Прокариотическая и эукариотическая клетки. Прокариотические и эукариотические клетки: строение, отличия

Одной из важных классификаций в биологии клеток является их деление на прокариоты и эукариоты.

Говоря об эволюции микробиологии, стоит отметить существенный вклад ученого Пастера, который был его основоположником. Именно благодаря этому человеку начали развиваться области иммунологии и биотехнологии.

Он дал основное определение главным понятиям, относящимся к клетке, обосновал принципы и работу механизма по актуальности роли микроорганизмов во всех сферах жизнедеятельности организмов. Его деятельность продолжил Кох.

Попытаемся разобраться, какие организмы относятся к каждому из этих двух основных классов клеток. Какое строение имеют клетки и в чем их отличие? Какова классификация каждого из этих видов.

Чем же они полезны для человека и биосферы, и каково их значение в целом? На все эти вопросы ответы читатель найдет ниже.

Что такое прокариоты и эукариоты

Известно, что все живые организмы по своей природе делятся на клеточные и неклеточные (вирусы). Причем первые тоже подразделяются на 2 категории: прокариоты (надцарство «Доядерные») и эукариоты (надцарство «Ядерные»).

К прокариотам относятся:

К эукариотам:

• грибы;
• растения;
• животные.

Чем же они отличаются? Рассмотрим ниже.

Признаки эукариотической клетки

Считается, что ядерные клеточные организмы появились около 1,5 миллиардов лет назад. Хотя в прошлые времена ученые слабо понимали суть явлений на клеточном уровне, но в своих трудах у них часто стали появляться приблизительные рисунки этой единицы организма.

Подписи в каждом утверждают об одной отличительной особенности клеток данного типа – наличие ядра, покрытого двойным слоем мембраны.

Именно в ядре хранится основной генетический материал этих организмов. Кроме того в нем есть несколько ядрышек с большей частью объема всех типов РНК.

Также в такой клетке есть другие образования – органеллы, которые находятся в ее цитоплазме. К ним относят:

• митохондрии – напоминают своей структурой белки, также содержат ДНК;
• лизосомы – являются пузырьками, помогающими общему метаболизму этой клетки;
• хлоропласты.

Эти соединения также разделены мембранами, основная роль которых является связь различных элементов единицы организма с внешней средой. Чтобы все элементы состава хорошо функционировали, для полного «скелета» в этой клетке есть нити и микротрубочки.

Процесс дыхания более распространен среди живых организмов, образованных этими клетками.

Строение клеток прокариотов

В отличие от предыдущего надцарства, у простейших отсутствует ядро в клетке.

В ней вместо ядра находится одна хромосома в цитоплазме, передающая генетический материал.

Размножаются просто – делением клетки. В клеточной жидкости очень мало различных видов структур. Они также покрыты мембраной. В их состав входят рибосомы.

Рассмотрим основных представителей этого надцарства.

Бактерии и циано-бактерии

Под первыми понимают одноклеточные микроорганизмы. С помощью жгутиков они очень подвижны.

Обитают во всех сферах жизни. От внешней среды они защищены муреином и особой оболочкой.

Второй вид представлен простейшими клетками с маленькими рибосомами и одной наследственной хромосомой.

Водоросли

Обитают в основном в водной среде и на почве. У них автотрофное питание. Их плавучесть обуславливают вакуоли. Кроме того, для них, как и для представителей царства растений, характерен фотосинтез .

Примеры представлены зелеными водорослями. Размножаются также простым делением. При очень неблагоприятных условиях для движения могут использовать споры.

Сходства и различия прокариот и эукариот

Сравнительная таблица «Характеристика надцарств» показывает признаки, по которым нетрудно выявить основные отличия.

Признаки	Надцарство Прокариоты	Надцарство Эукариоты
Размер	D = 0,5 – 5 мкм	D = 40 мкм
Наследственность	ДНК в цитоплазме	ДНК в ядре
Структура	Мало образований, мембран практически нет.	Есть внешние и внутренние мембраны, различные структуры, позволяющие проводить реакции пищеварения, дыхания и размножения.
Оболочка	В состав входят полисахариды, аминокислоты и муреин.	Основой оболочки растений является целлюлоза, а у грибов – хитин.
Фотосинтез	Нет хлоропластов, но он протекает в мембранах.	Протекает в специальных образованиях – пластидах.
Обмен азота	У некоторых он есть.	Он не происходит.

Заключение

Итак, без представителей этих двух надцарств невозможно представить жизнь на земле. Какова же их роль в природе? Все просто: простейшие являются организмами, без которых невозможны практически все биохимические процессы в биосистеме. Кроме того, многие участвуют в процессе фотосинтеза, служат источником питания и дыхания растений.

Эукариоты не только являются для других питанием, но и являются основной регулирующей силой популяции разных видов, т. е одним из механизмов естественного отбора.

Важнейшая, основополагающая особенность эукариотических клеток связана с расположением генетического аппарата в клетке. Генетический аппарат всех эукариот находится в ядре и защищён ядерной оболочкой (по-гречески «эукариот» значит имеющий ядро). ДНК эукариот линейная (у прокариот ДНК кольцевая и находится в особой области клетки -- нуклеоиде, который не отделён мембраной от остальной цитоплазмы). Она связана с белками-гистонами и другими белками хромосом, которых нет у бактерий.

В жизненном цикле эукариот обычно присутствуют две ядерные фазы (гаплофаза и диплофаза). Первая фаза характеризуется гаплоидным (одинарным) набором хромосом, далее, сливаясь, две гаплоидные клетки (или два ядра) образуют диплоидную клетку (ядро), содержащую двойной (диплоидный) набор хромосом. Иногда при следующем делении, а чаще спустя несколько делений клетка вновь становится гаплоидной. Такой жизненный цикл и в целом диплоидность для прокариот не характерны.

Третье, пожалуй, самое интересное отличие, -- это наличие у эукариотических клеток особых органелл, имеющих свой генетический аппарат, размножающихся делением и окружённых мембраной. Эти органеллы -- митохондрии и пластиды. По своему строению и жизнедеятельности они поразительно похожи на бактерий. Это обстоятельство натолкнуло современных учёных на мысль, что подобные организмы являются потомками бактерий, вступившими в симбиотические отношения с эукариотами. Прокариоты характеризуются малым количеством органелл, и ни одна из них не окружена двойной мембраной. В клетках прокариот нет эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи, лизосом.

Ещё одно важное различие между прокариотами и эукариотами -- наличие у эукариот эндоцитоза, в том числе у многих групп -- фагоцитоза. Фагоцитозом (дословно «поедание клеткой») называют способность эукариотических клеток захватывать, заключая в мембранный пузырёк, и переваривать самые разные твёрдые частицы. Этот процесс обеспечивает в организме важную защитную функцию. Впервые он был открыт И. И. Мечниковым у морских звёзд. Появление фагоцитоза у эукариот скорее всего связано со средними размерами (далее о размерных различиях написано подробнее). Размеры прокариотических клеток несоизмеримо меньше, и поэтому в процессе эволюционного развития эукариот у них возникла проблема снабжения организма большим количеством пищи. Как следствие среди эукариот появляются первые настоящие, подвижные хищники.

