Функции на плазмената мембрана. Механизми на транспорт на вещества през плазмалемата

Външната страна на клетката е покрита с плазмена мембрана (или външна клетъчна мембрана) с дебелина около 6-10 nm.

Клетъчната мембрана е плътен филм от протеини и липиди (главно фосфолипиди). Липидните молекули са подредени последователно - перпендикулярно на повърхността, в два слоя, така че техните части, които интензивно взаимодействат с водата (хидрофилни), са насочени навън, а техните инертни към водата (хидрофобни) части са насочени навътре.

Протеиновите молекули са разположени в непрекъснат слой върху повърхността на липидната рамка от двете страни. Някои от тях са потопени в липидния слой, а други преминават през него, образувайки зони, пропускливи за вода. Тези протеини изпълняват различни функции- някои от тях са ензими, други са транспортни протеини, участващи в преноса на определени вещества от заобикаляща средав цитоплазмата и в обратна посока.

Основни функции на клетъчната мембрана

Едно от основните свойства на биологичните мембрани е селективната пропускливост (полупропускливост)- някои вещества преминават през тях трудно, други лесно и дори към по-високи концентрации. Така за повечето клетки концентрацията на Na йони вътре е значително по-ниска, отколкото в околната среда. Обратното съотношение е типично за K йони: тяхната концентрация вътре в клетката е по-висока, отколкото извън нея. Следователно Na йоните винаги се стремят да проникнат в клетката, а K йоните винаги се стремят да излязат. Изравняването на концентрациите на тези йони се предотвратява от наличието в мембраната на специална система, която играе ролята на помпа, която изпомпва Na йони от клетката и едновременно с това изпомпва K йони вътре.

Склонността на Na йоните да се движат отвън навътре се използва за транспортиране на захари и аминокиселини в клетката. С активното отстраняване на Na йони от клетката се създават условия за навлизане в нея на глюкоза и аминокиселини.

В много клетки веществата се абсорбират и чрез фагоцитоза и пиноцитоза. При фагоцитозагъвкавата външна мембрана образува малка вдлъбнатина, в която попада уловената частица. Тази вдлъбнатина се увеличава и, заобиколена от част от външната мембрана, частицата се потапя в цитоплазмата на клетката. Феноменът на фагоцитозата е характерен за амебите и някои други протозои, както и за левкоцитите (фагоцитите). По подобен начин клетките абсорбират течности, съдържащи вещества, необходими за клетката. Това явление беше наречено пиноцитоза.

Външните мембрани на различните клетки се различават значително и в двете химичен съставтехните протеини и липиди и от относителното им съдържание. Именно тези особености определят разнообразието във физиологичната активност на мембраните на различните клетки и тяхната роля в живота на клетките и тъканите.

Ендоплазменият ретикулум на клетката е свързан с външната мембрана. С помощта на външни мембрани те се осъществяват Различни видовемеждуклетъчни контакти, т.е. комуникация между отделните клетки.

Много видове клетки се характеризират с наличието на повърхността им на голям брой издатини, гънки и микровили. Те допринасят както за значително увеличаване на клетъчната повърхност и подобряване на метаболизма, така и за по-силни връзки между отделните клетки помежду си.

Растителните клетки имат дебели мембрани от външната страна на клетъчната мембрана, ясно видими под оптичен микроскоп, състоящи се от влакна (целулоза). Те създават здрава опора за растителните тъкани (дърво).

Някои животински клетки също имат редица външни структури, разположен на върха на клетъчната мембрана и имащ защитен характер. Пример за това е хитинът покривни клеткинасекоми

Функции на клетъчната мембрана (накратко)

функция	Описание
Защитна бариера	Разделя вътрешните клетъчни органели от външна среда
Регулаторни	Регулира метаболизма между вътрешното съдържание на клетката и външната среда
Разделяне (компартментализация)	Разделяне на вътрешното пространство на клетката на независими блокове (отделения)
Енергия	- Акумулиране и трансформиране на енергия; - светлинни реакции на фотосинтезата в хлоропластите; - Абсорбция и секреция.
Рецептор (информационен)	Участва във формирането на възбудата и нейното провеждане.
Мотор	Осъществява движението на клетката или отделните й части.

Каква е структурата на плазмената мембрана? Какви са неговите функции?

В основата на структурната организация на клетката са биологичните мембрани. Плазмената мембрана (плазмалема) е мембраната около цитоплазмата на жива клетка. Мембраните са съставени от липиди и протеини. Липидите (предимно фосфолипидите) образуват двоен слой, в който хидрофобните „опашки” на молекулите са обърнати към вътрешността на мембраната, а хидрофилните към нейните повърхности. Протеиновите молекули могат да бъдат разположени на външната и вътрешната повърхност на мембраната, могат да бъдат частично потопени в липидния слой или да проникнат през него. Повечето от заровените мембранни протеини са ензими. Това е флуиден мозаечен модел на структурата на плазмената мембрана. Протеиновите и липидните молекули са подвижни, което осигурява динамичността на мембраната. В състава на мембраните влизат и въглехидрати под формата на гликолипиди и гликопротеини (гликокаликс), разположени на външна повърхностмембрани. Наборът от протеини и въглехидрати на повърхността на мембраната на всяка клетка е специфичен и е своеобразен индикатор за типа клетка.

