размножения. Размножаются грибы главным образом сводами, которые, попав на питательный субстрат, прорастают и образуют гифы.
Рис. 13 Размножение грибов ogoroniks.ru
Размножение грибов может происходить и с помощью отдельных кусков мицелия, оторвавшихся от гриба. Попав на питательную среду, такие куски разрастаются и образуют новую грибницу.
Некоторые грибы размножаются посредством особых клеток- оидий. Они образуются при распадении гиф на отдельные клетки, каждая из которых на питательной среде может развиваться в новый гриб . Размножение грибов с помощью отдельных частей мицелия или оидий.
Значение грибов в природе и жизни человека.
Значение грибов не ограничивается только использованием их в пищу. Сапротрофные грибы играют важную роль в круговороте веществ в природе. Разрушая растительные остатки с тем, чтобы добыть необходимые для жизни питательные вещества, сапротрофы возвращают часть этих веществ в почву, делая их доступными для усвоения другими растениями. Обычно грибы начинают разложение остатков; конечные этапы этого процесса завершаются бактериями. Если принять во внимание тот факт, что основную часть органического вещества образуют растения, становится ещё выразительней та огромная роль, которую сапротрофы играют в постоянном обогащении почвы органическим веществом. Кроме того, разрушая различные остатки, грибы вместе с бактериями служат санитарами, очищающими леса от ежегодного опада.
Рис. 14 Экологические группы грибов 900igr.net
Заметную положительную роль играют микоризные грибы. Вступая с деревьями и кустарниками в симбиоз , они успешно снабжают своих симбионтов влагой с растворенными в ней азотистыми и минеральными веществами.
Рис.15 Симбиоз www.ejonok.ru
Мощно разветвлённый мицелий протяжённостью в десятки метров значительно увеличивает всасывающую поверхность древесных корней, способствуя росту и развитию самого дерева. Есть немало деревьев, которые без микоризы не могут нормально развиваться, – это дуб и граб, сосна и ель.
В пищевой промышленности грибы используются в процессе брожения. Одноклеточные дрожжи превращают сахар в углекислый газ и спирт, конечная концентрация которого достигает 4–8 % при использовании пивных дрожжей и 8–15 % при сбраживании виноградного сока дикими дрожжами, находящимися в кожуре ягод.
Рис. 16 Дрожжи ru.wikipedia.org
При помощи этих грибов производят также сидр и японский сакэ. Специальные штаммы дрожжей, выделяющие много углекислоты, используются в хлебопекарнях для поднятия теста (образующийся при этом спирт улетучивается). Дрожжи также служат для производства лимонной кислоты.
Рис. 17 Использование грибов в пищевой промышленности 900igr.net
Некоторые знаменитые сорта сыра (рокфор, голубой датский сыр) невозможно получить без пеницилла.
Грибы рода пеницилл используют для производства пенициллина, гризеофульвина и других антибиотиков.
Рис. 18 Пеницилл lib2.podelise.ru
Многие грибы вредны. Так, плесени вызывают гниение и порчу продуктов, зерна, фруктов, а также тканей. Многие грибы-сапрофиты – активные разрушители древесины. Поселяясь на деревянных частях домов и других построек, на шпалах и столбах, на штабелях лесо
Рис. 19 Плесень www.vashaibolit.ru
Рис. 20 Сырость и плесень www.arwela.info
Грибковые заболевания.
Грибковые заболевания кожи и ногтей – одни из самых распространенных заболеваний в дерматологии.
Когда болезнетворные грибы воздействуют на кожу и ногтевые пластины, возникают грибковые заболевания. Их могут вызывать антропофильные грибы, которые живут только на коже человека, так и антропозоофильные, которые, помимо людей, заражают еще и животных.
Рис. 21 Грибковое заболевание ног vashidoctora.ru
Грибковые заболевания бывают нескольких видов, что определяется тем, какой именно кожный слой оказался пораженным:
микозы;
кератомикозы;
кандидозы;
дерматомикозы.
Грибковые заболевания могут появиться под влиянием как внешних, так и внутренних причин. В числе внешних может быть и высокая влажность воздуха; микротравмы; pН, близкий к щелочной среде; мацерация кожи, ношение обезличенной обуви и другие контакты.