Большинство бактерий имеет клеточную стенку, отличную от эукариотической (далеко не все эукариоты имеют её). У прокариот это прочная структура, состоящая главным образом из муреина (у архей из псевдомуреина). Строение муреина таково, что каждая клетка окружена особым сетчатым мешком, являющимся одной огромной молекулой. Среди эукариот клеточную стенку имеют многие протисты, грибы и растения. У грибов она состоит из хитина и глюканов, у низших растений -- из целлюлозы и гликопротеинов, диатомовые водоросли синтезируют клеточную стенку из кремниевых кислот, у высших растений она состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и пектина. Видимо, для более крупных эукариотических клеток стало невозможно создавать клеточную стенку из одной молекулы высокую по прочности. Это обстоятельство могло заставить эукариот использовать иной материал для клеточной стенки. Другое объяснение состоит в том, что общий предок эукариот в связи с переходом к хищничеству утратил клеточную стенку, а затем были утрачены и гены, отвечающие за синтез муреина. При возврате части эукариот к осмотрофному питанию клеточная стенка появилась вновь, но уже на другой биохимической основе.

Разнообразен и обмен веществ у бактерий. Вообще всего выделяют четыре типа питания, и среди бактерий встречаются все. Это фотоавтотрофные, фотогетеротрофные, хемоавтотрофные, хемогетеротрофные (фототрофные используют энергию солнечного света, хемотрофные используют химическую энергию). Эукариоты же либо сами синтезируют энергию из солнечного света, либо используют готовую энергию такого происхождения. Это может быть связано с появлением среди эукариотов хищников, необходимость синтезировать энергию для которых отпала.

Ещё одно отличие -- строение жгутиков. У бактерий они тонкие -- всего 15-20 нм в диаметре. Это полые нити из белка флагеллина. Строение жгутиков эукариот гораздо сложнее. Они представляют собой вырост клетки, окруженный мембраной, и содержат цитоскелет (аксонему) из девяти пар периферических микротрубочек и двух микротрубочек в центре. В отличие от вращающихся прокариотическох жгутиков жгутики эукариот изгибаются или извиваются. Две группы рассматриваемых нами организмов, как уже было сказано, сильно отличаются и по своим средним размерам. Диаметр прокариотической клетки составляет обычно 0,5-10 мкм, когда тот же показатель у эукариот составляет 10-100 мкм. Объём такой клетки в 1000-10000 раз больше, чем прокариотической. У прокариот рибосомы мелкие (70S-типа). У эукариот рибосомы более крупные (80S-типа).

Видимо, различается и время возникновения этих групп. Первые прокариоты возникли в процессе эволюции около 3,5 млрд. лет назад, от них около 1,2 млрд. лет назад произошли эукариотические организмы.

К прокариотическим организмам относятся бактерии - прежде всего бактерии в традиционном смысле этого термина, затем сине-зеленые водоросли (цианобактерии) и недавно открытые зеленые водорослеподобные организмы (хлороксибактерии), а также некоторые многоклеточные организмы, такие как актинобактерии (актиномицеты) и миксобактерии, образующие плодовые тела.

Все это - микробы. Название «прокариоты» происходит от греческих слов pro (перед) и karyon (семя, ядро). Прокариотические клетки в большинстве своем меньше эукариотических. Прокариотическую структуру, несущую гены, иногда неправильно называемую бактериальной хромосомой , следует называть генофором . Это кольцевая цепь ДНК, которая не находится в ядре, окруженном мембраной; в электронном микроскопе генофор выглядит как сравнительно прозрачная область, которую называют нуклеоидом . В эукариотической клетке носителями генов служат хромосомы, находящиеся в ядре, ограниченном мембраной. В исключительно тонких, прозрачных препаратах можно видеть живые хромосомы с помощью светового микроскопа; чаще же их изучают в фиксированных и окрашенных клетках (в отличие от генофора прокариот хромосомы окрашиваются в красный цвет реактивом Фёльгена). Хромосомы построены из ДНК, которая находится в комплексе с пятью гистонами-белками, богатыми аргинином и лизином и составляющими у большинства эукариот значительную часть массы хромосом (более половины). Гистоны придают хромосомам ряд характерных свойств - упругость, способность к компактной укладке и окрашиваемость. Однако они непричастны к способности хромосом передвигаться, за которую ответственны митотическое веретено или сходные с ним системы микротрубочек.

Все широко известные организмы - водоросли, простейшие, плесени, высшие грибы, животные и растения - состоят из эукариотических клеток. Клетки этих организмов (за исключением некоторых протоктистов) делятся путем митоза - так называемым непрямым делением, при котором хромосомы продольно «расщепляются» и расходятся двумя группами к противоположным полюсам клетки. Слово митоз в этой книге будет употребляться в классическом смысле - только тогда, когда речь идет о хромосомах и митотическом аппарате; в это понятие не входит точное прямое распределение генов, составляющих группу сцепления (генофор) у бактерий. Прокариотические клетки могут делиться перетяжкой на равные части или почкованием на неравные части, но они никогда не делятся путем митоза.

Прокариоты обычно размножаются бесполым способом. У многих из них половой процесс вообще неизвестен и потомство имеет только одного родителя (в этой книге под половым размножением понимается любой процесс, при котором каждый потомок имеет более чем одного родителя - обычно двух). У прокариот, способных к половому размножению, половые системы однонаправленны в том смысле, что клетки-доноры («мужские») передают свои гены клеткам-реципиентам («женским»). Число передаваемых генов варьирует от одной конъюгации к другой: гены образуют длинную молекулу ДНК, и обычно передается лишь небольшая часть генома (но иногда - почти весь геном). При конъюгации бактерий не происходит слияния цитоплазмы клеток, как это бывает у всех животных, у грибов (при слиянии гиф) и у многих растений и протоктистов. Новый прокариотический организм, называемый рекомбинантом, состоит из самой клетки-реципиента, в которой некоторые гены замещены генами донора. Таким образом, у прокариот родители почти никогда не вносят равного вклада. С другой стороны, у эукариотической клетки, возникающей половым путем (зиготы), вклад родителей одинаков или почти одинаков: новая эукариотическая особь обычно получает половину генов и некоторое количество нуклеоплазмы и цитоплазмы от каждого родителя.

Хромосомы построены из ДНК и белков, но препараты изолированных хромосом часто содержат также значительную примесь РНК из других областей ядра. Эта РНК, вероятно, как информационная, так и рибосомная - легко прилипает к изолированным хромосомам. Эукариотическое ядро содержит также ядрышки, состоящие из предшественников цитоплазматических рибосом - из цепей РНК различной длины и большого числа белков. Другие органеллы, свойственные только эукариотическим клеткам, - это митохондрии, пластиды, центриоли и кинетосомы с их ундулиподиями. За исключением микротрубочек, которые встречаются как внутри, так и вне ядра, все эти органеллы лежат с наружной стороны от ядерной мембраны.

