Մեր հոդվածում մենք կքննարկենք պրոկարիոտների և էուկարիոտների կառուցվածքը: Այս օրգանիզմները զգալիորեն տարբերվում են կազմակերպվածության մակարդակով։ Իսկ դրա պատճառը գենետիկ տեղեկատվության կառուցվածքի առանձնահատկություններն են։
Պրոկարիոտային բջիջների կառուցվածքի առանձնահատկությունները
Պրոկարիոտները բոլոր կենդանի օրգանիզմներն են, որոնց բջիջները միջուկ չեն պարունակում: Կենդանի բնության հինգ ժամանակակից թագավորությունների ներկայացուցիչներից միայն մեկն է պատկանում նրանց՝ Բակտերիաները։ Պրոկարիոտները, որոնք մենք դիտարկում ենք, ներառում են նաև կապտականաչ ջրիմուռներ և արխեաներ։
Չնայած նրանց բջիջներում ձևավորված միջուկի բացակայությանը, դրանք պարունակում են գենետիկ նյութ: Սա թույլ է տալիս պահպանել և փոխանցել ժառանգական տեղեկատվություն, սակայն սահմանափակում է վերարտադրության մեթոդների բազմազանությունը: Բոլոր պրոկարիոտները բազմանում են իրենց բջիջները երկու մասի բաժանելով։ Նրանք ընդունակ չեն միտոզ և մեյոզի:
Պրոկարիոտների և էուկարիոտների կառուցվածքը
Պրոկարիոտների և էուկարիոտների կառուցվածքային առանձնահատկությունները, որոնք տարբերում են դրանք, բավականին նշանակալի են: Բացի գենետիկական նյութի կառուցվածքից, դա վերաբերում է նաև բազմաթիվ օրգանելների։ Էուկարիոտները, որոնք ներառում են բույսեր, սնկեր և կենդանիներ, պարունակում են ցիտոպլազմումմիտոքոնդրիաներ, Գոլջիի բարդույթ, էնդոպլազմիկ ցանց, բազմաթիվ պլաստիդներ։ Պրոկարիոտները դրանք չունեն։ Բջջային պատը, որը երկուսն էլ ունեն, տարբերվում է քիմիական կազմով։ Բակտերիաների մոտ այն բաղկացած է բարդ ածխաջրերից՝ պեկտինից կամ մուրեինից, մինչդեռ բույսերի մոտ՝ ցելյուլոզայի, իսկ սնկերի մոտ՝ քիտինի:
Հայտնաբերման պատմություն
Պրոկարիոտների կառուցվածքի և կյանքի առանձնահատկությունները գիտնականներին հայտնի են դարձել միայն 17-րդ դարում։ Եվ դա չնայած այն հանգամանքին, որ այդ արարածները գոյություն ունեն մոլորակի վրա նրա սկզբից: 1676 թվականին դրանք առաջին անգամ հետազոտվել են օպտիկական մանրադիտակի միջոցով դրա ստեղծող Էնթոնի վան Լեուվենհուկի կողմից: Ինչպես բոլոր մանրադիտակային օրգանիզմները, գիտնականը նրանց անվանել է «կենդանիներ»։ «Բակտերիա» տերմինը հայտնվել է միայն 19-րդ դարի սկզբին։ Այն առաջարկել է գերմանացի հայտնի բնագետ Քրիստիան Էրենբերգը։ «Պրոկարիոտներ» հասկացությունն առաջացել է ավելի ուշ՝ էլեկտրոնային մանրադիտակի ստեղծման դարաշրջանում։ Եվ սկզբում գիտնականները հաստատեցին տարբեր արարածների բջիջների գենետիկական ապարատի կառուցվածքի տարբերությունների փաստը: E. Chatton-ը 1937 թվականին առաջարկեց օրգանիզմները միավորել երկու խմբի՝ ըստ այս հատկանիշի՝ պրո- և էուկարիոտների: Այս բաժանումը գոյություն ունի մինչ օրս: 20-րդ դարի երկրորդ կեսին պրոկարիոտների մեջ հայտնաբերվեց մի տարբերակ՝ արխեա և բակտերիաներ։
Մակերեւութային ապարատի առանձնահատկությունները
