Растений и грибов состоят из трех основных частей: плазматической мембраны, ядра и цитоплазмы. Бактерии отличаются от них тем, что не обладают ядром, однако они также имеют мембрану и цитоплазму.
Как устроена цитоплазма?
Это внутренняя часть клетки, в которой можно выделить гиалоплазму (жидкую среду), включения и Включения — это непостоянные образования в клетке, которые в основном представляют собой капли или кристаллы запасных питательных веществ. Органоиды — это постоянные структуры. Как в организме главными функциональными единицами являются органы, так в клетке все основные функции выполняют органеллы.
Мембранные и немембранные органоиды клетки
Первые делятся на одномембранные и двумембранные. Последних только два - это митохондрии и хлоропласты. К одномембранным относятся лизосомы, комплекс Гольджи, ретикулум), вакуоли. О немембранных органоидах мы поговорим подробнее в этой статье.
Органоиды клетки немембранного строения
К ним относятся рибосомы, клеточный центр, а также цитоскелет, сформированный микротрубочками и микрофиламентами. Также к данной группе можно причислить органоиды движения, которыми обладают одноклеточные организмы, а также мужские половые клетки животных. Давайте рассмотрим по порядку немембранные органоиды клетки, их строение и функции.
Что такое рибосомы?
Это клетки, которые состоят из рибонуклеопротеинов. В их строение входит две части (субъединицы). Одна из них малая, одна - большая. В спокойном состоянии они находятся раздельно. Соединяются они тогда, когда рибосома начинает функционировать.
Отвечают эти немембранные органоиды клетки за синтез белков. А именно за процесс трансляции - соединение аминокислот в полипептидную цепочку в определенном порядке, информация о котором скопирована с ДНК и записана на иРНК.
Размер рибосом составляет двадцать нанометров. Количество этих органоидов в клетке может достигать до нескольких десятков тысяч штук.
У эукариот рибосомы находятся как в гиалоплазме, так и на поверхности шероховатого эндоплазматического ретикулума. Также они присутствуют внутри двумембранных органоидов: митохондрий и хлоропластов.
Клеточный центр
Этот органоид состоит из центросомы, которая окружена центросферой. Центросома представлена двумя центриолями - пустыми внутри цилиндрами, состоящими из микротрубочек. Центросфера состоит из отходящих от клеточного центра радиально микротрубочек. Также в ее состав входят промежуточные филаменты и микрофибриллы.
Клеточный центр выполняет такие функции как образование веретена деления. Также он является центром организации микротрубочек.
Что касается химического строения данного органоида, то основным веществом является белок тубулин.
Этот органоид находится в геометрическом центре клетки, поэтому он и имеет такое название.
Микрофиламенты и микротрубочки
Первые представляют собой нити из белка актина. Их диаметр составляет 6 нанометров.
Диаметр микротрубочек составляет 24 нанометра. Их стенки построены из белка тубулина.
Эти немембранные органоиды клетки образуют цитоскелет, который помогает поддерживать постоянную форму.
Еще одна функция микротрубочек - транспортная, по ним могут перемещаться органоиды и вещества в клетке.
Органоиды передвижения
Они бывают двух видов: реснички и жгутики.
Первыми обладают такие одноклеточные организмы, как инфузории-туфельки.
Жгутики есть у хламидомонад, а также у сперматозоидов животных.
Органоиды передвижения состоят из сократительных белков.
Заключение
В качестве вывода приводим обобщенную информацию.
| Органоид | Расположение в клетке | Строение | Функции |
| Рибосомы | Свободно плавают в гиалоплазме, а также находятся на внешней стороне стенок шероховатого эндоплазматического ретикулума | Состоят из малой и большой частей. Химический состав - рибонуклеопротеины. | Синтез белка |
| Клеточный центр | Геометрический центр клетки | Два центриоли (цилиндры из микротрубочек) и центросфера - радиально отходящие микротрубочки. | Формирование веретена деления, организация микротрубочек |
| Микрофиламенты | В цитоплазме клетки | Тонкие нити из сократительного белка актина | Создание опоры, иногда - обеспечение движения (например, у амеб) |
| Микротрубочки | В цитоплазме | Полые трубки из тубулина | Создание опоры, транспорт элементов клетки |
| Реснички и жгутики | С внешней стороны плазматической мембраны | Состоят из белков | Передвижение одноклеточного организма в пространстве |
Вот мы и рассмотрели все немембранные органоиды растений, животных, грибов и бактерий, их строение и функции.
Органоиды - постоянно присутствующие в цитоплазме, специализированные для выполнения определенных функций структуры. По принципу организации выделяют мембранные и немембранные органоиды клетки.
