Негізгі бет

Course: Жоғарғы сынып биологиясы > Unit 2

Lesson 5: Прокариоттар және эукариоттар

Прокариотты жасушалар

Жасушалардың әмбебап сипаттамалары. Прокариотты жасушалардың сипаттамалары. Беттік аудан мен көлемнің арақатынасы.

Кіріспе

Бір сәт уақыт бөліп, өзіңізге қараңызшы. Сіз қанша ағзаны көресіз? Алғашқыда ойыңызға бір ғана ағза, яғни сіз өзіңіз деген жауап келуі мүмкін. Алайда, егер сіз теріңіздің бетіне немесе ас қорыту жолдарының ішіне мұқият қарасаңыз, онда шынымен де көптеген ағзалар өмір сүретінін көрер едіңіз. Дәл солай - сізде шамамен 100 триллионға жуық бактерия жасушалары бар!

Бұл сіздің денеңіздің іс жүзінде экожүйе екенін білдіреді. Бұл сондай-ақ сіздің іс жүзінде екі негізгі жасуша түрлерінен құралғаныңызды білдіреді: прокариотты және эукариотты.

Барлық жасушалар осы екі үлкен категорияның біріне жатады. Тек бактериялар мен архейлер домендерінен шыққан біржасушалы ағзалар прокариоттар қатарына жатқызылады - про дейін және кари ядро дегенді білдіреді. Жануарлар, өсімдіктер, саңырауқұлақтар мен қарапайымдылар — барлығы эукариоттар (эу шын деген мағынаны білдіреді) және эукариотты жасушалардан тұрады. Алайда көбінесе — адамдардағыдай — прокариоттық достары айналасында қоршап жүреді.

Бұл кімнен сұрайтындығыңызға байланысты! Жалпы прокариоттар — біржасушалы ағзалар. Алайда, прокариотты жасушалардың кейбір топтары көпжасушалы организмдерге ұқсайтын құрылымдар түзе алатындығы туралы дәлелдер артып келеді. Бұл «нағыз» көпжасушалық болып саналады ма, жоқ па деген сұрақ бүгінде зерттеушілер арасында қызу талқылануда.

Мысалы, цианобактериялардың кейбір түрлері төмендегі суреттегідей ұзын жіп тәрізді тізбектерді құрайды. Бұл тізбектерде жасушалар бөлінгеннен кейін бір-бірімен байланысты болып қалады және бірегей жасушалық сипаттамалар мен қызметтерге ие болады. Бұл тізбектегі кейбір жасушалар фотосинтезге, күн энергиясын пайдаланып қант өндіруге маманданған. Төмендегі суретте бұл тізбектің көп бөлігін құрайтын кішірек және қою түсті жасушалар болып көрсетілген. Басқалары атмосфералық

N_{2}

-ны биологиялық тұрғыдан пайдалы түрлерге айналдырып, азотты бекітуге мамандандырылған. Төмендегі суретте азотты бекітетін тек бір жасуша көрсетілген, ол көршілеріне қарағанда дөңгелек және түсі ашық көрінеді.

_Сурет "Anabaena circinalis" BdCarl CC BY-SA 3.0 дереккөзінен алынған. CC BY-SA 3.0 алынған сурет лицензияланған._

Прокариотты жасушалардың құрылымы

Прокариотты немесе эукариотты болғандығына қарамастан, жасушаны жасуша ететін бірнеше негізгі құрылымы бар. Барлық жасушалар төрт негізгі компонентке ие:

Плазмалық мембрана- бұл жасушаның ішкі ортасын қоршаған ортадан бөлетін сыртқы қабат.
Цитоплазма жасуша ішіндегі іркілдек сұйықтық және онда орналасқан жасушалық құрылымдардан тұрады. Эукариоттарда цитоплазма міндетті түрде ядродан тыс, бірақ плазмалық мембрана ішіндегі аймақты білдіреді.
ДНҚ- жасушаның генетикалық материалы.
Рибосомалар- ақуыздарды синтездейтін молекулалық машиналар.

