care au un miez. Aproape toate organismele sunt eucariote, cu excepția bacteriilor (virusurile aparțin unei categorii separate pe care nu toți biologii o disting ca categorie de ființe vii). Eucariotele sunt plante, animale, ciuperciși astfel de organisme vii ca matrite mazga. Eucariotele sunt împărțite în organisme unicelulareși pluricelular, dar principiul structurii celulare este același pentru toate.

Se crede că primele eucariote au apărut în urmă cu aproximativ 2 miliarde de ani și au evoluat în mare parte datorită simbiogeneza- interactiunea celulelor eucariote si bacteriile pe care aceste celule le-au absorbit, fiind capabile fagocitoză.

Celulele eucariote au o dimensiune foarte mare, mai ales în comparație cu procariotele. Există aproximativ zece organele într-o celulă eucariotă, dintre care majoritatea sunt separate prin membrane de citoplasmă, ceea ce nu este cazul la procariote. Eucariotele au și un nucleu, despre care am vorbit deja. Aceasta este partea celulei care este separată de citoplasmă printr-o membrană dublă. În această parte a celulei se află ADN-ul conținut de cromozomi. Celulele sunt de obicei mononucleare, dar uneori se găsesc celule multinucleate.

regnurilor eucariote.

Există mai multe opțiuni pentru împărțirea eucariotelor. Inițial, toate organismele vii au fost împărțite doar în plante și animale. Ulterior, a fost identificat regatul ciupercilor, care diferă semnificativ atât de primul, cât și de cel de-al doilea. Chiar și mai târziu, mucegaiurile de slime au început să fie izolate.

matrite mazga este un grup polifiletic de organisme, la care se referă unii cel mai simplu, dar clasificarea finală a acestor organisme nu este pe deplin clasificată. La unul dintre etapele de dezvoltare, aceste organisme au o formă plasmodică - aceasta este o substanță mucoasă care nu are coperți rigide clare. În general, formele de slime arată ca una celula multinucleata, care este vizibil cu ochiul liber.

Sporularea este legată de ciupercile mucegaiului slime, care germinează cu zoospori, din care se dezvoltă ulterior plasmodiul.

Mucegaiurile pentru slime sunt heterotrofi capabil să mănânce vizual, adică să absoarbă nutrienții direct prin membrană, sau prin endocitoză - să preia vezicule cu nutrienți în interior. Mucegaiurile de slime includ acrazia, mixomicetele, labyrinthulae și plasmodioforii.

Diferențele dintre procariote și eucariote.

Principala diferență procariote iar eucariotele este că procariotele nu au un nucleu bine format, separat printr-o membrană de citoplasmă. La procariote, ADN-ul circular este situat în citoplasmă, iar locul în care se află ADN-ul se numește nucleoid.

Diferențe suplimentare eucariote.

1. Dintre organele, procariotele au doar ribozomi 70S (mici) și eucariotele au nu numai ribozomi mari 80S, ci și multe alte organite.
2. Deoarece procariotele nu au nucleu, se divid împărțindu-se în două - nu cu ajutorul meioză/mitoză.
3. Eucariotele au histone pe care bacteriile nu le au. Cromatina eucariotă conține 1/3 ADN și 2/3 proteine, la procariote este adevărat opusul.
4. O celulă eucariotă este de 1000 de ori mai mare în volum și de 10 ori mai mare în diametru decât o celulă procariotă.

Există doar două tipuri de organisme pe Pământ: eucariote și procariote. Ele diferă foarte mult prin structura, originea și dezvoltarea evolutivă, care vor fi discutate în detaliu mai jos.

In contact cu

Semne ale unei celule procariote

Procariotele sunt altfel numite pre-nucleare. O celulă procariotă nu are alte organite care au o înveliș membranar (, reticul endoplasmatic, complex Golgi).

De asemenea trasaturi caracteristice pentru ei sunt urmatoarele:

1. fără coajă și nu formează legături cu proteinele. Informațiile sunt transmise și citite continuu.
2. Toate procariotele sunt organisme haploide.
3. Enzimele sunt situate în stare liberă (difuz).
4. Au capacitatea de a sporula în condiții nefavorabile.
5. Prezența plasmidelor - molecule mici de ADN extracromozomial. Funcția lor este transferul de informații genetice, crescând rezistența la mulți factori agresivi.
6. Prezența flagelilor și pili - formațiuni proteice externe necesare mișcării.
7. Vacuolele de gaz sunt cavități. Datorită acestora, corpul este capabil să se miște în coloana de apă.
8. Peretele celular la procariote (în special bacterii) este format din mureină.
9. Principalele metode de obținere a energiei la procariote sunt chimio- și fotosinteza.