Мембранные органоиды клетки
1. Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - система внутренних мембран цитоплазмы, образующих крупные полости - цистерны и многочисленные канальцы; занимает центральное положение в клетке, вокруг ядра. ЭПС составляет до 50% объема цитоплазмы. Каналы ЭПС связывают все органоиды цитоплазмы и открываются в перинуклеарное пространство ядерной оболочки. Таким образом, ЭПС представляет собой внутриклеточную циркуляционную систему. Различают два вида мембран эндоплазматической сети - гладкую и шероховатую (гранулярную). Однако необходимо понимать, что они являются частью одной непрерывной эндоплазматической сети. На гранулярных мембранах расположены рибосомы, здесь идет синтез белка. На гладких мембранах упорядоченно расположены ферментные системы, участвующие в синтезе жиров и углеводов.
2. Аппарат Гольджи представляет собой систему цистерн, канальцев и пузырьков, образованных гладкими мембранами. Эта структура расположена на периферии клетки по отношению к ЭПС. На мембранах аппарата Гольджи упорядоченно расположены ферментные системы, участвующие в образовании более сложных органических соединений из белков, жиров и углеводов, синтезированных в ЭПС. Здесь происходит сборка мембран, образование лизосом. Мембраны аппарата Гольджи обеспечивают накопление, концентрацию и упаковку секрета, выделяемого из клетки.
3. Лизосомы - мембранные органоиды, содержащие до 40 протеолитических ферментов, способных расщеплять органические молекулы. Лизосомы участвуют в процессах внутриклеточного пищеварения и апоптоза (запрограммированной гибели клетки).
4. Митохондрии - энергетические станции клетки. Двухмембранные органоиды, имеющие гладкую наружную и внутреннюю мембрану, образующую кристы - гребни. На внутренней поверхности внутренней мембраны упорядоченно расположены ферментные системы, участвующие в синтезе АТФ. В митохондриях находится кольцевая молекула ДНК, сходная по строению с хромосомой прокариот. Имеется много мелких рибосом, на которых идет частично независимый от ядра синтез белков. Однако генов, заключенных в кольцевидной молекуле ДНК, недостаточно для обеспечения всех аспектов жизнедеятельности митохондрий, и они являются полуавтономными структурами цитоплазмы. Увеличение их числа происходит за счет деления, чему предшествует удвоение кольцевой молекулы ДНК.
5. Пластиды, - органоиды, характерные для растительных клеток. Существуют лейкопласты - бесцветные пластиды, хромопласты, имеющие красно-оранжевую окраску, и хлоропласты. - зеленые пластиды. Все они обладают единым планом строения и образованы двумя мембранами: наружной (гладкой) и внутренней, образующей перегородки - тилакоиды стромы. На тилакоидах стромы расположены граны, состоящие из уплощенных мембранных пузырьков - тилакоидов граны, уложенных один на другой по типу монетных столбиков. Внутри тилакоидов граны находится хлорофилл. Световая фаза фотосинтеза проходит именно здесь - в гранах, а реакции темновой фазы - в строме. В пластидах имеется кольцевидная молекула ДНК, сходная по строению с хромосомой прокариот, и много мелких рибосом, на которых идет частично независимый от ядра синтез белков. Пластиды могут переходить из одного вида в другой (хлоропласты в хромопласты и лейкопласты), они являются полуавтономными органоидами клетки. Увеличение числа пластид идет за счет их деления надвое и почкования, которым предшествует редупликация кольцевой молекулы ДНК.
Немембранные органоиды клетки
1. Рибосомы - округлые образования из двух субъединиц, состоящие на 50% из РНК и 50% из белков. Субъединицы образуются в ядре, в ядрышке, а в цитоплазме в присутствии ионов Са 2+ объединяются в целостные структуры. В цитоплазме рибосомы расположены на мембранах эндоплазматической сети (гранулярная ЭПС) или свободно. В активном центре рибосом происходит процесс трансляции (подбор антикодонов тРНК к кодонам иРНК). Рибосомы, перемещаясь по молекуле иРНК с одного конца на другой, последовательно делают доступными кодоны иРНК для контакта с антикодонами тРНК.
2. Центриоли (клеточный центр) представляют собой цилиндрические тельца, стенкой которых являются 9 триад белковых микротрубочек. В клеточном центре центриоли расположены под прямым углом друг к другу. Они способны к самовоспроизведению по принципу самосборки. Самосборка - образование при помощи ферментов структур, подобных существующим. Центриоли принимают участие в образовании нитей веретена деления. Обеспечивают процесс расхождения хромосом во время деления клеток.
