Почему у прокариот отсутствует разделение на органеллы, и как это ограничивает или предоставляет преимущества для их метаболизма по сравнению с эукариотами
Почему у прокариот отсутствует разделение на органеллы, и как это ограничивает или предоставляет преимущества для их метаболизма по сравнению с эукариотами
Похожие вопросы
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Почему нет органелл
- Биофизический: у маленьких клеток диффузия эффективна на типичных расстояниях, поэтому сложная внутренняя упаковка не нужна. Для оценки: время диффузии примерно t∼L22D\displaystyle t\sim\frac{L^2}{2D}t∼2DL2 . Для L=1 μm=10−6 mL=1\ \mu\text{m}=10^{-6}\ \text{m}L=1 μm=10−6 m и D∼10−12 m2/sD\sim10^{-12}\ \text{m}^2/\text{s}D∼10−12 m2/s получается t∼(10−6)22⋅10−12≈0.5 s\displaystyle t\sim\frac{(10^{-6})^2}{2\cdot10^{-12}}\approx0.5\ \text{s}t∼2⋅10−12(10−6)2 ≈0.5 s, тогда как для L=10 μmL=10\ \mu\text{m}L=10 μm ttt уже ∼50 s\sim50\ \text{s}∼50 s.
- Энергетико-генетический: синтез и поддержание мембранных компартментов дорог по ресурсам и требует дополнительных генов; у прокариот экономичнее оставаться простыми.
- Эволюционный: прокариоты развились к быстрому размножению и адаптивности без разделения на органеллы.
Ограничения для метаболизма (по сравнению с эукариотами)
- Нет крупной внутренней мембранной площади для процессов, требующих больших площадей (напр., ОФФ — окислительное фосфорилирование в митохондриях), что ограничивает максимальную энерговыработку на объём.
- Сложные или несовместимые по условиям реакции труднее изолировать (например, реакции, дающие токсичные промежуточные продукты).
- Меньше возможностей по строгой субклеточной регуляции и накоплению субстратов в отдельных отсеках.
Преимущества для метаболизма
- Быстрые отклики и высокая пластичность метаболизма: транскрипция, трансляция и ферментативные реакции тесно связаны в пространстве.
- Низкие энергетические и материальные затраты на поддержание структуры; эффективный рост при ограниченных ресурсах.
- Высокое отношение площади поверхности к объёму (S/V∝1/R\text{S/V}\propto 1/RS/V∝1/R) у мелких клеток облегчает обмен веществ через мембрану.
- Альтернативные решения: прокариоты используют плазматическую мембрану для дыхания/фотосинтеза и белковые микрокомпартменты (напр., карбоксизомы, метаболосомы) для локализации несочетаемых реакций без мембран.
Короткое резюме
Отсутствие органелл у прокариот — следствие малых размеров и экономии ресурсов; это ограничивает возможности по изоляции и максимальной энерговыработке, но даёт преимущества в простоте, скорости реакций и эффективности использования поверхности клетки.