Capítulo 4. Célula complexa Um botânico é aquele que sabe dar os mesmos nomes a plantas idênticas e nomes diferentes a plantas diferentes, e de tal forma que todos possam compreender”, escreveu o grande taxonomista sueco Carl Linnaeus (ele próprio um botânico ). Esta definição pode ser surpreendente.

Capítulo 2. Célula TÓPICOS História do estudo das células. Teoria celular Composição química da célula Estrutura das células eucarióticas e procarióticas Implementação de informações hereditárias na célula Vírus Um mundo incrível e misterioso nos rodeia, os habitantes do planeta,

Lembrar!

Quais são as diferenças fundamentais na estrutura das células procarióticas e eucarióticas?

Qual é o papel das bactérias na natureza?

Diversidade de procariontes. O reino dos procariontes é representado principalmente por bactérias, os organismos mais antigos do nosso planeta. Tendo surgido há mais de 3,5 bilhões de anos, os procariontes realmente criaram a biosfera da Terra, criando as condições para a evolução posterior dos organismos.

As bactérias foram vistas pela primeira vez ao microscópio e descritas em 1683 pelo naturalista holandês A. Leeuwenhoek. Os tamanhos das bactérias variam de 1 a 15 mícrons. Uma célula bacteriana individual só pode ser vista com um microscópio bastante sofisticado, razão pela qual são chamadas de microrganismos.

Arroz. 34. Alguns representantes de bactérias modernas: A – estreptococos (em processo de divisão); B – vibrio cholerae; B – bactéria clostridium em forma de bastonete; G – micobactéria em forma de bastonete que causa tuberculose

As bactérias vivem em todos os lugares: no solo, na água, no ar, na superfície e no interior de outros organismos, nos alimentos. Algumas bactérias se instalam em fontes termais, onde a temperatura da água atinge 78°C ou mais. O número de bactérias no planeta é enorme; por exemplo, 1 g de solo fértil contém cerca de 2,5 mil milhões de células bacterianas.

A forma das células bacterianas é extremamente diversa (Fig. 34). Existem em forma de bastão - bacilos, esférico – cocos, espiral - espirila, tendo a forma de uma vírgula - vibrios.

Muitos procariontes são capazes de esporulação (Fig. 35). Controvérsia Via de regra, surgem em condições desfavoráveis ​​​​e representam células com nível de metabolismo acentuadamente reduzido. Os esporos são cobertos por uma casca protetora, permanecem viáveis ​​por centenas e até milhares de anos e podem suportar flutuações de temperatura de -243 a 140 °C. Quando ocorrem condições favoráveis, os esporos “germinam” e dão origem a uma nova célula bacteriana.

Arroz. 35. Formação de esporos em bactérias

Assim, a esporulação em procariontes é uma etapa do ciclo de vida que garante a sobrevivência em condições ambientais desfavoráveis. Além disso, no estado de esporo, os microrganismos podem se espalhar facilmente pelo vento e por outros meios.

Esporos de bactérias patogênicas que permaneceram latentes no solo por muitos anos, entrando em corpos d'água durante vários trabalhos de escavação, podem causar surtos de doenças infecciosas. Por exemplo, os esporos do antraz permanecem viáveis ​​por mais de 30 anos.

Cientistas microbiológicos criaram colônias de microrganismos a partir de esporos encontrados em uma amostra de gelo com mais de 10 mil anos.

A estrutura de uma célula procariótica. Consideremos a estrutura fundamental de uma célula bacteriana (Fig. 36).

A cela está cercada membrana de uma estrutura normal, fora da qual existe parede celular. Na parte central do citoplasma existe um molécula circular de DNA não delimitado por uma membrana do resto do citoplasma. A área da célula que contém material genético é chamada nucleóide(do lat. núcleo - núcleo e do grego eidos - visão). Além do "cromossomo" circular principal, as bactérias geralmente contêm várias pequenas moléculas de DNA na forma de pequenos anéis frouxamente dispostos, os chamados plasmídeo, envolvido na troca de material genético entre bactérias.