Acestea includ bacteriile și arheile. Exemple de procariote: spirochete, proteobacterii, cianobacterii, krenarheote.

Atenţie!În ciuda faptului că procariotele nu au un nucleu, au echivalentul său - un nucleoid (o moleculă de ADN circulară lipsită de coji) și ADN liber sub formă de plasmide.

Structura unei celule procariote

bacterii

Reprezentanții acestui regat sunt printre cei mai vechi locuitori ai Pământului și au o rată mare de supraviețuire în condiții extreme.

Există bacterii gram-pozitive și gram-negative. Principala lor diferență constă în structura membranei celulare. Gram-pozitivele au o înveliș mai groasă, până la 80% constă dintr-o bază mureină, precum și polizaharide și polipeptide. Când sunt colorate cu Gram, dau o culoare violet. Majoritatea acestor bacterii sunt agenți patogeni. Cele gram-negative au un perete mai subțire, care este separat de membrană prin spațiul periplasmatic. Cu toate acestea, o astfel de înveliș are o rezistență crescută și este mult mai rezistentă la efectele anticorpilor.

Bacteriile joacă un rol foarte important în natură:

1. Cianobacteriile (alge albastre-verzi) ajută la menținerea nivelului corect de oxigen în atmosferă. Ele formează mai mult de jumătate din tot O2 de pe Pământ.
2. Ele contribuie la descompunerea resturilor organice, participând astfel la ciclul tuturor substanțelor, participând la formarea solului.
3. Fixatori de azot pe rădăcinile leguminoaselor.
4. Ele purifică apa din deșeuri, de exemplu, industria metalurgică.
5. Ele fac parte din microflora organismelor vii, ajutând la absorbția nutrienților cât mai mult posibil.
6. Sunt folosite în industria alimentară pentru fermentare, astfel se obțin brânzeturile, brânza de vaci, alcoolul și aluatul.

Atenţie! Pe lângă valoarea pozitivă, bacteriile joacă și un rol negativ. Multe dintre ele provoacă boli mortale, cum ar fi holera, febra tifoidă, sifilisul și tuberculoza.

bacterii

Archaea

Anterior, au fost combinate cu bacterii într-un singur regat al Drobyanok. Cu toate acestea, de-a lungul timpului, a devenit clar că arheele au propria lor cale evolutivă individuală și sunt foarte diferite de alte microorganisme în compoziția lor biochimică și metabolism. Se disting până la 5 tipuri, cele mai studiate sunt Euryarheots și Crenarchaeotes. Caracteristicile arheale sunt:

• majoritatea sunt chimioautotrofe – sintetizează substanţe organice din dioxid de carbon, zahăr, amoniac, ioni metalici și hidrogen;
• joacă un rol cheie în ciclul azotului și carbonului;
• participă la digestia oamenilor și a multor rumegătoare;
• au o înveliș membranară mai stabilă și mai durabilă datorită prezenței legăturilor eterice în lipidele glicerol-eter. Acest lucru permite arheilor să trăiască în medii foarte alcaline sau acide, precum și în condiții de temperaturi ridicate;
• peretele celular, spre deosebire de bacterii, nu conține peptidoglican și este format din pseudomureină.

Structura eucariotelor

Eucariotele sunt un regn de organisme ale căror celule conțin un nucleu. Pe lângă arhei și bacterii, toate viețuitoarele de pe Pământ sunt eucariote (de exemplu, plante, protozoare, animale). Celulele pot varia foarte mult ca formă, structură, dimensiune și funcție. În ciuda acestui fapt, ele sunt similare în elementele de bază ale vieții, metabolismului, creșterii, dezvoltării, capacității de iritare și variabilitate.

Celulele eucariote pot fi de sute sau mii de ori mai mari decât celulele procariote. Acestea includ nucleul și citoplasma cu numeroase organite membranoase și nemembranoase. Membrana include: reticul endoplasmatic, lizozomi, complex Golgi, mitocondrii,. Nonmembranare: ribozomi, centru celular, microtubuli, microfilamente.

Structura eucariotelor

Să comparăm celule eucariote din diferite regate.

