Двухмембранные структуры

Митохондрии. Двумембранные, полуавтономные органоиды, которые обеспечивают клетку основной энергией, получаемой в результате окисления органических молекул с помощью кислорода. Присутствуют в клетках грибов, растений и животных.

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 500-1000 в тех клетках, которым нужно очень много энергии, т.е. количество митохондрий зависит от метаболической активности клетки.

Кроме того, наибольшее количество митохондрий находится в участках клетки, которые потребляют больше энергии – вблизи ионных насосов, в мышечных клетках – вблизи миофибрилл.

Двухмембранные структуры   Рис. . Строение и образование митохондрий

Строение. Митохондрия имеет оболочку из двух мембран, наружная мембрана гладкая, внутренняя образует многочисленные складки – кристы. Кристы увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны, на них располагаются ферменты дыхательной цепи, создающие электрохимический протонный градиент в межмембранном пространстве и грибовидные тельца – АТФ-синтетазы, каждая из которых состоит из ножки, пронизывающей мембрану и головки, обращенной в матрикс. АТФ-синтетазы отвечают за фосфорилирование АДФ до АТФ.

Ширина межмембранного пространства (протонного резервуара) – 10-20 нм.

Внутреннее пространство митохондрий заполнено внутренней средой, матриксом. В матриксе содержатся различные ферменты (например, ферменты цикла Кребса), кольцевые ДНК, содержащие всего 37 генов в количестве от 1 до 50 таких молекул и собственный белоксинтезирующий аппарат.

Митохондриальные ДНК не связаны с белками («голые»), прикреплены к внутренней мембране. Для построения митохондрии требуется гораздо больше белков, чем кодирует кольцевая ДНК митохондрий, поэтому следует отметить, что информация о большинстве митохондриальных белков содержится в ядерной ДНК, и эти белки синтезируются в цитоплазме клетки, а затем транспортируются в митохондрии.

Митохондриальная ДНК кодирует иРНК, тРНК, рРНК, формируя собственные системы репликации ДНК, транскрипции и трансляции некоторых белков. Генетический код ДНК митохондрий имеет несколько отличий от генетического кода эукариот. Рибосомы митохондрий прокариотического типа (70S-типа), большая часть рибосомальных белков синтезируется в цитоплазме, а затем транспортируется в митохондрии.

Размножение. Митохондрии живут около 10 суток, способны размножаться путем деления или отшнуровывания новых митохондрий от ранее существующих; разрушение их происходит с помощью автофагии. Наследуются митохондрии у многих видов, в том числе и у человека, по материнской линии, митохондрии отца разрушаются в процессе оплодотворения.

Происхождение. Согласно теории симбиогенеза митохондрии произошли от древних свободноживущих аэробных прокариотических организмов, которые, случайно проникнув в клетку-хозяина (анаэробную архебактерию) образовали с ней взаимовыгодный симбиотический комплекс.

В пользу этой гипотезы свидетельствуют следующие данные. Во-первых, митохондриальная ДНК имеет такие же особенности строения, как и ДНК современных бактерий (замкнута в кольцо, не связана с белками). Во-вторых, митохондриальные рибосомы и рибосомы бактерий относятся к одному типу – 70S-типу.

В-третьих, механизм деления митохондрий сходен с таковым бактерий. В-четвертых, синтез митохондриальных и бактериальных белков подавляется одинаковыми антибиотиками. Но в процессе эволюции большая часть генов митохондрий переместилась в ядро, и синтез большинства митохондриальных белков происходит в цитоплазме клетки, т.е.

митохондрии являются полуавтономными органоидами эукариотической клетки.

Функции. Основная функция – окисление органических молекул с образованием энергии в форме тепла и в форме АТФ.

Но в клетках бурого жира (например у медведя во время зимнего сна) митохондрии не образуют АТФ, вся энергия выделяется в форме тепла и поддерживает определенную температуру тела.

Кроме этого в митохондриях происходит синтез некоторых (около 5%) митохондриальных белков.

Двухмембранные структуры

Пластидыхарактерны 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 цвета, хлоропласты – зеленые пластиды.

Двухмембранные структуры   Рис. . Строение пластид 1 – наружная мембрана; 2 – внутренняя мембрана; 3 –строма; 4 – тилакоид;5- грана; 6 – ламелла; 7 – зерно первичного крахмала; 8 – липидные капли.

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. В хлоропласте содержится в среднем 40-60 гран, расположенных в шахматном порядке. Граны связываются друг с другом уплощенными каналами – ламеллами. В мембраны тилакоидов встроены фотосинтетические пигменты и ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Главным фотосинтетическим пигментом является хлорофилл а, именно он обуславливает зеленый цвет хлоропластов. Внутреннее пространство хлоропластов заполнено стромой. В строме имеются кольцевая «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, ферменты цикла Кальвина, зерна первичного крахмала. Внутри каждого тилакоида находится протонный резервуар, происходит накопление «Н+». Хлоропласты также как митохондрии способны к автономному размножению путем деления надвое или образуются из пропластид.

