Эукариоты - это организмы, каждая клетка которых имеет ядро и органеллы с собственными мембранами. Прокариоты - это более простые одноклеточные организмы без ядра и только с одним внутренним пространством. Это различие представляет собой структурное преимущество, которое позволяет эукариотическим клеткам организовываться в многоклеточные организмы. Внутренние органеллы, включая ядро, изолируют различные клеточные процессы и облегчают их контроль.
Без ядра прокариотические клетки размножаются в процессе бинарного деления, который трудно контролировать. Это означает, что они могут быстро воспроизводиться, когда ресурсы и пространство доступны, но такой быстрый неконтролируемый рост нежелателен, когда клетка является частью более крупного организма. Вместо этого каждая клетка должна координировать свой рост и деление со всеми другими клетками организма. Эукариотические клетки обладают для этого структурной сложностью, в то время как прокариотические клетки не обладают такой способностью.
Особенности и характеристики прокариотических клеток под микроскопом
Прокариотические домены - это бактерии и археи; каждая из этих областей делится на царства и более мелкие таксономические категории. Как одноклеточные организмы без ядра или органелл, они характеризуются следующими характерными чертами:
- Одиночные клетки имеют клеточную стенку.
- Одиночные клетки имеют клеточную мембрану.
- Клетки содержат нить ДНК.
- Клетки содержат рибосомы.
- Клетки имеют жгутик.
Единичные клетки бактерий и архей подвергаются воздействию окружающей среды и поэтому нуждаются в клеточная стенка чтобы защитить их. Под микроскопом клеточная стенка представляет собой толстую, хорошо видимую структуру, окружающую клетку. Внутри клеточной стенки находится клеточная мембрана, которая контролирует, какие вещества могут проникать в клетку и выходить из нее.
Внутри клеточной мембраны находится одна плотно свернутая спираль ДНК. Нить круглая, и когда ячейка начинает делиться, нить разматывается и принимает круглую форму перед копированием. После того, как нить была продублирована, две копии перемещаются к противоположным концам ячейки, и ячейка разделяется на две.
В цитоплазме клетки свободно плавают рибосомы, вырабатывающие белки, необходимые клетке. На одном конце ячейки была похожая на кнут структура, называемая жгутик прикрепляется, чтобы придать клетке подвижность. Прокариотические клетки используют свою простую структуру как эволюционное преимущество. Их ДНК не защищена и свободно мутирует, в то время как их высокая скорость воспроизводства позволяет быстро адаптироваться к новым ситуациям и изменениям в окружающей среде.
Строение эукариотических клеток
Если сравнить структуры прокариотических и эукариотических клеток под микроскопом, клетки выглядят совершенно по-разному. Как и прокариотические клетки, эукариотические клетки имеют мембрану и рибосомы, но заметны следующие различия:
- Клетки не имеют клеточной стенки.
- У клеток есть ядро.
- ДНК находится в нескольких цепях внутри ядра.
- Есть митохондрии и лизосомы, каждая со своей собственной внешней мембраной.
- Дополнительными мембраносвязанными органеллами являются тельца Гольджи и эндоплазматический ретикулум.
- В клетках две центриоли.
Понятно, что клетки, из которых состоят эукариоты, имеют структуру, отличную от прокариотических клеток. Хотя они сложны и воспроизводятся более сложным образом, это неочевидно. Зачем именно это дает эукариотам структурное преимущество.
Как функционируют эукариотические клетки
У эукариотических клеток есть свои собственные независимые функции, но они часто функционируют как часть более крупного организма. У растений и животных они импортируют вещества из других клеток и экспортируют продукты жизнедеятельности и полезные белки, гормоны и ферменты. Когда они участвуют в какой-либо деятельности, то, что они экспортируют, сигнализируют другим клеткам о том, что они делают. У них нет клеточной стенки, потому что она не нужна им для защиты, и она будет мешать межклеточные обмены.
Вместо того, чтобы выполнять их синтез клеточных веществ и их преобразование энергии в общем пространстве внутри клеточной мембраны у них есть специализированные области внутри определенных органелл, где эти действия принимают место. Превращение глюкозы в молекулу-накопитель энергии АТФ осуществляется в митохондрии. Разрушение клеточного мусора и отходов происходит в лизосомы. Тела Гольджи и эндоплазматическая сеть синтезирует белки, углеводы и липиды. Мембранные органеллы эукариотических клеток специализируются на производстве специфических клеточных веществ.
Размножение эукариотических клеток
Клетки эукариот имеют два способа размножения: половое и бесполое размножение. Бесполое размножение происходит, когда требуется большее количество клеток того же типа, например, в клетках кожи животных. Половое размножение используется, когда создается новый сложный организм, такой как растение или животное. При бесполом размножении количество клеток увеличивается, а при половом размножении количество организмов увеличивается.
Оба вида воспроизведения представляют собой сложные многоступенчатые операции. При бесполом размножении ядро клетки разделяется на две идентичные части в процессе, называемом митоз. Каждое ядро имеет полные копии клеточной ДНК, и когда клетка расщепляется, каждая часть получает долю органелл.
Для полового размножения производятся клетки с разными половыми признаками в процессе, называемом мейоз. Например, у животных два типа клеток - это сперматозоиды и яйцеклетки. Две клетки с разными половыми характеристиками и обычно от разных организмов одного вида воссоединяются, чтобы сформировать новый организм. У животных сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, и из комбинации вырастает новое животное.
Структурное преимущество эукариот
Различия между клетками эукариот и прокариот дают эукариотам преимущества в нескольких областях. Когда мы перечисляем особенности, которые встречаются у эукариот, но не у прокариот, какие преимущества дают эти различия? Основные структурные различия заключаются в ядре, органеллах и внешней стенке клетки. Эти различия дают эукариотам особые преимущества и возможности, которых нет у прокариот. В результате прокариоты остаются простыми одноклеточными организмами. Хотя одноклеточные эукариоты также существуют, некоторые эукариоты использовали эти преимущества для эволюции в высшие растения и животных.
Наличие ядро в эукариотических клетках дает эукариотам два преимущества. Ядро представляет собой дополнительную защитную оболочку ДНК. В результате ДНК эукариот менее подвержена мутациям. Ядро также облегчает контроль над воспроизводством. Сложные репродуктивные процессы, основанные на ядре, имеют много точек, которые могут действовать как остановка для координации роста и размножения клеток с другими клетками организма.
Интеграция органеллы в эукариотические клетки концентрирует функции в их собственном внутреннем пространстве. Это означает, что такие процессы, как производство энергии и удаление отходов, в эукариотических клетках намного эффективнее, чем в прокариотах. Когда митохондрии производят энергию клетки, клетки могут иметь больше или меньше митохондрий, в зависимости от роли, которую они играют в организме. Без органелл вся прокариотическая клетка должна делать все, и уровень эффективности ниже.
Отсутствие клеточной стенки у сложных эукариот является преимуществом, которое позволяет эукариотическим клеткам организовываться в такие структуры, как органы, кости, стебли растений и плоды. Эти клетки работают вместе и дифференцируются в зависимости от окружающих их клеток. Клеточная стенка предотвратила бы такие тесные взаимодействия. Хотя прокариотические клетки иногда собираются вместе в простые структуры, они не дифференцируются так, как это делают эукариотические клетки в сложных организмах.
В главное структурное преимущество Эукариоты по сравнению с прокариотами - это способность образовывать развитые многоклеточные организмы. В то время как эукариоты могут выжить как одноклеточные, так и многоклеточные организмы, прокариоты не обладают способностью образовывать сложные структуры или организмы.