3. Жгутики и реснички - органоиды движения; они имеют единый план строения - наружная часть жгутика обращена в окружающую среду и покрыта участком цитоплазматической мембраны. Они представляют собой цилиндр: его стенкой являются 9 пар белковых микротрубочек, а в центре расположены две осевые микротрубочки. В основании жгутика, расположенного в эктоплазме - цитоплазме, лежащей непосредственно под клеточной мембраной, к каждой паре микротрубочек добавляется еще одна короткая микротрубочка. В результате образуется базальное тельце, состоящее из девяти триад микротрубочек.
4. Цитоскелет представлен системой белковых волокон и микротрубочек. Обеспечивает поддержание и изменение формы тела клетки, образование псевдоподий. Отвечает за амебоидное движение, образует внутренний каркас клетки, обеспечивает передвижение клеточных структур по цитоплазме.
2.3. Рассмотрим подробнее работу белка переносчика, обеспечивающего пассивный транспорт веществ через клеточную мембрану. Процесс, с помощью которого белки-переносчики связывают и транспортируют растворенные молекулы, напоминает ферментативную реакцию. В белках-переносчиках всех типов имеются участки связывания для транспортируемой молекулы. Когда белок насыщен, скорость транспортировки максимальна. Связывание может быть блокируемо как конкурентными ингибиторами, (конкурирующими за тот же участок связывания), так и не конкурентными ингибиторами, связывающимися в другом месте и влияющими на структуру переносчика. Молекулярный механизм работы белков переносчиков пока не известен. Предполагается, что они переносят молекулы, претерпевая обратимые конформационные изменения, которые позволяют их участкам связывания располагаться попеременно то на одной, то на другой стороне мембраны. На данной схеме представлена модель, показывающая, как конформационные изменения в белке могли бы обеспечить облегченную диффузию растворенного вещества. Белок переносчик может состоять в двух конформационных состояниях "пинг" и "понг". Переход между ними осуществляется случайным образом и полностью обратим. Однако, вероятность связывания молекулы транспортируемого вещества с белком гораздо выше в состоянии "пинг". Поэтому молекул, перемещенных в клетку, будет гораздо больше чем тех, которые ее покинут. Происходит транспорт вещества по электрохимическому градиенту.
Некоторые транспортные белки просто переносят какое-либо растворенное вещество с одной стороны мембраны на другую. Такой перенос называется унипортом. Другие белки являются контранспортными системами. В них устанавливаются следующие закономерности:
а) перенос одного вещества зависит от одновременного (последовательного) переноса другого вещества в том же направлении (симпорт).
б) перенос одного вещества зависит от одновременного (последовательного) переноса другого вещества в противоположном направлении (антипорт).
Например, большинство животных клеток поглощает глюкозу из внеклеточной жидкости, где ее концентрация высока путем пассивного транспорта осуществляемого белком, который работает как унипорт. В то же время, клетки кишечника и почек поглощают ее из люменального пространства кишечника и из почечных канальцев, где ее концентрация очень мала, с помощью симпорта глюкозы и ионов Na.
Разновидностью облегченной диффузии является транспорт с помощью неподвижных молекул переносчиков, фиксированных определенным образом поперек мембраны. При этом молекула переносимого вещества передается от одной молекулы переносчика к другой, как по эстафете.
Примером белков-переносчиков может служить валиномицин – переносчик ионов калия. Молекула валиномицина имеет форму манжетки, устланной внутри полярными группами, а снаружи – неполярными.
В силу особенности своего химического строения валиномицин способен образовывать комплекс с ионами калия, попадающими внутрь молекулы – манжетки, и с другой стороны, валиномицин растворим в липидной фазе мембраны, так как снаружи его молекула неполярна. Молекулы валиномицина, оказавшиеся у поверхности мембраны, могут захватывать из окружающего раствора ионы калия. Диффундируя в мембране, молекулы переносят калий через мембрану, и некоторые из них отдают ионы в раствор по другую сторону мембраны. Таким образом и происходит перенос иона калия через мембрану валиномицином.
Отличия облегченной диффузии от простой:
1) перенос вещества с участием переносчика происходит значительно быстрее;
2) облегченная диффузия обладает свойством насыщения: при увеличении концентрации с одной стороны мембраны плотность потока вещества возрастает лишь до некоторого предела, когда все молекулы переносчика уже заняты;
3) при облегченной диффузии наблюдается конкуренция переносимы веществ в тех случаях, когда переносчиком переносятся разные вещества; при этом одни вещества переносятся лучше, чем другие, и добавление одних веществ затрудняет транспорт других; так из сахаров глюкоза переносится лучше, чем фруктоза, фруктоза лучше, чем ксилоза, а ксилоза лучше, чем арабиноза и. т. д.;
4) есть вещества, блокирующие облегченную диффузию – они образуют прочный комплекс с молекулами переносчика, например, флоридзин подавляет транспорт сахаров через биологическую мембрану.
2.4. Фильтрацией называется движение раствора через поры в мембране под действием градиента давления. Она играет важную роль в процессах переноса воды через стенки кровеносных сосудов.
Итак, мы рассмотрели основные виды пассивного транспорта молекул через биологические мембраны.
2.5. Часто бывает необходимым обеспечить перенос через мембрану молекул против их электрохимического градиента. Такой процесс называется активным транспортом и осуществляется белками-переносчиками, деятельность которых требует затрат энергии. Если связать белок-переносчик с источником энергии, можно получить механизм, обеспечивающий активный транспорт веществ через мембрану. Одним из главных источников энергии в клетке является гидролиз АТФ до АДФ и фосфата. На этом явлении основан важный для жизнедеятельности клетки механизм (Na + K)-насос. Он служит прекрасным
примером активного транспорта ионов. Концентрация K внутри клетки в 10-20 раз выше, чем снаружи. Для Na картина противоположная. Такую разницу конценраций обеспечивает работа (Na + K)-насоса, который активно перекачивает Na из клетки, а K в клетку. Известно, что на работу (Na + K)-насоса тратится почти треть всей энергии необходимой для жизнедеятельности клетки. Вышеуказанная разность концентраций поддерживается со следующими целями:
1) Регулировка объема клеток за счет осмотических эффектов.
2) Вторичный транспорт веществ (будет рассмотрен ниже).
Опытным путем было установлено, что:
а) Транспорт ионов Na и K тесно связан с гидролизом АТФ и не может осуществляться без него.
б) Na и АТФ должны находиться внутри клетки, а K снаружи.
в) Вещество уабаин ингибирует АТФазу только находясь вне клетки, где он конкурирует за участок связывания с K. (Na + K)-АТФаза активно транспортирует Na наружу а K внутрь клетки. При гидролизе одной молекулы АТФ три иона Na выкачиваются из клетки а два иона K попадают в нее.
1) Na связывается с белком.
2) Фосфорилирование АТФазы индуцирует конформационные изменения в белке, в результате чего:
3) Na переносится на внешнюю сторону мембраны и высвобождается.
4) Связывание K на внешней поверхности.
5) Дефосфорилирование.
6) Высвобождение K и возврат белка в первоначальное состояние.
По всей вероятности в (Na + K)-насосе есть три участка связывания Na и два участка связывания K. (Na + K)-насос можно заставить работать в противоположном направлении и синтезировать АТФ. Если увеличить концентрации ионов с соответствующих сторон от мембраны, они будут проходить через нее в соответствии со своими электрохимическими градиентами, а АТФ будет синтезироваться из ортофосфата и АДФ с помощью (Na + K)-АТФазы.
2.6. Если бы у клетки не существовало систем регуляции осмотического давления, то концентрация растворенных веществ внутри нее оказалась бы больше их внешних концентраций. Тогда концентрация воды в клетке была бы меньшей, чем ее концентрация снаружи. Вследствие этого, происходил бы постоянный приток воды в клетку и ее разрыв. К счастью, животные клетки и бактерии контролируют осмотическое давление в своих клетках с помощью активного выкачивания неорганических ионов таких как Na. Поэтому их общая концентрация внутри клетки ниже чем снаружи. Клетки растений имеют жесткие стенки, которые предохраняют их от набухания. Многие простейшие избегают разрыва от поступающей внутрь клетки воды с помощью специальных механизмов, которые регулярно выбрасывают поступающую воду.
2.7. Другим важным видом активного транспорта является активный транспорт с помощью ионных градиентов. Такой тип проникновения через мембрану осуществляют некоторые транспортные белки, работающие по принципу симпорта или антипорта с какими-нибудь ионами, электрохимический градиент которых достаточно высок. В животных клетках контранспортируемым ионом обычно является Na. Его электрохимический градиент обеспечивает энергией активный транспорт других молекул. Для примера рассмотрим работу насоса, который перекачивает глюкозу. Насос случайным образом осциллирует между состояниями "пинг" и "понг". Na связывается с белком в обоих его состояниях и при этом увеличивает сродство последнего к глюкозе. Вне клетки присоединение Na, а значит и глюкозы, происходит чаще чем внутри. Поэтому глюкоза перекачивается в клетку. Итак, наряду с пассивным транспортом ионов Na происходит симпорт глюкозы. Строго говоря, необходимая энергия для работы этого механизма запасается в ходе работы
(Na + K)-насоса в виде электрохимического потенциала ионов Na. У бактерий и растений большинство систем активного транспорта такого вида используют в качестве контранспортируемого иона ион H. К примеру, транспорт большей части сахаров и аминокислот в бактериальные клетки обусловлен градиентом H.
