Строение клетки

Строение клетки

1.Типы клеточной организации.

Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного строения; все  остальные организмы представлены разнообразными клеточными формами  жизни. Различают два типа клеточной  организации:прокариотический и эукариотический (см рис. 1).

Клетки прокариотического типа устроены сравнительно просто. В них нет морфологически обособленного ядра, единственная хромосома образована кольцевидной ДНК и находится в цитоплазме; мембранные органеллы отсутствуют (их функцию выполняют различные впячивания плазматической мембраны); в цитоплазме имеются многочисленные мелкие рибосомы; микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру. К прокариотам относят бактерии.

Большинство современных  живых организмов относится к  одному из трех царств – растений, грибов или животных, объединяемых в надцарство эукариот.

В зависимости от количества, из которых состоят организмы, последние  делят на одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы состоят из одной единственной клетки, выполняющей все функции. Многие из этих клеток устроены гораздо сложнее, чем клетке многоклеточного организма. Одноклеточными являются все прокариоты, а также простейшие, некоторые зеленые водоросли и грибы.

Основу структурной организации  клетки составляют биологические мембраны. Мембраны состоят из белков и липидов. В состав мембран входят также  углеводы в виде гликолипидов и гликопротеинов, располагающихся на внешней поверхности  мембраны. Набор белков и углеводов  на поверхности мембраны каждой клетки специфичен и определяет её «паспортные» данные. Мембраны обладают свойством  избирательной проницаемости, также  свойством самопроизвольного восстановления целостности структуры. Они составляют основу клеточной оболочки, формируют  ряд клеточных структур.

           2.Форма, размеры и строение бактериальной клетки

К бактериям относятся  микроскопические растительные организмы. Большинство их - одноклеточные организмы, не содержащие хлорофилла и размножающиеся делением.  
 
По форме бактерии бывают шаровидными, палочковидными и извитыми. Шаровидные бактерии называют кокками. Они могут быть одиночными (кокки, микрококки), соединенными попарно (диплококки), группами по четыре (тетракокки), связанными в цепочку (стрептококки), пакетиками (сарцины) и иметь вид бесформенных скоплений шариков (стафилококки). Диаметр шаровидных бактерий колеблется от 0,5 до 1 мкм.  
 
Палочковидные бактерии бывают двух видов: бактерии и бациллы. Основным признаком, отличающим эти формы, является способность к спорообразованию. Бациллы образуют споры, в то время как бактерии не обладают этой способностью. Палочковидные бактерии также могут быть соединены попарно или в цепочку. Толщина этих бактерий 0,2-2,0, длина – 1-7 мкм.  
 
Извитые бактерии имеют изогнутую форму и по числу завитков делятся на вибрионы, имеющие форму запятой (возбудитель холеры), спириллы с двумя - тремя завитками и спирохеты с многочисленными завитками. Размеры этих бактерий те же, что и палочковидных.  
 
Бактериальная клетка состоит из клеточной оболочки и содержимого – цитоплазмы (протоплазмы). 

Клеточная оболочка определяет форму клетки и предохраняет ее от внешних воздействии. Она обладает полупроницаемостью, т. е. сквозь нее проходят одни вещества (низкомолекулярные) и не проходят другие (высокомолекулярные соединения). Она играет важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. По новейшим данным, в ней происходит множество химических реакций, вплоть до синтеза полисахаридов и, возможно, белков. 

Цитоплазма, заполняющая всю полость клетки, - живое вещество в полужидком состоянии. Ее главная составная часть - белок. В ней находятся также запасные питательные вещества в виде жиров и жироподобных веществ.  
 
В цитоплазме находятся рибосомы и мезосомы. В рибосомах происходит синтез белков. В одной клетке содержится 5-50 тыс. рибосом. В них сосредоточено 80-85 % всей РНК клетки. В мезосомах сконцентрированы окислительно-восстановительные ферменты. Тут происходят окислительно-восстановительные процессы, в результате которых клетка получает необходимую энергию.  
 
У бактерий отсутствует оформленное ядро. Ядерное вещество, состоящее из ДНК и РНК, локализовано в хроматиновых тельцах.  
 
У некоторых бактерий клеточная оболочка способна ослизняться, в результате чего клетка покрывается слизистой капсулой. При сильном ослизнении клетки склеиваются в сплошную слизистую массу зооглея.  
 
Вследствие малых размеров бактерии подвержены броуновскому движению. Собственное движение бактерий осуществляется при помощи жгутиков, состоящих из нескольких волокон, закругленных спирально вокруг осевой нити и прикрепляющихся при помощи особых дисков под цитоплазматической мембраной. Жгутики очень тонкие, так что не видны в оптический микроскоп без специальной окраски, но по длине во много раз превышают длину клетки.  
 