Regnurile eucariotelor includ:

• protozoare. Heterotrofe, unele capabile de fotosinteză (alge). Se reproduc asexuat, sexual și într-un mod simpluîn două părți. Majoritatea nu au perete celular;
• plantelor. Sunt producători, principala modalitate de a obține energie este fotosinteza. Majoritatea plantelor sunt imobile și se reproduc asexuat, sexual și vegetativ. Peretele celular este alcătuit din celuloză;
• ciuperci. Multicelular. Distinge între inferior și superior. Sunt organisme heterotrofe și nu se pot mișca independent. Se reproduc asexuat, sexual și vegetativ. Acestea stochează glicogen și au un perete celular puternic de chitină;
• animalelor. Există 10 tipuri: bureți, viermi, artropode, echinoderme, cordate și altele. Sunt organisme heterotrofe. Capabil de mișcare independentă. Principala substanță de depozitare este glicogenul. Peretele celular este format din chitină, la fel ca în ciuperci. Principalul mod de reproducere este sexual.

Masa: Caracteristici comparative celule vegetale si animale

Comparația dintre procariote și eucariote

Caracteristicile structurale ale celulelor procariote și eucariote sunt semnificative, dar una dintre diferențele principale se referă la stocarea materialului genetic și la modul în care se obține energia.

Procariotele și eucariotele fotosintetizează diferit. La procariote, acest proces are loc pe excrescențe membranare (cromatofore) stivuite în grămezi separate. Bacteriile nu au un fotosistem cu fluor, prin urmare nu eliberează oxigen, spre deosebire de algele albastre-verzi, care îl formează în timpul fotolizei. Sursele de hidrogen la procariote sunt hidrogenul sulfurat, H2, diverse substanțe organice și apa. Principalii pigmenți sunt bacterioclorofila (în bacterii), clorofila și ficobilinele (în cianobacterii).

Dintre toate eucariotele, numai plantele sunt capabile de fotosinteză. Au formațiuni speciale - cloroplaste care conțin membrane așezate în granule sau lamele. Prezența fotosistemului II permite eliberarea oxigenului în atmosferă în timpul procesului de fotoliză a apei. Singura sursă de molecule de hidrogen este apa. Pigmentul principal este clorofila, iar ficobilinele sunt prezente numai în algele roșii.

Principalele diferențe și trăsăturile caracteristice ale procariotelor și eucariotelor sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Tabel: Asemănări și diferențe între procariote și eucariote

Diferențele dintre procariote și eucariote

Asemănări și diferențe între celulele procariote și eucariote

Concluzie

Compararea unui organism procariot și eucariot este un proces destul de laborios care necesită luarea în considerare a multor nuanțe. Ele au multe în comun între ele în ceea ce privește structura, procesele în curs și proprietățile tuturor viețuitoarelor. Diferențele constau în funcțiile îndeplinite, metodele de nutriție și organizarea internă. Cei care sunt interesați de acest subiect pot folosi aceste informații.

Ce este eucariotă? Răspunsul la această întrebare constă în caracteristicile structurale ale celulelor de diferite tipuri. Vom lua în considerare nuanțele organizării lor în articolul nostru.

Caracteristicile structurii celulelor

Celulele organismelor vii sunt clasificate după diferite criterii. Una dintre ele este organizarea materialului ereditar conținut în moleculele de ADN. Eucariotele sunt organisme ale căror celule conțin un nucleu format. Este un organel cu două membrane care conține material genetic. Procariotele nu au această structură. Aceste organisme includ toate tipurile de bacterii și arhee.

Structura celulelor procariote

Absența unui nucleu nu înseamnă că organismele procariote nu au material ereditar. Este, de asemenea, codificat în secvența de nucleotide. Cu toate acestea, informația genetică nu se află în nucleul format, ci este reprezentată de o singură moleculă circulară de ADN. Se numește plasmidă. O astfel de moleculă este atașată de suprafața interioară a membranei plasmatice. Celulelor de acest tip le lipsesc, de asemenea, un număr de anumite organele. Organismele procariote se caracterizează prin primitivitate, dimensiuni mici și nivel scăzut organizatii.

Ce este eucariotă?

Acest grup mare de organisme include toți reprezentanții plantelor, animalelor și ciupercilor. Virușii sunt forme de viață necelulare, prin urmare nu sunt luate în considerare în această clasificare.