Органоиды - постоянные, обязательно присутствующие, компоненты клетки, выполняющие специфические функции.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - одномембранный органоид. Представляет собой систему мембран, формирующих «цистерны» и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство - полости ЭПС. Мембраны с одной стороны связаны с цитоплазматической мембраной, с другой - с наружной ядерной мембраной. Различают два вида ЭПС: 1) шероховатая (гранулярная), содержащая на своей поверхности рибосомы, и 2) гладкая (агранулярная), мембраны которой рибосом не несут.
Функции: 1) транспорт веществ из одной части клетки в другую,
2) разделение цитоплазмы клетки на («отсеки»,
3) синтез углеводов и липидов (гладкая ЭПС),
4) синтез белка (шероховатая ЭПС),
Аппарат Гольджи , - одномембранный органоид. Представляет собой стопки уплощенных «цистерн» с расширенными краями. С ними связана система мелких одномембранных пузырьков.
Функции аппарата Гольджи: 1) накопление белков, липидов, углеводов, 2) «упаковка» в мембранные пузырьки белков, липидов, углеводов, 4) синтез углеводов и липидов, 6) место образования лизосом.
Лизосомы - одномембранные органоиды. Представляют собой мелкие пузырьки (диаметр от 0,2 до 0,8 мкм), содержащие набор гидролитических ферментов. Ферменты синтезируются на шероховатой ЭПС, перемещаются в аппарат Гольджи, где происходит их модификация и упаковка в мембранные пузырьки, которые после отделения от аппарата Гольджи становятся собственно лизосомами. Лизосома может содержать от 20 до 60 различных видов гидролитических ферментов
Функции лизосом: 1) внутриклеточное переваривание органических веществ, 2) уничтожение ненужных клеточных и неклеточных структур,
3) участие в процессах реорганизации клеток.
Вакуоли - одномембранные органоиды, представляют собой «емкости», заполненные водными растворами органических и неорганических веществ.. Молодые растительные клетки содержат много мелких вакуолей, которые затем по мере роста и дифференцировки клетки сливаются друг с другом и образуют одну большую центральную вакуоль . Центральная вакуоль может занимать до 95% объема зрелой клетки, ядро и органоиды оттесняются при этом к клеточной оболочке.. Жидкость, заполняющая растительную вакуоль, называется клеточным соком .
У одноклеточных животных есть еще сократительные вакуоли, выполняющие функцию осморегуляции и выделения.
Функции вакуоли: 1) накопление и хранение воды,
2) регуляция водно-солевого обмена,
3) поддержание тургорного давления,
4) накопление водорастворимых метаболитов, запасных питательных веществ,
5) см. функции лизосом.
Митохондрии
Строение митохондрии:
1 - наружная мембрана;
2 - внутренняя мембрана; 3 - матрикс; 4 - криста; 5 - мультиферментная система; 6 - кольцевая ДНК.
Форма, размеры и количество митохондрий чрезвычайно варьируют. По форме митохондрии могут быть палочковидными, округлыми, спиральными, чашевидными, разветвленными. Длина митохондрий колеблется в пределах от 1,5 до 10 мкм, диаметр - от 0,25 до 1,00 мкм. Количество митохондрий в клетке может достигать нескольких тысяч и зависит от метаболической активности клетки.
Митохондрия ограничена двумя мембранами. Наружная мембрана митохондрий гладкая, внутренняя образует многочисленные складки - кристы. .Кристы увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны, на которой размещаются мультиферментные системы (5), участвующие в процессах синтеза молекул АТФ. Внутреннее пространство митохондрий заполнено матриксом (3). В матриксе содержатся кольцевая ДНК (6), специфические иРНК, рибосомы.
Функции митохондрий: 1) синтез АТФ, 2) кислородное расщепление органических веществ.
Пластиды
Строение пластид: 1 - наружная мембрана; 2 - внутренняя мембрана; 3 - строма; 4 - тилакоид; 5 - грана; 6 - ламеллы; 7 - зерна крахмала; 8 - липидные капли.
Пластиды характерны только для растительных клеток. Различают три основных типа пластид :
лейкопласты - бесцветные пластиды в клетках неокрашенных частей растений,
хромопласты - окрашенные пластиды обычно желтого, красного и оранжевого цветов,
хлоропласты - зеленые пластиды.
Хлоропласты. В клетках высших растений хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы. Длина хлоропластов колеблется в пределах от 5 до 10 мкм, диаметр - от 2 до 4 мкм. Хлоропласты ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет сложную складчатую структуру. Наименьшая складка называется тилакоидом .. Группа тилакоидов, уложенных наподобие стопки монет, называется граной .