Функции на мембраната:

1. Разделяне. Състои се в образуването на бариера между вътрешното съдържание на клетката и външната среда.
2. Осигуряване на обмен на вещества между цитоплазмата и външната среда. В клетката навлизат вода, йони, неорганични и органични молекули (транспортна функция). Продуктите, образувани в клетката, се отделят във външната среда (секреторна функция).
3. транспорт. Транспортът през мембраната може да се осъществи по различни начини. Пасивният транспорт се извършва без разход на енергия, чрез проста дифузия, осмоза или улеснена дифузия с помощта на протеини-носители. Активният транспорт се осъществява с помощта на протеини-носители и изисква енергия (например натриево-калиевата помпа).

Големи молекули биополимери навлизат в клетката в резултат на ендоцитоза. Разделя се на фагоцитоза и пиноцитоза. Фагоцитозата е улавянето и абсорбирането на големи частици от клетката. Феноменът е описан за първи път от I.I. Мечников. Първо, веществата се придържат към плазмената мембрана, към специфични рецепторни протеини, след което мембраната се огъва, образувайки вдлъбнатина.

Образува се храносмилателна вакуола. Той смила веществата, които влизат в клетката. При хората и животните левкоцитите са способни на фагоцитоза. Белите кръвни клетки абсорбират бактерии и други прахови частици.

Пиноцитозата е процес на улавяне и абсорбиране на капчици течност с разтворени в нея вещества. Веществата се придържат към мембранните протеини (рецептори) и капка разтвор е заобиколена от мембрана, образувайки вакуола. Пиноцитозата и фагоцитозата възникват с изразходването на енергия от АТФ.

1. Секреторна. Секрецията е освобождаване от клетка на вещества, синтезирани в клетката, във външната среда. Хормони, полизахариди, протеини и мастни капчици се съдържат във везикули, ограничени от мембрана и се приближават до плазмалемата. Мембраните се сливат и съдържанието на везикулата се освобождава в околната среда около клетката.
2. Свързване на клетки в тъкан (поради сгънати израстъци).
3. Рецептор. Мембраните съдържат голям брой рецептори - специални протеини, чиято роля е да предават сигнали отвън навътре в клетката.

В основата на структурната организация на клетката са биологичните мембрани. Плазмената мембрана (плазмалема) е мембраната около цитоплазмата на жива клетка. Мембраните са съставени от липиди и протеини. Липидите (предимно фосфолипидите) образуват двоен слой, в който хидрофобните „опашки” на молекулите са обърнати към вътрешността на мембраната, а хидрофилните към нейните повърхности. Протеиновите молекули могат да бъдат разположени на външната и вътрешната повърхност на мембраната, могат да бъдат частично потопени в липидния слой или да проникнат през него. Повечето от заровените мембранни протеини са ензими. Това е течно-мозаечен модел на структурата на плазмената мембрана. Протеиновите и липидните молекули са подвижни, което осигурява динамичността на мембраната. Мембраните включват също въглехидрати под формата на гликолипиди и гликопротеини (гликокаликс), разположени на външната повърхност на мембраната. Наборът от протеини и въглехидрати на повърхността на мембраната на всяка клетка е специфичен и е своеобразен индикатор за типа клетка.

Функции на мембраната:

1. Разделяне. Състои се в образуването на бариера между вътрешното съдържание на клетката и външната среда.
2. Осигуряване на обмен на вещества между цитоплазмата и външната среда. В клетката навлизат вода, йони, неорганични и органични молекули (транспортна функция). Продуктите, образувани в клетката, се отделят във външната среда (секреторна функция).
3. транспорт. Транспортът през мембраната може да се осъществи по различни начини. Пасивният транспорт се извършва без разход на енергия, чрез проста дифузия, осмоза или улеснена дифузия с помощта на протеини-носители. Активният транспорт се осъществява с помощта на протеини-носители и изисква енергия (например натриево-калиевата помпа). Материал от сайта

Големи молекули биополимери навлизат в клетката в резултат на ендоцитоза. Разделя се на фагоцитоза и пиноцитоза. Фагоцитозата е улавянето и абсорбирането на големи частици от клетката. Феноменът е описан за първи път от I.I. Мечников. Първо, веществата се придържат към плазмената мембрана, към специфични рецепторни протеини, след което мембраната се огъва, образувайки вдлъбнатина.

Образува се храносмилателна вакуола. Веществата, които влизат в клетката, се усвояват в нея. При хората и животните левкоцитите са способни на фагоцитоза. Белите кръвни клетки абсорбират бактерии и други твърди частици.

Пиноцитозата е процес на улавяне и абсорбиране на капчици течност с разтворени в нея вещества. Веществата се придържат към мембранните протеини (рецептори) и капка разтвор е заобиколена от мембрана, образувайки вакуола. Пиноцитозата и фагоцитозата възникват с изразходването на енергия от АТФ.

1. Секреторна. Секрецията е освобождаване от клетка на вещества, синтезирани в клетката, във външната среда. Хормони, полизахариди, протеини и мастни капчици се съдържат във везикули, ограничени от мембрана и се приближават до плазмалемата. Мембраните се сливат и съдържанието на везикулата се освобождава в околната среда около клетката.
2. Свързване на клетки в тъкан (поради сгънати израстъци).
3. Рецептор. Мембраните съдържат голям брой рецептори - специални протеини, чиято роля е да предават сигнали отвън навътре в клетката.

Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката

На тази страница има материали по следните теми:

• структурата на биологичната мембрана накратко
• структура и функция на плазмената мембрана
• структура и функции на плазмената мембрана
• плазмена мембрана за кратко
• структурата на плазмената мембрана и функционира за кратко

Има дебелина 8-12 nm, така че е невъзможно да се изследва със светлинен микроскоп. Структурата на мембраната се изследва с помощта на електронен микроскоп.