Procariota este reprezentată de membrana plasmatică, iar conținutul intern - de citoplasmă. Acesta este un mediu intern semi-lichid care îndeplinește o funcție de susținere, unește toate structurile într-un singur întreg. Celulele procariote se caracterizează și prin prezența unui anumit număr de organite. Acestea sunt complexul Golgi, rețeaua endoplasmatică, plastide, lizozomi. Unii cred că eucariotele sunt organisme ale căror celule sunt lipsite de mitocondrii. Dar nu este deloc cazul. Aceste organite din celulele eucariote servesc ca un loc pentru formarea moleculelor de ATP, purtătorul de energie în celulă.

Eucariote: exemple de organisme

Există trei eucariote, însă, în ciuda caracteristicilor comune, celulele lor au diferențe semnificative. De exemplu, plantele se caracterizează prin conținutul de organite de cloroplast specializate. În ele are loc un proces fotochimic complex de transformare a substanțelor anorganice în glucoză și oxigen. Celulele animale nu au astfel de structuri. Sunt capabili să absoarbă numai nutrienți gata preparate. Aceste structuri diferă în structura aparatului de suprafață. În celulele animale, glicocalixul este situat deasupra membranei plasmatice. Este un strat de suprafață vâscos format din proteine, lipide și carbohidrați. Este caracteristic plantelor.Este situat deasupra peretelui plasmatic si este format din carbohidrati complecsi celuloza si pectina, care ii confera rezistenta si rigiditate.

Ce este o eucariotă, care este reprezentată de un grup de ciuperci? Celulele acestor organisme uimitoare combină caracteristicile structurale atât ale plantelor, cât și ale animalelor. Compoziția peretelui lor celular include carbohidrați, celuloză și chitină. Cu toate acestea, citoplasma lor nu conține cloroplaste, prin urmare, ca și celulele animale, sunt capabile doar de un mod heterotrofic de nutriție.

Caracteristici structurale progresive ale eucariotelor

De ce sunt toate organisme eucariote care au atins un nivel ridicat de dezvoltare și distribuție în jurul planetei? În primul rând, mulțumesc nivel inalt specializarea organelelor lor. Molecula circulară de ADN care se găsește în celulele bacteriene oferă cel mai simplu mod de reproducere a acestora - în două. Ca rezultat al acestui proces, se formează copii genetice exacte ale celulelor fiice. Reproducerea de acest tip, desigur, asigură și asigură o reproducere destul de rapidă a unor astfel de celule. Cu toate acestea, apariția unor semne noi în cursul împărțirii în două este exclusă. Și asta înseamnă că aceste organisme nu se vor putea adapta la condițiile în schimbare. Celulele eucariote se caracterizează prin procesul sexual. În cursul său, are loc schimbul de informații genetice și recombinarea acesteia. Ca rezultat, indivizii se nasc cu trăsături noi, adesea utile, care sunt fixate în genotipul lor și pot fi transmise din generație în generație. Aceasta este manifestarea variabilității ereditare, care stă la baza evoluției.

Deci, în articolul nostru am examinat ce este un eucariot. Acest concept înseamnă un organism ale cărui celule conțin un nucleu. Acest grup de organisme include toți reprezentanții lumii vegetale și animale, precum și ciuperci. Nucleul este o structură celulară permanentă care asigură stocarea și transmiterea informațiilor ereditare ale organismelor, codificate în secvența de nucleotide a moleculelor de ADN.

După cum am menționat deja, toate lumea organică este împărțit în două părți; procariote și eucariote. Să le luăm în considerare mai detaliat.

procariote nu au nucleu cu membrană, iar materialul genetic este concentrat în nucliotidă. Acidul dezoxiribonucleic (ADN) formează o singură catenă închisă într-un inel (genofor). Nu există proces sexual, iar schimbul de material genetic se realizează în timpul altor procese numite parasexual.
Nu există centrioli și fusul mitotic, plastide și mitocondrii. Diviziunea celulară este amitotică. Elementul care formează cadru al învelișului este o glucopeptidă. Stratul său în diferite microorganisme nu este același, ceea ce este asociat cu polimorfism, filtrabilitate și atitudini diferite față de colorația Gram. Este absent în micoplasme și galobacterii. Nu există flageli sau sunt foarte simple. Mulți reprezentanți fixează azotul molecular, nutrienții sunt absorbiți prin peretele celular. Vacuolele alimentare sunt absente, dar vacuolele de gaz sunt frecvente. Procariotele includ alge albastru-verzi, rickettsiae, bacterii, actinomicete și micoplasme.