Все двигательные органеллы эукариотической клетки имеют толщину около 0,25 мкм; из них более длинные (от 10 до 15 мкм) и представленные у каждой клетки в небольшом числе по традиции называют жгутиками, а более короткие и многочисленные-ресничками. Электронная микроскопия выявила поразительное структурное сходство всех эукариотических ресничек и жгутиков: на поперечном разрезе во всех случаях можно видеть одно и то же расположение белковых микротрубочек (9 + 2), диаметр каждой из которых составляет около 0,024 мкм. Эти органеллы гораздо сложнее бактериальных жгутиков и имеют совершенно иную структуру и иной белковый состав. Пришло время, чтобы их названия отразили новые сведения; поэтому в нашей книге для ресничек, жгутиков и родственных им органелл эукариот (например, для осевой нити в хвосте спермия, для структурных единиц цирруса у инфузорий и других структур типа 9 + 2 и их производных, развивающихся из кинетосом, которые сами имеют на поперечном разрезе структуру 9 + 0) используется термин ундулиподия. Название жгутик оставлено для тонких бактериальных жгутиков и гомологичных им структур, таких как аксиальные фибриллы спирохет; обычно жгутики слишком малы, чтобы их можно было видеть с помощью обычного светового микроскопа. Эта менее двусмысленная терминология основана на соображениях Т. Яна и его коллег.

Общеизвестные прокариоты и эукариоты

	Прокариоты	Эукариоты
Одноклеточные гетеротрофы	Настоящие бактерии: сероводородные бактерии, Е. coli, псевдомонады, некоторые железобактерии, бациллы, метанообразующие бактерии, азотфиксирующие бактерии, спирохеты, микоплазмы, риккетсии, Chlamydia, Bedsonia	Протисты: амебы, радиолярии, фораминиферы, инфузории, споровики, некоторые динофлагелляты. Некоторые дрожжи
Автотрофы	Сине-зеленые и зеленые прокариотические водоросли (т. е. цианобактерии и хлороксибактерии), другие фотосинтезирующие бактерии, хемоавтотрофные бактерии	Водоросли: красные, бурые, харовые, диатомовые; некоторые динофлагелляты, хлореллы, Cyanidium. Растения: мхи, печеночники, папоротники, цикадовые, хвойные, цветковые
Мицелиальные и многоклеточные организмы	Актинобактерии (актиномицеты), некоторые скользящие и почкующиеся бактерии	Водные плесени, хитриды, шляпочные грибы, дождевики, аскомицеты, слизевики. Растения. Животные: губки, гребневики, кишечнополостные, плеченогие, мшанки, аннелиды, брюхоногие моллюски, членистоногие, иглокожие, оболочники, рыбы, млекопитающие

Различия между прокариотами и эукариотами

Признаки	Прокариоты	Эукариоты
Размеры клеток	Клетки большей частью мелкие (1-10 мкм); некоторые больше 50 мкм	Клетки большей частью крупные (10-100 мкм); некоторые больше 1 мм
Общие особенности	Исключительно микроорганизмы. Одноклеточные или колониальные. Морфологически наиболее сложны нитчатые или мицелиальные формы с «плодовыми телами». Нуклеоид без пограничной мембраны	Некоторые - микроорганизмы; большинство-крупные организмы. Одноклеточные, колониальные, мицелиальные или многоклеточные. Морфологически наиболее сложны позвоночные животные и покрытосеменные растения. Все имеют ядро с пограничной мембраной
Клеточное деление	Немитотическое, прямое, чаще всего путем расщепления надвое или почкования. Генофор содержит ДНК, но не содержит белка; не дает реакции Фёльгена. Центриолей, митотического веретена и микротрубочек нет	Различные формы митоза. Обычно имеется много хромосом, содержащих ДНК, РНК и белки и дающих ярко-красную окраску по Фёльгену. У многих форм имеются центриоли, а также. митотическое веретено или упорядоченно расположенные микротрубочки
Системы пола	У большинства форм отсутствуют; если имеются, то осуществляют однонаправленный перенос генетического материала от донора к реципиенту	У большинства форм имеются; равное участие обоих родителей в оплодотворении
Развитие	Отсутствует многоклеточное развитие, начинающееся от диплоидных зигот; нет выраженной дифференциации тканей. Только одиночные или колониальные формы. Нет сложных межклеточных соединений. Метаморфоз редок	Гаплоидные формы образуются в результате мейоза, диплоидные развиваются из зигот; у многоклеточных - далеко идущая дифференциация тканей. Плазмодесмы, десмосомы и другие сложные межклеточные соединения. Метаморфоз обычен
Устойчивость к кислороду	Строгие или факультативные анаэробы, микроаэрофилы или аэробы	В основном аэробы. Исключения - явно вторичные модификации
Обмен веществ	Различные схемы метаболизма; нет специализированных, ограниченных мембранами органелл с ферментами, предназначенными для окисления органических молекул (нет митохондрий)	Во всех царствах одинаковая схема окислительного метаболизма: имеются мембранные органеллы (митохондрии) с ферментами окисления трикарбоновых органических кислот
Фотосинтез (если он имеется); липиды и др.	Ферменты фотосинтеза связаны с клеточными мембранами (хроматофоры), а не упакованы в виде отдельных органелл. Встречается анаэробный и аэробный фотосинтез с выделением серы, сульфата или кислорода. Донорами водорода могут быть H 2 , H 2 O, H 2 S или (H 2 CO) n . Липиды: вакциновая и олеиновая кислоты, гопаны; стероиды крайне редки. Образуют аминогликозидные антибиотики	Ферменты фотосинтеза находятся в пластидах, ограниченных мембранами. Большей частью фотосинтез с выделением кислорода; донором водорода всегда служит H 2 O. Липиды: обычны линолевая и линоленовая кислоты, стероиды (эргостерол, циклоартенол, холестерол). Обычны (особенно у растений) алкалоиды, флавоноиды, ацетогенины и другие вторичные метаболиты
Двигательные приспособления	Некоторые имеют простые бактериальные жгутики, состоящие из флагеллина; другие передвигаются путем скольжения. Внутриклеточное движение встречается редко или отсутствует; нет фагоцитоза, пиноцитоза и циклоза	У большинства имеются ундулиподии: «жгутики» или реснички типа 9 + 2. Структуры 9 + 0 или 6 + 0 представляют собой эволюционные модификации схемы 9 + 2. Обычны псевдоподии, содержащие актиноподобный белок. Характерно внутриклеточное движение (пиноцитоз, фагоцитоз, циклоз), осуществляемое с помощью специализированных белков - актина, миозина, тубулина
Клеточная стенка	Гликопептиды - производные диаминопимелиновой и мурамовой кислот; гликопротеиды редки или отсутствуют; аскорбиновая кислота не требуется	Хитин или целлюлоза; обычны гликопротеиды с гидроксилированными аминокислотами; необходима аскорбиновая кислота
	Устойчивы к высыханию; теплоустойчивые эндоспоры содержат дипиколинат кальция; актиноспоры	Сложные, варьируют в зависимости от типа; нет дипиколината кальция; в спорах спорополленин; эндоспор нет

Единство строения клеток.

Содержание любой клетки отделен от внешней среды особой структурой - плазматической мембраной (плазмалемма). Эта обособленность позволяет создавать внутри клетки совсем особая среда, не похоже на то, что его окружает. Поэтому в клетке могут происходить те процессы, которые не происходят нигде, их называют процессами жизнедеятельности.

