Биология прокариотической клетки: резюме
Клетки прокариот отличаются от эукариотических клеток отсутствием ядерной оболочки и более простым строением. Относительная простота эукариот и легкость работы с ними в лабораторных условиях способствовали тому, что исследования на бактериях существенным образом помогли понять основные процессы жизнедеятельности клеток более сложных организмов. Такие основные клеточные процессы, как репликация, транскрипция и трансляция, в ходе эволюции сохранились у всех организмов и впервые были детально изучены у прокариот. Даже сегодня многие существенные выводы были сделаны на основании исследований на клетках прокариот.
С помощью молекулярно-филогенетических методов было показано, что прокариоты подразделяются на две основные группы: эубактерии и археи . Эти группы различаются по своим физиологическим, биохимическим и структурным особенностям. Прокариоты характеризуются наличием компактных кольцевых хромосом, содержащих плотно упакованные гены, и гибкость их генома обеспечивается существованием различных экстрахромосомных элементов и механизмов, обеспечивающих обмен генетической информацией и разнообразные перестройки генома. Сейчас мы начинаем понимать механизмы, которые используют прокариоты для контроля экспрессии генов и различных процессов клеточного цикла. В общем, эти механизмы у эубактерий консервативны, но сильно отличаются от соответствующих механизмов в клетках эукариот. Напротив, археи разделяют некоторые характеристики с эубактериями, а некоторые с эукариотами.
Одно время полагали, что прокариоты состоят только из наружной оболочки, цитоплазмы, заполненной ферментами, и аморфной массы ДНК. Однако с помощью методов клеточной биологии было показано, что прокариоты представляют собой высокоорганизованные клетки, чем-то напоминающие клетки эукариот. Например, многие белки у них локализованы в клетке на специфических местах, распределение некоторых белков подчиняется организованным динамическим изменениям, и в поддержании клеточных структур участвуют белки, напоминающие цитоскелетные белки эукариот. Хромосома имеет вид диффузной массы, но в действительности для нее тоже характерна организация, в результате которой гены занимают в клетке определенные положения. Белки, связанные с ДНК прокариот, участвуют в организации хромосомы: у бактерий они образуют нуклеоид , а археи, подобно клеткам эукариот, содержат нуклеосомы .
Для многих сторон жизнедеятельности прокариот важную роль играет их способность секретировать белки и полисахариды, а также формировать на своей поверхности такие структуры, как жгутики и пили. Жгутики являются средством, обеспечивающим подвижность клеток, необходимую для их миграции к источникам питания в процессе, называемом хемотаксисом. Пили представляют собой фибриллярные структуры, обеспечивающие взаимодействие клеток друг с другом и с окружающей средой, а иногда с инфицированным организмом хозяина. Формирование жгутиков и пилей происходит посредством секреции специфических белков с участием системы сборки.
Прокариоты невероятно разнообразны в отношении процессов метаболизма и катаболизма . Многие микроорганизмы существуют самостоятельно и занимают невероятное количество экологических ниш. Другие вступают в сложные симбиотические взаимоотношения, например такие, которые существуют между сообществами в биопленках или ведут себя как патогены в организме хозяев, которые варьируют от прокариот до человека. Мы сталкиваемся с прокариотами ежедневно - окружающая среда, пища и наше тело контактируют с бессчетным количеством различных прокариот - однако мы только начинаем понимать природу всего их разнообразия и жизнедеятельности.
Смотрите также:
