ЭУКАРИОТИЧЕСКАЯ КЛЕТКА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТИПЫ, ЧАСТИ, МЕТАБОЛИЗМ - БИОЛОГИЯ - 2024

Эти эукариотические клетки являются структурными компонентами широкой линии организмов , характеризующихся наличия клеток с ядром , ограниченным мембраной и имеющим набор органелл.

Среди наиболее заметных органелл эукариот - митохондрии, отвечающие за клеточное дыхание и другие пути, связанные с генерацией энергии, и хлоропласты, обнаруженные в растениях и отвечающие за фотосинтетический процесс.

Эукариотическая клетка животных. Источник: Никол валентина Ромеро Руис, Wikimedia Commons

Кроме того, существуют другие структуры, ограниченные мембранами, такие как аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, вакуоли, лизосомы, пероксисомы и другие, которые являются уникальными для эукариот.

Организмы, входящие в состав эукариот, довольно разнородны как по размеру, так и по морфологии. Группа варьируется от одноклеточных простейших и микроскопических дрожжей до растений и крупных животных, обитающих в морских глубинах.

Эукариоты отличаются от прокариот главным образом наличием ядра и других внутренних органелл, а также высокой организацией генетического материала. Можно сказать, что эукариоты намного сложнее в разных аспектах, как структурных, так и функциональных.

Общие характеристики

Наиболее важными характеристиками, которые определяют эукариотическую клетку, являются: наличие определенного ядра с генетическим материалом (ДНК) внутри, субклеточные органеллы, которые выполняют определенные задачи, и цитоскелет.

Таким образом, некоторые линии имеют особые характеристики. Например, у растений есть хлоропласты, большая вакуоль и толстая стенка из целлюлозы. Для грибов характерна хитиновая стенка. Наконец, в клетках животных есть центриоли.

Точно так же есть эукариотические одноклеточные организмы внутри простейших и грибов.

Части (органеллы)

Одной из отличительных характеристик эукариот является наличие органелл или субклеточных компартментов, окруженных мембраной. Среди наиболее заметных у нас есть:

ядро

Представление эукариотических клеток человека. Вы можете увидеть ядро

Ядро - самая заметная структура в эукариотических клетках. Он ограничен двойной пористой липидной мембраной, которая обеспечивает обмен веществ между цитоплазмой и внутренней частью ядра.

Это органелла, отвечающая за координацию всех клеточных процессов, поскольку она содержит все необходимые инструкции в ДНК, которые позволяют выполнять огромное количество процессов.

Ядро - это не идеально сферическая и статическая органелла, в которой беспорядочно разбросана ДНК. Это структура изысканной сложности с различными компонентами, такими как ядерная оболочка, хроматин и ядрышко.

Внутри ядра есть и другие тела, такие как тельца Кахаля и тельца PML (промиелоцитарный лейкоз).

Митохондрии

Митохондрии

Митохондрии - это органеллы, окруженные двойной мембранной системой, которые встречаются как у растений, так и у животных. Количество митохондрий на клетку варьируется в зависимости от ее потребностей: в клетках с высокими требованиями к энергии их количество относительно выше.

В митохондриях происходят следующие метаболические пути: цикл лимонной кислоты, транспорт электронов и окислительное фосфорилирование, бета-окисление жирных кислот и распад аминокислот.

Хлоропласты

хлоропластов

Хлоропласты - типичные органеллы растений и водорослей, представляющие собой сложные мембранные системы. Самая важная составляющая - хлорофилл, зеленый пигмент, который непосредственно участвует в фотосинтезе.

В дополнение к реакциям, связанным с фотосинтезом, хлоропласты могут генерировать АТФ, синтезировать аминокислоты, жирные кислоты и другие. Недавние исследования показали, что этот компартмент связан с производством веществ против патогенов.

Как и митохондрии, хлоропласты имеют собственный генетический материал круглой формы. С эволюционной точки зрения этот факт является доказательством, подтверждающим теорию возможного эндосимбиотического процесса, который дал начало митохондриям и хлоропластам.