Внутренняя среда живой клетки, ограниченное плазматической мембраной, называется цитоплазмой. Она включает гиалоплазму (основную прозрачную вещество) и клеточные органеллы, а также различные непостоянные структуры - включения. К органелл, которые есть в любой клетке, относятся также рибосомы, на которых происходит синтез белка.

Строение клеток эукариот.

Эукариоты - это организмы, клетки которых имеют ядро. Ядро - это самая органеллы эукариотической клетки, в которой хранится и из которой переписывается наследственная информация, записанная в хромосомах. Хромосома - это молекула ДНК, интегрированная с белками. В ядре содержится ядрышко - место, где образуются другие важные органеллы, участвующих в синтезе белка - рибосомы. Но рибосомы только формируются в ядре, а работают они (т.е. синтезируют белок) в цитоплазме. Часть из них находится в цитоплазме свободно, а часть прикрепляется к мембран, образуют сетку, которая получила название эндоплазматической.

Рибосомы - немембранни органеллы.

Эндоплазматическая сеть - это сеть канальцев, ограниченных мембранами. Существует два типа: гладкая и гранулярная. На мембранах гранулярной эндоплазматической сети расположены рибосомы, поэтому в ней происходит синтез и транспортировки белков. А гладкая эндоплазматическая сеть - это место синтеза и транспортировки углеводов и липидов. На ней рибосом нет.

Для синтеза белков, углеводов и жиров необходима энергия, которую в эукариотической клетке производят «энергетические станции» клетки - митохондрии.

Митохондрии - двомембранни органеллы, в которых осуществляется процесс клеточного дыхания. На мембранах митохондрий окисляются органические соединения и накапливается химическая энергия в виде особых энергетических молекул (АТФ).

В клетке также есть место, где органические соединения могут накапливаться и откуда они могут транспортироваться, - это аппарат Гольджи, система плоских мембранных мешочков. Он участвует в транспортировке белков, липидов, углеводов. В аппарате Гольджи образуются также органеллы внутриклеточного пищеварения - лизосомы.

Лизосомы - одномембранни органеллы, характерные для клеток животных, содержат ферменты, которые могут расщеплять белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды.

В клетке могут быть органеллы, не имеющие мембранной строения, например рибосомы и цитоскелет.

Цитоскелет - это опорно-двигательная система клетки, включает микрофиламенты, реснички, жгутики, клеточный центр, который производит микротрубочки и центриоли.

Существуют органеллы, характерные только для клеток растений, - пластиды. Бывают: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. В хлоропластах происходит процесс фотосинтеза.

В клетках растений также вакуоли - продукты жизнедеятельности клетки, являющиеся резервуарами воды и растворенных в ней соединений. В эукариотических организмов относятся растения, животные и грибы.

Строение клеток прокариот.

Прокариоты - одноклеточные организмы, в клетках которых нет ядра.

Прокариотические клетки малы по размерам, сохраняют генетический материал в форме кольцевой молекулы ДНК (нуклеоидом). В прокариотических организмов относятся бактерии и цианобактерии, которые раньше называли сине-зелеными водорослями.

Если в прокариот происходит процесс аэробного дыхания, то для этого используются специальные выпячивание плазматической мембраны - мезосомы. Если бактерии фотосинтезирующие, то процесс фотосинтеза происходит на фотосинтетических мембранах - тилакоидов.

Синтез белка в прокариот происходит на рибосомах. В прокариотических клетке мало органелл.

Гипотезы происхождения органелл эукариотических клеток.

Прокариотические клетки появились на Земле раньше, чем эукариотические.

1) симбиотические гипотеза объясняет механизм возникновения некоторых органоидов эукариотической клетки - митохондрий и фотосинтезирующих пластид.

2) Инвагинацыонная гипотеза - утверждает, что происхождение эукариотической клетки исходит из того, что предковой формы был аэробный прокариот. Органеллы в нем возникли в результате впячивания и отслоение частей оболочки с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрии, хлоропласты других органелл.

Лекция 4.
ОСНОВЫ БОТАНИКИ. НИЗШИЕ РАСТЕНИЯ
Строение эукариотической клетки. Отличие эукариот от
прокариот. Особенности строения и функционирования
растительной клетки. Фотосинтез. Систематика и общая
характеристика водорослей. Водоросли одноклеточные и
многоклеточные, их роль в природных процессах.

Строение эукариотической клетки. Отличия эукариот от прокариот

Эукарио́ты (лат. Eukaryota от др.-греч. εὖ- «хорошо» и κάρυον «ядро»),
или я́дерные, - домен (надцарство) живых организмов, клетки которых
содержат ядро. Животные, растения, грибы, а также группы организмов под общим
названием протисты - все являются эукариотическими организмами.
Типичной эукариотической клетки не существует,
но можно выделить общий план строения.
Оболочку, покрывающую клетку снаружи,
называют клеточной мембраной. Внутри клетки
часто встречаются пузырьки, оболочка которых
очень похожа на клеточную мембрану. Их
называют мембранными пузырьками,
или вакуолями.
Различные части клетки называются органоидами: ядра, эндоплазматическая сеть
(ЭПС), комплекс Гольджи, митохондрии, центриоли (вместе они имеют название
"клеточный центр"). Внутреннее содержимое клетки, за исключением ядра,
называют цитоплазмой.

Схема типичной клетки животного. 1. Ядрышко 2. Ядро 3. Рибосома 4.Везикула 5.
Шероховатый (гранулярный) эндоплазматический ретикулум 6. Аппарат
Гольджи 7.Клеточная стенка 8. Гладкий (агранулярный) эндоплазматический
ретикулум 9. Митохондрия 10. Вакуоль11. Гиалоплазма 12. Лизосома
13. Центросома (Центриоль)
Согласно наиболее распространённым гипотезам, эукариоты появились 1,5-2 млрд лет
назад. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез - симбиоз между
эукариотической клеткой, видимо, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу, и
поглощёнными этой клеткой бактериями - предшественниками митохондрий и пластид.

Отличия эукариот от прокариот

1. Расположением генетического аппарата в клетке. Генетический аппарат всех
эукариот находится в ядре и защищён ядерной оболочкой. ДНК эукариот
линейная, а у прокариот ДНК кольцевая и находится в особой области клетки -
нуклеоиде, который не отделён мембраной от остальной цитоплазмы. ДНК связана с
белками-гистонами и другими белками хромосом, которых нет у бактерий.
2. В жизненном цикле эукариот обычно присутствуют две ядерные фазы
(гаплофаза и диплофаза). Первая фаза характеризуется гаплоидным (одинарным)
набором хромосом, далее, сливаясь, две гаплоидные клетки (или два ядра)
образуют диплоидную клетку (ядро), содержащую двойной (диплоидный) набор
хромосом. Иногда при следующем делении, а чаще спустя несколько делений
клетка вновь становится гаплоидной. Такой жизненный цикл и в целом
диплоидность для прокариот не характерны.

3. Наличие у эукариотических клеток особых органелл, имеющих свой
генетический аппарат, размножающихся делением и окружённых мембраной. Эти
органеллы - митохондрии и пластиды.
Прокариоты характеризуются малым количеством органелл, и ни одна из них не
окружена двойной мембраной. В клетках прокариот нет эндоплазматического
ретикулума, аппарата Гольджи, лизосом.
4. Наличие у эукариот эндоцитоза, в том числе у многих групп - фагоцитоза.
Этот процесс обеспечивает в организме важную защитную функцию. Появление
фагоцитоза у эукариот скорее всего связано с размерами. Размеры
прокариотических клеток несоизмеримо меньше, и поэтому в процессе
эволюционного развития эукариот у них возникла проблема снабжения организма
большим количеством пищи. Как следствие среди эукариот появляются первые
настоящие, подвижные хищники.

