Розміри . Прокаріоти - це маленькі клітинні організми. За розміром прокаріо- етичні клітини, як правило, в 10 разів менше, ніж клітини еукаріот. Середні розміри цих істот складають від 0,1 до 10 мкм. Однак серед мікроорганізмів є свої бактерії "гіганти", наприклад, спірохети можуть мати довжину 500 мкм і бути видимими неозброєним оком. Найменшими свободноживущими бактеріями є мікоплазми (тільки 0,12-0,15 мкм), які приблизно рівні за розміром до найбільшим вірусів. Дрібний розмір важливий для прокаріотів, так як прискорює транспортування поживних речовин і виділення продуктів обміну через поверхню клітини.
Форма. Прокаріоти відрізняються простотою форми і всю їх різноманітність за цією ознакою можна звести до декількох груп: кулясті, паличкоподібні, звивисті і нитчасті. Кулясті прокаріоти - коки - бувають сферичні, елліпсовідниє, бобоподібні і ланцетоподібні. За характером поділу, розміщенням і властивостями клітин діляться на мікрококи (поодинокі клітини), диплококки (пара клітин), стрептококи (ланцюжки клітин), Тетракок (чотири клітини), сарціни (пакети по 8-16 і більше клітин), стафілококи (скупчення клітин у вигляді виноградного грона). Паличкоподібні прокаріоти прийнято ділити на бацили (паличкоподібні з ендоспори в центрі клітини) і клостридії (паличкоподібні з ендоспори на кінці клітини). До звивистих прокаріотів належать вібріони (у вигляді коми), спірили (у вигляді спіралі в 2-3 обороту) і спірохети (у вигляді спіралі більше ніж в 3 обороту). Нитчастими є прокаріоти у вигляді ниток з багатьох клітин, з'єднаних за допомогою слизу, чохлів, плазмодесмам тощо. Вони можуть плавати у воді або бути прикріпленими до субстрату. Вся ця різноманітність форм бактерій визначається структурою їх клітинної стінки і цитоскелету. Ці форми важливі для функціонування бактерій, оскільки вони можуть впливати на здатність бактерій отримувати поживні речовини, прикріплятися до поверхонь, рухатися і рятуватися від хижаків. Отже, переважна більшість прокариот є мікроскопічними і в порівнянні з різноманітністю форм, існує в світі макроорганизмов, морфологічні типи прокаріотів досить обмежені.
Основні форми бактерій: А - монококи; Б - дипломи і Тетракок; В - сарціни; Г - стрептококи; Д - стафілококи; Е, Е - паличкоподібні бактерії; Ж - вібріони; З - спірили; І - спірохети
бактерії містять дуже тонкий шар муреин, що відповідає за нездатність клітинних стінок містити барвник. На додаток до шару муреин, грам-негативні бактерії мають другу, так звану зовнішню мембрану, що знаходиться зовні від клітинної стінки. Серед прокаріотів виявлено і такі види, клітинна стінка яких відрізняється від грам позитивних та грам типів. Наприклад, оболонка архей може складатися тільки з білка, або з особливих пептідогліканов, або кислого Гетерополісахариди. У багатьох прокаріотів клітинна оболонка зовні оточена шаром слизової речовини, що отримав назву капсули. Вона захищає клітини від висихання, механічних пошкоджень, перешкоджає проникненню вірусів, забезпечує зв'язок між сусідніми клітинами в колоніях і т. До структурам поверхневого апарату клітини прокаріотів належать ворсинки і джгутики. Ворсинки - це невеликі порожні вирости клітини, які забезпечують її прикріплення до різних організмів і субстрату. їх ще називають пили, або фимбрии. На поверхні тіла багатьох прокаріотів є спеціальні вирости, звані джгутиками. Це органели руху в рідкому середовищі. Число джгутиків, розміри і розміщення їх для певних видів прокаріот є постійними ознаками і тому мають важливе таксономическое значення.
Обов'язковим компонентом поверхневого апарату клітини прокаріотів є цитоплазматична мембрана. За хімічним складом мембрана є білково-ліпідної. У мембранах багатьох прокаріотів виявлено специфічні жирні кислоти, яких немає в мембранах еукаріот. Цитоплазматична мембрана є основним бар'єром на кордоні з зовнішнім середовищем, вона здійснює транспортну, рецепторну і інші функції. У прокаріотів, джерелом енергії для яких процеси дихання або фотосинтезу, всередині клітини формуються внутрішньоклітинні випинання мембрани з упорядкованим розташуванням ферментів і фотосинтезуючих пігментів.
Вони отримали назву мезосом то фотосинтетических мембран.
У цитоплазмі прокаріотів клітин є такі структурні елементи, як рибосоми, цитоскелет, магнетосомамі, плазміди, включення та інші. Рибосоми - це немебранні органели, які є місцем синтезу білків в клітині.