Эндоплазматический ретикулум

Эндоплазматический ретикулум

Ретикулум - это система мембран, которая продолжается ядром и простирается по всей клетке в виде лабиринта.

Он делится на гладкую эндоплазматическую сеть и грубую эндоплазматическую сеть, в зависимости от наличия в ней рибосом. Грубый ретикулум в первую очередь отвечает за синтез белка благодаря закрепленным рибосомам. Гладкая, в свою очередь, связана с метаболическими путями липидов.

аппарат Гольджи

Он состоит из серии уплощенных дисков, называемых «цистернами Голгиана». Это связано с секрецией и модификацией белков. Он также участвует в синтезе других биомолекул, таких как липиды и углеводы.

Эукариотические организмы

В 1980 году исследователю Карлу Вёзу и его сотрудникам удалось установить отношения между живыми существами с помощью молекулярных методов. Посредством серии новаторских экспериментов им удалось установить три области (также называемые «супер-миры»), оставив позади традиционный взгляд на пять сфер.

Согласно результатам Везе, мы можем разделить живые формы Земли на три заметные группы: археи, эубактерии и эукарии.

В домене Eukarya находятся организмы, известные нам как эукариоты. Эта линия очень разнообразна и включает ряд как одноклеточных, так и многоклеточных организмов.

одноклеточный

Одноклеточные эукариоты - чрезвычайно сложные организмы, поскольку в одной клетке они должны обладать всеми типичными функциями эукариотов. Простейшие исторически классифицируются как корневища, инфузории, жгутиконосцы и спорозоиды.

Наиболее ярким примером является эвглена: фотосинтезирующие виды, способные перемещаться через жгутик.

Есть также ресничные эукариоты, такие как знаменитые парамеции, принадлежащие к роду Paramecium. Они имеют типичную форму тапочек и двигаются благодаря наличию многочисленных ресничек.

В эту группу входят также патогенные виды людей и других животных, например, род Trypanosoma. Для этой группы паразитов характерно удлиненное тело и типичный жгутик. Они являются причиной болезни Шагаса (Trypanosoma cruzi) и сонной болезни (Trypanosoma brucei).

Род Plasmodium является возбудителем малярии или малярии у людей. Это заболевание может привести к летальному исходу.

Существуют также одноклеточные грибы, но наиболее выдающиеся характеристики этой группы будут описаны в следующих разделах.

растения

Вся огромная сложность растений, которые мы наблюдаем ежедневно, принадлежит эукариотической линии, от трав и трав до сложных и больших деревьев.

Клетки этих людей характеризуются наличием клеточной стенки, состоящей из целлюлозы, которая придает жесткость структуре. Кроме того, у них есть хлоропласты, содержащие все биохимические элементы, необходимые для протекания фотосинтетического процесса.

Растения представляют собой очень разнообразную группу организмов со сложными жизненными циклами, которые невозможно охватить всего несколькими характеристиками.

грибы

Термин «грибок» используется для обозначения различных организмов, таких как плесень, дрожжи и особей, способных производить грибы.

В зависимости от вида они могут размножаться половым или бесполым путем. Для них характерно, в основном, образование спор: небольших скрытых структур, которые могут развиваться при подходящих условиях окружающей среды.

Вы можете подумать, что они похожи на растения, поскольку для обоих характерен сидячий образ жизни, то есть они не двигаются. Однако у грибов отсутствуют хлоропласты и необходимый ферментативный аппарат для фотосинтеза.

Их способ питания гетеротрофен, как и у большинства животных, поэтому они должны искать источник энергии.

животные

Животные представляют собой группу, состоящую из почти миллиона правильно каталогизированных и классифицированных видов, хотя зоологи считают, что истинное значение могло быть ближе к 7 или 8 миллионам. Это такая же разнообразная группа, как и упомянутые выше.