5. Различия в организации цитоскелета. Некоторое время считалось, что цитоскелет свойственен только эукариотам, но в середине 1990-х гг. белк

5. Различия в организации цитоскелета. Некоторое время считалось, что
цитоскелет свойственен только эукариотам, но в середине 1990-х гг.
белки, гомологичные основным белкам цитоскелета эукариот, были обнаружены и у
бактерий.
Именно наличие специфическим образом устроенного цитоскелета позволяет
эукариотам создать систему подвижных внутренних мембранных органоидов. Кроме
того, цитоскелет позволяет осуществлять эндо- и экзоцитоз (как предполагается,
именно благодаря эндоцитозу в эукариотных клетках появились внутриклеточные
симбионты, в том числе митохондрии и пластиды).
Другая важнейшая функция цитоскелета эукариот - обеспечение деления ядра
(митоз и мейоз) и тела (цитотомия) эукариотной клетки (деление прокариотических
клеток организовано проще).
Различия в строении цитоскелета объясняют и другие отличия про- и эукариот -
например, постоянство и простоту форм прокариотических клеток и значительное
разнообразие формы и способность к её изменению у эукариотических, а также
относительно большие размеры последних.

Особенности строения и функционирования растительной клетки
Растения – это фотоавтотрофные эукариоты.
Это значит, что растения создают органические
вещества из неорганических соединений –
диоксида углерода (СО2) и воды (Н2О) под
действием света.
Царство Растения включает в себя около 400 000
видов и делится на подцарства – низшие
растения (водоросли) и высшие растения –
споровые (мхи, плауны, хвощи, папоротники) и
семенные (голосемянные и покрытосемянные).
Водоросли – это растения, у которых
тело представлено одной клеткой или
нерасчлененным на органы слоевищем,
т. е. у водорослей клетки не
дифференцированы.
Тело высших растений в той или иной
мере расчленено на органы – корень,
стебель, лист.

1. Клетки растений имеют плотные целлюлозные стенки, основным компонентом которой является целлюлоза. 2. В клеточных стенках растений сущ

Особенности строения растительной клетки
Растительная клетка
1. Клетки растений имеют плотные
целлюлозные стенки, основным компонентом которой
является целлюлоза.
2. В клеточных стенках растений существуют углубления -
поры, через которые проходят цитоплазматические
канальца - плазмодесмы, осуществляющие контакт
соседних клеток и обмен веществами между ними.
3. В клетках находятся зелёные пластиды -
хлоропласты, в них зелёный пигмент хлорофилл
(обеспечивает фотосинтез).
4. В основном ведут прикреплённый образ жизни.
5. Запасные вещества в клетках накапливаются в
виде крахмала.
Растут в течение всей жизни.
Жизнедеятельность регулируется фитогормонами.
Аристотель поместил растения в
промежуточное состояние между
неодушевлёнными предметами и
животными. Он определил растения как
живые организмы, которые не способны
самостоятельно передвигаться (в
противоположность животным).
Хлоропласты в
клетках листа

Строение клетки растений

Фотосинтез

Фотосинтез - синтез органических веществ из углекислого газа и воды с
обязательным использованием энергии света:
6СО2 + 6Н2О + Qсвета → С6Н12О6 + 6О2.
Общая характеристика процесса фотосинтеза
Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз и нескольких
этапов, которые идут последовательно.
I Световая фаза
1. Фотофизический этап – происходит во внутренней
мембране хлоропластов и связан с поглощением
солнечной энергии пигментными системами.
2. Фотохимический этап – проходит во внутренней
мембране хлоропластов и связан с преобразованием
солнечной энергии в химическую энергию АТФ и
НАДФН2 и фотолизом воды.
II Темновая фаза
3. Биохимический этап или цикл Кальвина – проходит в
строме хлоропластов. На этом этапе углекислый газ
восстанавливается до углеводов.
В ходе эволюции растений сформировался специализированный
фотосинтеза – лист, органоиды фотосинтеза - хлоропласты
орган
Пласти́ды (от др.-греч. πλαστός - вылепленный) - полуавтономные органеллы высших растений,
водорослей и некоторых фотосинтезирующих простейших. Пластиды имеют от двух до четырёх
мембран, собственный геном и белоксинтезирующий аппарат.

Ультраструктура хлоропласта:
1. внешняя мембрана
2. межмембранное пространство
3. внутренняя мембрана (1 + 2 + 3: оболочка)
4. строма (жидкость)
5. тилакоид с просветом (люменом) внутри
6. мембрана тилакоида
7. грана (стопка тилакоидов)
8. тилакоид (ламелла)
9. зерно крахмала
10. рибосома
11. пластидная ДНК
12. пластоглобула (капля жира)
Функционально фотосинтез приурочен к специализированным органеллам –
хлоропластам. Хлоропласты высших растений имеют форму двояко выпуклой
линзы, которая наиболее удобна для поглощения солнечных лучей. Внутри
хлоропластов находится однородное вещество – строма, пронизанная системой
параллельно расположенных мембран, имеющих вид плоских мешочков тилакоидов, они собраны в стопки, называемые гранами. В тилакоидах гран
находятся хлорофилл и каротиноиды, в строме – молекулы ДНК, рибосомы, капли
липидов, крахмальные зёрна и др. включения.

В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты: хлорофиллы и каротиноиды. Существует несколько разных типов хло

В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты:
хлорофиллы и каротиноиды. Существует несколько разных типов хлорофилла (a, b,
c, d), хлоропласты высших растений содержат хлорофилл а и хлорофилл b.
В молекуле хлорофилла можно выделить порфириновую «головку» с атомом
магния в центре и фитольный «хвост». Порфириновая «головка» представляет собой
плоскую структуру, является гидрофильной и поэтому лежит на той поверхности
мембраны, которая обращена к водной среде стромы. Фитольный «хвост» -
гидрофобный и за счет этого удерживает молекулу хлорофилла в мембране.
Хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый
свет, отражают зеленый и поэтому придают
растениям характерную зеленую окраску.
Молекулы хлорофилла в мембранах тилакоидов
организованы в фотосистемы.
У растений и синезеленых водорослей имеются
фотосистема-1 и фотосистема-2, у фотосинтезирующих
бактерий - фотосистема-1. Только фотосистема-2
может разлагать воду с выделением кислорода и
отбирать электроны у водорода воды.

Каротиноиды - это желтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты, сильно
поглощающие свет в сине-фиолетовой области. Они называются вспомогательными
пигментами, поскольку поглощенную ими световую энергию они переносят на
хлорофилл. В спектре поглощения каротиноидов обнаруживаются три пика в синефиолетовой области. Помимо своей функции как вспомогательных пигментов
каротиноиды защищают хлорофиллы от избытка света и от окисления
кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза. Они хорошо замаскированы
зелеными хлорофиллами, но становятся видны в листьях до начала листопада,
поскольку хлорофиллы разрушаются первыми.

