Прокариоти - доядрени организми, Биология
Всички организми ли имат клетки с добре оформено ядро?
Сред организмите, живеещи на Земята, освен еукариотите, има и по-древни организми - прокариоти (от латински pro - пред, вместо; karyon - ядро). Това са едноклетъчни организми, които нямат оформено ядро. Те включват бактерии, които се срещат навсякъде: във въздуха, солената и прясна вода, в телата на животни, включително хора, и растения, в горещи извори и дори в ядрени реактори. Но те са особено много в почвата - от 200–500 милиона до 2 милиарда или повече на 1 g почва.
Преди появата на електронния микроскоп биолозите вярваха, че всички клетки имат еднакъв тип структура. Използването на електронен микроскоп позволи да се разкрият фундаментални разлики между структурата на прокариотните и еукариотните клетки.
Организация на доядрените организми-прокариоти. Клетките на прокариотните организми са с много малки размери (1 - 10 микрона). Най-важната разлика между прокариотите и еукариотите е липсата на истинско ядро и ядрена обвивка при първите. Вместо ядро има една кръгова двойноверижна ДНК молекула, която често се нарича бактериална хромозома.
Основните функции на ядрения апарат на прокариотите (както и на еукариотите) са съхранението, прилагането на наследствена информация и нейното предаване на дъщерните поколения. Тези функции се определят от ДНК.
Прокариотите също се характеризират с екстрахромозомни единици на наследственост - плазмиди. Плазмидите са кръгли участъци от ДНК, които са свободно разположени в цитоплазмата. Те съдържат гени, които правят бактериите резистентни към антибиотици например.
В допълнение към специфичната структура на ядрения апарат, прокариотите се различават и по други структурни характеристики на клетката.
надмембраненкомплексът на повърхностния апарат на прокариотните клетки е представен от твърди стени, съдържащи органичното вещество муреин. Резервни вещества на бактериалната клетка са полизахариди (нишесте, гликоген), мазнини, сяра.
Прокариотите нямат мембранни органели (митохондрии, пластиди, ER, комплекс на Голджи, лизозоми). Вместо митохондрии и пластиди, те имат мезозоми, които са инвагинации на външната мембрана на клетката. Клетъчното дишане се осъществява върху мезозомите. Фотосинтезата при фотосинтетичните бактерии се извършва в тилакоидите.
Рибозомите в прокариотните клетки са много по-малки от еукариотните рибозоми и са разположени свободно в цитоплазмата, без да образуват полизоми. В цитоплазмата на прокариотните клетки няма клетъчен център и мускулно-скелетен апарат.
Разликите между прокариотите и еукариотите са толкова значителни, че те се разграничават в различни царства (виж § 7).
Форми на бактерии. В зависимост от формата на клетката се разграничават следните групи бактерии: сферични - коки, пръчковидни - бацили, дъговидно извити - вибриони, тирбушонови - спирила (фиг. 12).
Въпреки простотата на организацията, бактериите успешно съжителстват с високо организирани еукариоти. Освен това понастоящем бактериите са биологично прогресивна, процъфтяваща група организми поради способността им бързо да се възпроизвеждат и да образуват спори, устойчивост на неблагоприятни фактори на околната среда.
Размножаване и спорулация при бактерии. Прокариотите се възпроизвеждат чрез просто делене на две (виж фиг. 12). През 50-те години на ХХ век. прибактерии е открит полов процес под формата на обмен на генетичен материал между различни индивиди.
Прокариотите се характеризират с изключително висока устойчивост на различни влияния на околната среда. На първо място, това се отнася за спорообразуващите форми на бактерии. Бактериалните спори са форма на устойчиви неблагоприятни условия на околната среда (а не за възпроизвеждане, както при растенията или гъбите). Когато се образува спора, бактериалната клетка претърпява редица биохимични промени: количеството на свободната вода в нея намалява, активността на ензимите намалява, протоплазмата се свива и се покрива с много плътна мембрана. При благоприятни условия спорите набъбват и покълват, образувайки нова вегетативна клетка.