eucariote- Organisme cu un nucleu adevărat înconjurat de o membrană nucleară. Materialul genetic este închis în cromozomi, care sunt alcătuiți din fire de ADN și proteine. Eucariotele sunt caracterizate printr-un proces sexual tipic cu fuziune nucleară alternativă și diviziune de reducere; uneori se reproduc fara fecundare, dar in prezenta organelor genitale (partenogeneza). Celula are centrioli, un fus mitotic, plastide, mitocondrii și un sistem membranar endoplasmatic bine dezvoltat. Diviziunea celulară este mitotică. Dacă există flageli sau cili, atunci acestea sunt foarte complexe. Nu fixează azotul atmosferic, de regulă, aerobi, rar anaerobi secundari. Nutriția este absorbantă sau autotrofă, atunci când alimentele sunt înghițite și digerate în interiorul corpului. Există vacuole alimentare.

În laborator, pentru a determina tipul de microorganisme, se stabilesc proprietățile sale principale: morfologie, creștere, pe medii nutritive, proprietăți biochimice, patogenitate și multe altele. Conform datelor obținute, identificarea se realizează prin definiție, ele găsesc locul microbilor în tabelul de clasificare.
Numele specific este binar și este format din două cuvinte; primul înseamnă gen și se scrie cu literă mare, al doilea este specie și se scrie cu literă mică. De exemplu, agentul cauzal al locului american – Larve de bacil, agent cauzal al septicemiei –Pseudomonas apisepticum.

bacteriofagi. Aceștia sunt viruși care se dezvoltă în microorganisme. Virusurile de acest fel sunt comune în natură oriunde se găsesc bacterii.

Micoplasma (spiroplasma). Dimensiunea micoplasmelor variază de la 100 la 700 nm, nu formează spori. Ele cresc pe medii nutritive complexe cu presiune osmotică ridicată. Coloniile cresc în medii dense. Absența unei adevărate membrane celulare (este înlocuită cu o membrană cu 3 straturi de lepide sterolice) în micoplasme duce la un polimorfism pronunțat - forme sferice, granulare, inelare și filamentoase. Capacitatea de a pătrunde prin filtrele bacteriene indică plasticitatea lor morfologică. Micoplasmele sunt larg distribuite în natură și sunt importante în patologia animalelor, păsărilor și insectelor, care includ albinele.

Apariția eucariotelor este un eveniment major. A schimbat structura biosferei și a deschis fundamental noi oportunități de evoluție progresivă. Celula eucariotă este rezultatul unei lungi evoluții a lumii procariotelor, o lume în care diverși microbi s-au adaptat între ei și au căutat modalități de a coopera eficient.

schiță cronologică (reluare)

Complexul procariotic fotosintetic Chlorochromatium aggregatum.

Eucariotele au apărut ca urmare a simbiozei mai multor tipuri de procariote. Procariotele în general sunt destul de predispuse la simbioză (vezi capitolul 3 din Nașterea complexității). Iată un sistem simbiotic interesant cunoscut sub numele de Chlorochromatium aggregatum. Trăiește în lacuri adânci, unde există condiții anoxice la adâncime. Componenta centrală este o beta-proteobacterie heterotrofă mobilă. În jurul său, stivele sunt de la 10 la 60 de bacterii fotosintetice cu sulf verde. Toate componentele sunt conectate prin excrescențe ale membranei exterioare a bacteriei centrale. Sensul comunității este că beta-proteobacteria mobilă trage întreaga companie în locuri favorabile vieții bacteriilor cu sulf pretențioase, iar bacteriile cu sulf sunt angajate în fotosinteză și oferă hrană pentru ele însele și beta-proteobacterii. Poate că unele asociații microbiene antice de aproximativ acest tip au fost strămoșii eucariotelor.

Teoria simbiogenezei. Merezhkovsky, Margulis. Mitocondriile sunt descendenți ai alfa-proteobacteriilor, plastidele sunt descendenți ai cianobacteriilor. Este mai greu de înțeles cine a fost strămoșul tuturor celorlalte, adică citoplasma și nucleul. Nucleul și citoplasma eucariotelor combină caracteristicile arheilor și bacteriilor și au, de asemenea, multe caracteristici unice.