Внутреннее пространство хлоропластов заполнено стромой . В строме имеются кольцевая «голая» ДНК, рибосомы
Функция хлоропластов: фотосинтез.
Лейкопласты. Форма варьирует (шаровидные, округлые, чашевидные и др.). Лейкопласты ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует малочисленные тилакоиды. В строме имеются кольцевая «голая» ДНК, рибосомы. Пигменты отсутствуют. Особенно много лейкопластов имеют клетки подземных органов растения (корни, клубни, корневища и др.).
Функция лейкопластов: синтез, накопление и хранение запасных питательных веществ.
Хромопласты. Ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя или также гладкая, или образует единичные тилакоиды. В строме имеются кольцевая ДНК и пигменты, придающие хромопластам желтую, красную или оранжевую окраску. Хромопласты считаются конечной стадией развития пластид.
Функция хромопластов: окрашивание цветов и плодов и тем самым привлечение опылителей и распространителей семян..
Строение и функции ядра
Как правило, эукариотическая клетка имеет одно ядро , но встречаются двуядерные (инфузории) и многоядерные клетки (опалина). Некоторые высокоспециализированные клетки вторично утрачивают ядро (эритроциты млекопитающих, ситовидные трубки покрытосеменных).
Форма ядра - сферическая, эллипсовидная, бобовидная и др. Диаметр ядра - обычно от 3 до 10 мкм.
Строение ядра:
1 - наружная мембрана; 2 - внутренняя мембрана; 3 - поры; 4 - ядрышко; 5 - гетерохроматин; 6 - эухроматин.
Ядро отграничено от цитоплазмы двумя мембранами (каждая из них имеет типичное строение). Между мембранами - узкая щель, заполненная полужидким веществом. В некоторых местах мембраны сливаются друг с другом, образуя поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Наружная ядерная мембрана со стороны, обращенной в цитоплазму, покрыта рибосомами, придающими ей шероховатость, внутренняя мембрана гладкая.
Функции ядра: 1) хранение наследственной информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления, 2) регуляция жизнедеятельности клетки путем регуляции синтеза различных белков, 3) место образования субъединиц рибосом
Похожая информация.
Органоиды (от греч. органон - орудие, орган и идос - вид, подобие) - это надмолекулярные структуры цитоплазмы, выполняющие специфичные функции, без которых невозможна нормальная деятельность клетки. По своей структуре органоиды подразделяют на немембранные (не содержащие мембранных компонентов) и мембранные (имеющие мембраны). Мембранные органоиды (эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, митохондрии и пластиды) характерны только для эукариотических клеток. К немембранным органоидам относятся клеточный центр эукариотических клеток и рибосомы, имеющиеся в цитоплазме как эу- , так и прокариотических клеток. Таким образом, единственным универсальным для всех типов клеток органоидом являются рибосомы.
Мембранные органоиды
Основным компонентом мембранных органоидов является мембрана. Биологические мембраны построены по общему принципу, но химический состав мембран разных органоидов различен. Все клеточные мембраны – это тонкие пленки (толщиной 7–10 нм), основу которых составляет двойной слой липидов (бислой), расположенных так, что заряженные гидрофильные части молекул соприкасаются со средой, а гидрофобные остатки жирных кислот каждого монослоя направлены внутрь мембраны и соприкасаются друг с другом. В бислой липидов встроены молекулы белков (интегральные белки мембраны) таким образом, что гидрофобные части молекулы белка соприкасаются с жирнокислотными остатками молекул липидов, а гидрофильные части экспонированы в окружающую среду. Кроме этого часть растворимых (немембранных белков) соединяется с мембраной в основном за счет ионных взаимодействий (периферические белки мембраны). Ко многим белкам и липидам в составе мембран присоединены также углеводные фрагменты. Таким образом, биологические мембраны – это липидные пленки, в которые встроены интегральные белки.
Одна из основных функций мембран – создание границы между клеткой и окружающей средой и различными отсеками клетки. Липидный бислой проницаем в основном для жирорастворимых соединений и газов, гидрофильные вещества переносятся через мембраны с помощью специальных механизмов: низкомолекулярные – с помощью разнообразных переносчиков (каналов, насосов и др.), а высокомолекулярные – с помощью процессов экзо- и эндоцитоза.