1. Фотофизический этап
Световая фаза происходит в мембранах тилакоидов только в присутствии света при
участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента - АТФ-синтетазы.
Под действием кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают
молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге
заряжается отрицательно. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются,
отбирая электроны у воды, находящейся во внутритилакоидном пространстве. Это
приводит к распаду или фотолизу воды:
Н2О + Qсвета → Н+ + ОН-.
Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в
реакционноспособные радикалы ОН:
ОН- → ОН + е-.
Радикалы ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород:
4НО → 2Н2О + О2.
Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри
тилакоида в «протонном резервуаре». В результате мембрана тилакоида с одной
стороны за счет Н+ заряжается положительно, с другой за счет электронов -
отрицательно.

2. Фотохимический этап
Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны
тилакоида достигает 200 мВ, протоны проталкиваются через каналы АТФсинтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ; атомарный водород
идет на восстановление специфического переносчика
НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) до НАДФ·Н2:
2Н+ + 2е- + НАДФ → НАДФ·Н2.
Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается
тремя важнейшими процессами: 1) синтезом АТФ; 2) образованием НАДФ·Н2; 3)
образованием кислорода.
Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ·Н2транспортируются в строму
хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы
1 - строма хлоропласта; 2 - тилакоид граны.

Эта фаза протекает в строме хлоропласта. Реакции темновой фазы представляют собой цепочку последовательных преобразований углекислого г

Темновая фаза
Эта фаза протекает в строме хлоропласта. Реакции темновой фазы представляют
собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа (поступает из
воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ.
Первая реакция в этой цепочке - фиксация углекислого газа; акцептором
углекислого газа является пятиуглеродный сахар рибулозобифосфат (РиБФ);
катализирует реакцию фермент рибулозобифосфат-карбоксилаза (РиБФкарбоксилаза). В результате карбоксилирования рибулозобисфосфата образуется
неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое сразу же распадается на две
молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК).
Затем происходит цикл реакций, в которых
через ряд промежуточных продуктов
фосфоглицериновая кислота преобразуется в
глюкозу. В этих реакциях используются энергии
АТФ и НАДФ·Н2, образованных в световую
фазу; цикл этих реакций получил название
«цикл Кальвина»:
6СО2 + 24Н+ + АТФ → С6Н12О6 + 6Н2О.
Кроме глюкозы, в процессе фотосинтеза
образуются другие мономеры сложных
органических соединений - аминокислоты,
глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды.

Систематика и общая характеристика водорослей
Во́доросли (лат. Algae) - гетерогенная экологическая группа преимущественно
фотоавтотрофных одноклеточных, колониальных или многоклеточных
организмов, обитающих, как правило, в водной среде, в систематическом отношении
представляющая собой совокупность многих отделов.
Вступая в симбиоз с грибами, эти организмы в ходе эволюции образовали совершенно
новые организмы -лишайники.
На основании различий в наборе пигментов, структуре хроматофора, особенностей морфологии
и биохимии (состав клеточных оболочек, типы запасных питательных веществ) большинством
отечественных систематиков выделяется 11 отделов водорослей
Прокариоты, или Доядерные
Царство Бактерии
Подцарство Цианобактерии
Отдел Сине-зелёные водоросли
Эукариоты, или Ядерные
Царство Растения
Подцарство Водоросли
Отдел Зелёные водоросли
Отдел Эвгленовые водоросли
Отдел Золотистые водоросли
Отдел Жёлто-зелёные
водоросли
Отдел Диатомовые водоросли
Отдел Динофитовые водоросли
Отдел Криптофитовые
водоросли
Отдел Бурые водоросли
Подцарство Багрянки
Отдел Красные водоросли

Некоторые водоросли способны к гетеротрофии, как осмотрофной (поверхностью
клетки), например жгутиконосцы, так и путём заглатывания через клеточный рот
(эвгленовые, динофитовые).
Размеры водорослей колеблются от долей микрона (некоторые диатомеи) до 30-50м
(бурые водоросли - ламинария, саргассум).
Среди одноклеточных есть колониальные формы, когда отдельные клетки тесно
связаны между собой (соединены через плазмодесмы или погружены в общую слизь).
Среда их обитания преимущественно водная, но встречаются они в почве, на
коре деревьев и даже в снегу – снежная хламидомонада. Скопления этой
водоросли придают таящему снегу различные оттенки – от красного до зеленого.
эвглена
Одноклеточные водоросли: 1 – хламидомонада;
2 – хлорелла; 3 – нитчатая водоросль спирогира;
4 – колониальная водоросль вольвокс;
многоклеточные водоросли: 5 – ламинария; 6 – порфира
хламидомонада

Водоросли являются наиболее древней группой растений. Они прошли длительный
эволюционный путь, приспосабливаясь к различным сменявшимся условиям на Земле.
Тело водорослей называется талломом, или слоевищем. У некоторых водорослей есть
ризоиды - нитевидные выросты, в основном предназначенные для прикрепления к
субстрату. Могут выполнять функцию всасывания воды и минеральных веществ.
Обитая в водной среде, они поглощают питательные вещества всей поверхностью.
Вода поглощает и рассеивает свет, поэтому по мере погружения освещенность падает.
Волны красной части спектра практически не проникают на глубину свыше 12 м. А
именно в этой области спектра "работает" хлорофилл. Поэтому для лучшего
обеспечения фотосинтеза у многих групп водорослей появились дополнительные
пигменты, поглощающие свет в синей области спектра. Для каждого отдела
водорослей характерен свой набор пигментов, что отражается в их названиях.

Водоросли одноклеточные и многоклеточные,
роль в природных процессах
Диатомовые водоросли. Их тело состоит из одной клетки (встречаются колонии),
которая заключена в прозрачный панцирь. Причем панцири бывают украшены
различными рисунками, и по этим рисункам водоросли и различаются. Панцирь
состоит из кремнезема, они прозрачны для света, поэтому водоросли могут
осуществлять фотосинтез. Когда водоросли отмирают, панцири осаждаются на дно
водоема и образуют породу диатомит.
Одноклеточные водоросли: диатомовые и эвгленовые
Эвгленовые водоросли: ботаники относят их к растениям, а зоологи – к простейшим
животным (содержат хлорофилл – признак растений; могут двигаться – животные).
Кроме того, они могут терять хлорофилл и питаться уже готовыми органическими
веществами (гетеротрофы).

Зеленые водоросли не имеют дополнительных пигментов, поэтому их окраску определяет хлорофилл. Именно эта группа водорослей дала начало вы

Зеленые водоросли не имеют дополнительных пигментов, поэтому их окраску
определяет хлорофилл. Именно эта группа водорослей дала начало высшим
растениям. Они широко распространены в пресных и морских водах, встречаются
также на суше в увлажненных местах: в почве, на коре деревьев, на камнях. Размеры
их варьируют от нескольких микрометров до метров.
Они представлены различными жизненными формами: одноклеточными,
колониальными, нитчатыми и многоклеточными.
Представителями одноклеточных водорослей являются хламидомонада и
хлорелла.
СТРОЕНИЕ ХЛАМИДОМОНАДЫ
Хламидомонада - округлая клетка, вытянутая с
переднего конца. На нем находится пара жгутиков,
за счет которых она передвигается. Снаружи клетка
покрыта клеточной стенкой. В центре клетки
находится гаплоидное ядро. Единственная крупная
пластида, называемая хроматофор, располагается
по периферии клетки, делая ее окрашенной. В клетке
имеется обычный набор органелл. Кроме того, на
переднем конце располагается пара
сократительных вакуолей, выводящих из клетки
избыток воды.
В условиях неравномерного освещения хламидомонада всегда плывет на свет. Это
явление называется положительным фототаксисом. Для его осуществления у
хламидомонады есть специальный органоид, видимый как маленькая красная точка в
основании жгутиков. Он называется стигма, или глазок.