Внутренними факторами являются заболевания, сопровождающиеся резким падением иммунитета (авитаминоз; СПИД; различного рода инфекционные болезни; болезни, требующие глюкокортикостероидной гормональной терапии), а также заболевания системы кровообращения (облитерирующий эндоартериит, венозная недостаточность), расстройства вегетативной нервной системы.
Сравнение эукариотических клеток
Таблица 1. Сравнение строения клеток растений, животных и грибов (таблица автора)|
Признаки |
Клетки растений |
Клетки животных
|
Клетки |
|
Клеточная стенка |
Есть. Клетка не меняет своей формы |
Нет. Клетка может менять свою форму |
Есть. Клетка не меняет своей формы |
|
Пластиды
|
Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты. |
|
|
|
Вакуоли
|
Крупные полости, с клеточным соком, с запасом питательных веществ. Тургор клетки. |
Мелкие пищеварительные, сократительные, выделительные. |
Полости с клеточным соком, с запасом питательных веществ. Тургор клетки. |
|
Синтез АТФ |
В пластидах и митохондриях |
В митохондриях |
В митохондриях |
|
Запасной углевод |
Крахмал |
Гликоген |
Гликоген |
|
Способ хранения питательных веществ |
В вакуолях |
В клеточных включениях |
В вакуолях |
|
Центриоли |
Нет |
Есть |
Есть |
|
Деление |
|
Образуются перетяжки между дочерними клетками |
Образуются перегородки между дочерними клетками |
Бактерии
Большинство бактерий – одноклеточные структуры. Исключением являются такие растения , как нитчатые цианобактерии и актиномицеты.
Рис. 22 Формы бактерий bio.fizteh.ru
Форма клеток бактерий может быть округлая (кокки), извитая (спириллы, вибрионы), палочковидная (бациллы, псевдомонады), иногда – звездчатые, кубические, С-образные, т.д. Свойства бактерий, такие как подвижность, всасывание питательных веществ, приклеивание к поверхности, определяются формой клеток. К примеру, олиготрофы, обитающие в средах с низкой концентрацией питательных веществ, с целью увеличить отношение поверхности к объему образуют особые выросты (простеки).
Организм бактерии на 70-80% состоит из воды. Сухой остаток представляет собой 50% белка, частиц клеточной стенки 10-20%, липидов 10%, РНК 10-20%, ДНК 3-4%. Из микроэлементов в состав бактериальной клетки входят углерод (50%), кислород (20%), азот (14%), водород (8%) в малых концентрациях.
Рис. 23 Строение бактериальной клетки encyc-bob.ru
В строении бактерий выделяют три обязательных клеточных элемента: цитоплазматическую мембрану, нуклеотид, рибосомы. Почти все бактерии имеют внешнюю оболочку - клеточную стенку, благодаря которой форма бактерий постоянна. Эта клеточная оболочка выполняет основные механические и физиологические функции. Главная функция внешней мембраны – транспортная. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов.
От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Ее основная функция – создание осмотического барьера в клетке, регуляция транспорта веществ. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др., происходят в мембране. Часто формируются выпячивания цитоплазматической мембраны – мезосомы. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. Жгутики и геномная ДНК тесно связаны с данным структурным элементом клетки бактерии.
В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Главное отличие прокариот (бактериальной клетки) от эукарит – это отсутствие ядерной мембраны и других внутрицитоплазматических мембран, которые не являются производными цитоплазматической мембраны. Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца. Она называется нуклеотид. Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий.
В цитоплазме находятся включения в виде разнообразных везикул (пузырьков), которые образованы в процессе впячивания цитоплазматической мембраны. У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. У тех бактерий, которые живут в водной среде, есть газовые вакуоли (аэросомы), функция которых заключается в регуляции плотности. Также в цитоплазме имеются включения запасных питательных веществ: полифосфатов, полисахаридов, соединений серы, т.д. Основным элементом бактериальной клетки являются рибосомы, расположенные в цитоплазме клетки
Размножение бактерий.
В отличие от многоклеточных организмов, в одноклеточных организмах рост и размножения (деление клетки) тесно связанные. Бактерии дорастают к определенному размеру, после чему проводят процесс деления, форму бесполого размножения. При оптимальных условиях бактерии могут растить и делиться чрезвычайно быстро, до одного деления каждое 9,8 минут для определенных видов бактерий. При делении клетки создаются две генетически идентичных дочерних клетки.