Хлоропласты содержатся в клетках зеленых частей высших растений, особенно много хлоропластов в листьях и зеленых плодах. Хлоропласты низших растений называют хроматофорами.

Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Полагают, что хлоропласты произошли от древних эндосимбиотических цианобактерий (теория симбиогенеза). Основанием для такого предположения является сходство хлоропластов и современных бактерий по ряду признаков (кольцевая, «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, способ размножения).

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 70S-типа, ферменты синтеза и гидролиза запасных питательных веществ. Пигменты отсутствуют.

Особенно много лейкопластов имеют клетки подземных органов растения (корни, клубни, корневища и др.). Функция: синтез, накопление и хранение запасных питательных веществ. В зависимости от накопленных органических веществ различают амилопласты – лейкопласты, которые синтезируют и накапливают крахмал, элайопласты – масла, протеинопласты – белки.

Кроме того, в одном и том же лейкопласте могут накапливаться разные вещества.

Хромопласты. Ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя или также гладкая, или образует единичные тилакоиды.

В строме имеются кольцевая ДНК и пигменты – каротиноиды, придающие хромопластам желтую, красную или оранжевую окраску. Форма накопления пигментов различна: в виде кристаллов, липидных капель и др.

Содержатся в клетках зрелых плодов, лепестков, осенних листьев, редко – корнеплодов. Хромопласты считаются конечной стадией развития пластид.

Функция: окрашивание цветов и плодов и тем самым привлечение опылителей и распространителей семян.

Все виды пластид могут образовываться из пропластид. Пропластиды – мелкие органоиды, содержащиеся в образовательных тканях зародыша семени. Поскольку пластиды имеют общее происхождение, между ними возможны взаимопревращения.

Лейкопласты могут превращаться в хлоропласты (позеленение клубней картофеля на свету) и хромопласты (при созревании корнеплодов).

Хлоропласты в темноте становятся лейкопластами, осенью, при разрушении хлорофилла – хромопластами (изменение окраски листьев связано с выявлением каротиноидов – пигментов желтого цвета ксантофиллов и оранжевых пигментов каротинов). Превращение хромопластов в лейкопласты или хлоропласты считается невозможным.

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 обычно сферическая, диаметр от 3 до 10 мкм.

Двухмембранные структуры   Рис. . Строения ядра

Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой из двух мембран, между которыми перинуклеарное пространство, узкая щель (15-40 нм), заполненная полужидким веществом. В некоторых местах мембраны сливаются друг с другом, образуя поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Наружная мембрана покрыта рибосомами и связана с мембранами гранулярной ЭПС, образуя единую систему сообщающихся каналов.

Внутренняя мембрана гладкая, под ней находится ядерная ламина – часть кариоскелета, состоящая из промежуточных филаментов. Ядерная ламина поддерживает форму ядра, участвует в упорядоченной укладке хроматина внутри ядра и организации ядерных пор.

Кариоплазма (ядерный сок, нуклеоплазма) – внутреннее среда ядра, в которой располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. В состав ядерного сока входят различные белки (в том числе ферменты ядра), свободные нуклеотиды.

Ядрышко представляет собой округлое плотное тельце, погруженное в ядерный сок. Количество ядрышек зависит от функционального состояния ядра и варьирует от 1 до 10 и более. Ядрышки обнаруживаются только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают.

Ядрышко образуется на определенных участках хромосом, несущих информацию о структуре рРНК. Такие участки называются ядрышковыми организаторами и содержат многочисленные копии генов, кодирующих рРНК. Из рРНК и белков, поступающих из цитоплазмы, формируются субъединицы рибосом.

Таким образом, ядрышко представляет собой скопление рРНК и рибосомальных субъединиц на разных этапах их формирования.

Читайте также:  Семейство крестоцветных, или капустных (около 3 тыс

Хроматин – внутренние нуклеопротеидные структуры ядра, окрашивающиеся некоторыми красителями и отличающиеся по форме от ядрышка. Хроматин имеет вид глыбок, гранул и нитей. Химический состав хроматина: ДНК (30-45%), гистоновые белки (30-50%), негистоновые белки (4-33%), т.о.

хроматин является дезоксирибонуклеопротеидным комплексом (ДНП). В зависимости от функционального состояния хроматина различают: гетерохроматин и эухроматин. Эухроматин – генетически активные, гетерохроматин – генетически неактивные участки хроматина.

Эухроматин при световой микроскопии не различим, слабо окрашивается и представляет собой деконденсированные (деспирализованные, раскрученные) участки хроматина. Гетерохроматин под световым микроскопом имеет вид глыбок или гранул, интенсивно окрашивается и представляет собой конденсированные (спирализованные, уплотненные) участки хроматина.

Хроматин – форма существования генетического материала в интерфазных клетках. Во время деления клетки (митоз, мейоз) хроматин преобразуется в хромосомы.

Функции ядра: хранение наследственной информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления, регуляция жизнедеятельности клетки путем регуляции синтеза различных белков, место образования субъединиц рибосом.