Պրոկարիոտների մակերեսային ապարատը բաղկացած է թաղանթից և բջջային պատից։ Այս մասերից յուրաքանչյուրն ունի իր առանձնահատկությունները: Նրանց թաղանթը ձևավորվում է լիպիդների և սպիտակուցների կրկնակի շերտով: պրոկարիոտներ,որոնց կառուցվածքը բավականին պարզունակ է, նրանք ունեն երկու տեսակի բջջային պատի կառուցվածք. Այսպիսով, գրամ դրական բակտերիաներում այն հիմնականում բաղկացած է պեպտիդոգլիկանից, ունի մինչև 80 նմ հաստություն և ամուր կից է թաղանթին։ Այս կառուցվածքի բնորոշ առանձնահատկությունը նրա մեջ ծակոտիների առկայությունն է, որոնց միջով թափանցում են մի շարք մոլեկուլներ։ Գրամ-բացասական բակտերիաների բջջային պատը շատ բարակ է՝ մինչև առավելագույնը 3 նմ: Այն ամուր չի կպչում թաղանթին: Պրոկարիոտների որոշ ներկայացուցիչներ արտաքինից ունեն նաև լորձաթաղանթային պարկուճ։ Այն պաշտպանում է օրգանիզմները չորացումից, մեխանիկական վնասվածքներից և ստեղծում է լրացուցիչ օսմոտիկ արգելք։
Պրոկարիոտային օրգանելներ
Պրոկարիոտների և էուկարիոտների բջջի կառուցվածքն ունի իր էական տարբերությունները, որոնք հիմնականում բաղկացած են որոշակի օրգանելների առկայությունից: Այս մշտական կառույցները որոշում են ամբողջ օրգանիզմների զարգացման մակարդակը։ Նրանց մեծ մասը բացակայում է պրոկարիոտների մոտ։ Այս բջիջներում սպիտակուցի սինթեզը տեղի է ունենում ռիբոսոմների միջոցով: Ջրային պրոկարիոտները պարունակում են աերոզոմներ։ Սրանք գազային խոռոչներ են, որոնք ապահովում են լողացողություն և կարգավորում օրգանիզմների ընկղմման աստիճանը։ Մեզոսոմներ են պարունակում միայն պրոկարիոտները։ Ցիտոպլազմային մեմբրանի այս ծալքերը առաջանում են միայն քիմիական ամրագրման մեթոդների կիրառման ժամանակ՝ մանրադիտակի համար պրոկարիոտ բջիջների պատրաստման ժամանակ։ Բակտերիաների և արխեաների շարժման օրգանելներն են թարթիչները կամ դրոշակները։ Իսկ ենթաշերտին ամրացումը կատարվում է խմելու միջոցով։ Սպիտակուցային բալոններով ձևավորված այս կառուցվածքները կոչվում են նաև վիլլի և ֆիմբրիա:
Ի՞նչ է նուկլեոիդը
Բայց ամենակարևոր տարբերությունը պրոկարիոտների և էուկարիոտների գենի կառուցվածքն է: Այս բոլոր օրգանիզմներն ունեն ժառանգական տեղեկատվություն։ Էուկարիոտներում այն գտնվում է ձևավորված միջուկի ներսում։ Այս երկու թաղանթային օրգանելն ունի իր սեփական մատրիցը, որը կոչվում է նուկլեոպլազմա, ծրար և քրոմատին: Այստեղ կատարվում է ոչ միայն գենետիկական տեղեկատվության պահպանում, այլեւ ՌՆԹ մոլեկուլների սինթեզ։ Միջուկներում նրանք հետագայում ձևավորում են ռիբոսոմների ենթամիավորներ՝ սպիտակուցի սինթեզի համար պատասխանատու օրգանելներ։
Պրոկարիոտ գեների կառուցվածքն ավելի պարզ է. Նրանց ժառանգական նյութը ներկայացված է նուկլեոիդով կամ միջուկային շրջանով։ ԴՆԹ-ն պրոկարիոտներում փաթեթավորված չէ քրոմոսոմների մեջ, բայց ունի շրջանաձև փակ կառուցվածք: Նուկլեոիդը պարունակում է նաև ՌՆԹ և սպիտակուցի մոլեկուլներ։ Վերջիններս իրենց ֆունկցիաներով նման են էուկարիոտային հիստոններին։ Նրանք մասնակցում են ԴՆԹ-ի կրկնօրինակմանը, ՌՆԹ-ի սինթեզին, քիմիական կառուցվածքի վերականգնմանը և նուկլեինաթթվի բեկմանը:
Կյանքի գործունեության առանձնահատկությունները
Պրոկարիոտները, որոնց կառուցվածքը բարդ չէ, կյանքի բավականին բարդ գործընթացներ են իրականացնում։ Սա սնուցում է, շնչառություն, իրենց տեսակի վերարտադրություն, շարժում, նյութափոխանակություն… Եվ այս ամենի ընդունակ է միայն մեկ մանրադիտակային բջիջ, որի չափերը տատանվում են մինչև 250 մկմ: Այսպիսով, կարելի է միայն համեմատաբար խոսել պարզունակության մասին:
Պրոկարիոտների կառուցվածքի առանձնահատկությունները որոշում են նրանց ֆիզիոլոգիայի մեխանիզմները: Օրինակ, նրանք կարողանում են էներգիա ստանալ երեք եղանակով. Առաջինն այն էխմորում. Այն իրականացվում է որոշ բակտերիաների կողմից։ Այս գործընթացը հիմնված է ռեդոքս ռեակցիաների վրա, որոնց ընթացքում սինթեզվում են ATP մոլեկուլները։ Սա քիմիական միացություն է, որի պառակտման ժամանակ էներգիա է արտազատվում մի քանի փուլով։ Հետեւաբար, այն իզուր չէ կոչվում «բջջային մարտկոց»: Հաջորդ ճանապարհը շնչառությունն է: Այս գործընթացի էությունը օրգանական նյութերի օքսիդացումն է։ Որոշ պրոկարիոտներ ունակ են ֆոտոսինթեզի։ Օրինակներ են կապույտ-կանաչ ջրիմուռները և մանուշակագույն բակտերիաները, որոնք իրենց բջիջներում պարունակում են պլաստիդներ։ Բայց արխեաները ունակ են առանց քլորոֆիլ ֆոտոսինթեզ: Այս գործընթացի ընթացքում ածխաթթու գազը չի ամրագրվում, այլ ուղղակիորեն ձևավորվում են ATP մոլեկուլներ: Այսպիսով, ըստ էության, սա իսկական ֆոտոֆոսֆորիլացում է:
Սննդի տեսակ
Բակտերիաները և արխեաները պրոկարիոտներ են, որոնց կառուցվածքը թույլ է տալիս նրանց կերակրման տարբեր եղանակներ իրականացնել: Նրանցից ոմանք ավտոտրոֆներ են: Այս օրգանիզմներն իրենք են սինթեզում օրգանական նյութեր ֆոտոսինթեզի ընթացքում։ Նման պրոկարիոտների բջիջները պարունակում են քլորոֆիլ։ Որոշ բակտերիաներ էներգիա են ստանում որոշ օրգանական միացություններ քայքայելով։ Նրանց սնուցման տեսակը կոչվում է քիմոտրոֆիկ։ Այս խմբի ներկայացուցիչներն են երկաթի և ծծմբի բակտերիաները։ Մյուսները կլանում են միայն պատրաստի միացությունները: Նրանք կոչվում են հետերոտրոֆներ: Նրանց մեծ մասը վարում է մակաբուծական կենսակերպ և ապրում է միայն այլ արարածների բջիջներում։ Այս խմբի բազմազանությունը նույնպես սապրոտրոֆներ են: Սնվում են թափոններով կամքայքայվող օրգանական նյութեր. Ինչպես տեսնում եք, պրոկարիոտների կերակրման ձևը բավականին բազմազան է։ Այս փաստը նպաստեց նրանց լայն տարածմանը բոլոր բնակավայրերում։
Վերարտադրման ձևեր
Պրոկարիոտները, որոնց կառուցվածքը ներկայացված է մեկ բջիջով, բազմանում են՝ բաժանելով այն երկու մասի կամ բողբոջելով։ Այս հատկանիշը պայմանավորված է նաև նրանց գենետիկ ապարատի կառուցվածքով։ Երկուական տրոհման գործընթացին նախորդում է կրկնօրինակումը կամ ԴՆԹ-ի վերարտադրությունը։ Այս դեպքում սկզբում արձակվում է նուկլեինաթթվի մոլեկուլը, որից հետո յուրաքանչյուր թել կրկնօրինակվում է փոխլրացման սկզբունքով։ Դրա արդյունքում առաջացած քրոմոսոմները շեղվում են դեպի բևեռները։ Բջիջները մեծանում են չափերով, նրանց միջև ձևավորվում է կծկում, ապա տեղի է ունենում դրանց վերջնական մեկուսացումը։ Որոշ բակտերիաներ կարող են նաև ձևավորել անսեռ վերարտադրվող բջիջներ՝ սպորներ։
Բակտերիաներ և արխեա. տարբերակիչ հատկանիշներ
Երկար ժամանակ արխեաները բակտերիաների հետ միասին եղել են Դրոբյանկայի թագավորության ներկայացուցիչները։ Իրոք, նրանք ունեն բազմաթիվ նմանատիպ կառուցվածքային առանձնահատկություններ: Սա առաջին հերթին նրանց բջիջների չափն ու ձևն է: Այնուամենայնիվ, կենսաքիմիական ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ դրանք մի շարք նմանություններ ունեն էուկարիոտների հետ: Այսպիսին է ֆերմենտների բնույթը, որոնց ազդեցության տակ տեղի են ունենում ՌՆԹ-ի և սպիտակուցի մոլեկուլների սինթեզի գործընթացները։