Рис. 24 Деление бактерии biouroki.ru
Значение бактерий в природе и жизни человека.
|
Бактерии распространены повсеместно: в воздухе, в воде, в почве, в живых организмах. Бактерии были обнаружены даже на дне океана на глубине нескольких километров, в термальных источниках, температура воды которых достигает 90 градусов, в нефтеносных пластах, то есть они способны существовать в таких условиях, где другие живые организмы не встречаются вообще. Благодаря жизнедеятельности почвенных бактерий совместно с другими организмами – растениями , грибами – обеспечивается плодородие почвы.
Рис. 24 Разнообразие бактерий biolicey2vrn.ucoz.ru В 1 грамме чернозема содержится около 10 миллиардов бактерий. Они разлагают органические вещества, оставшиеся от мертвых животных и растений, которые поступают в грунт. Благодаря этому, образуются неорганические вещества, которые позднее могут употреблять другие организмы, в том числе растения, а также выделяется углекислый газ, необходимый растениям для фотосинтеза. Большое количество перегноя образуется бактериями при удобрении почвы навозом, при культивировании многолетних и однолетних травянистых растений, у которых отмирают многочисленные корни. При наличии кислорода в почве бактерии за короткий период времени подвергают превращению перегноя в минеральные вещества для питания растений , в том числе культурных. С целью обеспечить лучшие условия для жизнедеятельности полезных почвенных бактерий в сельском хозяйстве проводят обработку и удобрение почвы. Благодаря рыхлению верхнего слоя почвы, сохраняется влага, и происходит обогащение почвы воздухом, что необходимо как для жизни культурных растений, так и для почвенных бактерий. Также и внесение навоза питает не только культурные растения, но и бактерии. Цианобактерии и некоторые бактерии почвы способны усваивать азот воздуха и преобразовывать его в доступную для употребления растениями форму.
Рис. 25 Азотсодержащие бактерий shkolnye-prezentacii.ru Клубеньковые бактерии являются одной из таких групп бактерий. Они поселяются на корнях бобовых и некоторых других растений (облепихи, шелковицы). Клубеньковые бактерии способны усваивать азот из воздуха и продуцировать органические азотсодержащие вещества, обогащая ими почву. Усваивая органические вещества, бактерии обеспечивают очищение водоемов. Но также они могут провоцировать обратный процесс – «цветение воды». Цианобактерии, зеленые и пурпурные серные бактерии вместе с растениями формируют запасы органических веществ в природе, образуя их из неорганических соединений. А цианобактерии еще и выделяют в атмосферу свободный кислород, которым дышат все живые существа. Образование залежей природного газа и нефти также происходило с участием определенных видов бактерий. Жизнь на Земле невозможна без жизнедеятельности бактерий, так как они участвуют в круговороте веществ в природе, осуществляя химические превращения, не доступные ни животным, ни растениям.
|
Использование бактерий человеком.
Деятельность некоторых бактерий используется человеком в производстве лекарств, разнообразных органических веществ, новых пищевых продуктов. Специальные виды бактерий вырабатывают сильные антибиотики (стрептомицин, тетрациклин и т. п.) - вещества, убивающие или подавляющие развитие болезнетворных организмов.
Бактерии широко используются человеком при производстве различных кисломолочных продуктов, сыров, вина, уксуса, закваске овощей.
Рис. 26 Роль бактерий в жизни человека 900igr.net
Болезнетворные бактерии.
Среди бактерий имеется много болезнетворных (патогенных) видов, вызывающих заболевания у людей, животных или растений. Тяжелое заболевание брюшной тиф вызывает бактерия сальмонелла , дизентерию - бактерия шигелла . Болезнетворные бактерии разносятся по воздуху с капельками слюны больного человека при чихании, кашле и даже при обычном разговоре (дифтерия, коклюш).
Рис. 27 Туберкулёзная палочка ukrtribune.com
Некоторые болезнетворные бактерии очень устойчивы к высыханию и долго сохраняются в пыли (туберкулезная палочка ). В пыли и почве живут бактерии рода клостридиум - возбудители газовой гангрены и столбняка. Некоторые бактериальные заболевания передаются при физическом контакте с больным человеком (венерические болезни, проказа). Часто болезнетворные бактерии передаются человеку с помощью так называемых переносчиков. Например, мухи, ползая по нечистотам, переносят на своих лапках тысячи болезнетворных бактерий, а затем оставляют их на продуктах, потребляемых человеком.