Двухмембранные структуры   Рис. . Строение хромосом. Компактизация ДНК 1 – равноплечая (метацентрическая) хромосома; 2 – неравноплечая (субметацентрическая) хромосома; 3 – резко неравноплечая (акроцентрическая) хромосома; 4 – одноплечая (телоцентрическая) хромосома; 5 – спутничная хромосома; 6 – хроматиды; 7 – центромера; 8 – теломеры; 9 – спутники; 10 – ядрышковые организаторы; 11 – гомологичные хромосомы.

Хромосомы – органоиды ядра, представляющие собой конденсированный хроматин и появляющиеся в клетке во время митоза или мейоза. Хромосомы и хроматин – различные формы пространственной организации дезоксирибонуклеопротеидного комплекса (ДНП), соответствующие разным фазам жизненного цикла клетки. Химический состав хромосом такой же, как у хроматина: ДНК до 40%, белки до 60%. Основу хроматиды составляет одна непрерывная двухцепочечная молекула ДНК,

длина ДНК одной хроматиды может достигать нескольких сантиметров. Понятно, что молекула такой длины не может располагаться в клетке в вытянутом виде, а подвергается укладке, приобретая определенную трехмерную структуру, или конформацию.

Выделяют следующие уровни пространственной укладки ДНК и ДНП: нуклеосомный (накручивание ДНК на белковые глобулы – нуклеосомы). Каждая глобула, нуклеосома состоит из 8 гистоновых белковых молекул, ДНК делает вокруг нуклеосомы 1,75 оборота.

Нуклеосомы спирально закручиваются, образуя нуклеосомную фибриллу; нуклеосомная фибрилла собирается в крупные сближенные петли, образуя хромонему, хромонема закручивается в суперспираль, образуя хроматиду. Хромосома перед делением клетки состоит из двух хроматид.

В хромосоме различают первичную перетяжку, плечи хромосомы (части хромосомы по обе стороны от первичной перетяжки), теломеры (концевые участки плеч, защищающие хромосомы от слипания). Некоторые хромосомы имеют вторичные перетяжки, отделяющие часть хромосомы, называемую спутником (у человека пять пар хромосом имеют вторичные перетяжки).

В области вторичных перетяжек копии генов, несущих информацию о строении рРНК, поэтому эти хромосомы называются ядрышкообразующими.По положению центромеры хромосомы делят на метацентрические (равноплечие), субметацентрические (неравноплечие), акроцентрические (резко неравноплечие), телоцентрические (одноплечие) и спутничные.

Двухмембранные структуры   Рис. . Идиограмма кариотипа человека

В процессе преобразования хроматина в хромосомы ДНП образует не только спирали и суперспирали, но еще петли и суперпетли. Поэтому процесс формирования хромосом, который происходит в профазу митоза или профазу 1 мейоза, лучше называть не спирализацией, а конденсацией хромосом.

Соматические клетки содержат диплоидный, двойной – 2n набор хромосом. Половые клетки –гаплоидный, одинарный – n. Диплоидный набор дрозофилы – 8, шимпанзе – 48, речного рака – 196 хромосом. Хромосомы диплоидного набора разбиваются на пары, хромосомы одной пары имеют одинаковое строение, размеры, набор генов и называются гомологичными.

Кариотип – совокупность признаков о числе, размерах и строении метафазных хромосом, характерных для вида.

Идиограмма– графическое изображение кариотипа. У представителей разных видов кариотипы разные, одного вида – одинаковые. Аутосомы – хромосомы, одинаковые для мужского и женского кариотипов.

Половые хромосомы – хромосомы, по которым мужской кариотип отличается от женского. Кариотип человека (2n = 46, n = 23) содержит 22 пары аутосом и 1 пару половых хромосом. Половые хромосомы женщины – «ХХ», мужчины – «ХУ».

Х-хромосома – субметацентрическая, У-хромосома – акроцентрическая.

Функции хромосом – хранение наследственной информации и передача генетического материала от материнской клетки к дочерним.

Двухмембранные структуры • биология-в.рф

Двухмембранные структуры

Двухмембранные структуры. Ядро. Хромосомы. Митохондрии и Пластиды

Является непременным компонентом почти для каждой клетки эукариот (за исключением эритроцитов, тромбоцитов млекопитающих, ситовидных трубок растений).

Клетки, как правило, имеют одно ядро, но встречаются двухядерные (инфузории) и многоядерные (гепатоциты, мышечные клетки и т. п.).

Каждый тип клетки имеет определенное постоянное соотношение между объемами ядра и цитоплазмы – ядерно-цитоплазматическое соотношение.

Форма ядра

Ядра бывают разной формы и размеров. Обычная форма ядра – шарообразная, реже – другая (звездчатая, неправильная и т. п.). Размеры колеблются от 1 мкм до 1 см.

Некоторые одноклеточные (инфузории и т. п.) имеют два ядра: вегетативное и генеративное. Генеративное обеспечивает передачу генетической информации, вегетативное – регулирует синтез белков.