Ըստ կերակրման ձևի՝ մեծ մասը քիմոտրոֆներ են։ Ավելին, այն նյութերը, որոնք քայքայվում են արխեաների կողմից էներգիա ստանալու գործընթացում, ավելի բազմազան են։ Սրանք երկուսն էլ բարդ ածխաջրեր են ևամոնիակ և մետաղական միացություններ։ Արխեաների շարքում կան նաև ավտոտրոֆներ։ Շատ հաճախ նրանք սիմբիոտիկ հարաբերությունների մեջ են մտնում։ Արխեաների մեջ մակաբույծներ չկան։ Բնության մեջ առավել հաճախ հանդիպում են կոմմենսալներ և փոխադարձներ: Առաջին դեպքում արխեաները սնվում են տանտիրոջ օրգանիզմի նյութերով, բայց չեն վնասում նրան։ Ի տարբերություն այս տեսակի սիմբիոզի՝ փոխադարձ հարաբերությունների դեպքում երկու օրգանիզմներն էլ շահում են։ Նրանցից ոմանք մետագեններ են: Նման արխեաները բնակվում են մարդկանց և որոճողների կաթնասունների մարսողական համակարգում՝ առաջացնելով աղիներում գազերի ավելցուկ ձևավորում։ Այս օրգանիզմները բազմանում են երկուական տրոհման, բողբոջման կամ մասնատման միջոցով։
Archaea-ն տիրապետել է գրեթե բոլոր ապրելավայրերին: Հատկապես բազմազան են պլանկտոնի կազմով։ Սկզբում բոլոր արխեաները դասակարգվում էին որպես էքստրեմոֆիլներ, քանի որ նրանք կարող են ապրել տաք աղբյուրներում, բարձր աղիությամբ ջրային մարմիններում և զգալի ճնշում ունեցող խորություններում։
Պրոկարիոտների նշանակությունը բնության և մարդու կյանքում
Պրոկարիոտների դերը բնության մեջ նշանակալի է. Առաջին հերթին դրանք մոլորակի վրա առաջացած առաջին կենդանի օրգանիզմներն են։ Գիտնականները պարզել են, որ բակտերիաները և արխեաները առաջացել են մոտ 3,5 միլիարդ տարի առաջ: Սիմբիոգենեզի տեսությունը ենթադրում է, որ դրանցից են առաջացել նաև էուկարիոտային բջիջների որոշ օրգանելներ։ Խոսքը մասնավորապես պլաստիդների և միտոքոնդրիաների մասին է։
Բազմաթիվ պրոկարիոտներ օգտագործվում են կենսատեխնոլոգիայի մեջ դեղամիջոցներ, հակաբիոտիկներ, ֆերմենտներ, հորմոններ, պարարտանյութեր, թունաքիմիկատներ արտադրելու համար: Մարդը վաղուց օգտագործել է օգտակար հատկություններըկաթնաթթվային բակտերիաներ պանրի, կեֆիրի, մածունի, ֆերմենտացված մթերքների արտադրության համար: Այդ օրգանիզմների օգնությամբ իրականացվում է ջրային մարմինների և հողերի մաքրում, տարբեր մետաղների հանքաքարերի հարստացում։ Բակտերիաները կազմում են մարդկանց և շատ կենդանիների աղիքային միկրոֆլորան: Արքեայի հետ միասին նրանք շրջում են բազմաթիվ նյութեր՝ ազոտ, երկաթ, ծծումբ, ջրածին։
Մյուս կողմից, շատ բակտերիաներ վտանգավոր հիվանդությունների հարուցիչն են, որոնք կարգավորում են բազմաթիվ բույսերի և կենդանատեսակների պոպուլյացիան: Դրանք ներառում են ժանտախտը, սիֆիլիսը, խոլերան, սիբիրյան խոցը, դիֆթերիան:
Այսպիսով, պրոկարիոտները կոչվում են այն օրգանիզմները, որոնց բջիջները զուրկ են ձևավորված միջուկից: Նրանց գենետիկական նյութը ներկայացված է նուկլեոիդով, որը բաղկացած է շրջանաձև ԴՆԹ մոլեկուլից: Ժամանակակից օրգանիզմներից բակտերիաները և արխեաները պատկանում են պրոկարիոտներին։