Плазмената мембрана се образува от два слоя липиди - билипиден слой или двуслоен. Всяка молекула се състои от хидрофилна глава и хидрофобна опашка, а в биологичните мембрани липидите са разположени с глави навън и опашки навътре.

Множество протеинови молекули са потопени в билипидния слой. Някои от тях са разположени на повърхността на мембраната (външна или вътрешна), други проникват през мембраната.

Функции на плазмената мембрана

Мембраната предпазва съдържанието на клетката от увреждане, поддържа формата на клетката, селективно пропуска необходимите вещества в клетката и премахва метаболитните продукти, а също така осигурява комуникацията между клетките.

Бариерната, ограничаваща функция на мембраната се осигурява от двоен слой липиди. Предотвратява разпространението на съдържанието на клетката, смесването с околната среда или междуклетъчната течност и предотвратява проникването на опасни вещества в клетката.

Редете основни функциицитоплазмената мембрана се осъществява благодарение на протеини, потопени в нея. С помощта на рецепторни протеини той може да възприема различни раздразнения на повърхността си. Транспортните протеини образуват най-фините канали, през които калиеви, калциеви и други йони с малък диаметър преминават в и извън клетката. Протеините осигуряват жизнените процеси в самия организъм.

Големи хранителни частици, които не могат да преминат през тънки мембранни канали, навлизат в клетката чрез фагоцитоза или пиноцитоза. Често срещано иметези процеси са ендоцитоза.

Как протича ендоцитозата - проникването на големи хранителни частици в клетката?

Хранителната частица влиза в контакт с външната мембрана на клетката и в тази точка се образува инвагинация. След това частицата, заобиколена от мембрана, навлиза в клетката, образува се храносмилателна везикула и храносмилателните ензими проникват в получената везикула.

Белите кръвни клетки, които могат да улавят и усвояват чужди бактерии, се наричат ​​фагоцити.

В случай на пиноцитоза, инвагинацията на мембраната улавя не твърди частици, а капчици течност с вещества, разтворени в нея. Този механизъм е един от основните начини за навлизане на вещества в клетката.

Растителните клетки, покрити с твърд слой клетъчна стена върху мембраната, не са способни на фагоцитоза.

Обратният процес на ендоцитоза е екзоцитоза. Синтезираните вещества (например хормони) се пакетират в мембранни везикули, приближават се до мембраната, вграждат се в нея и съдържанието на везикулата се освобождава от клетката. По този начин клетката може да се освободи от ненужните метаболитни продукти.

1. Бариера- осигурява регулиран, селективен, пасивен и активен метаболизъм с околната среда.

Клетъчните мембрани имат селективна пропускливост: глюкоза, аминокиселини, мастни киселини, глицерол и йони бавно дифундират през тях, самите мембрани активно регулират този процес - някои вещества преминават, но други не.

2. Транспорт- транспортирането на вещества в и извън клетката става през мембраната. Транспортът през мембрани осигурява: доставка хранителни вещества, отстраняване на метаболитни крайни продукти, секреция на различни вещества, създаване на йонни градиенти, поддържане на подходящо pH и йонна концентрация в клетката, които са необходими за функционирането на клетъчните ензими.

Има четири основни механизма за навлизане на вещества в клетката или тяхното извеждане от клетката навън:

а) Пасивни (дифузия, осмоза) (не изисква енергия)

дифузия

Разпределението на молекулите или атомите на едно вещество между молекулите или атомите на друго, което води до спонтанно изравняване на техните концентрации в целия зает обем. В някои ситуации едно от веществата вече има изравнена концентрация и се говори за дифузия на едно вещество в друго. В този случай веществото се прехвърля от зона с висока концентрация в област с ниска концентрация (по вектора на градиента на концентрацията (фиг. 2.4).

Ориз. 2.4. Диаграма на процеса на дифузия

Осмоза

Процесът на еднопосочна дифузия на молекули на разтворителя през полупропусклива мембрана към по-висока концентрация на разтворено вещество от обем с по-ниска концентрация на разтворено вещество (фиг. 2.5).

Ориз. 2.5. Диаграма на процеса на осмоза

б) Активен транспорт (изисква разход на енергия)

Натриево-калиева помпа- механизъм на активен свързан трансмембранен транспорт на натриеви йони (извън клетката) и калиеви йони (вътре в клетката), който осигурява концентрационен градиент и трансмембранна потенциална разлика. Последният служи като основа за много функции на клетките и органите: секреция на жлезисти клетки, мускулна контракция, провеждане на нервни импулси и др. (фиг. 2.6).

Ориз. 2.6. Схема на работа на калиево-натриева помпа

На първия етап ензимът Na + /K + -ATPase свързва три Na + йона към вътрешната страна на мембраната. Тези йони променят конформацията на активния център на АТФазата. След това ензимът е в състояние да хидролизира една молекула АТФ. Енергията, освободена след хидролиза, се изразходва за промяна на конформацията на носителя, поради което три Na + йона и PO 4 3- йон (фосфат) се появяват от външната страна на мембраната. Тук Na + йони се отделят и PO 4 3− се заменя с два K + йона. След това ензимът се връща в първоначалната си конформация и се появяват K + йони вътремембрани. Тук K+ йоните се отделят и носителят отново е готов за работа.