Они отличаются гетеротрофностью (ищут себе пищу) и обладают замечательной подвижностью, которая позволяет им двигаться. Для этой задачи у них есть ряд различных механизмов передвижения, которые позволяют им перемещаться по суше, воде и воздуху.

Что касается их морфологии, мы находим невероятно разнородные группы. Хотя мы могли бы сделать разделение на беспозвоночных и позвоночных, где их отличительной чертой является наличие позвоночного столба и хорды.

Среди беспозвоночных есть грызуны, книдарии, кольчатые червяки, нематоды, плоские черви, членистоногие, моллюски и иглокожие. К позвоночным относятся более известные группы, такие как рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие.

Типы эукариотических клеток

Существует огромное разнообразие эукариотических клеток. Хотя вы можете подумать, что самые сложные из них встречаются у животных и растений, это неверно. Наибольшая сложность наблюдается у протистовых организмов, у которых все элементы, необходимые для жизни, должны находиться в пределах одной клетки.

Эволюционный путь, который привел к появлению многоклеточных организмов, принес с собой необходимость распределения задач внутри человека, что известно как дифференциация клеток. Таким образом, каждая клетка отвечает за ряд ограниченных действий и имеет морфологию, которая позволяет ей выполнять их.

По мере того, как происходит процесс слияния гамет или оплодотворения, полученная зигота подвергается серии последующих клеточных делений, которые приведут к образованию более 250 типов клеток.

У животных пути дифференцировки, которыми следует эмбрион, управляются сигналами, которые он получает из окружающей среды, и во многом зависят от его положения в развивающемся организме. Среди наиболее известных типов клеток мы имеем:

Нейроны

Нейроны или клетки, специализирующиеся на проведении нервных импульсов, являются частью нервной системы.

Мышечные клетки

Клетки скелетных мышц, обладающие сократительными свойствами и выстроенные в сеть нитей. Они позволяют выполнять типичные движения животных, такие как бег или ходьба.

Хрящевые клетки

Хрящевые клетки специализируются на поддержке. По этой причине они окружены матрицей, содержащей коллаген.

Кровяные клетки

Клеточные компоненты крови - это красные и белые кровяные тельца и тромбоциты. Первые имеют форму диска, в зрелом состоянии не имеют ядра и выполняют функцию транспортировки гемоглобина. Лейкоциты участвуют в иммунном ответе, а тромбоциты - в процессе свертывания крови.

метаболизм

Эукариоты представляют ряд метаболических путей, таких как гликолиз, пентозофосфатные пути, бета-окисление жирных кислот, среди других, организованных в определенных клеточных компартментах. Например, АТФ генерируется в митохондриях.

Клетки растений обладают характерным метаболизмом, поскольку у них есть ферментативный механизм, необходимый для поглощения солнечного света и образования органических соединений. Этот процесс фотосинтеза превращает их в автотрофные организмы, которые могут синтезировать энергетические компоненты, необходимые для их метаболизма.

У растений есть особый путь, называемый глиоксилатным циклом, который происходит в глиоксисоме и отвечает за превращение липидов в углеводы.

Животные и грибы характеризуются тем, что они гетеротрофы. Эти линии не способны производить свою собственную пищу, поэтому они должны активно ее искать и разрушать.

Отличия от прокариот

Решающее различие между эукариотом и прокариотом заключается в наличии ядра, ограниченного мембраной и определяемого в первой группе организмов.

Мы можем прийти к такому выводу, исследуя этимологию обоих терминов: прокариот происходит от корней pro, что означает «до», и karyon, который является ядром; в то время как эукариот относится к наличию «истинного ядра» (eu означает «истинное», а karyon означает ядро)

Однако мы находим одноклеточных эукариот (то есть весь организм представляет собой одну клетку), таких как хорошо известные Paramecium или дрожжи. Таким же образом мы находим многоклеточные эукариотические организмы (состоящие из более чем одной клетки), такие как животные, в том числе люди.

