Все клеточные организмы делятся на прокариоты (бактерии и археи) и эукариоты (растения, животные, грибы). Эукариотическая клетка — это базовая единица строения представителей второй группы. Её главное отличие от прокариотической в наличии ядра, защищающего наследственную информацию.
Различия прокариот и эукариот
Основной признак, отличающий эукариотические клетки от прокариотических, — наличие ядра. В нём находится ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которая хранит генетическую информацию организма. У прокариот ДНК представлена одной кольцевой хромосомой и не защищена ядерной оболочкой. У эукариот она представлена линейными хромосомами, число которых может отличаться, связана с белками-гистонами и находится внутри ядра.
Другое отличие — присутствие у эукариотических клеток мембранных органоидов, или органелл: эндоплазматической сети (ЭПС), аппарата Гольджи, лизосом, митохондрий, пластид, вакуолей. Ядро также относится к таким органоидам. Благодаря наличию мембран у органелл возможна компартментализация клетки — разделение её на отсеки, в которых химические реакции могут протекать независимо. Существуют также органоиды — митохондрии и пластиды — имеющие и собственную ДНК.
Различается строение клеточной стенки прокариот и эукариот. Прокариоты имеют прочную стенку из муреина (бактерии) или псевдомуреина (археи), состоящую из одной молекулы вещества. У эукариот этой структуры либо вообще нет (животные), либо она многомолекулярная и состоит из других веществ — хитина и глюканов у грибов и целлюлозы у растений.
Характерная черта эукариотических клеток — размеры, намного большие, чем у прокариотических. Отличаются они на порядок: 0,5−10 мкм — диаметр бактерии или археи, 10−100 мкм — растительной или животной клетки. Объём при этом различается в тысячи раз. Рост величины может быть одной из причин утраты одномолекулярной клеточной стенки.
Эукариотные клетки, в отличие от прокариотных, способны к фагоцитозу — захвату твёрдого содержимого из внешней среды. Среди них появляются хищники, которые могут поедать других одноклеточных существ. У животных благодаря этой способности появляются фагоциты — кровяные элементы, поглощающие чужеродные организмы внутри тела.
Ещё одно отличие в том, что эукариоты бывают сложными многоклеточными организмами — растения и животные имеют характерное строение тела, различные органы и ткани. При этом бывают и одноклеточные эукариотные существа — некоторые водоросли и грибы, простейшие. Прокариоты же хотя и бывают колониальными (некоторые цианобактерии), но подобные организмы образовывать не могут.
Части эукариотной клетки
Наименьшая структурная и функциональная единица организма-эукариота — эукариотическая клетка. Строение и организация её у растений, животных и грибов во многом сходны. Отличаться могут лишь материал клеточной стенки (иногда она вовсе отсутствует) и некоторые органеллы — например, пластиды имеют только растения.
Основные части эукариотической клетки:
- цитоплазматическая мембрана,
- цитоплазма,
- органоиды — ядро, митохондрии, рибосомы, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и другие.
Цитоплазматическая мембрана, или плазмалемма — структура, которая отделяет внутреннюю среду клетки от внешней (или от клеточной стенки, если она присутствует). Строение и функции плазматической мембраны сходны с таковыми у прокариот. Образована она преимущественно липидами и белками. Липиды, формирующие двойной слой, состоят из:
- гидрофильной головки, которая у внутреннего слоя обращена внутрь клетки, у наружного — наружу,
- гидрофобного хвоста. Хвосты молекул обоих слоёв обращены друг к другу, внутрь мембраны.
Строение и функции органоидов
Органоидов в клетке множество, каждый из них выполняет специфическую функцию. В таблице описаны типичные для эукариот двумембранные, одномембранные и немембранные органеллы:
| Органоид | Мембрана | Строение | Функции |
| Ядро | Двойная | Состоит из оболочки (образованной мембранами), хромосом и ядерных телец (в том числе ядрышка) | Хромосомы содержат генетический материал клетки. Ядрышко синтезирует рибосомы |
| Рибосомы | Отсутствует | Округлые тельца, состоящие из РНК и белков | Синтез белков на основе информации, содержащейся в ДНК |
| Митохондрии | Двойная | Палочковидные тельца. Внутренняя мембрана образует складки — кристы, содержащие ферменты. Имеют собственные рибосомы, ДНК и РНК | В митохондриях происходит синтез АТФ — вещества, обеспечивающего энергетические потребности клетки. Энергия для синтеза получается путём окисления органических веществ в кристах |
| Эндоплазматическая сеть (ЭПС) | Одиночная | Сеть каналов и полостей, пронизывающая клетку. Бывает шероховатая (с рибосомами на мембране) и гладкая (без рибосом) | Шероховатая ЭПС синтезирует и транспортирует белки. Гладкая синтезирует и переносит липиды и полисахариды |
| Комплекс Гольджи | Одиночная | У растений — отдельные тельца, у животных — цистерны, канальцы и пузырьки | «Упаковка» и выведение веществ, синтезированных в ЭПС. Синтез полисахаридов и гликопротеидов. Образование лизосом |
| Лизосомы | Одиночная | Мелкие (0,5 мкм) пузырьки, содержащие пищеварительные ферменты | Переваривают захваченную клеткой пищу и ненужные больше органоиды. При разрушении мембраны лизосом клетка самоуничтожается |
| Пластиды (только у растений) | Двойная | Органоиды с собственным ДНК. Делятся на хлоропласты (зелёного цвета), хромопласты (жёлтые или красные) и лейкопласты (бесцветные) | Хлоропласты осуществляют фотосинтез. Хромопласты придают растительным органам нужный (например, для привлечения насекомых) окрас. Лейкопласты запасают крахмал |
| Клеточный центр (у животных, грибов и низших растений) | Отсутствует | Состоит из двух цилиндров — центриолей — под прямым углом друг к другу | При делении клетки удваиваются, расходятся по её полюсам и образуют веретено деления |
| Вакуоли (у растений) | Одиночная | Пузырки с клеточным соком | Запасают жидкость и питательные вещества |
Происхождение эукариот
В биологии существует несколько гипотез происхождения эукариот. Основная из них — симбиотическая. Согласно ей, прокариотный организм, у которого по какой-то причине появилась способность к фагоцитозу, поглотил другие прокариотные клетки — они не переварились и стали органоидами. Наиболее явно на свою симбиотическую природу указывают митохондрии и пластиды — органеллы, имеющие собственную кольцевую ДНК, подобную ДНК бактерий.
Немного хуже эта гипотеза объясняет происхождение ядра. Генетической информации в нём намного больше, чем в пластидах и митохондриях. Возможно, в ядро переместился генетический материал из других органелл, которые вполне могут быть упростившимися, утратившими ДНК митохондриями и пластидами.
Другая гипотеза — инвагинационная. Она предполагает, что впачивания (инвагинации) мембраны, которые у прокариот выполняют функции органелл, отделились от мембраны клетки и стали собственно органеллами. Это объясняет, почему мембрана у многих органоидов двойная, но остаётся непонятным происхождение митохондрий и пластид с их кольцевой ДНК.
Кроме того, имеется третья гипотеза — химерная. Её можно рассматривать как разновидность симбиотической. Предполагается, что существовал некий способный к фагоцитозу прокариот, который поглощал другие клеточные организмы, и генетический материал хозяина и поглощённых клеток объединялся. Это хорошо объясняет возникновение ядра.
Появление эукариот сыграло важную роль в эволюции жизни на Земле. Только после этого смогли возникнуть сложные многоклеточные организмы — растения, грибы, животные и (в числе последних) человек.