Покрыто двумя мембранами (внешней и внутренней) с ядерными порами, прикрытыми особыми тельцами; внутри – ядерный матрикс, состоящий из ядерного сока (кариоплазмы, нуклеоплазмы), ядрышек (одного или нескольких), рибонуклеопротеидных комплексов и нитей хроматина. Между двумя мембранами есть щель (от 20 до 60 нм). Внешняя мембрана ядра связана с ЭПС.

Внутреннее содержимое ядра

Кариоплазма (от греч. карион – ядро ореха) – это внутреннее содержимое ядра. По строению напоминает цитоплазму. Содержит белковые фибриллы, образующие внутренний скелет ядра.

Ядрышко состоит из комплекса РНК с белками (рибонуклеопротеидных фибрилл), внутреннеядрышкового хроматина и из предшественников субъединиц рибосом (гранул). Образуются на вторичных перетяжках хромосом – ядрышковых организаторах.

Функция ядрышек

Функция ядрышек: синтез рибосом.

Нити хроматина – хромосомы в период между делениями клетки (дезоксирибонуклеиновые комплексы). Имеют вид одиночных нитей (эухроматин), гранул (гетерохроматин) и интенсивно окрашиваются некоторыми красителями.

Хромосомы – ядерные структуры, в которых находятся гены, состоят из ДНК и белка. Кроме того, в состав хромосом входят ферменты и РНК.

Функции ядра

Сохранение и передача генетической информации, организация и регуляция процессов обмена веществ, физиологических и морфологических в клетке (например, синтез белка).

Хромосомы

Двухмембранные структуры

Строение Хромосомы. Двухмембранные структуры

Хромосомы (от греч. хрома – цвет, сома – тело). Были открыты с помощью светового микроскопа в конце XIX века. Их строение лучше всего изучать на стадии метафазы митоза, когда они максимально спирализованы. Для этого располагают хромосомы по размерам (первые – наиболее длинные, последние – половые), составляют идеограммы.

Химический состав хромосом

В химический состав хромосом входят двухцепочечная ДНК, связанная с ядерными белками (образует нуклеопротеиды), РНК и ферменты. Ядерные белки, обернутые нитью ДНК, образуют нуклеосомы. По 8-10 нуклеосом соединяются в глобулы. Между ними содержатся участки ДНК. Таким образом компактно размещены в хромосоме молекулы ДНК. В развернутом виде молекулы ДНК очень длинные.

Состоят хромосомы из двух хроматид, соединенных первичной перетяжкой, которая разделяет их на плечи. Хромосомы могут быть равноплечими, разноплечими, одноплечими.

В участке первичной перетяжки содержится пластинчатое образование в виде диска – центромера, к которому во время деления прикрепляются нити веретена деления.

Могут иметь вторичную перетяжку (ядрышковый организатор) и спутник.

Каждая хромосома в наборе имеет себе подобную по строению и набору генов – гомологичную. Хромосомы разных пар будут по отношению одна к другой негомологичными. Хромосомы, которые не определяют пола, называются аутосомами. Хромосомы, определяющие пол, называются гетерохромосомами.

Какие бывают клетки

Клетки бывают неполовые – соматические (от греч. сома – тело) и половые, или генеративные (от лат. genero – порождаю, вырабатываю) гаметы. Количество хромосом в ядре может быть разным у разных видов организмов.

Во всех соматических клетках организмов одного вида количество хромосом обычно одинаково. Для соматических характерен двойной набор хромосом – диплоидный (2n), для гамет – гаплоидный (n). Число хромосом может превышать двойной набор.

Такой набор называется полиплоидным (триплоидный (Зn), тетраплоидный (4n) и т. п.).

Кариотип – это определенный набор хромосом в клетке, характерный для каждого вида растений, животных, грибов. Количество хромосом в кариотипе всегда четное. Количество хромосом не зависит от уровня организации организма, не всегда свидетельствует о филогенетическом родстве (у человека– 46 хромосом, у собаки – 78, у таракана – 48, у шимпанзе – 48).

Митохондрии

Митохондрии (от греч. митос – нить, хондрион – зернышко) – двухмембранные органеллы, которые имеют бобообразную форму палочек, нитей, есть почти во всех клетках эукариот.

Иногда могут разветвляться (у некоторых одноклеточных, мышечных волокон и т. п.). Количество разное (от 1 до 100 тыс. и более).

Читайте также:  Этапы развития животного и растительного мира на земле, биология

В клетках растений – меньше, поскольку их функцию (образование АТФ) частично выполняют хлоропласты.

Строение Митохондрии

Двухмембранные структуры

Строение Митохондрии

Внешняя мембрана – гладкая, внутренняя – складчатая. Складки увеличивают внутреннюю поверхность, они называются кристами. Между внешней и внутренней мембранами есть щель (10-20 нм шириной). На поверхности внутренней мембраны расположен комплекс ферментов.

Внутренняя среда – матрикс. В нем находятся кольцевая молекула ДНК, рибосомы, иРНК, включения, синтезируются белки, входящие в состав внутренней мембраны.

Митохондрии в клетке постоянно восстанавливаются. Являются полуавтономными структурами – образуются путем деления.