Хранене и дишане на бактериите. Простите по своята организация, бактериалните клетки изискват минимално количество енергия за своята жизнена дейност. Ето защо бактериите могат да използват такива бедни на енергия източници като окисляването на неорганични вещества (хемосинтетични бактерии, вижте § 14) или енергията, освободена по време на разлагането на органични остатъци (бактерии на гниене и ферментация).
Дишането на бактериите, при което се образува необходимата за живота енергия, се осъществява с участието на дихателни ензими. По отношение на кислорода бактериите се разделят на такива, които съществуват само в кислородна среда - аероби (например туберкулозен бацил и много други) и живеещи в среда без кислород - анаероби (бацил на тетанус, бацил на ботулизъм и др., виж § 21).
Значението на бактериите в природата и живота на човека. Благодарение на жизнената активност на бактериите се извършва разлагането и минерализацията на органичните вещества, доставени от мъртвите организми. Получените прости неорганични вещества (амоняк, сероводород, въглероден диоксид ии др.) участват в общия кръговрат на веществата, отново с участието на бактерии, без които животът на Земята би бил невъзможен.
Бактериите, заедно с гъбите, водораслите и лишеите, разрушават скалите и участват в процеса на почвообразуване. Те играят важна роля в поддържането на почвеното плодородие, участват в образуването на хумус от горския под и разлагащите се растителни и животински остатъци, лежащи върху него. (Хумусът е слой от разложена органична материя, съдържащ запас от органични и минерални вещества и имащ способността да задържа вода.) Бактериите участват в кръговрата на азот, сяра, желязо, манган, силиций.
Ролята на бактериите в човешкия живот е двусмислена. Някои от тях са полезни за човека. Например, много бозайници, включително хората, поради липсата на специални ензими, не могат да усвояват целулозата в храната. Храносмилането на целулозата се дължи на бактерии, които обикновено живеят в червата. При зайците такива бактерии живеят в цекума, при кравите и овцете - в търбуха (стомашната част). Много бактерии живеят в червата на човека, някои от тях синтезират витамини от група В и витамин К. Някои бактерии живеят върху човешката кожа, лигавицата на носната и устната кухина, в дебелото черво и във влагалището, измествайки патогените и по този начин предпазвайки човек от инфекциозни заболявания.
Бактериите са необходими за производството на различни хранителни продукти на базата на ферментация. На основата на млечнокисела ферментация се произвеждат всички ферментирали млечни продукти (кисело мляко, кефир, сметана, кумис), кисело зеле и сирена.
От 30-те години на ХХ век учените започват да изолират вещества от определени бактерии, които имат антибиотични свойства - способността или да инхибират растежа,или напълно да убие други микроби. Най-богатият източник на антибиотици са бактериите, живеещи в почвата. Антибиотиците се използват широко в медицината, ветеринарната медицина, селското стопанство, промишлеността и специалните научни изследвания.
Бактериите също могат да навредят на хората. Това се проявява в два случая. Първо, ако не вземете специални мерки, гнилостните бактерии развалят храната. Второ, те могат да бъдат причинители на много заболявания на животните, хората и растенията. Някои болестотворни бактерии унищожават клетките гостоприемници, но повечето бактерии причиняват заболяване, като произвеждат токсини, които увреждат засегнатия организъм.
Въпроси и задачи
- Обяснете структурата на ядрения апарат в прокариотните клетки.
- Какви са структурните особености на повърхностния апарат на прокариотната клетка?
- Какви хранителни свойства на бактериите научихте?
- Какво е значението на спорообразуването при бактериите?
- Какво е значението на бактериите в природата и човешкия живот?
- Дайте сравнителна характеристика на еукариотни и прокариотни клетки. Определете какви са техните прилики, какви са основните разлики.