По числу и расположению жгутиков бактерии делятся на монотрихи (с одним жгутиком), лофотрихи (с пучком жгутиков на конце) и перитрихи (жгутики покрывают всю поверхность клетки).  
 
Скорость движения бактерий зависит от возраста и условий. Молодые клетки более подвижны, чем старые. При благоприятных условиях клетка проходит за 1 с расстояние, равное ее длине.

                              3.Спорообразование  у бактерий

Прокариотические организмы бактерии обладают способностью к спорообразованию, которая заключается в том, что при наступлении условий, неблагоприятных для жизни, клетка частично теряет воду, объём и форму; под внешней мембраной образуется плотная сферическая оболочка. В виде споры бактерия может выдерживать огромные механические, температурные и химические нагрузки. Споры неустойчивы к ультрафиолету, как и вообще бактерии, и быстро погибают под таким излучением.  Для палочковидных бактерий свойственно спорообразование. Это семейство Bacillaceae. Спора образуется в том случае, когда клетка попадает в неблагоприятные условия, например недостаточно влаги, низкая температура, когда накапливается много продуктов обмена. Спорообразование сохраняет клетку. Клетка отдает до 40% воды, цитоплазма уплотняется. Попав в благоприятные условия, дипиколинад кальция выходит, клетка набирает воду, клетка набухает, из клетки выходит трубка проросток. Это не средство размножения, это только сохранение вида. Не прокрашивается обычными красителями. У грибов для размножения.

                            4. Химический состав бактерий

Для понимания процессов  обмена веществ необходимо знать  химический состав микроорганизмов. Микроорганизмы содержат те же химические вещества, что  и клетки всех живых организмов.

Важнейшими элементами являются органогены (углерод, водород, кислород, азот), которые используются для  построения сложных органических веществ: белков, углеводов и липидов. Микроорганизмы содержат также зольные или минеральные  элементы. Большая часть их химически  связана с органическими веществами, остальные присутствуют в клетке в виде солей.

Для развития микроорганизмов  необходимы микроэлементы, содержащиеся в клетке в очень малых количествах. К ним относят кобальт, марганец, медь, хром, цинк, молибден и многие другие. Микроэлементы участвуют в синтезе некоторых ферментов и активируют их. Соотношение отдельных химических элементов в микробной клетке может колебаться в зависимости от вида микроорганизма, состава питательной среды, характера обмена и условий существования во внешней среде.

                            5.Метаболизм у микрооргонизмов

Под метаболизмом (от греч. metabole — изменение, превращение) понимают совокупность биохимических реакций и превращений веществ, происходящих в микробной клетке, направленных на получение энергии и дальнейшее использование ее для синтеза органических веществ. 
наболизм (питание; ассимиляция; конструктивный, или строительный, обмен; обмен веществ) сводится к усвоению, т. е. к использованию микроорганизмами питательных веществ, поступивших из внешней среды, для биосинтеза компонентов (веществ) собственного тела. Это достигается чаще восстановительными эндотермическими реакциями, для течения которых требуется энергия. 
 
Катаболизм (дыхание, диссимиляция, биологическое окисление) характеризуется расщеплением (окислением) сложных органических веществ до более простых продуктов с освобождением заключенной в них энергии, которая используется микроорганизмами для синтеза веществ данной клетки. Этот обмен называется также энергетическим. 
 
В большинстве случаев одно и то же вещество используется как в ассимиляции, так и в диссимиляции. Исключением являются углеводы, которые подвергаются расщеплению и не принимают участия в конструктивном обмене. 
 
Метаболизм у микроорганизмов характеризуется интенсивным потреблением питательных веществ. Так, при благоприятных условиях в течение суток одна клетка бактерий усваивает веществ в 30-40 раз больше величины своей массы. 
 
В обмене веществ принимают участие различные химические вещества. В зависимости от этого различают белковый, углеводный, липидный и водносолевой обмен.

                      6.Ферменты микрооргонизмов

Ферменты представляют собой  органические катализаторы, вырабатываемые живыми клетками организма.

Все биохимические процессы обмена веществ совершаются при участии ферментов. Без ферментов эти процессы протекали бы очень медленно или совсем не происходили. Открыты ферменты русским химиком К. С. Кирхгофом в начале XIX в.

Ферменты обладают чрезвычайно высокой активностью. Ничтожное количество фермента способно вовлечь в реакцию в сотни тысяч и даже миллионы раз большую массу веществ - реагентов. Ферменты состоят из белков, часть из них кроме белков включает также небелковые образования. Ферменты обладают расщепляющей и синтезирующей способностью, т. е. вызывают или ускоряют как реакции расщепления, так и реакции синтеза.Ферменты могут действовать внутри микробной клетки и вне ее. Те из них, которые вызывают биохимические процессы внутри клетки, называются эндоферментами.Некоторые ферменты выделяются клетками в окружающий субстрат, который под их влиянием расщепляется до состояния, удобного для усвоения клеткой. Такие ферменты называются экзоферментами. Все ферменты активны только в определенных условиях. При повышении температуры, кислотности или щелочности среды активность их падает, а при более резких изменениях условий среды ферменты разрушаются.