Функции Митохондрии

Функции: энергетические «станции» клетки – образуют энергетически богатые вещества – АТФ, обеспечивают клеточное дыхание.

Пластиды

Двухмембранные структуры

Пластиды

Пластиды (от греч. пластидис, пластос – сформированный, вылепленный) – двухмембранные органеллы фотосинтезирующих организмов (преимущественно растений). Имеют разную форму, окраску. Различают три вида:

  1. Хлоропласты (от греч. хлорос – зеленый) – содержат в мембранах в основном хлорофилл, определяют зеленый цвет растений, находятся в зеленых частях растений. Длиной 5-10 мкм. Количество колеблется.

Строение хлоропластов

Строение: внешняя мембрана гладкая, внутренняя – складчатая, внутреннее содержимое – матрикс с кольцевой молекулой ДНК, рибосомами и включениями. Между внешней и внутренней мембранами – щель (20-30 нм).

Внутренние мембраны образуют стопки – граны, которые состоят из тилакоидов (по 50 и больше), которые имеют вид уплощенных вакуолей или мешочков. Гран в хлоропласте 60 и более. Граны соединены ламеллами – плоскими удлиненными складками мембраны. На внутренних мембранах находятся фотосинтезирующие пигменты (хлорофилл и др.

). Внутри хлоропласта – матрикс. В нем содержатся кольцевая молекула ДНК, рибосомы, включения, зерна крахмала.

Основные фотосинтезирующие пигменты (хлорофиллы, вспомогательные – каротиноиды) находятся в тилакоидах.

Основная функция хлоропластов

Основная функция – фотосинтез. В хлоропластах синтезируются также некоторые липиды, белки мембран.

Хлоропласты – полуавтономные структуры, располагают собственной генетической информацией, имеют собственный белоксинтезирующий аппарат, размножаются делением.

  1. Хромопласты (от греч. хрома – краска, цвет) – содержат цветные пигменты (каротины, ксантофиллы и др.), имеют немногочисленные тилакоиды, почти отсутствующую внутреннюю мембранную систему, находятся в цветных частях растения. Функции привлекают насекомых, других животных для опыления, рас-пространения плодов и семян.
  2. Лейкопласты (от греч. лейкос – белый) – это бесцветные пластиды, находятся в неокрашенных частях растения. Функция: запасают питательные вещества, продукты метаболизма клетки. Содержат кольцевую ДНК, рибосомы, включения, ферменты. Могут быть почти полностью заполнены зернами крахмала.

Пластиды имеют общее происхождение, возникают из пропластид образовательной ткани. Разные виды пластид могут переходить одна в другую.

Светлые пропластиды превращаются в хлоропласты, лейкопласты –в хлоропласты или хромопласты. Разрушение хлорофилла в пластидах приводит к образованию хромопластов (осенью зеленая листва становится желтой, красной).

Хромопласты – конечное преобразование пластид. Больше они ни в какие другие не превращаются.

У водорослей и некоторых жгутиковых есть особая двухмембранная органелла, которая содержит фотосинтезирующие пигменты – хроматофор. Она сходна по строению с хлоропластами, но имеет определенные отличия.

В хроматофорах нет гран. Форма – разнообразная (у хламидомонады – чашевидная, у спирогиры – в виде спиральных лент и т. п.).

В состав хроматофора входит пиреноид – участок клетки с мелкими вакуолями и зернами крахмала.

Гипотеза симбиогенеза (эндосимбиоза)

Клетки прокариот вступили в симбиоз с эукариотическими клетками.

Считается, что митохондрии образовались в результате сожительства клеток аэробных и анаэробных, хлоропласты – в результате сожительства цианобактерий с клетками гетеротрофных первоначальных эукариот.

Об этом свидетельствует то, что пластиды и митохондрии по размерам приближены к клеткам прокариот, имеют собственную кольцевую молекулу ДНК и собственный белоксинтезирующий аппарат. Они являются полуавтономными, образуются путем деления.

Клеточный уровеньУровни организации живого

Классификация двумембранных органоидов: описание, сходные признаки

Органоиды, расположенные внутри любой клетки, обеспечивают ее жизнедеятельность, служат механизмом для реализации возложенных функций. Каждый органоид имеет определенное строение и четкий набор структурных единиц.

Исходя из этого органеллы живой клетки бывают одно-, двумембранные и не имеющие мембран.

Несмотря на микроскопические размеры любой тканевой единицы – клетки, особенности ее строения постоянны, поскольку обеспечивают исполнение общеорганизменной нагрузки.

 

Что такое двумембранные органоиды

Самостоятельность клетки поддерживают двумембранные органеллы, процесс образования которых обусловлен делением существующих клеточных элементов. В двумембранных присутствует собственный геном, который характеризуется кольцевой формой и напоминает геном клетки бактерий.

Существует теория, что двумембранные органоиды имеют происхождение общее с прокариотами. Вступив в симбиоз с клетками-эукариотами, они «нашли себя» внутри последних.