Болезни могут быть связаны с проникновением бактерий в раны. В глубоких ранах, загрязненных почвой, развиваются бактерии, вызывающие газовую гангрену и столбняк.
Рис. 26 Возбудитель столбняка drprof.ru
Эти заболевания очень опасны и часто заканчиваются смертельным исходом. Поверхностные раны и ожоги легко инфицируются стафилококками и стрептококками, которые вызывают гнойные воспаления.
Открытие болезнетворных бактерий позволило найти средства борьбы со многими болезнями. Однако бактерии быстро приспосабливаются к лекарствам, и ученым приходится разрабатывать все новые и все более сильно действующие препараты.
Основные различия эукариотов и прокариотов
Таблица 2. Сравнения строения прокариотов и эукариотов (таблица автора)|
Характеристика |
Прокариоты |
Эукариоты |
|
Размеры клеток |
Диаметр в среднем составляет 0,5-5 мкм |
Диаметр обычно до 40 мкм; объем клетки, как правило, в 1000-10000 раз больше, чем у прокариот |
|
Форма |
Одноклеточные или нитчатые |
Одноклеточные, нитчатые или истинно многоклеточные |
|
Синтез белка |
Эндоплазматической сети нет. (Синтез белка характеризуется и многими другими особенностями, в том числе и чувствительностью к антибиотикам; например, развитие прокариот ингибируется стрептомицином.) |
Рибосомы могут быть прикреплены к эндоплазматической сети |
|
Органеллы |
Органелл мало. Ни одна из них не имеет оболочки (двойной мембраны). Внутренние мембраны встречаются редко; если они есть, то на них обычно протекают процессы дыхания или фотосинтеза |
Органелл много. Некоторые органеллы окружены двойной мембраной, например ядро, митохондрии, хлоропласты. Большое число органелл ограничено одинарной мембраной, например аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, микротельца эндоплазматический ретикулум и т.д. |
|
Клеточные стенки |
Жесткие, содержат полисахариды и аминокислоты. Основной упрочняющий компонент - муреин |
У зеленых растений и грибов клеточные стенки жесткие и содержат полисахариды. Основной упрочняющий компонент клеточной стенки растений - целлюлоза, у грибов - хитин |
|
Жгутики |
Простые, микротрубочки. Находятся вне клетки (не окружены плазматической мембраной). Диаметр 20 нм |
Сложные, с расположением микротрубочек типа 9+2. Располагаются внутри клетки (окружены плазматической мембраной). Диаметр 200 нм |
|
Дыхание |
У бактерий происходит в мезосомах; у сине-зеленых водорослей - в цитоплазматических мембранах |
Аэробное дыхание происходит в митохондриях |
|
Фотосинтез |
Хлоропластов нет. Происходит в мембранах, не имеющих специфической упаковки |
В хлоропластах, содержащих специальные мембраны, которые обычно уложены в ламеллы или граны |
|
Фиксация азота |
Некоторые обладают такой особенностью |
Ни один организм не способен к фиксации азота |
Использованная литература
Таго Сараруу Биология для гимназий I часть Ээсти Лоодусфото Тарту 2002
Тийна Аламяэ Биология для гимназий II часть Ээсти Лоодусфото Тарту 2000
Хелле Ярвалт Краткий курс по биологии Авита 2003
Коолиэлу
Миксике
Встречается у прокариотических клеток, клеток растений и грибов. Это плотная многослойная структура, расположенная снаружи клеток. Клеточная стенка является продуктом жизнедеятельности клетки.
Функции клеточной стенки:
Обеспечение механической прочности клеток;
Придание клеткам определенной формы;
Передвижение воды и минеральных солей (у растительных клеток).
Рибосомы.
Немембранные органеллы клетки. Рибосомы – это сложные рибонуклеопротеидные частицы, в состав которых входят белки и молекулы рРНК. Состоят из двух субъединиц – большой и малой. Кроме ЭПР и гиалоплазмы обнаруживаются в митохондриях и пластидах. Эукариотические рибосомы имеют коэффициент седиментации 80 ед. Сведберга (80 S), рибосомы прокариот – 70S. Большая субъединица эукариотической рибосомы имеет коэффициент седиментации 60S, малая – 40S(у прокариот – 50Sи 30Sсоответственно).