Despre mitocondrii. Poate că achiziția mitocondriilor (și nu nucleului) a fost momentul cheie în dezvoltarea eucariotelor. Majoritatea genelor mitocondriale ancestrale au fost transferate în nucleu, unde au intrat sub controlul sistemelor de reglementare nucleare. Aceste gene nucleare de origine mitocondrială codifică nu numai proteine ​​mitocondriale, ci și multe proteine ​​care lucrează în citoplasmă. Acest lucru sugerează că simbiotul mitocondrial a jucat un rol mai important în formarea celulei eucariote decât era de așteptat.

Coexistența a doi genomi diferiți într-o singură celulă a necesitat dezvoltarea unui sistem eficient de reglare a acestora. Și pentru a gestiona eficient activitatea unui genom mare, este necesar să izolați genomul de citoplasmă, în care are loc metabolismul și au loc mii de reacții chimice. Învelișul nuclear doar separă genomul de procesele chimice turbulente ale citoplasmei. Achiziția de simbioți (mitocondrii) ar putea deveni un stimul important pentru dezvoltarea nucleului și a sistemelor de reglare a genelor.

Același lucru este valabil și pentru reproducerea sexuală. Poți trăi fără reproducere sexuală atâta timp cât genomul tău este suficient de mic. Organismele cu un genom mare, dar lipsite de reproducere sexuală, sunt sortite dispariției rapide, cu rare excepții.

Alfaproteobacterii - acest grup includea strămoșii mitocondriilor.

Rhodospirillum este un microorganism uimitor care poate trăi datorită fotosintezei, inclusiv în condiții anaerobe, și ca heterotrof aerob și chiar ca chimioautotrop aerob. Poate, de exemplu, să crească prin oxidarea monoxidului de carbon CO fără a utiliza alte surse de energie. Pe lângă toate acestea, știe și să fixeze azotul atmosferic. Adică este în cel mai înalt grad organism universal.

Sistemul imunitar confunda mitocondriile cu bacterii. Când mitocondriile deteriorate intră în fluxul sanguin în timpul unei leziuni, ele eliberează molecule caracteristice care se găsesc numai în bacterii și mitocondrii (ADN circular de tip bacterian și proteine ​​care poartă un aminoacid special modificat formilmetionină la unul dintre capete). Acest lucru se datorează faptului că aparatul de sinteză a proteinelor din mitocondrii a rămas același ca în bacterii. Celulele sistemului imunitar - neutrofilele - reactioneaza la aceste substante mitocondriale in acelasi mod ca si la cele bacteriene, si cu ajutorul acelorasi receptori. Aceasta este cea mai clară confirmare natura bacteriana mitocondriile.

Funcția principală a mitocondriilor este respirația oxigenului. Cel mai probabil, stimulul pentru asocierea strămoșului anaerob al nucleului și citoplasmei cu „protomitocondriile” a fost nevoia de a se proteja de efectele toxice ale oxigenului.

De unde au obținut bacteriile, inclusiv alfaproteobacterii, sistemele moleculare necesare pentru respirația oxigenului? Se pare că s-au bazat pe sisteme moleculare de fotosinteză. Lanțul de transport de electroni, care s-a format în bacterii ca parte a aparatului fotosintetic, a fost adaptat pentru respirația oxigenului. La unele bacterii, părți din lanțurile de transport de electroni sunt încă folosite simultan atât în ​​fotosinteză, cât și în respirație. Cel mai probabil, strămoșii mitocondriilor au fost alfa-proteobacterii heterotrofe aerobe, care, la rândul lor, au descins din alfa-proteobacterii fotosintetice, cum ar fi rhodospirillum.

Numărul de domenii proteice comune și unice în arhee, bacterii și eucariote. Un domeniu proteic este o parte a unei molecule proteice care are o funcție specifică și o structură caracteristică, adică o secvență de aminoacizi. Fiecare proteină, de regulă, conține una sau mai multe dintre aceste unități sau domenii structurale și funcționale.

4,5 mii de domenii proteice pe care le au eucariotele pot fi împărțite în 4 grupe: 1) disponibile numai la eucariote, 2) comune tuturor celor trei superregate, 3) comune eucariotelor și bacteriilor, dar absente în arhee; 4) comun eucariotelor și arheilor, dar absent la bacterii. Vom lua în considerare ultimele două grupe (sunt evidențiate în figură), deoarece pentru aceste proteine ​​se poate vorbi cu o oarecare certitudine despre originea lor: bacteriană sau respectiv arheală.