Осындай ұқсастыққа қарамастан, прокариоттар мен эукариоттардың бірқатар маңызды ерекшеліктері бар. Прокариот - бұл қарапайым, біржасушалы ағза, онда ядро және басқа мембраналы құрылымдар жоқ. Ядро мен органоидтар туралы эукариоттық жасушалар жайындағы келесі мақалада көбірек айтатын боламыз, бірақ әзірше прокариотты жасушалар ішінде мембранамен қапталған құрылымдар жоқ, тек ашық кеңістік екенін ескерген жеткілікті.

Прокариотты

ДНҚ-ның

көп бөлігі нуклеоид деп аталатын жасушаның орталық аймағында орналасқан және әдетте үлкен ілмек тәрізді сақиналы хромосомадан тұрады. Прокариоттардың нуклеоиды және басқа да олардың жиі көрінетін белгілері таяқша тәрізді бактерия кесіндісін көрсететін төмендегі диаграммада берілген.

Бактериялар өте алуан түрлі, сондықтан диаграммада көрсетілген барлық құрылымдар кез-келген бактерияларда бола бермейді.

Алайда бактериялардың көпшілігі байланысқан көмірсулар мен ұсақ ақуыздардан тұратын пептидогликан атты полимер қабырғасымен қоршалған. Жасуша қабырғасы қосымша қорғаныс қабатын қамтамасыз етеді, жасушаның пішінін сақтауға көмектеседі және сусызданудың алдын алады. Көптеген бактерияларда көмірсулардың капсула деп аталатын сыртқы қабаты да бар. Капсула жабысқақ және жасушаның қоршаған ортадағы беттерге бекінуіне көмектеседі.

Кейбір бактериялардың жасушалар бетінде қозғалуына, заттардың бетіне жабысуына, тіпті басқа бактериялармен генетикалық материал алмасуына көмектесетін арнайы құрылымдары бар. Мысалы, талшықтар - бұл бактериялардың қозғалуына көмектесетін айналмалы қозғалтқыштардың рөлін атқаратын қамшы тәрізді құрылымдар.

Фимбриялар - бұл көптеген жасушаларға және басқа беттерге жабысу үшін қолданылатын шаш тәрізді құрылымдар. Бактерияларда пили деп аталатын таяқша тәрізді құрылымдар болуы мүмкін, олардың бірнеше түрлері болады. Мысалы, пилидің кейбір түрлері бір бактериядан

ДНҚ

молекулаларын өзге бактерияға тасымалдауға мүмкіндік береді, ал басқалары бактериялардың қозғалысына қатысады.

Сіз фимбрияны пилидің түрі деп атайтынын естіген боларсыз - мысалы, кейбір дереккөздерде оларды қарапайым пили немесе тіркемелі пили деп атайды

^{1}

. Бұл екі түрлі терминді, яғни фимбрия мен пили, ғалымдар бактерия жасушаларының беткі шығыңқы жерлерін сипаттау үшін қолданған.

Көбінесе фимбрия термині саны көп, салыстырмалы түрде қысқа және беттерге бекінуге қатысатын жасуша бетінің шығыңқы құрылымдарын сипаттау үшін қолданылады, ал пили термині жасуша бетіндегі азырақ, ұзынырақ және мамандандырылған жасуша беттерінің шығыңқы жерлері үшін қолданылады. Бұл мақалада осы екі термин үшін жоғарыдағы түсіндірмелер пайдаланылады.

Архейлерде де аталған жасуша бетінің ерекшеліктері бола алады, бірақ әдетте бактериялардың ерекшеліктерінен өзгешеленеді. Мысалы, архейлерде де құрамында көмірсулар мен ақуыздары бар жасуша қабырғасы болғанымен, ол пептидогликан болып табылмайды.

Жасушаның мөлшері

Әдеттегі прокариотты жасушалардың диаметрі 0,1-ден 5,0 микрометрге (мкм) жетеді және олар әдетте диаметрі 10-нан 100 мкм-ге дейін болатын эукариотты жасушалардан айтарлықтай кішірек.