В резултат на това се създава висока концентрация на Na + йони в извънклетъчната среда и висока концентрация на K + се създава вътре в клетката. Тази разлика в концентрацията се използва в клетките при провеждане на нервен импулс.

в) Ендоцитоза (фагоцитоза, пиноцитоза)

Фагоцитоза(изяждане от клетка) е процес на абсорбиране от клетка на твърди обекти, като еукариотни клетки, бактерии, вируси, останки от мъртви клетки и др. Около абсорбирания обект се образува голяма вътреклетъчна вакуола (фагозома). Размерът на фагозомите е от 250 nm и повече. Чрез сливане на фагозома с първичната лизозома се образува вторична лизозома. В кисела среда хидролитичните ензими разграждат макромолекулите, уловени във вторичната лизозома. След това продуктите от разпада (аминокиселини, монозахариди и други полезни вещества) се транспортират през лизозомната мембрана в клетъчната цитоплазма. Фагоцитозата е много разпространена. При високо организирани животни и хора процесът на фагоцитоза играе защитна роля. Фагоцитната активност на левкоцитите и макрофагите има страхотна ценаза защита на тялото от навлизащи в него вещества патогенни микробии други нежелани частици. Фагоцитозата е описана за първи път от руския учен И. И. Мечников (фиг. 2.7)

Пиноцитоза(пиене от клетка) е процесът на абсорбция от клетка на течна фаза от околната среда, съдържаща разтворими вещества, включително големи молекули (протеини, полизахариди и др.). По време на пиноцитоза малки везикули, наречени ендозоми, се освобождават от мембраната в клетката. Те са по-малки от фагозомите (размерът им е до 150 nm) и обикновено не съдържат големи частици. След образуването на ендозома, първичната лизозома се приближава към нея и тези две мембранни везикули се сливат. Получената органела се нарича вторична лизозома. Процесът на пиноцитоза се извършва постоянно от всички еукариотни клетки. (фиг. 7)

Рецептор-медиирана ендоцитоза - активен специфичен процес, при който клетъчната мембрана се издува в клетката, образувайки оградени вдлъбнатини. Вътреклетъчната страна на оградената яма съдържа набор от адаптивни протеини. Макромолекулите, които се свързват със специфични рецептори на клетъчната повърхност, преминават навътре с много по-висока скорост от веществата, влизащи в клетките чрез пиноцитоза.

Ориз. 2.7. Ендоцитоза

г) Екзоцитоза (отрицателна фагоцитоза и пиноцитоза)

Клетъчен процес, при който вътреклетъчните везикули (мембранни везикули) се сливат с външната клетъчна мембрана. По време на екзоцитозата съдържанието на секреторните везикули (екзоцитозни везикули) се освобождава и тяхната мембрана се слива с клетъчната мембрана. Почти всички високомолекулни съединения (протеини, пептидни хормонии т.н.) се освобождават от клетката по този начин (фиг. 2.8)

Ориз. 2.8. Схема на екзоцитоза

3. Генериране и провеждане на биопотенциали- с помощта на мембраната се поддържа постоянна концентрация на йони в клетката: концентрацията на K+ йон вътре в клетката е много по-висока, отколкото навън, а концентрацията на Na+ е много по-ниска, което е много важно, тъй като това осигурява поддържането на потенциалната разлика върху мембраната и генерирането на нервен импулс.

4. Механични- осигурява автономността на клетката, нейните вътреклетъчни структури, както и връзката с други клетки (в тъканите).

5. Енергия- по време на фотосинтезата в хлоропластите и клетъчното дишане в митохондриите в техните мембрани работят системи за пренос на енергия, в които участват и протеини;

6. Рецептор- някои протеини, разположени в мембраната, са рецептори (молекули, с помощта на които клетката възприема определени сигнали).

7. Ензимен- мембранните протеини често са ензими. Например плазмени мембрани епителни клеткичервата съдържат храносмилателни ензими.

8. Матрица- осигурява определено взаимно положение и ориентация на мембранните протеини, тяхното оптимално взаимодействие;

9. Маркиране на клетки- върху мембраната има антигени, които действат като маркери - "етикети", които позволяват клетката да бъде идентифицирана. Това са гликопротеини (т.е. протеини с прикрепени към тях разклонени олигозахаридни странични вериги), които играят ролята на „антени“. С помощта на маркери клетките могат да разпознават други клетки и да действат съвместно с тях, например при образуването на органи и тъкани. Това също позволява имунна системаразпознават чужди антигени.

Клетъчни включвания

Клетъчните включвания включват въглехидрати, мазнини и протеини. Всички тези вещества се натрупват в цитоплазмата на клетката под формата на капки и зърна с различна големина и форма. Те периодично се синтезират в клетката и се използват в метаболитния процес.

Цитоплазма

Той е част от жива клетка (протопласт) без плазмена мембрана или ядро. Съставът на цитоплазмата включва: цитоплазмената матрица, цитоскелет, органели и включвания (понякога включванията и съдържанието на вакуолите не се считат за живо вещество на цитоплазмата). Отделена от външната среда чрез плазмената мембрана, цитоплазмата е вътрешната полутечна среда на клетките. Цитоплазмата на еукариотните клетки съдържа ядрото и различни органели. Той също така съдържа различни включвания - продукти на клетъчната дейност, вакуоли, както и малки тръбички и нишки, които образуват скелета на клетката. В състава на основното вещество на цитоплазмата преобладават протеините.

Функции на цитоплазмата

1) в него протичат основните метаболитни процеси.

