Молекулярная структура и функции основных компонентовпрокариотической клетки

Основные компоненты прокариотической клетки
Прокариоты (доядерные) – клетки, не обладающие, в отличие от эукариотов, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами. К прокариотическим клеткам относят клетки бактерий, цианобактерии (сине-зеленые водоросли), археи. Прокариоты преимущественно одноклеточные организмы. Имеют клеточную стенку, в состав которой входит муреин. Муреин представляет собой единую молекулу. В состав клеточных стенок бактерий также входят белки, липополисахариды, фосфолипиды и т. п. Иногда извне клеточная стенка покрыта слизистой капсулой, которая состоит из полисахаридов. Она не очень крепко связана с клеткой и может легко разрушаться под действием определенных соединений. К клеточной стенке плотно прилегает плазматическая мембрана. Клетки бактерий способны прилипать к разным субстратам и слипаться между собой благодаря липополисахаридам клеточной стенки. Плазматическая мембрана образует внутри клетки складки разной формы. На внутренних мембранах осуществляются основные процессы жизнедеятельности бактерий: дыхание, хемосинтез, фотосинтез. В клетках некоторых цианобактерий есть шарообразные мембранные структуры, в которых находятся фотосинтезирующие пигменты. В цитоплазме прокариот содержатся рибосомы, разнообразные включения, один или два ядерных участка – нуклеоиды – с наследственным материалом в виде кольцевой молекулы ДНК. Этот участок прикреплен к внутренней поверхности плазматической мембраны в определенном месте. Рибосомы прокариот по строению подобны рибосомам эукариотических клеток.

Вирусы и бактериофаги

Открытие вирусов.

Как уже говорилось, универсальной единицей жизни на Земле является клетки. Однако на рубеже XIX и XX вв. было обнаружено, что существует целый ряд болезней растений, животных и бактерий, возбудители которых явно имеют неклеточную природу: они слишком малы и проходят через мельчайшие фильтры, которые задерживают даже самые маленькие клетки. Так были открыты вирусы.

Строение вирусов.

Вирусные частицы представляют собой мельчайшие (20—300 нм) симметричные структуры, построенные из повторяющихся элементов. Каждый вирус является частицей нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), заключенной в белковую оболочку, которую называют капсидом. Вирусы не способны к самостоятельной жизнедеятельности: они могут проявлять свойства живого существа, только проникнув в клетку и используя для своих нужд ее структуры и энергию. Таким образом, вирусы являются внутриклеточными паразитами. Некоторые вирусы, например вирус гриппа или герпеса, покидая клетку-хозяина, захватывают участок клеточной мембраны и образуют из нее дополнительную оболочку поверх своего капсида.

Размножение вирусов.

Обычно вирус связывается с поверхностью клетки-хозяина и проникает внутрь. При этом каждый вирус ищет именно «своего» хозяина, т. е. клетки строго определенного вида. Так, вирус — возбудитель гепатита, называемого иначе желтухой, проникает и размножается только в клетках печени, а вирус эпидемического паротита, в просторечии свинки, — только в клетках околоушных слюнных желез человека.

Проникнув внутрь клетки-хозяина, вирусная ДНК или РНК взаимодействует с хозяйским генетическим аппаратом таким образом, что клетка, сама того не желая, начинает синтезировать специфические белки, закодированные в вирусной нуклеиновой кислоте.

Последняя тоже реплицируется, и в цитоплазме клетки начинается сборка новых вирусных частиц. Пораженная вирусами клетка может буквально «лопнуть», и из нее выйдет большое число вирусных частиц, но иногда вирусы выделяются из клетки постепенно, по одному, и зараженная клетка живет долго.

При заражении вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ) РНК вируса самовоспроизводится вместе с РНК клетки. При этом человек какое-то время остается здоровым. Но затем вирус активируется, и развивается смертельное заболевание — СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита). Вирусы являются возбудителями большого количества заболеваний человека: оспы, кори, гриппа, краснухи, бешенства, энцефалита и др. Известен также целый ряд заболеваний растений, вызываемых вирусами, например мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов или скручивание листьев картофеля. Всего описано около 500 видов вирусов, поражающих клетки позвоночных животных, и около 300 вирусов растений. Некоторые вирусы участвуют в злокачественном перерождении клеток и тем самым провоцируют онкологические заболевания.

Бактериофаги.

Особой группой вирусов являются бактериофаги, или просто фаги, которые заражают бактериальные клетки. Фаг укрепляется на поверхности бактерии при помощи специальных «ножек» и вводит в ее цитоплазму полый стержень, через который, как через иглу шприца, проталкивает внутрь клетки свою ДНК или РНК. Таким образом, генетический материал фага попадает внутрь бактериальной клетки, а капсид остается снаружи. В цитоплазме начинается репликация генетического материала фага, синтез его белков, построение капсида и сборка новых фагов. Уже через 10 мин после заражения в бактерии формируются новые фаги, а через полчаса бактериальная клетка рвзрушается, и из нее выходят около 200 заново сформированных вирусов- фагов, способных заражать другие бактериальные клетки. Некоторые фаги используются человеком для борьбы с болезнетворными бактериями, например с бактериями, вызывающими холеру, дизентирию, брюшной тиф.

Капсид. Бактериофаг.

Иногда при воспроизведении генома вируса в него попадает и часть генома хозяина (это связано с особым механизмом репликации вирусной ДНК или РНК). Тогда при заражении других клеток модифицированные вирусы принесут в них и гены предыдущей клетки-хозяина.Таким образом, некоторые вирусы способны переносить гены от одних клеток к другим. Этим объясняется частое использование вирусов в генной инженерии.

Происхождение вирусов до сих пор остается загадкой. Но тот факт, что все они являются внутриклеточными паразитами и вне клетки не обладают свойствами живых существ, позволяет предположить, что их далекие предки были паразитическими прокариотами, а затем, в силу образа жизни, утратили все свои системы, кроме генетического аппарата. Название вирус (от лат. virus — т. е. яд) было предложено голландским ботаником Мартином Бейеринком в 1895 г., изучавшим болезни растений, вызываемые вирусами.