Төмендегі суретте логарифмдік шкала бойынша прокариотты (бактериялық) және эукариотты (өсімдіктер мен жануарлар жасушалары) жасушалардың, сонымен қатар басқа да молекулалар мен организмдердің мөлшері көрсетілген. Логарифмдік шкала бойынша өсудің әрбір бірлігі мөлшердің 10 есе өсуін білдіреді, сондықтан бұл үлкен өлшем айырмашылықтары!

Кейбір жағдайларды санамағанда, біржасушалы Caulerpa теңіз балдырларына назар аударыңыз - жасушалар олар прокариоттық немесе эукариоттық болса да, өте кішкентай болып қалуы керек. Неліктен солай болуы керек? Негізгі жауап - жасушалар ұлғайған сайын, олардың қоршаған ортамен жеткілікті қоректік заттар мен қалдықтармен алмасуы қиындай түседі. Мұның қалай жұмыс істейтінін көру үшін жасушаның беттік ауданы мен көлемінің қатынасын қарастырайық.

Қарапайым болу үшін, бізде текше тәрізді жасуша бар деп есептейік. Кейбір өсімдік жасушалары текше тәрізді. Егер текшенің бір қабырғасының ұзындығы

l

болса, оның беттік ауданы

6 l^{2}

болады және текшенің көлемі

l^{3}

болады. Демек,

l

үлкейген сайын жасуша бетінің ауданы тез өседі, өйткені ол

l

шаршысымен өзгереді, бірақ оның көлемі одан да тез артады, өйткені ол

l

текшесімен өзгереді.

Осылайша, жасуша үлкейген сайын оның беттік ауданының көлемге қатынасы төмендейді. Мысалы, сол жақтағы текше пішінді жасушаның көлемі 1 мм

^{3}

және бетінің ауданы 6 мм

^{2}

-ге тең, ал оның ауданы мен көлемінің қатынасы алтының бірге қатынасына тең (6/1), ал оң жақтағы текше пішінді жасушаның көлемі 8 мм

^{3}

және бетінің ауданы 24 мм

^{2}

, оның ауданы мен көлемінің қатынасы үштің бірге қатынасына тең (3/1).

Беттік аудан мен көлемнің қатынасы маңызды, өйткені плазмалық мембрана жасушаның қоршаған ортамен байланыс құралы болып табылады. Егер жасушаға қоректік заттарды қабылдау қажет болса, онда оны мембрана арқылы өткізу керек, ал қалдықтарды жою қажет болғанда мембрана қайтадан оның жалғыз жолы болып табылады.

Мембрананың әр бөлімі белгілі бір уақыт аралығында белгілі бір заттың белгілі бір мөлшерін ғана алмастыра алады – мысал ретінде оның өткізгіш каналдарының саны шектеулі болғандығы болуы мүмкін. Егер жасуша тым үлкен болып кетсе, оның мембранасында метаболизм белсенділігінің жоғарылауы үшін қажетті зат алмасу жылдамдығын (беттік көлем, шаршы қызметі) ұстап тұру үшін алмасу қабілеті жеткіліксіз болады (беттік аудан, текше қызметі).

Беттік аудан мен көлем қатынасының мәселесі - бұл жасушаның үлкен мөлшерімен байланысты қиындықтардың бірі. Жасушалар ұлғайған сайын, олардың ішіндегі материалдарды тасымалдау ұзаққа созылады. Бұл тұжырымдамалар жасуша мөлшеріне шектеу қояды: эукариотты жасушалар құрылымдық және метаболикалық ерекшеліктері арқасында прокариотты жасушалардан мөлшері бойынша аса алады. Оны келесі бөлімде қарастырамыз.