Arroz. 36. Estrutura de uma célula procariótica

As células bacterianas não possuem organelas de membrana características de eucariotos (retículo endoplasmático, aparelho de Golgi, mitocôndrias, plastídios, lisossomos). As funções dessas organelas são desempenhadas por invaginações da membrana celular.

As organelas obrigatórias que garantem a síntese de proteínas nas células bacterianas são ribossomos.

Muitas bactérias secretam muco no topo da parede celular, formando uma espécie de cápsula, protegendo adicionalmente a bactéria de influências externas.

As bactérias se reproduzem simplesmente dividindo-se em duas. Após a reduplicação do DNA circular, a célula se alonga e um septo transversal é formado nela. Posteriormente, as células-filhas se dispersam ou permanecem conectadas em grupos.

Comparando células procarióticas e eucarióticas, pode-se notar que a estrutura das organelas de membrana dupla - mitocôndrias e plastídios, que possuem DNA circular próprio e ribossomos que sintetizam RNA e proteínas - se assemelha à estrutura de uma célula bacteriana. Essa semelhança serviu de base para a hipótese da origem simbiótica dos eucariotos. Vários bilhões de anos atrás, antigos organismos procarióticos invadiram uns aos outros, resultando em uma aliança mutuamente benéfica (§).

Os organismos procarióticos também incluem cianobactérias, muitas vezes chamadas de algas verde-azuladas. Esses organismos antigos, que surgiram há cerca de 3 bilhões de anos, estão espalhados por todo o mundo. São conhecidas cerca de 2 mil espécies de cianobactérias. A maioria deles é capaz de sintetizar todas as substâncias necessárias utilizando a energia luminosa.

Tabela 3. Características comparativas de células procarióticas e eucarióticas

Revise perguntas e tarefas

1. Qual é o significado e o papel ecológico dos procariontes nas biocenoses?

2. Como os microrganismos patogênicos afetam o estado do macroorganismo (hospedeiro)?

3. Descreva a estrutura de uma célula bacteriana.

4. Como as bactérias se reproduzem?

5. Qual é a essência do processo de esporulação nas bactérias?

Em nosso artigo veremos a estrutura dos procariontes e eucariontes. Esses organismos diferem significativamente em seu nível de organização. E a razão para isso são as peculiaridades da estrutura da informação genética.

Características da estrutura das células procarióticas

Procariontes são todos organismos vivos cujas células não contêm núcleo. Dos cinco representantes modernos, apenas um lhes pertence - as bactérias. Os procariontes cuja estrutura estamos considerando também incluem representantes de algas verde-azuladas e arquéias.

Apesar da ausência de núcleo formado em suas células, elas contêm material genético. Isto permite o armazenamento e transmissão de informações hereditárias, mas limita a variedade de métodos de reprodução. Todos os procariontes se reproduzem dividindo suas células em duas. Eles não são capazes de mitose e meiose.

A estrutura dos procariontes e eucariontes

As características estruturais dos procariontes e eucariontes que os distinguem são bastante significativas. Além da estrutura do material genético, isto também se aplica a muitas organelas. Os eucariotos, que incluem plantas, fungos e animais, contêm mitocôndrias, o complexo de Golgi, o retículo endoplasmático e muitos plastídios em seu citoplasma. Os procariontes não os possuem. A parede celular, que ambos possuem, difere na composição química. Nas bactérias contém carboidratos complexos pectina ou mureína, enquanto nas plantas é à base de celulose e nos fungos é a quitina.