Размножение и жизненный цикл хламидомонады. Жизненный цикл хламидомонады идет с чередованием гаплоидной и диплоидной форм. В благоприятн

Размножение и жизненный цикл хламидомонады. Жизненный цикл
хламидомонады идет с чередованием гаплоидной и диплоидной форм. В
благоприятных условиях хламидомонада быстро размножается бесполым путем.
Достигнув определенных размеров, клетка отбрасывает жгуты и округляется.
Происходит, в зависимости от вида, 1, 2 или 3 митотических деления ядра. Под
оболочкой материнской клетки образуется 2, 4 или 8 мелких клеток, имеющих пару
жгутиков. Оболочка материнской клетки разрывается, и мелкие клетки, называемые
зооспорами, выходят в среду. Они растут и превращаются во взрослых
хламидомонад.
В неблагоприятных условиях у
хламидомонады начинается половой
процесс. Внутри родительских клеток
формируются подвижные гаметы, которые
выходят в воду. Гаметы, происходящие из
разных родительских клеток, соединяются
попарно и образуют зиготу. Она
покрывается плотной оболочкой и
превращается в зигоцисту, способную
переживать неблагоприятные условия. При
наступлении благоприятных условий в
зигоцисте происходит мейоз, и из нее
выходят 4 зооспоры, вырастающие во
взрослую хламидомонаду

Хлорелла. В отличие от хламидомонады, хлорелла не имеет жгутиков и удерживается в верхних слоях воды за счет низкой плотности. Выглядит она

как
зеленая муть в воде - вода «цветет».
пиреноид - особое включение внутри
хлоропласта. Функция - запасание фермента
рибулозобисфосфаткарбоксилаза (рубиско)
и/или центр синтеза сахаров при помощи
этого фермента.
Размножается она только бесполым путем, а неблагоприятные условия переживает
в форме цисты, в которые превращаются обычные клетки. Для хлореллы характерна
высокая скорость фотосинтеза, она богата белками и липидами, благодаря чему ее
выращивают на корм скоту и применяют для регенерации кислорода в космических
аппаратах

Многоклеточные зеленые водоросли самой разнообразной формы: кустистые, нитчатые, слоевидные. Но у всех клетки не дифференцированы.

Ульва, или морской салат – род зелёных
водорослей, включающему около 20 видов. Ульва
растет чаще всего на мелководье, это
светолюбивое и теплолюбивое растение.
Строение. Многоклеточное ярко-зеленое слоевище этой водоросли пластинчатое,
может быть цельное, рассеченное либо ветвистое. Длина таллома составляет, в
среднем, 0,3-1,5 метра. В основании слоевища имеются крупные клетки с ризоидами,
образующие подошву, посредством которой водоросль прикрепляется к подводному
субстрату.
Размножение. Возможен вегетативный и половой способы размножения. Из
фрагментов организма появляется новое растение. От основания ульвы, точнее из ее
подошвы могут развиваться молодые растения.
При половом процессе происходит слияние гамет из
разных талломов (с помощью подвижных клеток, которые
образуются на месте материнского таллома). Жизненный
цикл ульвы включает два поколения - гаметофит и
спорофит, которые выглядят абсолютно одинаково и
имеют сходное строение. Половое размножение может
протекать как изогамия или гетерогамия.

Представителями нитчатых зеленых водорослей являются улотрикс и спирогира. Улотрикс растет в прикрепленном состоянии. Нижняя клетка нити

Представителями нитчатых зеленых водорослей являются
улотрикс и спирогира.
Улотрикс растет в прикрепленном состоянии. Нижняя клетка нити,
называемая прикрепительной (ризоидальной) клеткой, плотно
врастает в поверхность какого-либо подводного предмета, образует
толстую клеточную стенку, ее цитоплазма отмирает. Остальные
клетки имеют одинаковое строение и способны к делению и
фотосинтезу. За счет их деления водоросль растет в длину.
Улотрикс размножается половым и бесполым путем.
Бесполое размножение улотрикса осуществляется с помощью подвижных 4жгутиковых зооспор. Они образуются путем митотического деления из клеток
средней части нити. Прикрепившись к какой-нибудь поверхности, они сбрасывают
жгуты и делятся митозом в плоскости, параллельной поверхности. Нижняя клетка
превращается в прикрепительную, а верхняя продолжает делиться, образуя нить.
Нити улотрикса могут размножаться фрагментацией.
В неблагоприятных условиях улотрикс
размножается половым путем. В клетках нити
формируются подвижные гаметы. Они,
соединяясь попарно, образуют зиготу, которая
превращается в зигоцисту, переживающую
неблагоприятные условия. В благоприятных
условиях в ней происходит мейоз, и
образовавшиеся гаплоидные клетки дают
начало новым нитям улотрикса.

Спирогира представляет собой длинные плавающие в толще воды нити, состоящие из крупных клеток. Центр клетки занимает крупная центральная

Спирогира представляет собой длинные плавающие в толще воды нити,
состоящие из крупных клеток. Центр клетки занимает крупная центральная
вакуоль, цитоплазма находится в пристенном слое и пронизывает вакуоль
отдельными тяжами. Особенность спирогиры: один или несколько
лентовидных хроматофоров, закрученных в спираль, и гаплоидное ядро.
Нить растет за счет деления всех клеток.
При фрагментации нити каждый ее кусочек может
дать начало новой нити - вегетативное
размножение спирогиры. Часто в водоемах
спирогира образует густые сплетения, похожие на
зеленую вату.
Половой процесс - конъюгация - у спирогиры
происходит между обычными клетками двух разных
нитей.
При сближении нитей между ними образуется конъюгационная
трубка. Содержимое одной клетки, принадлежащей к «+»-нити,
перетекает в другую, принадлежащую «–»-нити.
Происходит слияние клеток, а затем и ядер. Формируется
диплоидная зигота, которая окружается плотной оболочкой -
образуется зигоспора.
Зигота делится мейозом, образуя 4 гаплоидные клетки. В дальнейшем 3 из 4 клеток
погибают. Оставшаяся прорастает в гаплоидную нить спирогиры.