Это объясняет сходство внешней мембраны органелл двумембранной природы с таковой у эукариот, а внутренней – у прокариот.

Факт также не противоречит гипотезе, утверждающей, что органоидная мембрана – не что иное, как оболочка пищеварительной вакуоли, имеющей специфическое название – фагосома.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Двумембранные органеллы существуют полуавтономно. Способность к делению – их вторая характерная особенность.

Клеточная система предусматривает существование немембранных органоидов. К ним относятся:

  • клеточный центр;
  • цитоскелет;
  • рибосомы.

Типы органоидов

Определение

Участки цитоплазмы, отделенные от гиалоплазмы мембранами, которые могут располагаться одиночно или быть связанными друг с другом, именуются органоидами.

По наличию и количеству мембран они делятся на:

  • одномембранные;
  • двумембранные;
  • немембранные.

Как мембранные, так и немембранные органеллы, характеризуются определенным составом, имеют конкретные свойства и исполняют функции. Такие объемные зоны имеют иное название – компартменты. Их расположение внутри гиалоплазмы имеет определенные закономерности.

Комплекс Гольджи, лизомомы, пероксисомы, митохондрии, эндоплазматическая сеть – перечень органелл, отграниченных от гиалоплазмы мембраной, строение которой похоже на цитолеммы. Их жизнедеятельность связана с разделением либо слипанием (слиянием) мембран. Такие процессы характеризуются объединением исключительно идентичных слоев мембраны.

Пример

Наружный слой, расположенный на стыке с гиалоплазмой, идентичен цитолемме с внутренней стороны. Внутренний, граничащий с содержимым органеллы, аналогичен цитолемме с наружной стороны.

Виды двумембранных органоидов

Такие органеллы, как митохондрии, пластиды и ядро (у эукариот) имеют две мембраны. Митохондрии являются энергетическим источником для всей клетки, а пластиды играют  главную роль в фотосинтезе.

При этом, если хлоропласты, содержащие хлорофилл, являются непосредственным участником выработки кислорода на свету, то от хромопластов зависит окраска органов растений. Лейкопласты же накапливают крахмал.

Митохондрии интересны и тем, что содержат «личные» рибосомы и ДНК. С помощью них образовываются белки внутри органелл.

Для части микроорганизмов (к примеру, амебы) характерно наличие одной митохондрии. Вырабатываемой нею энергии хватает для жизнедеятельности простейшего.

В то же время жировая ткань подкожной клетчатки не имеет их вообще, поскольку в ней не происходит энергетических процессов. Половые клетки (сперматозоиды) имеют несколько митохондрий, что обеспечивает их высокую подвижность.

Большое количество этих органелл содержится в миофибрильном волокне. В таком случае говорят о митохондриальном ретикулуме – слившихся двумембранных органоидах.

Ядро внутри клетки – критерий деления их на прокариоты и эукариоты. Не содержащие ядра прокариоты хранят передающуюся по наследству генетическую информацию в определенном участке цитоплазмы, который имеет более плотную структуру. Выглядит это кольцеобразной плазмидой.

Эукариоты имеют органоид ядро, отграниченное от гиалоплазмы двумембранной оболочкой. Внутри ядра – генносодержащие структуры, которые при делении равномерно «раздают» наследственную информацию молодым клеткам.

Строение

Для описываемых органелл характерно наличие кольцевой нити ДНК, в которой содержатся гены. В них закодирована часть белков органоида. Вторая часть генной информации находится в ядре. Ее источником является цитоплазма, что объясняет причину невозможности существования митохондрий и пластид отдельно от клетки.

Слои мембраны органелл различаются по строению. Так, внешняя похожа на мембрану клеток, а внутренняя сходна с бактериальной мембраной, особенно с учетом ее липидного и белкового состава. За счет большого количества белков (в них велико содержание ферментов) в органеллах с помощью кислорода происходят интенсивные окислительные процессы и соответствующий синтез АТФ.

Примечание

Чтобы ускорить эти процессы и сделать выработку АТФ интенсивной, природа предусмотрела увеличение площади внутренней мембраны за счет расположения ее волнами (кристами).

 

Мембраны в двухмембранных органеллах отделены одна от другой межмембранным пространством. Относительно митохондрий это – матрикс, в котором расщепляются аминокислоты, остатки углеводов, жирные кислоты.

Пластиды содержат не только наружную и внутреннюю оболочки, но и мембранные мешочки. Это не что иное, как впяченная внутрь внутренняя мембрана (научное название: тилакоиды и ламеллы). Источником образования пластид являются пропластиды, для которых свойственны взаимные превращения друг в друга.

 

Оболочка ядра как бы вытекает из эндоплазматической сети. Она характеризуется сложным составом и имеет много отверстий, называемых порами. Посредством пор обе оболочки мембраны сообщаются друг с другом. В то же время здесь содержатся особые пептиды, функцией которых является определение веществ, которые проникают внутрь из внутритканевой жидкости и выводятся наружу.

Читайте также:  Общие признаки строения членистоногих - биология

Функции

Кристы на внутренней оболочке митохондрий содержат дыхательные ферменты, а также ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Это – гарантия эффективного клеточного дыхания.