História da descoberta

As características estruturais e o funcionamento dos procariontes tornaram-se conhecidos pelos cientistas apenas no século XVII. E isso apesar do fato de essas criaturas existirem no planeta desde o seu início. Em 1676, foram examinados pela primeira vez através de um microscópio óptico pelo seu criador, Antonie van Leeuwenhoek. Como todos os organismos microscópicos, o cientista os chamou de “animálculos”. O termo "bactéria" apareceu apenas no início do século XIX. Foi proposto pelo famoso naturalista alemão Christian Ehrenberg. O conceito de “procariontes” surgiu mais tarde, na era da criação do microscópio eletrônico. Além disso, a princípio, os cientistas estabeleceram o fato de haver diferenças na estrutura do aparato genético das células de diferentes criaturas. E. Chatton, em 1937, propôs unir os organismos nesta base em dois grupos: pró e eucariotos. Essa divisão ainda existe hoje. Na segunda metade do século XX, foi descoberta uma diferença entre os próprios procariontes: archaea e bactérias.

Características do aparelho de superfície

O aparato superficial dos procariontes consiste em uma membrana e uma parede celular. Cada uma dessas partes possui características próprias. Sua membrana é formada por uma dupla camada de lipídios e proteínas. Os procariontes, cuja estrutura é bastante primitiva, possuem dois tipos de estrutura de parede celular. Assim, nas bactérias gram-positivas, consiste principalmente em peptidoglicano, tem espessura de até 80 nm e se adapta perfeitamente à membrana. Uma característica dessa estrutura é a presença de poros nela, através dos quais penetram várias moléculas. A parede celular das bactérias gram-negativas é muito fina - até no máximo 3 nm. Não se ajusta perfeitamente à membrana. Alguns representantes de procariontes também possuem uma cápsula mucosa na parte externa. Protege os organismos contra ressecamento, danos mecânicos e cria uma barreira osmótica adicional.

Organelas de procariontes

A estrutura celular de procariontes e eucariontes tem suas próprias diferenças significativas, que residem principalmente na presença de certas organelas. Estas estruturas permanentes determinam o nível de desenvolvimento dos organismos como um todo. Os procariontes não possuem a maioria deles. A síntese de proteínas nessas células ocorre nos ribossomos. Os procariontes aquáticos contêm aerossomos. São cavidades de gás que proporcionam flutuabilidade e regulam o grau de imersão dos organismos. Apenas as células procarióticas contêm mesossomos. Essas dobras da membrana citoplasmática ocorrem apenas quando métodos de fixação química são usados ​​durante a preparação para microscopia. As organelas de movimento de bactérias e arqueas são cílios ou flagelos. E a fixação ao substrato é feita por pili. Essas estruturas formadas por cilindros proteicos também são chamadas de vilosidades e fímbrias.

O que é um nucleóide

Mas a diferença mais significativa está na estrutura do gene dos procariontes e eucariontes. todos esses organismos têm. Nos eucariotos, está localizado dentro do núcleo formado. Essa organela de membrana dupla possui matriz própria, chamada nucleoplasma, envelope e cromatina. Aqui é realizado não apenas o armazenamento da informação genética, mas também a síntese de moléculas de RNA. Nos nucléolos, subunidades de ribossomos são posteriormente formadas a partir deles - organelas responsáveis ​​​​pela síntese de proteínas.

A estrutura dos genes procarióticos é mais simples. Seu material hereditário é representado pela região nucleóide ou nuclear. O DNA nos procariontes não é empacotado em cromossomos, mas possui uma estrutura circular fechada. O nucleóide também inclui moléculas de RNA e proteínas. As últimas funções se assemelham às histonas eucarióticas. Eles estão envolvidos na duplicação do DNA, síntese de RNA, restauração da estrutura química e quebras de ácidos nucléicos.

Características da vida

Os procariontes, cuja estrutura não é muito complexa, realizam processos vitais bastante complexos. São nutrição, respiração, reprodução de sua própria espécie, movimento, metabolismo... E apenas uma célula microscópica, cujo tamanho varia de até 250 mícrons, é capaz de tudo isso! Portanto, só podemos falar de primitivismo de forma relativa.