При эндоцитозе определенные вещества сорбируются на поверхности мембраны (за счет взаимодействия с белками мембраны). В этом месте образуется впячивание мембраны внутрь цитоплазмы. Затем от мембраны отделяется пузырек, внутри которого содержится переносимое соединение. Таким образом, эндоцитоз – это перенос в клетку высокомолекулярных соединений внешней среды, окруженных участком мембраны. Обратный процесс, то есть экзоцитоз – это перенос веществ из клетки наружу. Он происходит путем слияния с плазматической мембраной пузырька, заполненного транспортируемыми высокомолекулярными соединениями. Мембрана пузырька сливается с плазматической мембраной, а его содержимое изливается наружу.
Каналы, насосы и другие переносчики – это молекулы интегральных белков
мембраны, обычно образующие в мембране пору.
Кроме функций разделения пространства и обеспечения избирательной проницаемости
мембраны способны воспринимать сигналы. Эту функцию осуществляют
белки-рецепторы, связывающие сигнальные молекулы. Отдельные белки мембраны
являются ферментами, осуществляющими определенные химические реакции.
Одномембранные органоиды
1. Эндоплазматическая сеть (ЭПС)
ЭПС - это одномембранный органоид, состоящий из полостей и канальцев, соединенных между собой. Эндоплазматическая сеть структурно связана с ядром: от наружной мембраны ядра отходит мембрана, образующая стенки эндоплазматической сети. ЭПС бывает 2 видов: шероховатая (гранулярная) и гладкая (агранулярная). В любой клетке присутствуют оба вида ЭПС.
На мембранах шероховатой ЭПС располагаются многочисленные мелкие гранулы - рибосомы, специальные органоиды, с помощью которых синтезируются белки. Поэтому нетрудно догадаться, что на поверхности шероховатой ЭПС синтезируется белки, которые проникают внутрь шероховатой ЭПС и по ее полостям могут переместиться в любое место клетки.
Мембраны гладкой ЭПС лишены рибосом, но зато в ее мембранах встроены ферменты, осуществляющие синтез углеводов и липидов. После синтеза углеводы и липиды тоже могут перемещаться по мембранам ЭПС в любое место клетки Степень развития вида ЭПС зависит от специализации клетки. Например, в клетках, синтезирующих белковые гормоны, будет лучше развита гранулярная ЭПС, а в клетках, синтезирующих жироподобные вещества - агранулярная ЭПС.
Функции ЭПС:
1. Синтез веществ. На шероховатой ЭПС синтезируются белки, а на гладкой - липиды
и углеводы.
2. Транспортная функция. По полостям ЭПС синтезированные вещества перемещаются в
любое место клетки.
2. Комплекс Гольджи
Комплекс Гольджи (диктиосома) представляет собой стопку плоских мембранных мешочков, которые называются цистернами. Цистерны полностью изолированы друг от друга и не соединяются между собой. По краям от цистерн ответвляются многочисленные трубочки и пузырьки. От ЭПС время от времени отшнуровываются вакуоли (пузырьки) с синтезированными веществами, которые перемещаются к комплексу Гольджи и соединяются с ним. Вещества, синтезированные в ЭПС, усложняются и накапливаются в комплексе Гольджи.
Функции комплекса Гольджи
1. В цистернах комплекса Гольджи происходит дальнейшее химическое преобразование
и усложнение веществ, поступивших в него из ЭПС. Например, формируются вещества,
необходимые для обновления мембраны клетки (гликопротеиды, гликолипиды),
полисахариды.
2. В комплексе Гольджи происходит накопление веществ и их временное «хранение»
3. Образованные вещества «упаковываются» в пузырьки (в вакуоли) и в таком виде
перемещаются по клетке.
4. В комплексе Гольджи образуются лизосомы (сферические органоиды с
расщепляющими ферментами).
3. Лизосомы («лизис» - распад, растворение)
Лизосомы - мелкие сферические органоиды, стенки которых образованы одинарной мембраной; содержат литические (расщепляющие) ферменты. Сначала лизосомы, отшнуровавшиеся от комплекса Гольджи, содержат неактивные ферменты. При определенных условиях их ферменты активизируются. При слиянии лизосомы с фагоцитозной или пиноцитозной вакуолью образуется пищеварительная вакуоль, в которой происходит внутриклеточное переваривание различных веществ.
Функции лизосом:
1. Осуществляют расщепление веществ, поглощенных в результате фагоцитоза и
пиноцитоза. Биополимеры расщепляются до мономеров, которые поступают в клетку и
используются на ее нужды. Например, они могут быть использованы для синтеза
новых органических веществ или могут подвергаться дальнейшему расщеплению для
получения энергии.
2. Разрушают старые, поврежденные, избыточные органоиды. Ращепление органоидов
может происходить и во время голодания клетки.
3. Осуществляют аутолиз (расщепление) клетки (рассасывание хвоста у
головастиков, разжижение тканей в зоне воспаления, разрушение клеток хряща в
процессе формирования костной ткани и др.).
