Уникальность зарождения органической жизни на Земле состоит в том, что в результате сложных реакций, которые природа неоднократно воспроизводила с неорганическими соединениями, возникла структура, способная сама себя повторять. Говоря современным языком – наследовать. Путь, пройденный протонами, электронами и ионами при построении сложных макромолекул сегодня пытаются воссоздать в научных лабораториях. Первыми помощниками ученых в этих опытах являются бактерии. В основе сотрудничества человека и простейших лежит то обстоятельство, что в клетках бактерий нет оформленного ядра с наследственной информацией. Их реплицирующий механизм прост и, судя по всему, является достоверной моделью первых удачных попыток природы передавать наследственные данные от одного организма другому.
Нуклеоид – замена ядру в клетке бактерии
Если упрощенно описать живую клетку, то самая простая схема будет выглядеть следующим образом: отделенное мембраной от внешнего мира пространство, наполненное внутриклеточным веществом, в котором протекают биохимические процессы, способные организовать самостоятельное размножение биоструктуры. Эта миссия является определяющей для существования органической жизни.
Передача наследственной информации может осуществляться двумя разными путями, в зависимости от устройства внутриклеточного хранилища, в котором эта информация содержится:
- У эукариотов роль такого хранилища играет оформленное ядро, которое состоит из мембраны, изолирующей ДНК от остального пространства клетки, и самой макромолекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, упакованной в хромосому. Ядро считается органеллой эукариотической клеточной структуры.
- В прокариотических (бактериальных) клеточных конструкциях ДНК никак не отделена от остального внутриклеточного вещества, а только компактно упаковано в нуклеоид – кольцевую хромосому с генетической информацией, выполняющую роль ядра.
Есть гипотеза, согласно которой предок оформленного эукариотического ядра – бактерия-симбионт. На заре зарождения ядерных организмов эта бактерия-симбионт стала частью прототипа эукариотической клеточной конструкции и сумела наладить эффективное сотрудничество по передаче наследственной информации.
Бактерия снабжала эукариотическую клетку при делении наследственной информацией, а в качестве вознаграждения за труд получала те питательные вещества, которые синтезировались большим эукариотом, а со временем стала ядром.
Так это было на самом деле или нет, ученым еще предстоит разобраться, а на сегодня они имеют почти полное представление о нуклеоиде бактерии и о тех функциях, которые он выполняет в бактериальной клетке.
Врачи отмечают, что бактерии, являясь клетками без ядра, играют ключевую роль в экосистемах и здоровье человека. Эти микроорганизмы, несмотря на свою простую структуру, обладают удивительной способностью адаптироваться к различным условиям. Специалисты подчеркивают, что многие виды бактерий являются полезными, участвуя в процессах пищеварения и синтеза витаминов. Однако некоторые из них могут вызывать заболевания. Врачи акцентируют внимание на важности поддержания баланса микрофлоры, так как это напрямую влияет на иммунную систему. Исследования показывают, что нарушения в бактериальном составе могут привести к различным патологиям, что подчеркивает необходимость дальнейшего изучения этих клеток.
Форма нуклеоида и его положение
Одна из основных характеристик нуклеоида – хранителя ДНК бактерии – его кольцевое строение. Однако уже сегодня, по результатам современных исследований, бактериологи различают разные формы устройства нуклеоид. Он может выглядеть как:
- бобовидное тело;
- клубок спутанных толстых веревок;
- кораллоподобная структура с ветвями, ширящимися по всему пространству микроорганизма.
Форма нуклеоида зависит от того, какие белки упаковывали макромолекулу ДНК в хромосому.
В связи с тем, что ядро в бактерии отсутствует, в процессе эволюции был создан способ крепления нуклеоида к цитоплазматической мембране. Это крепление обеспечивает быструю и надежную репликацию хромосом.
Кроме того, согласно данным последних научных исследований, ДНК в нуклеоиде бактерии не является единичной макромолекулой. В некоторых случаях нуклеоид бактерий содержит от 9 до 18 кольцевых ДНК.
Также есть данные, полученные лабораторным путем, что далеко не все ДНК, которые содержатся в прокариотах, имеют кольцевую структуру. Так, например, ДНК спирохеты бореллия (Borrelia burgdorferi), возбудителя клещевого спирохетоза, имеет линейное строение.
Читайте также:
Все основные параметры нуклеоида, который содержит наследственную информацию бактерии, активно изучаются, и сегодня этот клеточный органоид характеризуется как:
- кольцевая структура (имеются исключения в виде линейных макромолекул);
- одиночная хромосома (имеются исключения).
Способы репликации
Репликация молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты напрямую связана со способом упаковки и хранения наследственной информации.