As características estruturais dos procariontes também determinam os mecanismos de sua fisiologia. Por exemplo, eles são capazes de obter energia de três maneiras. A primeira é a fermentação. É realizado por algumas bactérias. Este processo é baseado em reações redox, durante as quais as moléculas de ATP são sintetizadas. É um composto químico que, ao ser decomposto, libera energia em diversas etapas. Portanto, não é à toa que ela é chamada de “bateria celular”. O próximo método é respirar. A essência deste processo é a oxidação de substâncias orgânicas. Alguns procariontes são capazes de fotossíntese. Exemplos destes são algas verde-azuladas e algas, que contêm plastídios em suas células. Mas archaea são capazes de fotossíntese sem clorofila. Durante este processo, o dióxido de carbono não é fixado, mas as moléculas de ATP são formadas diretamente. Então, em essência, esta é a verdadeira fotofosforilação.

Tipo de energia

Formas de reprodução

Os procariontes, cuja estrutura é representada por uma célula, reproduzem-se dividindo-a em duas partes ou por brotamento. Essa característica também se deve à sua estrutura: o processo de fissão binária é precedido pela duplicação, ou replicação do DNA. Neste caso, a molécula de ácido nucleico primeiro se desenrola, após o que cada fita é duplicada.Os cromossomos resultantes divergem para os pólos. As células aumentam de tamanho, forma-se uma constrição entre elas e então ocorre sua separação final. Algumas bactérias também são capazes de formar células de reprodução assexuada - esporos.

Bactérias e Archaea: características distintivas

Por muito tempo, as archaea, juntamente com as bactérias, foram representantes do Reino de Drobyanka. Na verdade, eles têm muitas características estruturais semelhantes. Este é principalmente o tamanho e a forma de suas células. No entanto, estudos bioquímicos mostraram que eles apresentam uma série de semelhanças com os eucariontes. Esta é a natureza das enzimas, sob a influência das quais ocorrem os processos de síntese de moléculas de RNA e proteínas.

Archaea dominou quase todos os habitats. Eles são especialmente diversos na composição do plâncton. Inicialmente, todas as archaea foram classificadas como extremófilos, pois são capazes de viver em fontes termais, em reservatórios com alta salinidade e em profundidades com pressão significativa.

A importância dos procariontes na natureza e na vida humana

O papel dos procariontes na natureza é significativo. Em primeiro lugar, são os primeiros organismos vivos a surgir no planeta. Os cientistas descobriram que bactérias e arqueas surgiram há cerca de 3,5 bilhões de anos. A teoria da simbiogênese sugere que algumas organelas de células eucarióticas também se originaram delas. Em particular, estamos falando de plastídios e mitocôndrias.

Muitos procariontes encontram seu uso na biotecnologia para produzir medicamentos, antibióticos, enzimas, hormônios, fertilizantes e herbicidas. O homem há muito usa as propriedades benéficas das bactérias do ácido láctico para fazer queijo, kefir, iogurte e produtos fermentados. Com a ajuda desses organismos, corpos d'água e solos são limpos e minérios de diversos metais são enriquecidos. As bactérias formam a microflora intestinal de humanos e de muitos animais. Junto com archaea, eles realizam o ciclo de muitas substâncias: nitrogênio, ferro, enxofre, hidrogênio.

Por outro lado, muitas bactérias são agentes causadores de doenças perigosas, regulando o número de muitas espécies de plantas e animais. Estes incluem peste, sífilis, cólera, antraz e difteria.

Portanto, procariontes são organismos cujas células não possuem núcleo formado. Seu material genético é representado por um nucleóide, constituído por uma molécula circular de DNA. Entre os organismos modernos, os procariontes incluem bactérias e arquéias.

CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS BACTÉRIAS

Os organismos que possuem estrutura celular são divididos em dois grupos: eucariontes e procariontes.

Eucariontes(do grego ai credo- bom e caryon- núcleo) - organismos contendo um núcleo claramente definido em suas células. Os eucariotos incluem plantas, fungos e animais unicelulares e multicelulares, ou seja, todos os organismos, exceto bactérias. As células eucarióticas de diferentes reinos diferem em várias características. Mas em muitos aspectos a sua estrutura é semelhante. Quais são as características das células eucarióticas?