2) обединява ядрото и всички органели в едно цяло, осигурява тяхното взаимодействие.

3) подвижност, раздразнителност, метаболизъм и възпроизводство.

Мобилността се проявява в различни форми:

Вътреклетъчно движение на клетъчната цитоплазма.

Амебоидно движение. Тази форма на движение се изразява в образуването на псевдоподии от цитоплазмата към или от определен стимул. Тази форма на движение е присъща на амебата, кръвните левкоцити, както и някои тъканни клетки.

Трептящо движение. Проявява се под формата на удари на малки протоплазмени израстъци - реснички и флагели (ресничести, епителни клетки на многоклетъчни животни, сперматозоиди и др.).

Съкращаващо движение. Осигурява се поради наличието в цитоплазмата на специален органел от миофибрили, чието скъсяване или удължаване допринася за свиването и отпускането на клетката. Способността за съкращаване е най-развита в мускулните клетки.

Раздразнителността се изразява в способността на клетките да реагират на дразнене чрез промяна на метаболизма и енергията.

Цитоскелет

Един от отличителни чертиЕукариотната клетка е наличието в нейната цитоплазма на скелетни образувания под формата на микротубули и снопове от протеинови влакна. Цитоскелетните елементи, тясно свързани с външната цитоплазмена мембрана и ядрената обвивка, образуват сложни тъкани в цитоплазмата.

Цитоскелетът се формира от микротубули, микрофиламенти и микротрабекуларна система. Цитоскелетът определя формата на клетката, участва в клетъчните движения, деленето и движението на самата клетка и във вътреклетъчния транспорт на органелите.

Микротубулисе намират във всички еукариотни клетки и са кухи, неразклонени цилиндри, чийто диаметър не надвишава 30 nm, а дебелината на стената е 5 nm. Те могат да достигнат няколко микрометра на дължина. Лесно се разпада и сглобява отново. Стената на микротубула се състои главно от спираловидни субединици на протеиновия тубулин (фиг. 2.09)

Функции на микротубулите:

1) изпълняват поддържаща функция;

2) образуват вретено; осигуряват разминаването на хромозомите към полюсите на клетката; отговорен за движението на клетъчните органели;

3) участват във вътреклетъчния транспорт, секрецията и образуването на клетъчната стена;

4) са структурен компонентреснички, флагели, базални тела и центриоли.

Микрофиламентиса представени от нишки с диаметър 6 nm, състоящи се от актинов протеин, близък до мускулния актин. Актинът съставлява 10-15% общ бройклетъчен протеин. В повечето животински клетки плътна мрежа от актинови нишки и свързаните с тях протеини се образува точно под плазмената мембрана.

Освен актин, в клетката се намират и миозинови нишки. Броят им обаче е много по-малък. Взаимодействието между актин и миозин предизвиква мускулна контракция. Микрофиламентите са свързани с движението на цялата клетка или нейните отделни структури в нея. В някои случаи движението се осигурява само от актинови нишки, в други от актин заедно с миозин.

Функции на микрофиламентите

1) механична якост

2) позволява на клетката да променя формата си и да се движи.

Ориз. 2.09. Цитоскелет

Органели (или органели)

Разделят се на немембранни, едномембранни и двумембранни.

ДА СЕ немембранни органелиЕукариотните клетки включват органели, които нямат собствена затворена мембрана, а именно: рибозомии органели, изградени на базата на тубулинови микротубули - клетъчен център (центриоли)И органели на движение (камшичета и реснички).В клетките на повечето едноклетъчни организми и по-голямата част от висшите (сухоземни) растения центриолите отсъстват.

ДА СЕ едномембранни органелиотнасям се: ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи, лизозоми, пероксизоми, сферозоми, вакуоли и някои други.Всички едномембранни органели са свързани помежду си единна системаклетки. Растителните клетки имат специални лизозоми, животинските клетки имат специални вакуоли: храносмилателни, отделителни, контрактилни, фагоцитни, автофагоцитни и др.

ДА СЕ двойномембранни органелиотнасят се митохондрии и пластиди.

Немембранни органели

А) Рибозоми- органели, намиращи се в клетките на всички организми. Това са малки органели, представени от кълбовидни частици с диаметър около 20 nm. Рибозомите се състоят от две субединици с различен размер - голяма и малка. Рибозомите съдържат протеини и рибозомна РНК (рРНК). Има два основни типа рибозоми: еукариотни (80S) и прокариотни (70S).

В зависимост от местоположението в клетката има свободни рибозоми, разположени в цитоплазмата, които синтезират протеини и прикрепени рибозоми - рибозоми, свързани с големи субединици към външна повърхност ER мембрани, които синтезират протеини, които влизат в комплекса на Голджи и след това се секретират от клетката. По време на протеиновата биосинтеза рибозомите могат да се комбинират в комплекси - полирибозоми (полизоми).

Еукариотните рибозоми се образуват в ядрото. Първо, рРНК се синтезира върху нуклеоларна ДНК, която след това се покрива с рибозомни протеини, идващи от цитоплазмата и се разцепва до необходимите размерии образуват рибозомни субединици. В ядрото няма напълно оформени рибозоми. Комбинацията от субединици в цяла рибозома се случва в цитоплазмата, обикновено по време на биосинтеза на протеини.

Рибозомите се намират в клетките на всички организми. Всеки се състои от две частици, малка и голяма. Рибозомите съдържат протеини и РНК.

Функции

протеинов синтез.