Согласно летописи окаменелостей, можно было сделать вывод, что эукариоты произошли от прокариот. Следовательно, логично предположить, что обе группы имеют схожие характеристики, такие как наличие клеточной мембраны, общие метаболические пути и другие. Наиболее заметные различия между двумя группами будут описаны ниже:

Источник: Автор не предоставлен машиночитаемым автором. Предполагается, что Mortadelo2005 (на основании заявлений об авторских правах). , через Wikimedia Commons

Размер

Эукариотические организмы обычно больше по размеру, чем прокариоты, поскольку они намного сложнее и с большим количеством клеточных элементов.

В среднем диаметр прокариота составляет от 1 до 3 мкм, в то время как диаметр эукариотической клетки может быть порядка от 10 до 100 мкм. Хотя из этого правила есть заметные исключения.

Наличие органелл

В прокариотических организмах нет структур, ограниченных клеточной мембраной. Они чрезвычайно просты и лишены этих внутренних тел.

Обычно единственные мембраны, которыми обладают прокариоты, отвечают за разграничение организма с внешней средой (обратите внимание, что эта мембрана также присутствует у эукариот).

ядро

Как упоминалось выше, наличие ядра является ключевым элементом для различения обеих групп. У прокариот генетический материал не ограничен каким-либо типом биологической мембраны.

Напротив, эукариоты представляют собой клетки со сложной внутренней структурой и, в зависимости от типа клеток, представляют собой специфические органеллы, которые были подробно описаны в предыдущем разделе. Эти клетки обычно имеют одно ядро ​​с двумя копиями каждого гена - как и в большинстве клеток человека.

У эукариот ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты) высокоорганизована на разных уровнях. Эта длинная молекула связана с белками, называемыми гистонами, и уплотнена до такого уровня, что может войти в небольшое ядро, которое можно наблюдать в определенный момент деления клетки как хромосомы.

У прокариот нет таких сложных уровней организации. Генетический материал обычно представляет собой одну кольцевую молекулу, которая может прикрепляться к биомембране, окружающей клетку.

Однако молекула ДНК не распределена случайным образом. Хотя он не завернут в мембрану, генетический материал находится в области, называемой нуклеоидом.

Митохондрии и хлоропласты

В конкретном случае митохондрий - это клеточные органеллы, в которых находятся белки, необходимые для процессов клеточного дыхания. Прокариоты, которые должны содержать эти ферменты для окислительных реакций, закреплены в плазматической мембране.

Точно так же в том случае, если прокариотический организм является фотосинтезирующим, процесс происходит в хроматофорах.

Рибосомы

Рибосомы - это структуры, ответственные за трансляцию информационной РНК в белки, которые кодирует молекула. Их довольно много, например, обычная бактерия, такая как Escherichia coli, может содержать до 15 000 рибосом.

Можно выделить две единицы, составляющие рибосому: большую и второстепенную. Прокариотическая линия характеризуется наличием 70S рибосом, состоящих из большой 50S-субъединицы и маленькой 30S-субъединицы. Напротив, у эукариот они состоят из большой 60S и маленькой 40S субъединицы.

У прокариот рибосомы разбросаны по цитоплазме. У эукариот они прикреплены к мембранам, как в грубой эндоплазматической сети.

цитоплазма

Цитоплазма прокариотических организмов имеет в основном зернистый вид благодаря наличию рибосом. У прокариот синтез ДНК происходит в цитоплазме.

Наличие клеточной стенки

И прокариотические, и эукариотические организмы отделены от внешней среды двойной липидной биологической мембраной. Однако клеточная стенка - это структура, которая окружает клетку и присутствует только в прокариотическом клоне, в растениях и грибах.

Эта стенка жесткая, и наиболее интуитивно понятная общая функция состоит в защите клетки от стресса окружающей среды и возможных осмотических изменений. Однако на композиционном уровне эта стена у этих трех групп совершенно разная.