As células animais não possuem membrana celular, como as plantas e os fungos, e não existem plastídios, como as plantas e algumas bactérias. Os vacúolos nas células animais são muito pequenos e instáveis. Centríolos não foram encontrados em plantas superiores.

Células procarioto(de lat. sobre- em vez de, à frente e cariote) não possuem núcleo formado. Sua substância nuclear está localizada no citoplasma e não é delimitada por uma membrana. Os procariontes são os organismos unicelulares primitivos mais antigos. Estes incluem bactérias e cianobactérias (Fig. 1). Eles se reproduzem por divisão simples. Os procariontes possuem uma única molécula circular de DNA no citoplasma chamada nucleóide ou cromossomo bacteriano. Os ribossomos estão localizados diretamente no citoplasma. As células procarióticas são haplóides. Eles não contêm mitocôndrias, complexo de Golgi ou RE. A síntese de ATP ocorre neles na membrana plasmática.

Um lugar especial na natureza viva é ocupado por vírus. Eles não possuem estrutura celular e consistem em uma molécula de ácido nucléico - DNA ou RNA, cercada por moléculas de proteína como uma concha.

Os vírus causam uma série de doenças em plantas, fungos, animais e humanos. Por exemplo, o vírus do mosaico do tabaco penetra nas células das folhas do tabaco, destrói a clorofila e a folha fica manchada. As doenças virais humanas são conhecidas: varíola, gripe, sarampo, poliomielite, raiva, etc.

Arroz. 10. Esquema da estrutura celular de bactérias (A) e cianobactérias (B):
1 - membrana celular, 2 - cromossomo, 3 - citoplasma, 4 - membrana plasmática, 5 - ribossomo, 6 - substâncias de armazenamento, 7 - flagelos.

Arroz. 11. Vírus do mosaico do tabaco:
I - folha do tabaco afetada pela doença, II - cristal do vírus na célula, III - diagrama da estrutura do vírus do mosaico do tabaco;
1 - uma concha de moléculas de proteína, 2 - uma fita de RNA enrolada em espiral.

Tarefas e testes sobre o tema "Tópico 3. "Célula procariótica. Vírus"."

• Semelhanças e diferenças na estrutura das células dos organismos vivos

  Aulas: 2 Tarefas: 11 Testes: 1

• célula vegetal - Estrutura celular das bactérias vegetais. Cogumelos. Plantas (5ª a 6ª séries)

  Aulas: 1 Tarefas: 7 Testes: 1

• Composição química da célula - Citologia - a ciência das células Princípios biológicos gerais (9ª a 11ª séries)

  Aulas: 8 Tarefas: 10 Testes: 1

• Metabolismo e energia na célula - Processos bioquímicos na célula Princípios biológicos gerais (9ª a 11ª séries)
• Definir os processos: difusão, difusão facilitada, transporte ativo, endocitose, exocitose e osmose. Indique as diferenças entre esses processos.
• Cite as funções das estruturas e indique em quais células (vegetais, animais ou procarióticas) elas estão localizadas: núcleo, membrana nuclear, nucleoplasma, cromossomos, membrana plasmática, ribossomo, mitocôndria, parede celular, cloroplasto, vacúolo, lisossomo, retículo endoplasmático liso (agranular) e rugoso (granular), centro celular, aparelho de Golgi, cílio, flagelo, mesossoma, pili ou fímbrias.
• Cite pelo menos três sinais pelos quais uma célula vegetal pode ser distinguida de uma célula animal.
• Liste as diferenças mais importantes entre células procarióticas e eucarióticas.

Ivanova TV, Kalinova GS, Myagkova A.N. "Biologia Geral". Moscou, "Iluminismo", 2000

• Tópico 1. "Membrana plasmática". §1, §8 páginas 5;20
• Tópico 2. "Gaiola". §8-10 pp. 20-30
• Tópico 3. "Célula procariótica. Vírus." §11 pp.31-34