Синтезираните протеини първо се натрупват в канали и кухини ендоплазмения ретикулуми след това транспортирани до органели и клетъчни сайтове. EPS и рибозомите, разположени върху мембраните му, представляват единен апарат за биосинтеза и транспорт на протеини (фиг. 2.10-2.11).

Ориз. 2.10. Рибозомна структура

Ориз. 2.11. Структура на рибозомите

Б) Клетъчен център (центриоли)

Центриолът е цилиндър (0,3 µm дълъг и 0,1 µm в диаметър), чиято стена е образувана от девет групи от три слети микротубули (9 триплета), свързани помежду си на определени интервали чрез напречни връзки. Често центриолите се комбинират в двойки, където са разположени под прав ъгъл една спрямо друга. Ако центриолата лежи в основата на цилиума или флагела, тогава тя се нарича базално тяло.

Почти всички животински клетки имат чифт центриоли, които са средният елемент клетъчен център.

Преди разделянето центриолите се разминават към противоположните полюси и близо до всеки от тях се появява дъщерен центриол. От центриоли, разположени на различни полюси на клетката, се образуват микротубули, които растат една към друга.

Функции

1) образуват митотично вретено, насърчавайки равномерно разпределениегенетичен материал между дъщерните клетки,

2) са центърът на организацията на цитоскелета. Някои от нишките на вретеното са прикрепени към хромозомите.

Центриолите са самовъзпроизвеждащи се органели на цитоплазмата. Те възникват в резултат на дублиране на съществуващи. Това се случва, когато центриолите се разделят. Незрелият центриол съдържа 9 единични микротубули; Очевидно всяка микротубула е шаблон за сглобяването на триплети, характерни за зряла центриола (фиг. 2.12).

Цетриолите се намират в клетките на нисшите растения (водорасли).

Ориз. 2.12. Центриоли на клетъчния център

Едномембранни органели

D) Ендоплазмен ретикулум (ER)

всичко вътрешна зонаЦитоплазмата е изпълнена с множество малки канали и кухини, чиито стени са мембрани, подобни по структура на плазмената мембрана. Тези канали се разклоняват, свързват се един с друг и образуват мрежа, наречена ендоплазмен ретикулум. Ендоплазменият ретикулум е разнороден по своята структура. Има два известни вида от него - гранулиранИ гладка.

На мембраните на каналите и кухините на гранулираната мрежа има много малки кръгли тела - рибозоми, които придават груб вид на мембраните. Мембраните на гладкия ендоплазмен ретикулум не носят на повърхността си рибозоми. EPS изпълнява много различни функции.

Функции

Основната функция на гранулирания ендоплазмен ретикулум е участието в протеиновия синтез, който се осъществява в рибозомите. Синтезът на липиди и въглехидрати се извършва върху мембраните на гладкия ендоплазмен ретикулум. Всички тези продукти на синтез се натрупват в канали и кухини и след това се транспортират до различни органели на клетката, където се консумират или се натрупват в цитоплазмата като клетъчни включвания. EPS свързва основните органели на клетката един с друг (фиг. 2.13).

Ориз. 2.13. Структурата на ендоплазмения ретикулум (ER) или ретикулум

Г) Апарат на Голджи

Структурата на този органел е подобна в клетките на растителни и животински организми, въпреки разнообразието на неговата форма. Изпълнява много важни функции.

Едномембранен органел. Те са купчини от сплескани „цистерни“ с разширени ръбове, с които е свързана система от малки едномембранни везикули (везикули на Голджи). Везикулите на Голджи са концентрирани главно от страната, съседна на ER и по периферията на купчините. Смята се, че те пренасят протеини и липиди в апарата на Голджи, чиито молекули, движейки се от резервоар в резервоар, претърпяват химическа модификация.

Всички тези вещества първо се натрупват, стават химически сложни и след това навлизат в цитоплазмата под формата на големи и малки мехурчета и или се използват в самата клетка по време на нейния живот, или се отстраняват от нея и се използват в тялото (фиг. 2.14-2.15).

Ориз. 2.14. Структура на апарата на Голджи

Функции:

Модифициране и натрупване на протеини, липиди, въглехидрати;

Опаковане в мембранни везикули (везикули) на получените органична материя;

Място на образуване на лизозоми;

Секреторна функцияСледователно апаратът на Голджи е добре развит в секреторните клетки.

Ориз. 2.15. Комплекс Голджи

Д) Лизозоми

Те са малки кръгли тела. Вътре в лизозомата има ензими, които разграждат протеини, мазнини, въглехидрати и нуклеинови киселини. Лизозомите се приближават до хранителна частица, която е влязла в цитоплазмата, сливат се с нея и се образува една храносмилателна вакуола, вътре в която има хранителна частица, заобиколена от лизозомни ензими.

Лизозомните ензими се синтезират върху грубия ER и се придвижват до апарата на Голджи, където се модифицират и пакетират в мембранни везикули на лизозоми. Една лизозома може да съдържа от 20 до 60 различни видовехидролитични ензими. Разграждането на вещества с помощта на ензими се нарича лизис.

Има първични и вторични лизозоми. Лизозомите, които възникват от апарата на Голджи, се наричат ​​първични.

Вторични се наричат ​​лизозоми, образувани в резултат на сливането на първични лизозоми с ендоцитни вакуоли. В този случай те усвояват вещества, които влизат в клетката чрез фагоцитоза или пиноцитоза, така че могат да се нарекат храносмилателни вакуоли.