Пример

В сердечной мышце в несколько раз больше митохондрий, чем в ткани печени. Названные органеллы, находящиеся в клетках скелетных мышц, содержат во много раз больше крист, нежели митохондрии в тканях новорожденного ребенка.

Функции митохондрий в организме строго определены. Это:

  • образование АТФ;
  • обмен энергией с участием кислорода;
  • белковый синтез (внутримитохондриальный, с использованием специфической ДНК и собственных рибосом);
  • переработка жирных кислот и углеводов, происходящая на внешней мембране и находящейся по ее периметру гиалоплазме;
  • цикл трикарбоновых кислот.

Функции пластид обеспечиваются их строением. Хлоропласты, имея ровную наружную оболочку и массу крист на внутренней, локализуют в себе пигментные вещества. Важнейшее из них – хлорофилл. Он зеленого цвета в отличие от оранжевого ксантофилла и каротина.

Внутри хлоропласта находится строма, которая необходима для темновых реакций: синтеза глюкозы. Для этого используется воды и СО2. Строма содержит молекулы ДНК кольцевой формы, РНК, рибосомы и ферменты.

Пластиды также отнесены к полуавтономным органоидам, которые могут синтезировать белок. Способны делиться.

Исходя из вышеописанных особенностей строения ядра, схематически сформулировать его функции можно следующим образом:

  1. Главная роль в хранении и передаче наследственной информации (в случае деления клетки).
  2. Контроль синтеза белка, в результате чего регулируется вся жизнедеятельность клетки.
  3. Образование субъединичных структур – рибосом.

Полуавтономные двумембранные органоиды

Органоиды, в которых содержатся «личные» ДНК, а также РНК и рибосомы, которые могут образовывать белок, относятся к полуавтономным. В их компетенции превращать Е в АТФ. Митохондрии и пластиды – непосредственные представители полуавтономных двумембранных органелл.

 

Все эукариотические клетки «укомплектованы» митохондриями. Они – незаменимые участники клеточного дыхания, способны накапливать энергию в виде АТФ-молекул, содержащих макроэргические связи. Все протекающие в клетке процессы происходят с затратой энергии, содержащейся в АТФ.

Митохондрии в состоянии менять форму, а также выбирать для своего расположения активные участки цитоплазмы. Это способствует концентрации органелл там, где энергетическая потребность в них выше.

Двумембранная оболочка имеет межмембранное пространство шириной 6-10 нм. Внутренняя часть располагается кристами, на которых протекают процессы клеточного дыхания. Это – неотъемлемая часть синтеза АТФ.

В митохондриях имеются и собственные белки, ферменты, РНК и кольцевые ДНК. Они располагаются в матриксе.

Пластиды имеются в растительных клетках. Внутреннее содержимое (строма) отделено от гиалоплазмы двумембранной оболочкой. В их характеристике важно то, что в пластидах содержится аппарат, синтезирующий белок. Поэтому органелла в состоянии запасать его для себя в достаточном количестве.

Современная классификация пластид следующая:

  • хлоропласты;
  • хромопласты;
  • лейкопласты.

Сложная структура хлоропласта позволяет справиться с возложенной на органеллу серьезной функцией – фотосинтезом. Тилакоиды – развитая пузырьковая сеть мембран – собраны в граны.

Строма содержит кольцевые ДНК, РНК, рибосомы, капли липидов и белки. Запасные полисахариды (крахмал) накапливаются здесь же, крахмальными зернами. Хлоропласты имеют размер 4-5 мкм, выглядят в виде дисков и содержат каротиноиды и хлорофилл.

Клетка мезофилла может содержать 40-50 таких органелл.

Основной признак хромопластов – наличие пигмента. В них нет хлорофилла, но есть каротиноиды красного, желтого или оранжевого цвета. Для их образования расходуются хлоропласты, в которых разрушается хлорофилл, а содержащиеся структурные элементы приступают к синтезу каротиноидов. Такой процесс характерен для периода плодосозревания.

Третья разновидность пластид – лейкопласты – способны накапливать крахмал, в частности, амилопласты. Отдельные из них в состоянии образовывать белки и липиды, а также накапливать их внутри себя.

Присутствие света инициирует превращение лейкопластов в хлорополасты.

Пример

Клубень картофеля, в котором много лейкопластов, содержит много крахмала. Картофель, вынесенный на дневной свет, со временем зеленеет.

Двумембранные органоиды (митохондрии, пластиды). Их строение и функции

  • • Двумембранные органоиды – это органоиды, образованные двумя мембранами: внешней и внутренней.
  • • Эти органоиды содержат ДНК,РНК, рибосомы
  • • К двумембранным органоидам относятся митохондрии и пластиды.
  • МИТОХОНДРИИ-находятся в цитоплазме клетки.
  • • Митохондрии состоят из двух мембран.

• Наружняя мембрана митохондрий гладкая. А внутренняя образует выросты (кристы).