4. Вакуоли
Вакуоли - сферические одномембранные органоиды, представляющие собой резервуары воды и растворенных в ней веществ. К вакуолям относятся: фагоцитозные и пиноцитозные вакуоли, пищеварительные вакуоли, пузырьки, отшнуровывающиеся от ЭПС и комплекса Гольджи. Вакуоли животной клетки - мелкие, многочисленные, но их объем не превышает 5% от всего объема клетки. Их основная функция - транспорт веществ по клетке, олсуществление взаимосвязи между органоидами.
В клетке растений на долю вакуолей приходится до 90% объема. В зрелой растительной клетки вакуоль одна, занимает центральное положение. Мембрана вакуоли растительной клетки - тонопласт, ее содержимое - клеточный сок. Функции вакуолей в растительной клетке: поддержание клеточной оболочки в напряжении, накопление различных веществ, в том числе отходов жизнедеятельности клетки. Вакуоли поставляют воду для процессов фотосинтеза.
В состав клеточного сока могут входить:
Запасные вещества, которые могут использоваться самой клеткой (органические
кислоты, аминокислоты, сахара, белки).
- вещества, которые выводятся из обмена веществ клетки и накапливаются в вакуоли
(фенолы, дубильные вещества, алкалоиды и др.)
- фитогормоны, фитонциды,
- пигменты (красящие вещества), которые придают клеточному соку пурпурный,
красный, синий, фиолетовый цвет, а иногда желтый или кремовый. Именно пигменты
клеточного сока окрашивают лепестки цветков, плоды, корнеплоды
Канальцево-вакуолярная система клетки (система транспорта и синтеза веществ)
ЭПС, комплекс Гольджи, лизосомы и вакуоли составляют единую канальцево-вакуолярную систему клетки. Все ее элементы имеют сходный химический состав мембран, поэтому возможно их взаимодействие. Все элементы КВС берут начало от ЭПС. От ЭПС отшнуровываются вакуоли, поступающие к комплексу Гольджи, от комплекса Гольджи отшнуровываются пузырьки, сливающиеся с мембраной клетки, лизосомы.
Значение КВС:
1. Мембраны КВС делят содержимое клетки на отдельные отсеки (компартменты), в
которых протекают определенные процессы. Это делает возможным одновременное
протекание в клетке различных процессов, иногда прямопротивоположных.
2. В результате деятельности КВС происходит постоянное обновление мембраны
клетки.
Двумембранные органоиды
Двумембранный органоид - это полая структура, стенки которой образованы двойной
мембраной. Известно 2 вида двумембранных органоидов: митохондрии и пластиды.
Митохондрии характерны для всех клеток эукариот, пластиды встречаются только в
клетках растений. Митохондрии и пластиды являются компонентами энергетической
системы клетки, так в результате их функционирования синтезируется АТФ.
Митохондрия – двумембранный полуавтономный органоид, осуществляющий синтез АТФ.
Форма митохондрий разнообразна, они могут быть палочковидными, нитевидными или
шаровидными. Стенки митохондрий образованы двумя мембранами: внешней и
внутренней. Внешняя мембрана - гладкая, а внутренняя образует многочисленные
складки - кристы. Во внутренней мембране встроены многочисленные ферментные
комплексы, которые осуществляют синтез АТФ.
В клетках растений есть особые двумембранные органоиды - пластиды. Различают
3 вида пластид: хлоропласты, хромопласты, лейкопласты.
Хлоропласты имеют оболочку из 2 мембран. Наружная оболочка гладкая, а внутренняя
образует многочисленные пузырьки (тилакоиды). Стопка тилакоидов - грана. Граны
располагаются в шахматном порядке для лучшего проникновения солнечного света. В
мембранах тилакоидов встроены молекулы зеленого пигмента хлорофилла, поэтому
хлоропласты имеют зеленый цвет. С помощью хлорофилла осуществляется фотосинтез.
Таким образом, главная функция хлоропластов - осуществление процесса
фотосинтеза.
Хромопласты - пластиды, имеющие красную, оранжевую или желтую окраску. Окраску хромопластам придают пигменты каротиноиды, которые расположены в матриксе. Тилакоиды развиты слабо или вообще отсутствуют. Точная функция хромопластов неизвестна. Возможно, они привлекают к созревшим плодам животных.
Лейкопласты - бесцветные пластиды, расположены в клетках бесцветных тканей. Тилакоиды неразвиты. В лейкопластах накапливается крахмал, липиды и белки.
Пластиды могут взаимно превращаться друг в друга: лейкопласты - хлоропласты - хромопласты.