Функции на лизозомите:

1) смилане на вещества или частици, уловени от клетката по време на ендоцитоза (бактерии, други клетки),

2) автофагия - унищожаване на ненужни за клетката структури, например по време на замяната на стари органели с нови или смилането на протеини и други вещества, произведени вътре в самата клетка,

3) автолиза - самосмилане на клетка, което води до нейната смърт (понякога този процес не е патологичен, а съпътства развитието на организма или диференциацията на някои специализирани клетки) (фиг. 2.16-2.17).

Пример: Когато попова лъжица се трансформира в жаба, лизозомите, разположени в клетките на опашката, я усвояват: опашката изчезва и образуваните по време на този процес вещества се абсорбират и използват от други клетки на тялото.

Ориз. 2.16. Образуване на лизозома

Ориз. 2.17. Функциониране на лизозомите

G) Пероксизоми

Органели, подобни по структура на лизозомите, везикули с диаметър до 1,5 микрона с хомогенна матрица, съдържаща около 50 ензима.

Каталазата причинява разграждането на водороден пероксид 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 и предотвратява липидната пероксидация

Пероксизомите се образуват чрез пъпкуване от съществуващи преди това, т.е. принадлежат към самовъзпроизвеждащи се органели, въпреки факта, че не съдържат ДНК. Те растат поради приема на ензими; пероксизомните ензими се образуват върху грубия ER и в хиалоплазмата (фиг. 2.18).

Ориз. 2.18. Пероксизома (кристален нуклеоид в центъра)

З) Вакуоли

Едномембранни органели. Вакуолите са пълни "контейнери". водни разтвориорганични и неорганични вещества. ER и апаратът на Голджи участват в образуването на вакуоли.

Млад растителни клеткисъдържат много малки вакуоли, които след това, докато клетките растат и се диференцират, се сливат една с друга и образуват една голяма централна вакуола.

Централната вакуола може да заема до 95% от обема зряла клетка, ядрото и органелите се избутват към клетъчната мембрана. Мембраната, която ограничава растителната вакуола, се нарича тонопласт.

Течността, която изпълва растителната вакуола, се нарича клетъчен сок. Съставът на клетъчния сок включва водоразтворими органични и неорганични соли, монозахариди, дизахариди, аминокиселини, крайни или токсични метаболитни продукти (гликозиди, алкалоиди) и някои пигменти (антоцианини).

Захарите и протеините най-често се съхраняват от органични вещества. Захарите често са под формата на разтвори, протеините влизат под формата на ER везикули и апарата на Голджи, след което вакуолите се дехидратират, превръщайки се в алейронови зърна.

Животинските клетки съдържат малки храносмилателни и автофагични вакуоли, които принадлежат към групата на вторичните лизозоми и съдържат хидролитични ензими. Едноклетъчните животни също имат контрактилни вакуоли, които изпълняват функцията на осморегулация и екскреция.

Функции

В растенията

1) натрупване на течност и поддържане на тургора,

2) натрупване на резервни хранителни вещества и минерални соли,

3) оцветяване на цветя и плодове и по този начин привличане на опрашители и разпространители на плодове и семена.

При животни:

4) храносмилателни вакуоли - унищожават органични макромолекули;

5) контрактилните вакуоли регулират осмотичното налягане на клетката и премахват ненужните вещества от клетката

6) по време на фагоцитозата се образуват фагоцитни вакуоли имунни клеткиантигени

7) автофагоцитни вакуоли се образуват по време на фагоцитоза на собствените им тъкани от имунни клетки

Органели с двойна мембрана (митохондрии и пластиди)

Тези органели са полуавтономни, защото имат собствена ДНК и собствен апарат за синтез на протеини. Митохондриите се намират в почти всички еукариотни клетки. Пластидите се намират само в растителните клетки.

I) Митохондрии

Това са органели, които доставят енергия на метаболитните процеси в клетката. В хиалоплазмата митохондриите обикновено са разпределени дифузно, но в специализираните клетки те са концентрирани в онези области, където има най-голяма нужда от енергия. Например в мускулни клеткиголям брой митохондрии са концентрирани по контрактилните фибрили, по протежение на флагела на сперматозоидите, в епитела на бъбречните тубули, в областта на синапсите и т.н. Това разположение на митохондриите осигурява по-малка загуба на АТФ по време на неговата дифузия.

Външна мембранаотделя митохондрията от цитоплазмата, затворен е сам по себе си и не образува инвагинации. Вътрешната мембрана ограничава вътрешното съдържание на митохондриите - матрицата. Особеност– образуването на множество инвагинации – кристи, поради което се увеличава площта на вътрешните мембрани. Броят и степента на развитие на кристите зависи от функционалната активност на тъканта. Митохондриите имат свой собствен генетичен материал (фиг. 2.19).

Митохондриалната ДНК е затворена кръгова двуверижна молекула; в човешките клетки тя има размер от 16 569 нуклеотидни двойки, което е приблизително 105 пъти по-малко от ДНК, локализирана в ядрото. Митохондриите имат своя собствена система за синтезиране на протеини, но броят на протеините, транслирани от митохондриалната иРНК, е ограничен. Митохондриалната ДНК не може да кодира всички митохондриални протеини. Повечето митохондриални протеини са под генетичен контрол на ядрото.

