Основы биохимии Том 1 - А. Ленинджер 1985
Биомолекулы
Клетки
Прокариоты - самые простые и самые мелкие клетки
К прокариотам относятся около 3000 видов бактерий, в том числе организмы, обычно называемые сине-зелеными водорослями. Сине-зеленые водоросли составляют особое семейство бактерий, их современное и предпочтительное название - цианобактерии («циано» - синий). Особое положение цианобактерий объясняется наличием у них выделяющей кислород фотосинтетической системы, во многом сходной с системой фотосинтеза высших зеленых растений. Некоторые другие классы бактерий также могут осуществлять фотосинтез, однако они не выделяют кислород. Большинство видов бактерий не способны к фотосинтезу и получают энергию за счет расщепления питательных веществ, поступающих из окружающей среды. Существуют 20 различных семейств прокариот, классификация и названия которых основаны на их внешнем виде (рис. 2-3), а также на способности к передвижению, окрашиванию, потреблению определенных питательных веществ и синтезу определенных продуктов. Некоторые бактерии обладают патогенными (болезнетворными) свойствами, однако большинство из них весьма полезны. К прокариотам относятся также семейства очень мелких клеток, обычно паразитирующих внутри других клеток.
Рис. 2-3. Классификация и названия некоторых прокариот основаны на их внешнем виде. А. Бациллы - палочкообразные микроорганизмы, к которым относится Escherichia соli, а также патогенные микробы, вызывающие дифтерию, столбняк и туберкулез. Б. Кокки - сферические бактерии. Иногда они объединяются, образуя пары (диплококки), группы (стафилококки) или цепочки (стрептококки; показаны на этом рисунке). К коккам относятся бактерии, вызывающие скарлатину, некоторые виды пневмоний и раневые инфекции. В. Спирохеты - спиралевидные, часто очень длинные (ло 500 мкм) бактерии. На рисунке показаны бактерии длиной от 10 до 15 мкм. К этому классу микроорганизмов относится возбудитель сифилиса.
Хотя прокариотические клетки не видны невооруженным глазом и менее знакомы нам по сравнению с высшими животными и растениями, они составляют очень существенную часть биомассы Земли. Вероятно, три четверти всей живой материи на Земле приходится на долю микроорганизмов, большинство из которых - прокариоты. Более того, прокариоты играют важную роль в биологических превращениях материи и энергии на Земле. Фотосинтезирующие бактерии, обитающие как в пресной, так и в морской воде, поглощают солнечную энергию и используют ее для синтеза углеводов и других компонентов клеток, которые в свою очередь служат пищей для других организмов. Некоторые бактерии могут фиксировать молекулярный азот (N2) из атмосферы, образуя биологически полезные азотсодержащие соединения. Таким образом, прокариоты играют роль отправной точки для многих пищевых цепей в биосфере. Кроме того, прокариоты выполняют функцию конечных потребителей, поскольку различные бактерии осуществляют расщепление органических структур в мертвых растениях и животных, возвращая тем самым конечные продукты распада в атмосферу, почву и моря, где они вновь используются в биологических циклах углерода, азота и кислорода.
Прокариотические клетки представляют исключительную ценность для исследований в области биохимии и молекулярной биологии, так как они несложны по своей структуре, их можно легко и быстро выращивать в больших количествах, а механизмы репродукции и передачи генетической информации у них относительно просты. В оптимальных условиях при 37°С в простой питательной среде, содержащей глюкозу, соли аммония и неорганические вещества, бактерии делятся каждые 20-30 мин. Другая важная особенность прокариотических клеток - это их способность размножаться очень простым способом - неполовым путем. Клетки растут до тех пор, пока их размеры не увеличатся вдвое, после чего делятся на две идентичные дочерние клетки, каждая из которых получает одну из двух копий генетического материала (ДНК) родительской клетки. Прокариотические клетки содержат только одну хромосому, представляющую собой двухцепочечную молекулу ДНК. Кроме того, можно легко индуцировать образование генетических мутантов прокариот, а затем выращивать их. Благодаря всем этим свойствам бактерии сыграли важную роль в формировании наших представлений об основных молекулярных процессах, обеспечивающих передачу генетической информации.