Каждый фермент обладает строго избирательным действием, т. е. воздействует только на какое-нибудь одно соединение, вызывает или ускоряет лишь определенную реакцию. Поэтому микроорганизмы выделяют несколько ферментов, обеспечивающих многочисленные биохимические процессы внутри и вне клетки. Одни ферменты действуют на белки, другие - на углеводы, третьи – на жиры. Ферменты, катализирующие превращения белков, называются протеазами, или протеолитическими ферментами. Ферменты, катализирующие гидролиз и синтез углеводов, относятся к карбогидразам. Жиры расщепляются липолитическими ферментами (липазами). Липазы разлагают жиры на глицерин и жирные кислоты. Эти ферменты вырабатываются некоторыми бактериями и плесенями, встречаются в растениях, а также образуются в животных организмах.

                     7.Питание микроорганизмов

Обмен веществ у микроорганизмов  состоит из двух основных процессов: 1) получения из окружающей среды необходимых питательных веществ и синтеза из них составных частей клетки и 2) выделения в окружающую среду продуктов жизнедеятельности. Первый из этих процессов, собственно, и является питанием.

Обмен веществ у микроорганизмов  происходит путем осмоса через всю  поверхность клетки.Осмос означает медленное проникновение (просачивание) жидкости и растворенных в ней веществ через полупроницаемую перепонку. У микроорганизмов явление осмоса возникает вследствие разницы концентраций веществ внутри микробной клетки и вне ее.

Биохимические процессы, протекающие внутри клетки, постепенно приводят к накоплению в клетке веществ - продуктов жизнедеятельности. На основе тех же осмотических законов эти вещества по мере накопления начинают двигаться в сторону их меньшей концентрации, т. е. за пределы клетки.В свою очередь, клетка станет получать нужные ей вещества, концентрация которых в клетке ниже, чем в питательном субстрате.

В живой микробной клетке концентрация веществ всегда несколько выше, чем в окружающей среде. Поэтому происходит слабый избыточный приток воды из внешней среды внутрь клетки, вследствие чего ее эластичная оболочка напрягается.

Источниками питания микроорганизмов  могут служить самые разнообразные вещества. Одни микробы питаются неорганическими соединениями, получая нужные углерод и азот из неорганических веществ, и затем строят из них органические соединения. Такие микроорганизмы называются автотрофными. Многие микробы в качестве источников питания могут использовать только готовые органические соединения. Эти микроорганизмы называются гетеротрофными. Если источник энергии – свет, то фототрофы, если энергия химических связей (хемотрофы), то либо органотрофы (органическое вещество), либо литотрофы (неорганическое вещество). 

Все микроорганизмы нуждаются  в источниках минеральных веществ, а также витаминов. Многие микроорганизмы получают минеральные элементы (фосфор, серу, калий, магний, железо) из минеральных солей, другие лучше усваивают эти элементы из органических веществ. Источником микроэлементов (меди, цинка, никеля, марганца и других) для микробов является обычно тот же субстрат, из которого они получают все другие элементы питания. Вода и прочие питательные вещества служат источником кислорода и водорода.

                      8.Дыхание,рост и развитие микроорганизмов

Питательные вещества, поступившие  в микробную клетку, претерпевают в ней сложные превращения.

На эти превращения  затрачивается определенное количество энергии. Энергия расходуется также  для обеспечения роста и размножения  микроба. Необходимую для этих целей  энергию микробная клетка получает в процессе дыхания. Сущность такого процесса заключается в том, что сложные органические веществаокисляются до более простых с выделением энергии.

Для окисления органических веществ с целью получения  энергии одни микроорганизмы используют кислород воздуха, другие способны обходиться при этом без кислорода, а для  третьих кислород воздуха является даже вредным. Следовательно, по отношению к кислороду воздуха микроорганизмы можно подразделить на аэробные - это те микроорганизмы, которые нуждаются в кислороде воздуха, и анаэробные микроорганизмы, которым кислород воздуха не нужен. Среди анаэробных микробов встречаются строгие, или безусловные, анаэробы, на них кислород воздуха действует губительно, и факультативные, или условные, анаэробы, способные существовать как в присутствии кислорода, так и без него. Аэробные микроорганизмы в процессе дыхания окисляют органические вещества обычно полностью до образования в качестве конечных продуктов углекислого газа и воды.