Стенка бактерий состоит из соединения, называемого пептидогликаном, состоящего из двух структурных блоков, связанных связями типа β-1,4: N-ацетил-глюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты.

У растений и грибов - как у эукариот - состав стенки также различается. Первая группа состоит из целлюлозы, полимера, образованного повторяющимися единицами сахарной глюкозы, тогда как стенки грибов состоят из хитина и других элементов, таких как гликопротеины и гликаны. Учтите, что не у всех грибов есть клеточная стенка.

ДНК

Генетический материал между эукариотами и прокариотами различается не только по способу уплотнения, но также по структуре и количеству.

Прокариоты характеризуются низким содержанием ДНК, от 600 000 пар оснований до 8 миллионов. То есть они могут кодировать от 500 до нескольких тысяч белков.

Интроны (последовательности ДНК, которые не кодируют белки и прерывают гены) присутствуют у эукариот, а не у прокариот.

Горизонтальный перенос генов - важный процесс у прокариот, тогда как у эукариот он практически отсутствует.

Процессы деления клеток

В обеих группах объем клеток увеличивается, пока не достигает адекватного размера. Эукариоты осуществляют деление посредством сложного процесса митоза, в результате которого образуются две дочерние клетки одинакового размера.

Функция митоза - обеспечивать соответствующее количество хромосом после каждого деления клетки.

Исключением из этого процесса является деление клеток дрожжей, в особенности рода Saccharomyces, где деление приводит к образованию дочерней клетки меньшего размера, поскольку она образуется посредством «выпуклости».

Прокариотические клетки не подвергаются митозному клеточному делению - внутреннему следствию отсутствия ядра. В этих организмах деление происходит путем бинарного деления. Таким образом, клетка разрастается и делится на две равные части.

Есть определенные элементы, которые участвуют в делении клеток у эукариот, например центромеры. В случае с прокариотами им нет аналогов, и только несколько видов бактерий имеют микротрубочки. Воспроизведение по половому типу часто встречается у эукариот и редко у прокариот.

цитоскелета

У эукариот очень сложная организация на уровне цитоскелета. Эта система состоит из трех типов филаментов, которые по диаметру подразделяются на микрофиламенты, промежуточные филаменты и микротрубочки. Кроме того, с этой системой связаны белки с моторными свойствами.

У эукариот есть ряд процессов, которые позволяют клетке перемещаться в окружающей среде. Это жгутики, форма которых напоминает хлыст, а движение у эукариот и прокариот разное. Реснички короче и обычно присутствуют в большом количестве.

Ссылки

1. Бирге, EA (2013). Генетика бактерий и бактериофагов. Springer Science & Business Media.
2. Кэмпбелл, МК, и Фаррелл, СО (2011). Биохимия.
3. Купер, Г. М., и Хаусман, Р. Е. (2000). Клетка: молекулярный подход. Sinauer Associates.
4. Кертис, Х., и Барнс, Н.С. (1994). Приглашение в биологию. Macmillan.
5. Хикман, С.П., Робертс, Л.С., Ларсон, А., Обер, В.К., и Гаррисон, К. (2001). Интегральные принципы зоологии. МакГроу - Хилл.
6. Карп, Г. (2009). Клеточная и молекулярная биология: концепции и эксперименты. Джон Вили и сыновья.
7. Понтон, Дж. (2008). Клеточная стенка грибов и механизм действия анидулафунгина. Преподобный Ибероам Микол, 25, 78–82.
8. Веллаи Т. и Вида Г. (1999). Происхождение эукариот: разница между прокариотическими и эукариотическими клетками. Труды Королевского общества B: Биологические науки, 266 (1428), 1571–1577.
9. Воет, Д. и Воет, Дж. Г. (2006). Биохимия. Panamerican Medical Ed.
10. Уикс, Б. (2012). Микробы Алькамо и общество. Издательство "Джонс и Бартлетт".