Ориз. 2.19. Структурата на митохондриите

Функции на митохондриите

1) Образуване на АТФ

2) синтез на протеини

3) участие в специфични синтези, например синтеза на стероидни хормони (надбъбречни жлези)

4) изразходваните митохондрии също могат да натрупват продукти на екскреция, вредни вещества, т.е. способни да поемат функциите на други клетъчни органели

К) Пластиди

Пластиди-органели, характерни само за растенията.

Има три вида пластиди:

1) хлоропласти(зелени пластиди);

2) хромопласти(пластиди жълти, оранжеви или червени)

3) левкопласти(безцветни пластиди).

Обикновено в клетката се намира само един вид пластид.

Хлоропласти

Тези органели се намират в клетките на листата и други зелени органи на растенията, както и в различни водорасли. При висшите растения една клетка обикновено съдържа няколко десетки хлоропласти. Зелен цвятхлоропластите зависи от съдържанието на пигмента хлорофил в тях.

Хлоропластът е основният органел на растителните клетки, в който протича фотосинтезата, т.е. образуването на органични вещества (въглехидрати) от неорганични вещества (CO 2 и H 2 O) с помощта на енергия слънчева светлина. Хлоропластите са подобни по структура на митохондриите.

Хлоропластите имат сложна структура. Те са отделени от хиалоплазмата с две мембрани – външна и вътрешна. Вътрешното съдържание се нарича строма. Вътрешната мембрана образува вътре в хлоропласта сложна, строго подредена система от мембрани под формата на плоски мехурчета, т.нар. тилакоиди.

Тилакоидите се събират в купчини - зърна, наподобяващи колони от монети . Граните са свързани помежду си чрез стромални тилакоиди, които преминават през тях по пластида. (фиг. 2.20-2.22).Хлорофилът и хлоропластите се образуват само на светлина.

Ориз. 2.20. Хлоропласти под светлинен микроскоп

Ориз. 2.21. Структурата на хлоропласта под електронен микроскоп

Ориз. 2.22. Схематично устройство на хлоропластите

Функции

1) фотосинтеза(образуване на органични вещества от неорганични вещества поради светлинна енергия). Централна роляв този процес принадлежи на хлорофила. Той абсорбира светлинна енергия и я насочва за извършване на реакции на фотосинтеза. В хлоропластите, както и в митохондриите, се получава синтез на АТФ.

2) участват в синтеза на аминокиселини и мастни киселини,

3) служи като склад за временни запаси от нишесте.

Левкопласти- малки безцветни пластиди, които се намират в клетките на органи, скрити от слънчева светлина (корени, коренища, грудки, семена). Тяхната структура е подобна на структурата на хлоропластите (фиг. 2.23).

Въпреки това, за разлика от хлоропластите, левкопластите имат слабо развита вътрешна мембранна система, т.к те участват в синтеза и натрупването на резервни хранителни вещества - нишесте, протеини и липиди. На светлина левкопластите могат да се превърнат в хлоропласти.

Ориз. 2.23. Структура на левкопласт

Хромопласти- пластиди от оранжево, червено и жълт цвят, което се причинява от пигменти, принадлежащи към групата на каротеноидите. Хромопластите се намират в клетките на венчелистчетата на много растения, зрели плодове, рядко кореноплодни зеленчуци, а също и в есенните листа. Вътрешната мембранна система в хромопластите обикновено отсъства (фиг. 24).

Ориз. 2.24. Хромопласт структура

Значението на хромопластите все още не е напълно изяснено. Повечето от тях са стареещи пластиди. Те, като правило, се развиват от хлоропласти, докато хлорофилът и вътрешната мембранна структура се разрушават в пластидите и се натрупват каротеноиди. Това се случва, когато плодовете узреят и листата пожълтяват през есента. Биологично значениехромопластите е, че те причиняват яркия цвят на цветята и плодовете, което привлича насекоми за кръстосано опрашване и други животни за разпространение на плодове. Левкопластите също могат да се трансформират в хромопласти.

Функции на пластидите

Синтез на органични вещества от прости вещества в хлорофил неорганични съединения: въглероден диоксид и вода в присъствието на кванти слънчева светлина – фотосинтеза, Синтез на АТФ по време на светлинната фаза на фотосинтезата

Синтез на протеин върху рибозоми (между вътрешните мембрани на хлоропласта има ДНК, РНК и рибозоми, следователно в хлоропластите, както и в митохондриите, се осъществява синтезът на протеина, необходим за активността на тези органели).

Наличието на хромопласти обяснява жълтия, оранжевия и червения цвят на венчетата на цветята, плодовете и есенните листа.

Левкопластите съдържат вещества за съхранение (в стъбла, корени, грудки).

Хлоропластите, хромопластите и левкопластите са способни на обмен на клетки. Така че, когато плодовете узреят или листата променят цвета си през есента, хлоропластите се превръщат в хромопласти, а левкопластите могат да се превърнат в хлоропласти, например, когато клубените на картофите станат зелени.

В еволюционен смисъл първичният, първоначален тип пластиди е хлоропластът, от който произлизат пластидите на другите два вида. Пластидите споделят много характеристики с митохондриите, които ги отличават от другите компоненти на цитоплазмата. Това е преди всичко обвивка от две мембрани и относителна генетична автономия поради наличието на собствени рибозоми и ДНК. Тази уникалност на органелите е в основата на идеята, че предшествениците на пластидите и митохондриите са били бактерии, които в процеса на еволюция са били вградени в еукариотна клетка и постепенно са се превърнали в хлоропласти и митохондрии (фиг. 2.25).

Ориз. 2.25. Образуване на митохондрии и хлоропласти според теорията на симбиогенезата