Punctul cheie este că domeniile eucariote, despre care se crede că sunt moștenite de la bacterii și de la arhee, au funcții semnificativ diferite. Domeniile moștenite de la arhee (spectrul lor funcțional este prezentat în graficul din stânga) joacă un rol cheie în viața unei celule eucariote. Printre acestea predomină domeniile asociate cu stocarea, reproducerea, organizarea și citirea informațiilor genetice. Majoritatea domeniilor „arheale” aparțin acelor grupuri funcționale în care schimbul de gene orizontal la procariote are loc cel mai puțin frecvent. Aparent, eucariotele au primit acest complex prin moștenire directă (verticală) de la arhee.

Printre domeniile de origine bacteriană există și proteine ​​asociate proceselor informaționale, dar sunt puține. Cele mai multe dintre ele funcționează numai în mitocondrii sau plastide. Ribozomii eucarioți ai citoplasmei sunt de origine arheală, ribozomii mitocondriilor și plastidelor sunt de origine bacteriană.

Printre domeniile bacteriene ale eucariotelor, ponderea proteinelor de reglare a semnalului este mult mai mare. Din bacterii, eucariotele au moștenit multe proteine ​​responsabile de mecanismele de răspuns celular la factorii de mediu. Și, de asemenea, multe proteine ​​asociate metabolismului (pentru mai multe detalii, vezi Capitolul 3, „Nașterea complexității”).

Eucariotele au:

„Miez” arheal (mecanisme de lucru cu informațiile genetice și sinteza proteinelor)

„periferie” bacteriană (metabolism și sisteme de reglare a semnalului)

· Cel mai simplu scenariu: ARHEIA a înghițit BACTERII (strămoșii mitocondriilor și plastidelor) și și-a dobândit toate caracteristicile bacteriene din acestea.

· Acest scenariu este prea simplu, deoarece eucariotele au multe proteine ​​bacteriene care nu ar fi putut fi împrumutate de la strămoșii mitocondriali sau plastide.

Eucariotele au multe domenii „bacteriene” care nu sunt caracteristice nici cianobacteriilor (strămoșii plastidelor), nici alfaproteobacteriilor (strămoșii mitocondriilor). Au fost obținute din alte bacterii.

Păsări și dinozauri. Reconstruirea proto-eucariotelor este dificilă. Este clar că grupul de procariote antice care a dat naștere nucleului și citoplasmei avea o serie de trăsături unice pe care procariotele care au supraviețuit până în prezent nu le au. Și când încercăm să reconstruim aspectul acestui strămoș, ne confruntăm cu faptul că sfera de aplicare a ipotezelor se dovedește a fi prea mare.

Analogie. Se știe că păsările descind din dinozauri și nu din niște dinozauri necunoscuți, ci dintr-un grup foarte specific - dinozaurii maniraptor, care aparțin teropodelor, iar teropozii, la rândul lor, sunt unul dintre grupurile de dinozauri șopârlă. Au fost găsite multe forme de tranziție între dinozaurii fără zbor și păsări.

Dar ce am putea spune despre strămoșii păsărilor dacă nu ar exista înregistrări fosile? În cel mai bun caz, am afla că cele mai apropiate rude ale păsărilor sunt crocodilii. Dar am putea recrea aspectul strămoșilor direcți ai păsărilor, adică dinozaurii? Cu greu. Dar tocmai în această poziție ne aflăm atunci când încercăm să restabilim aspectul strămoșului nucleului și citoplasmei. Este clar că acesta a fost un grup de dinozauri procarioți, un grup dispărut care, spre deosebire de dinozaurii adevărați, nu a lăsat urme distincte în înregistrarea geologică. Arheile moderne sunt pentru eucariote ceea ce crocodilii moderni sunt pentru păsări. Încercați să reconstruiți structura dinozaurilor cunoscând doar păsările și crocodilii.

Un argument în favoarea faptului că în Precambrian trăiau mulți microbi, nu asemănători cu cei actuali. Stromatolitele proterozoice au fost mult mai complexe și mai diverse decât cele moderne. Stromatoliții sunt produsul activității vitale a comunităților microbiene. Nu înseamnă asta că microbii proterozoici au fost, de asemenea, mai diverși decât cei moderni și că multe grupuri de microbi proterozoici pur și simplu nu au supraviețuit până în zilele noastre?

Comunitatea ancestrală a eucariotelor și originea celulei eucariote (scenariu posibil)

Ipoteza „comunitate ancestrală” este un covor bacterian tipic, doar în partea superioară trăiau strămoșii cianobacteriilor, care încă nu trecuseră la fotosinteza oxigenată. Ei au fost angajați în fotosinteză anoxigenă.Donorul de electroni nu era apa, ci hidrogenul sulfurat. Sulful și sulfații au fost izolați ca produse secundare.