Бурые водоросли – это многоклеточные водоросли, обитающие исключительно в соленых водах. К бурым водорослям относится морская капуста ла

Бурые водоросли – это многоклеточные водоросли, обитающие исключительно в
соленых водах. К бурым водорослям относится морская капуста ламинария, фукус,
цистозира, саргассум. Они замечательны тем, что накапливают много йода,
содержащегося в морской воде.
Они содержат хлорофилл и, кроме того, желтые и оранжевые пигменты, которые
помогают улавливать свет и осуществлять фотосинтез.
Фукус
Падина павлинья
Ламинария
Цистозира бородатая

С помощью дополнительных пигментов они могут осуществлять фотосинтез на глубине до 30 метров. Они представляют собой крупные растения (до 30

метров в
длину), состоящие из диплоидных клеток. Таллом образует ризоиды для
прикрепления к субстрату. Многие из них растут в приливно-отливной зоне
(литорали) и во время отлива оказываются на суше. Для защиты от высыхания
бурые водоросли образуют много слизистых веществ. Таллом фукуса содержит
многочисленные пузырьки воздуха для увеличения плавучести

В жизненном цикле бурых водорослей наблюдается чередования гаплоидного гаметофита и диплоидного спорофита с преобладанием спорофита. Ра

В жизненном цикле бурых водорослей наблюдается чередования гаплоидного
гаметофита и диплоидного спорофита с преобладанием спорофита.
Размножаются бурые водоросли половым и бесполым путем.
Диплоидные растения посредством мейоза образуют гаплоидные клетки. У
одних (род фукус) они становятся гаметами, при слиянии которых образуется
зигота, дающая начало новому растению. У большинства же продуктами мейоза
являются споры, которые дают начало гаплоидной стадии.
Гаплоидная стадия представляет
собой мелкие нитевидные
образования, которые недолго
живут на дне моря. Они
раздельнополы. На них
формируются многоклеточные
половые органы, в которых
образуются гаметы: яйцеклетки и
сперматозоиды. Они, сливаясь,
образуют зиготу, из которой
вырастают крупные диплоидные
растения.
Жизненный цикл ламинарии

Сифоновые водоросли - одни из самых древних групп зеленых водорослей. У них таллом образован, как правило, одной гигантской клеткой. В цито

Сифоновые водоросли - одни из самых древних групп зеленых водорослей. У
них таллом образован, как правило, одной гигантской клеткой. В цитоплазме кроме
одного или нескольких ядер содержится также один или несколько хлоропластов.
Многочисленные хлоропласты обладают дисковидной или веретеновидной
формой; когда хлоропласт один, он имеет сетчатое строение. Примерами таких
водорослей являются каулерпа и ацетабулярия.
каулерпа
ацетабулярия
Ацетабулярия. Нижняя часть одноклеточного слоевища (ризоид) находится в грунте.
В ризоиде расположено ядро. Вверх растет ножка, достигающая в длину
нескольких сантиметров. На ее конце формируется шляпка. Для размножения по
периферии шляпки образуются споры, из которых вырастают новые растения.

Красные водоросли – совершенно особая группа водорослей, которая благодаря особым ферментам способна обитать на больших глубинах (до пят

Красные водоросли – совершенно особая группа водорослей, которая благодаря
особым ферментам способна обитать на больших глубинах (до пятисот метров).
Среди багрянок встречаются как одноклеточные, так и
многоклеточные нитчатые и пластинчатые водоросли.
Из 4000 видов только 200 приспособились к жизни в
пресных водоемах и на почве, остальные – обитатели
морей. Окраска красных водорослей определяется
различным количественным содержанием пигментов:
хлорофиллы а и d, каротиноиды и фикобиллины:
красный (фикоэритрин) и синий (фикоцианин).
Причем окраска водорослей различна на разной
глубине, на мелководье они желто-зеленые, затем
розовые и на глубине более 50 м становятся
красными.
Формы таллома багрянок
филлофора ребристая
У берегов Крыма узкой полосой встречается прикрепленная форма
филлофоры ребристой на валунах и скалах на глубинах до 60 м.
Крупный таллом, до 50 см, с плоскими ветвями образует кусты
малиново-красного цвета. Филлофора - важный источник
получения желирующих веществ, в частности агароидов, которые
находят применение в текстильной, пищевой и микробиологической
промышленности.

Харовые водоросли - класс, которые объединяют в себе признаки водорослей и высших растений. По строению они похожи на хвощи. Их тело состо

Харовые водоросли - класс, которые объединяют в себе признаки водорослей
и высших растений. По строению они похожи на хвощи. Их тело состоит из
отдельных члеников, ветвеподобных образований. Всего известно не более 700
видов харовых
Высота их таллома составляет обычно 20-30 см, но может
достигать и 1-2 м, боковые ветви ограниченного роста,
расположены мутовками на многоклеточных
узлах. Междоузлия состоят из одной длинной клетки,
которая может обрастать корой из узких клеток.
Хлоропласты зелёные, содержат хлорофиллы a и b, из
дополнительных пигментов - ликопин. Запасное
вещество - крахмал.
Размножение: вегетативное
и половое. Вегетативное
размножение осуществляется
посредством специальных
клубеньков на ризоидах или
звездообразных скоплений клеток на
нижних стеблевых узлах, которые
дают начало новому таллому.
Хара ломкая
Репродуктивные органы харовых водорослей (сверху: оогоний, снизу:антеридий)
Женский половой орган -оогоний и мужской - антеридий многоклеточны и развиваются
у большинства видов на одном растении, но известны и двудомные виды.

Пирофитовые водоросли - группа одноклеточных морских (реже пресноводных)
жгутиковых
водорослей,
объединяющая
около
2100
видов
из
двух
подотделов: криптофитовые и динофитовые. Хлоропласты бурые, клетка, как
правило, заключена в панцирь из целлюлозы, нередко причудливой формы.
Большинство пирофитов – автотрофы. Размножаются делением и спорами, половой
процесс наблюдается редко. Пирофитовые водоросли – причина «красных приливов»;
выделяемые множеством этих микроорганизмов токсичные вещества служат причиной
гибели рыб и моллюсков. Другие пирофиты – симбионты радиолярий и коралловых
полипов.
К ним относится ночесветка. Несмотря на микроскопические размеры, её можно
увидеть невооруженным глазом.
Она обладает удивительным свойством - ярко
светиться. Днем это явление незаметно, но ночами
свечение становится очень хорошо видным.
Многие представители пирофитовых водорослей
обладают способностью биолюминесценции. Этот
живой свет имеет множество оттенков, но в
основном бывает серебристо-белым.
Шаровидное тело ночесветки едва достигает 2 мм в диаметре. Имеющиеся жировые
включения обеспечивают «парение» организма в воде. Она лишена оболочки из
клетчатки и не имеет, в отличие от других панцирных жгутиконосцев, хроматофоров, а
потому неспособна к фотосинтезу. Питается ночесветка, заглатывая и
переваривая мелкие виды простейших водорослей, для чего у нее имеется
отверстие, выполняющее функцию рта.

Значение водорослей.
1. В основном, все пищевые цепи в морях и океанах начинаются с планктонных
водорослей. Водоросли являются строителями экосистем в шельфовой, прибрежной,
зоне и большую роль некоторые красные водоросли играют в строении коралловых
рифов. Они строятся не только кораллами, но и красными водорослями, в теле
которых тоже может откладываться известь.
2. Поглощение углекислого газа и выделение кислорода.
3. Место обитания рыб.
4. Панцири диатомовых – источник диатомита.
5.Источник агар-агара.
6. Источник йода и минеральных веществ.
7. Удобрение
8. Корм для скота.