Кейбір жасушалар геометриялық тәсілдерді қолданып, беттік ауданы мен көлем қатынасы қиындығын айналып өтеді. Мысалы, кейбір жасушалар ұзын және жұқа немесе олардың жасуша беттерінде көптеген шығыңқы жерлері бар, олардың ерекшеліктері жасуша бетінің ауданын көлемге қатысты арттырады

^{2}

Аттрибуция

Бұл мақала өзгертілген туынды болып табылады “Прокариоттық жасушалар” OpenStax College, Biology ресурсынан алынған CC BY 3.0. http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85:17/Biology сайтынан мақалының түпнұсқасын жүктей аласыз.

Өзгертілген мақала CC BY-NC-SA 4.0 лицензиясымен лицензияланған.

Дәйексөзделген жұмыстар

Telford, John L., Michèle A. Barocchi, Immaculada Margarit, Rino Rappuoli, and Guido Grandi. "Pili in Gram-positive Pathogens." Nature Reviews Microbiology Nat Rev Micro 4, no. 7 (2006): 509-19. http://dx.doi.org/10.1038/nrmicro1443. https://med.uth.edu/mmg/files/2014/12/Ton-That_Telford_012215.pdf сайтынан алынған.
Reece, J. B., L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, and R. B. Jackson, "A tour of the cell", Campbell biology кітабы, 10 шығарылым. (San Francisco, CA: Pearson, 2011), 98.

Қосымша сілтемелер

"Bacteria - pili." Cronodon Museum. http://cronodon.com/BioTech/Bacteria_pili.html.

"Caulerpa." Уикипедия. 2014 жыл 1 желтоқсан. 2015 жылы 9 тамызда https://en.wikipedia.org/wiki/Caulerpa сайтынан алынған.

Esko, J. D., T. L. Doering, and C. R. H. Raetz. "Eubacteria and Archaea." Essentials of Glycobiology-да A. Varki, R. D. Cummings, J. D. Esko, H. H. Freeze, P. Stanley, C. R. Bertozzi, G. W. Hart, and M. E. Etzler бойынша өзгертілген. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press.

"Eukaryotic cells." Scitable. 2014. http://www.nature.com/scitable/topicpage/eukaryotic-cells-14023963.

Jarrell, K. F., D. J. VanDyke, and J. Wu. "Archael flagella and pili." Pili and flagella: Current research and future trends-да K. F. Jarrell бойынша өзгертілген, 215-234. Norfolk, UK: Caister Academic Press, 2009.

Kaiser, G. E. "Cellular organization: prokaryotic and eukaryotic cells." Dr. Kaiser’s microbiology course (BIOL 230). 2014 жыл сәуір. http://faculty.ccbcmd.edu/courses/bio141/lecguide/unit1/proeu/proeu.html.

"Pilus." Уикипедия. 2015 жылы 7 наурыз. 2015 жылы 9 тамызда https://en.wikipedia.org/wiki/Pilus сайтынан алынған.

Raven, P. H., G. B. Johnson, K. A. Mason, J. B. Losos, and S. R. Singer. "Cell structure." Biology-да, 59-87. 10 шығарылым. AP ed. New York, NY: McGraw-Hill, 2014.

Reece, J. B., L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, and R. B. Jackson. "A tour of the cell." Campbell biology-да, 92-123. 10 шығарылым. San Francisco, CA: Pearson, 2011.

Reece, J. B., L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, and R. B. Jackson. "Structural and functional adaptations contribute to prokaryotic success, 92-123. 10 шығарылым. San Francisco, CA: Pearson, 2011.

"Surface-area-to-volume ratio." Уикипедия, 2015 жылы 1 тамыз. https://en.wikipedia.org/wiki/Surface-area-to-volume_ratio сайтынан 2015 жылы 9 тамызда алынған.

Todar, K. "Structure and function of bacterial cells." Todar-дың бактерологиядан онлайн оқулығы. 2012. http://textbookofbacteriology.net/structure_3.html.

Талқылауға қосылғыңыз келе ме?

Кіру

Сұрыптау:

Әзірге посттар жоқ.

Ағылшынша түсінесің бе? Ағылшын тіліндегі Khan Academy сайтында қандай талқылау болып жатқанын білу үшін мына жерге бас.