Репликация – воспроизводство дочерней ДНК по матрице родительской макромолекулы ДНК. Выделяют три основных вида:
- консервативный (без раскручивания спирали);
- полуконсервативный (родительская спираль раскручивается, и обе части являются матрицами для синтеза дочерних макромолекул);
- дисперсивный (родительская ДНК распадается на множество фрагментов, которые и берутся за основу для синтеза дочерних макромолекул).
В бактериальной клетке репликация идет по полуконсервативному пути. Раскручивание родительской молекулы происходит в результате воздействия ферментов, а по завершении процесса репликации и оформления двух нуклеоидов в теле бактериальной клетки, процесс деления входит в свою самую активную фазу.
Бактерии, как одноклеточные организмы, вызывают множество обсуждений среди ученых и любителей биологии. Многие восхищаются их простотой и одновременно удивительной сложностью. Несмотря на отсутствие ядра, бактерии способны к самовоспроизводству, обмену генетической информацией и адаптации к различным условиям. Некоторые люди отмечают, что именно благодаря бактериям жизнь на Земле стала возможной: они участвуют в круговороте веществ, разлагая органические соединения и обогащая почву. Однако не все мнения положительные. Многие боятся патогенных бактерий, которые могут вызывать болезни. В то же время, в последние годы растет интерес к полезным бактериям, например, пробиотикам, которые поддерживают здоровье человека. Таким образом, бактерии остаются объектом постоянного изучения и обсуждения, открывая новые горизонты в науке и медицине.
Митохондрии
Обеспечение живой клетки энергией – ответственная миссия. Если она будет провалена, никакой речи о делении и наследстве идти не будет.
В бактерии, в которой отсутствуют специальные органеллы (митохондрии) для синтеза АТФ, энергия производится непосредственно в цитоплазме и потребляется всеми клеточными структурами.
У эукариотов совершенно другая картина. Большие клеточные конструкции не могут себе позволить пустить на самотек процесс обеспечения всех своих составляющих энергией. Именно для этих целей служит своеобразная энергетическая станция – митохондрия.
Строение митохондрии и ее роль в большой клетке с ядром – еще одно подтверждение в пользу эволюционного симбиоза бактерий, которые общими усилиями создали эукариотическую клетку.
Митохондрия также содержит ДНК с наследственной информацией, и так же, как в бактерии, эта ДНК не упакована в оформленное ядро, а покоится внутри митохондрии, в качестве двуспиральной кольцевой макромолекулы.
Независимо от того, какая деятельность по передаче наследственной информации происходит в ядре эукариота, митохондрия самостоятельно осуществляет процесс репликации собственной ДНК.
-
Читайте также:
Выработка АТФ митохондрией происходит по тому же пути, что и у бактерий:
- при окислительно-восстановительных реакциях;
- в результате работы мембранного (речь идет о мембране митохондрии) АТФ-синтетазного комплекса.
Именно эти процессы являются основными при снабжении бактерии энергией, и митохондрия эукариота их дублирует.
Вопрос-ответ
Какие бактерии без ядра?
Прокариоты — бактерии и археи. У них нет ядра и органелл, то есть всё содержимое клетки плавает в цитоплазме. Их ДНК устроена просто: она не делится на хромосомы. Чаще всего ДНК замкнута в колечко.
Какие микробы не имеют ядро?
― Бактерии и археи относятся к прокариотам ― одноклеточным организмам, не имеющим клеточного ядра и других внутриклеточных органелл.
Бактериальная клетка не имеет ядра?
В отличие от эукариот, бактерии не имеют ограниченного оболочкой ядра и, в большинстве случаев, каких-либо мембранных органелл. Вместе с тем у ряда бактерий имеются клеточные структуры, не имеющие аналогов в двух других доменах.
В клетках бактерий нет ядра?
Бактерии отличаются от всех клеточных организмов тем, что в их клетках нет оформленного ядра: ядерное вещество (хромосома) располагается в цитоплазме и не отделено от неё оболочкой.
Советы
СОВЕТ №1
Изучайте основы клеточной биологии, чтобы лучше понять, как функционируют прокариоты. Знание о том, как устроены бактерии и их отличия от эукариот, поможет вам глубже осознать важность этих микроорганизмов в экосистеме.
СОВЕТ №2
Обратите внимание на роль бактерий в различных процессах, таких как разложение органических веществ и участие в пищевых цепочках. Это поможет вам оценить их значение для поддержания жизни на Земле.
СОВЕТ №3
Не забывайте о медицинском аспекте: изучите, как бактерии могут быть как полезными, так и вредными для человека. Это знание поможет вам лучше понимать, как поддерживать здоровье и избегать инфекций.
СОВЕТ №4
Экспериментируйте с микробиологией в домашних условиях, например, с помощью простых заквасок для йогурта или квашеной капусты. Это даст вам практическое представление о том, как бактерии влияют на ферментацию и пищевые продукты.