Цитоскелет виконує багато функцій, в основному відповідаючи за форму клітини і за внутрішньоклітинний транспортування. Одним з основних відмінностей клітини бактерій від клітини еукаріот є відсутність ядерної мембрани. Тому ядерний апарат, який прийнято називати нуклеоїдом, міститься в цитоплазмі і складається з кільцеподібної молекули ДНК. Нуклеоїдом у прокаріотів ще називають бактеріальної хромосомою і з нею пов'язані збереження, передачі і реалізація їх спадкової інформації. У клітинах багатьох прокаріотів поруч
Схематична будова узагальненої клітини прокаріотів: 1 - клітинна стінка; 2 - цитоплазматична мембрана; 3 - слизова капсула; 4 - фимбрии; 5 - цитоплазма; 6 - нуклеоїд; 7 - включення; 8 - цитоскелет; 9 - джгутик; 10 - плазміди; 11 - ендоспори; 12 - рибосоми; 13 - фотосинтетичне мембрани; 14 - газові вакуолі; 15 - Мезосома.
з цієї хромосомою містяться і позахромосомних кільцеві молекули ДНК, що одержали назву плазмід. Вони обумовлюють деякі спадкові властивості бактерій, наприклад, здатність до кон'югації, стійкість до антибіотиків тощо. У цитоплазмі прокаріотів різних видів містяться також включення, які функціонують як структури. До них відносяться хлоросоми з бактеріохлорофіл в зелених бактерій, фікобілісоми з пігментами в ціанобактерій, магнітосоми в магнетотаксічніх бактерій для орієнтування уздовж ліній магнітного поля Землі, газові вакуолі (аеросоми) для плавучості в багатьох плаваючих прокаріотів і ін. До включень, які виконують роль запасних речовин , відносяться глікоген, крохмаль, гранулези, волютин, жири та ін.
Життєдіяльність. Прокаріотичні мікроорганізми за структурою і функціями є складними саморегулівними системами. В процесі життя мікроорганізми, в залежності від тих субстратів, в які вони потрапляють, виробляють адаптивні ферменти. Завдяки цьому вони можуть швидко пристосовуватися до різних умов. Основні процеси обміну речовин у бактерій (харчування, дихання і виділення) мають спрощений характер, надходження поживних речовин, а також видалення продуктів життєдіяльності, здійснюється просто через клітинну оболонку.
Живлення. Для прокаріотів характерно надзвичайна різноманітність в типах і способах харчування. За сучасною класифікацією типи харчування прокаріотів розрізняють в залежності від джерела вуглецю і енергії. За джерела вуглецю все мікроорганізми можна розділити на дві групи: автотрофи і гетеротрофи. Багато мікроорганізмів є міксотрофів, тобто вони здатні переходити від одного типу харчування до іншого. Переважна більшість прокариот є гетеротрофами, які можуть добувати органічні сполуки з відмерлих залишків (сапротрофи), живих організмів (паразітотрофи) і отримують завдяки співіснуванню (сімбіотрофи). За способом використання різних джерел енергії серед мікробів виділяються наступні групи: а) фототрофи, які використовують сонячне світло як джерело енергії; б) хемотрофи, джерелом енергії для яких є різні неорганічні і органічні сполуки.
Типи харчування прокаріотів
Атотрофи (для синтезу власних органічних сполук використовують Карбон СО 2)
Салротрофні, паразітотрофні, сімбіотрофні бактерії
Принциповою відмінністю між фотосинтезом зелених рослин і бактеріальних фотосинтезом, який спостерігається в зелених і пурпурних серобактерий, є те, що останній відбувається за участю бактеріохлорофіл в анаеробних умовах, кисень не виділяється, як джерело водню ці бактерії використовують не воду, а сірководень або інші сполуки. кисневий фотосинтез з виділенням кисню здійснюється ціанобактеріями, які для цього повинні хлорофіли і фікобіліни. У прокаріотів може бути і третій тип фотосинтезу, який виявлений в екстремальних галофільних архей. Це безхлорофільні фотосинтез, здійснюваний за участю бактеріородопсин.
Дихання. Одночасно з процесами харчування у прокаріотів відбуваються процеси дихання, суть яких полягає в окисленні складних органічних сполук до простих з одночасним виділенням енергії. За типом дихання прокаріоти поділяються на аеробних і анаеробних. Аероби - це організми, які для дихання використовують молекулярний кисень атмосфери, а організми, які можуть жити без доступу атмосферного кисню, є анаеробами. Більшість прокаріотів є аеробами, але є і численна група, яка отримує енергію, необхідну для життя, завдяки процесам бродіння. За хімічною природою продуктів бродіння поділяють на молочнокисле (молочнокислі бактерії пологів Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium), маслянокислое (бактерії роду Clostridium), пропіоновокисле (рід Propionibacterium), уксуснокислое (оцтовокислі бактерії роду Acetobacter), метанове (метанові бактерії роду Desulfovibrio, Methanobacterium) і ін.