  1. • Содержимое митохондрии заполнено матриксом.
  2. В митохондриальном матриксе находятся ДНК, РНК, рибосомы.
  3. Функция митохондрий –
  4. • синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).
  5. • АТФ – источник энергии для клетки.
  6. ПЛАСТИДЫ-есть только у растительных клеток.
  7. • Пластиды находятся в цитоплазме клеток.
  8. Основные формы пластид: лейкопласты, хлоропласты, хромопласты.
  9. • Внутреннее содержимое пластидов называется строма.
  10. • Внутренняя мембрана пластидов образует выросты (тилакоиды).
  11. Строма содержит ДНК, РНК, рибосомы.
  12. Функции пластидов:
  13. • Хлоропласты участвуют в фотосинтезе.
  14. • Хлоропласты регулируют минеральный обмен, хранят питательные вещества и часть генетической информации.
  15. • Пластиды придают цвет растениям.

Одномембранные органоиды (ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы). Их строение и функции.

Эндоплазматическая сеть ЭС) Ультрамикроскопическая система мембран, образующих трубочки, канальцы, цистерны, пузырьки.Строение мембран универсальное (как и наружной), вся сеть объединена в единое целое с наружной мембраной ядерной оболочки и наружной клеточной мембраной. Гранулярная ЭС несет рибосомы, гладкая – лишена их.

Функции:

• Обеспечивает транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками.

• Делит клетку на отдельные секции. в которых одновременно происходят различные физиологические процессы и химические реакции.

  • • Гранулярная ЭС участвует в синтезе белка.
  • • В каналах ЭС образуются сложные молекулы белка, синтезируются жиры, транспортируется АТФ
  • Аппарат Гольджи
  • Микроскопические одномембранные органеллы, состоящие из стопочки плоских цистерн, по краям которых ответвляются трубочки, отделяющие мелкие пузырьки
  • Функции:
  • • В общей системе мембран любых клеток – наиболее подвижная и изменяющаяся органелла.
  • • В цистернах накапливаются продукты синтеза, распада и вещества, поступившие в клетку, а также вещества, которые выводятся из клетки

• . Упакованные в пузырьки, они поступают в цитоплазму: одни используются, .другие выводятся наружу.

• В растительной клетке участвует в построении клеточной стенки.

Лизосомы Микроскопические одномембранные органеллы округлой формы. Их число зависит от жизнедеятельности клетки и ее физиологического состояния. В лизосомах находятся лизирующие (растворяющие) ферменты, синтезированные на рибосомах.

Функции Переваривание пищи, попавшей в животную клетку при фагоцитозе и пиноцитозе. Защитная функция.

В клетках любых организмов осуществляют автолиз (саморастворение органелл), особенно в условиях пищевого или кислородного голодания. У животных рассасывается хвост. У растений растворяются органеллы при образовавании пробковой ткани.

сосудов древесины.Немембранные органоиды (микротрубочки, клеточный центр, рибосомы). Их строение и функции.

К немембранным органеллам общего назначения относятся рибосомы, центриоли, микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты.

Рибосомы

Ультрамикроскопическис органеллы округлой или грибовидной формы, состоящие из двух частeй – субъединиц. Они не имеют мембранного строения и состоят из белка и рРНК. Субъединицы образуются в ядрышке. Объединяются вдоль молекулы иРНК в цепочки – полирибосомы – в цитоплазме.

  1. • Универсальные органеллы всех клеток животных и растений.
  2. • Находятся в цитоплазме в свободном состоянии или на мембранах ЭС; кроме того, содержатся в митохондриях и хлоропластах.
  3. • В рибосомах синтезируются белки по принципу матричного синтеза; образуется полипептидная цепочка – первичная структура молекулы белка

Микротрубочки.Микротрубочки представляют собой прямые, неветвящиеся длинные полые цилиндры.

Стенка микротрубочек построена за счет плотно уложенных округлых субъединиц (из белка тубулина) Во всех эукариотических клетках в гиалоплазме можно видеть длинные неветвящиеся микротрубочки.

В больших количествах они обнаруживаются в цитоплазматических отростках нервных клеток, фибробластов и других изменяющих свою форму клеток

ФункцииГлавное функциональное значение таких микротрубочек цитоплазмы заключается в создании эластичного, но одновременно устойчивого внутриклеточного каркаса (цитоскелета), необходимого для поддержания формы клетки.

Клеточный центр.Ультрамикроскопическая органелла немембранного строения. Состоит из двух центриолей. Каждая имеет цилиндрическую форму, стенки образованы девятью триплетами трубочек, а в середине находится однородное вещество. Центриоли расположены перпендикулярно друг к другу.

Функции.Принимает участие в делении клеток животных и низших растений.

  • • В начале деления (в профазе) центриоли расходятся к разным полюсам клетки.
  • • От центриолей к центромерам хромосом отходят нити веретена деления.
  • • В анафазе эти нити притягивают хроматиды к полюсам.
  • • После окончания деления центриоли остаются в дочерних клетках, удваиваются и образуют клеточный центр
Ссылка на основную публикацию