Функции рибосом : являются местом синтеза белка в клетке.
Микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты (цитоскелет).
Микротрубочки располагаются в матриксе цитоплазмы. Это цилиндрические неразветвленные органеллы, диаметром приблизительно 24 нм. Их стенки толщиной около 5 нм. Построены из спирально упакованных глобулярных субъединиц белка тубулина. В длину они могут достигать нескольких микрометров. Растут микротрубочки с одного конца путем добавления тубулиновых субъединиц.
Функции:
Микротрубочки входят в состав центриолей, базальных телец, ресничек, жгутиков. Микротрубочки участвуют также в перемещении других клеточных органелл, например пузырьков Гольджи. Кроме того, микротрубочки образуют опорную систему клетки – цитоскелет.
Микрофиламентами называются очень тонкие белковые нити диаметром 5 –7 нм. Эти нити состоят из белка актина и образуют цитоскелет, подобно микротрубочкам. Нередко микрофиламенты образуют сплетения или пучки непосредственно под плазматической мембраной. По-видимому, микрофиламенты участвуют также в экзо- и эндоцитозе. В клетке обнаруживаются и нити миозина (их количество значительно меньше). Взаимодействие актина и миозина лежит в основе сокращения мышц.
Промежуточные филаменты имеют толщину 8-10 нм, т.е. их толщина является промежуточной между толщиной микрофиламентов и микротрубочек. В состав промежуточных филаментов входит несколько разных, но родственных белков. Например, в эпителиальных клетках, волосах и ногтях встречаются кератины, десмин характерен для мышечных клеток, белки нейрофиламентов встречаются в аксонах нервных клеток, белки ядерной ламины входят в состав промежуточных филаментов, поддерживающих структуру клеточного ядра. Выполняют только опорную функцию.
Клеточный центр.
Немембранная органелла клетки. Состоит из двух центриолей. Центриоли характерны и обязательны для клеток животных, их нет у высших растений, низших грибов и некоторых простейших. Основу строения центриолей составляют расположенные по окружности девять триплетов микротрубочек, образующие таким образом полый цилиндр. Обычно центриоли располагаются под прямым углом друг к другу.
В делящихся клетках центриоли принимают участие в формировании веретена деления и располагаются на его полюсах. В не делящихся клетках центриоли часто определяют полярность клеток эпителия и располагаются вблизи аппарата Гольджи.
Ядро.
Клеточное ядро, обычно одно на клетку (есть примеры многоядерных клеток), состоит из ядерной мембраны (кариолеммы), отделяющей его от цитоплазмы, хроматина, ядрышка, кариоплазмы (или ядерного сока). Ядро - это самая крупная клеточная структура, заключенная в оболочку из двух мембран (наружной и внутренней), разделенных полостью – перинуклеарной цистерной. На наружной ядерной мембране располагается большое количество рибосом. Она непосредственно переходит в мембраны ЭПР. Перинуклеарная цистерна сообщается с цистернами гранулярного ЭПР.
Внутренняя мембрана ядерной оболочки гладкая, на своей поверхности не имеет рибосом. Она связана с фиброзным слоем (ядерной ламиной), который состоит из сети промежуточных филаментов. Ядерная ламина поддерживает форму ядра, кроме того, она заякоривает хроматин на ядерной оболочке, способствуя его укладке.
Оболочка ядра пронизана порами. Поры образуются за счет слияния двух ядерных мембран в виде округлых сквозных отверстий, с диаметром 80-100 нм. Отверстие в ядерной оболочке заполнено сложно организованными глобулярными и фибриллярными структурами.
Основным компонентом интерфазного ядра является хроматин, в состав которого входит ДНК в комплексе с белком. В делящихся клетках хроматиновые нити спирализуются и образуют хромосомы.
Внутри ядра располагаются ядрышки. Ядрышко – производное хромосомы, один из ее локусов. В состав ядрышка также входят рРНК и белки.
Все ядерные структуры погружены в ядерный сок (кариоплазма, нуклеоплазма).
Функции ядра:
Хранение генетической информации;
Реализация генетической информации.