Рух. Існують два типи рухомих прокаріотів: плазують і плаваючі. Багато бактерій (спірили, холерний вібріон) здатні до самостійного пересування з допомогою органел руху, якими є джгутики простого будови. Кількість джгутиків буває різна (від одного до багатьох). Такі прокаріоти будуть плаваючими. Деякі планктонні бактерії містять газові вакуолі - немембранні органели, що містять деяку кількість газу. За рахунок регулювання їх відносного обсягу водні бактерії можуть виконувати вертикальні міграції. Повзають прокаріоти (ціанобактерії, сіркобактерії) можуть пересуватися по твердому субстрату за допомогою білкових фібрил, які містяться в клітинній оболонці. Всі механізми пересування на поверхнях називаються разом бактеріальним ковзанням. Вони включають використання ворсинок і інші, ще невідомі механізми. Рухливі бактерії можуть пріваблюватіся або відштовхуватися певними стимулами; така поведінка називається таксисом - наприклад, хемотаксис, фототаксис, механотаксіс, магнетотаксіс і ін.
Розмноження. Найчастіше прокаріоти розмножуються безстатевим поділом клітини навпіл (бінарний поділ): за допомогою перегородки і перешнуровуванням. У деяких одноклітинних ціанобактерій виявлено множинний поділ з утворенням великої кількості дрібних клітин, фрагментацію за рахунок особливих клітин - гетероцист. Деякі бактерії, хоча теж розмножуються безстатевим, формують більш складні відтворюють структури, що полегшують поширення нових дочірніх клітин. Наприклад, утворення плодових тіл миксобактерии, створення повітряних гіф представниками роду Streptomyces і брунькування. Брунькування означає формування виступу, яке пізніше відділяється, формуючи окрему клітку. Прокаріоти властивий високий темп розмноження. При сприятливих умовах час генерації (час, протягом якого відбувається поділ клітин) для багатьох видів коливається в межах від 15 до 30 хв.
Спороутворення. Бактеріальні спори - це клітини зі зниженим метаболізмом, оточені багатошаровою оболонкою, стійкі до впливів, що викликають загибель звичайних клітин. Спорообразованія служить як для переживання несприятливих умов, так і для розселення бактерій. Потрапивши у відповідне середовище, спора проростає, перетворюючись в вегетативну (що ділиться) клітку. У більшості випадків спорообразованія у прокаріотів викликається браком поживних речовин, накопиченням в середовищі шкідливих продуктів обміну, несприятливою температурою, зміною pH тощо. У представників багатьох паличковидних бактерій (бацили, клостридії) всередині клітин утворюються округлі або еліптичні ендоспори. Вони мають центральну частину з ДНК, припинила життєдіяльність і не ділиться, цитоплазму з певними органеллами, і дуже щільну багатошарову оболонку. Ендоспори не виявляють ніякого метаболізму і можуть витримувати високі рівні ультрафіолетового випромінювання, гамма-випромінювання, дезінфікуючих засобів, нагрівання, тиску і висушування. В такому неактивному стані прокаріоти в деяких випадках можуть залишатися життєздатними протягом мільйонів років і виживати навіть в космічному просторі.
Ендоспори можуть викликати захворювання, наприклад, сибірську виразку може викликати вдихання ендоспор Bacillus anthracis. У кожній клітині може утворюватися тільки одна така спору, а тому спороутворення розглядається не як спосіб розмноження, а як захисне пристосування до виживання в несприятливих умовах середовища. Спори різних видів розрізняються за формою, розмірами, характером поверхні, розташуванням в клітці. Крім ендоспор, прокаріоти мають властивість утворювати інші форми клітинних структур. Екзоспори можуть утворювати актиноміцети, цисти утворюють миксобактерии, спірохети та ін. Вони стійкі до висушування і інших шкідливих речовин, але в меншій мірі, ніж ендоспори.
Обмін спадковою інформацією. Деяким бактеріям властиві статеві процеси, за яких не мейозу і не утворюються гамети, немає злиття клітин з утворенням диплоїдної зиготи, але відбувається видозміна спадкової інформації. Це процес генетичної рекомбінації, суть якого полягає в тому, що з клітки-донора в клітку-реципієнта переноситься частина генетичного матеріалу. Відомо три типи таких процесів:
# 9632; кон'югація (видозміна спадкової інформації за рахунок перенесення невеликих ділянок ДНК через цитоплазматичні містки)
# 9632; трансдукция (видозміна спадкової інформації за рахунок активного перенесення вірусами невеликих ділянок ДНК);
# 9632; трансформація (видозміна спадкової інформації за рахунок активного поглинання клітиною невеликих ділянок ДНК).
Отже, спрощені процеси обміну речовин, різні типи і способи харчування, швидке розмноження і зростання, здатність утворювати спори і генетична рекомбінація обумовлюють збереження і існування прокаріотів в природі.