Al doilea strat a fost locuit de bacterii fotosintetice violete, inclusiv alfaproteobacterii, strămoșii mitocondriilor. Bacteriile violet folosesc lumină cu lungime de undă lungă (roșu și infraroșu). Aceste valuri au cea mai bună putere de penetrare. Bacteriile violet încă trăiesc adesea sub un strat de cianobacterii. Alfaproteobacteria violet folosește și hidrogen sulfurat ca donor de electroni.

În al treilea strat se aflau bacterii în fermentare care procesau materia organică; unii dintre ei au emis hidrogen ca deșeu. Acest lucru a creat o bază pentru bacteriile reducătoare de sulfat. Ar putea exista și arhei metanogene. Printre arheile care au trăit aici se numărau strămoșii nucleului și citoplasmei.

Evenimentele de criză au început odată cu trecerea cianobacteriilor la fotosinteza oxigenului. Ca donor de electroni, cianobacteriile au început să fie folosite în locul hidrogenului sulfurat apă plată. Acest lucru a deschis mari oportunități, dar a avut și consecințe negative. În loc de sulf și sulfați, oxigenul a început să fie eliberat în timpul fotosintezei - o substanță extrem de toxică pentru toți vechii locuitori ai pământului.

Primii care au întâlnit această otravă au fost producătorii ei, cianobacteriile. Probabil că au fost primii care au dezvoltat mijloace de protecție împotriva ei. Lanțurile de transport de electroni care au servit la fotosinteză au fost modificate și au început să servească pentru respirația aerobă. Scopul inițial, aparent, nu a fost obținerea de energie, ci doar neutralizarea oxigenului.

În curând, locuitorii celui de-al doilea strat al comunității - bacteriile violete - au trebuit să dezvolte sisteme de apărare similare. La fel ca cianobacteriile, au dezvoltat sisteme de respirație aerobă bazate pe sisteme fotosintetice. Alfaproteobacteria violet a dezvoltat cel mai perfect lanț respirator, care funcționează acum în mitocondriile eucariotelor.

În al treilea strat al comunității, apariția oxigenului liber trebuie să fi provocat o criză. Metanogenii și mulți reducători de sulfati utilizează hidrogenul molecular cu ajutorul enzimelor hidrogenaze. Astfel de microbi nu pot trăi în condiții aerobe, deoarece oxigenul inhibă hidrogenazele. Multe bacterii care produc hidrogen, la rândul lor, nu cresc într-un mediu în care nu există microorganisme care să-l utilizeze. Dintre fermentatori, comunitatea a reținut aparent forme care emit compuși cu conținut scăzut de organice (piruvat, lactat, acetat etc.) ca produse finite. Aceste fermentatoare și-au dezvoltat propriile mijloace de protecție împotriva oxigenului, mai puțin eficiente. Printre supraviețuitori s-au numărat arheile - strămoșii nucleului și citoplasmei.

Poate că, în acest moment de criză, a avut loc un eveniment cheie - slăbirea izolării genetice la strămoșii eucariotelor și începutul împrumutării active a genelor străine. Proto-eucariotele au încorporat genele diferitelor fermentatoare până au devenit ei înșiși fermentatoare microaerofile, fermentând carbohidrații în piruvat și acid lactic.

Locuitorii celui de-al treilea strat - strămoșii eucariotelor - erau acum în contact direct cu noii locuitori ai celui de-al doilea strat - alfaproteobacteria aerobă, care învățase să folosească oxigenul pentru energie. Metabolismul proto-eucariotelor și al alfaproteobacteriilor a devenit complementar, ceea ce a creat premisele pentru simbioză. Și chiar localizarea alfaproteobacteriilor în comunitate (între stratul superior, care eliberează oxigen și stratul inferior) a predeterminat rolul lor de „apărători” ai strămoșilor eucarioți de excesul de oxigen.

Este probabil ca proto-eucariotele să fi ingerat și dobândit multe bacterii diferite ca endosimbioți. Experimentarea de acest fel este încă în desfășurare la eucariotele unicelulare, care au o mare varietate de simbioți intracelulari. Dintre aceste experimente, alianța cu alfaproteobacterii aerobe s-a dovedit a fi cea mai de succes.