Основні групи органел. Органели - постійні внутрішньоклітинні структури, що мають певну будову і виконують відповідні функції. Органели діляться на дві групи: мембранні та немембранні. Мембранні органели представлені двома варіантами: двумембранним і одному-лайливим. Двумембраннимі компонентами є пластиди , мітохондрії і клітинне ядро. До одномембранних відносяться органели вакуолярної системи - ендоплазматичнийретикулум, комплекс Гольджі , лізосоми , Вакуолі рослинних і грибних клітин, пульсуючі вакуолі і ін. До немембранні органел належать рибосоми і клітинний центр, постійно присутні в клітці. Виразність елементів цитоскелета (постійного компонента клітини) може значно змінюватися протягом клітинного циклу - від повного зникнення одного компонента (наприклад, цитоплазматических трубочок під час ділення клітини) до появи нових структур (веретена поділу).
Загальною властивістю мембранних органел є те, що всі вони побудовані з ліпопротеїдних плівок (біологічних мембран), що замикаються самі на себе так, що утворюються замкнуті порожнини, або відсіки. Внутрішній вміст цих відсіків завжди відрізняється від гіалоплазми.
Двумембранние органели. До двумебранним органел відносяться пластиди і мітохондрії. Пластида -й у органели клітин автотрофних еукаріотичних організмів. Їх забарвлення, форма і розміри дуже різні. Розрізняють хло-Ропласто, хромопласти і лейкопласт .
хлоропласти мають зелений колір, обумовлений присутністю основного пігменту - хлорофілу. Хлоропласти містять також допоміжні пігменти - каротиноїди (Оранжевого кольору). За формою хлоропласти - це овальні лінзовидні тільця розміром (5-10) х (2-4) мкм. В одній клітці листа може перебувати 15-20 і більше хлоропластів, а у деяких водоростей - лише 1 -2 гігантських хлоропласта (хроматофора) різної форми.
Хлоропласти обмежені двома мембранами - зовнішньої і внутрішньої (рис. 1.8).
Мал. 1.8. Схема будови хлоропласта: I - зовнішня мембрана; 2 - рибосоми; 3 - пластоглобули; 4 - грани; 5 - тилакоїди; 6 - матриці; 7 - ДНК; 8 - внутрішня мембрана; 9 - межмембранное простір.
Зовнішня мембрана відмежовує рідку внутрішню гомогенну середу хлоропласта - строму ( матрикс ). В стромі містяться білки, ліпіди, ДНК (кільцева молекула), РНК, рибосоми і запасні речовини (ліпіди, крохмальні і білкові зерна) а також ферменти, що беруть участь в фіксації вуглекислого газу.
Внутрішня мембрана хлоропласта утворює впячивания всередину строми - тилакоїди, або ламелли, які мають форму сплощені мішечків (цистерн). Кілька таких тілакоі-дів, що лежать один над одним, утворюють гран, і в цьому випадку вони називаються тил акоідамі грани. Саме в мембранах тила-коідов локалізовані світлочутливі пігменти, а також переносники електронів і протонів, які беруть участь в поглинанні і перетворенні енергії світла.
Хлоропласти в клітці здійснюють процес фотосинтезу.
Лейкопласти - дрібні безбарвні пластиди різної форми. Вони бувають кулястими, еліпсоїдними, гантелевід-ними, чашоподібними і т. Д. У порівнянні з хлоропластами у них слабо розвинена внутрішня мембранна система.
Лейкопласти в основному зустрічаються в клітинах органів, прихованих від сонячного світла (коренів, кореневищ, бульб, насіння). Вони здійснюють вторинний синтез і накопичення запасних поживних речовин - крохмалю, рідше жирів і білків.
Хромопласти відрізняються від інших пластид своєрідною формою (дисковидной, зубчастої, серповидної, трикутної, ром-
біческім і ін.) і забарвленням (помаранчеві, жовті, червоні). Хромопласти позбавлені хлорофілу і тому не здатні до фотосинтезу. Внутрішня мембранна структура їх слабо виражена.
Хромопласти присутні в клітинах пелюсток багатьох рослин (лютиков, калужніцу, нарцисів, кульбаб і ін.), Зрілих плодів (томати, горобина, конвалія, шипшина ) І коренеплодів (морква, буряк), а також листя в осінню пору. Яскравий колір цих органів обумовлений різними пігментами, що відносяться до групи каргіноідов, які зосереджені в хромопласти.
Всі типи пластид генетично близькі одна одній, і одні їх види можуть перетворюватися в інші:
Таким чином, весь процес взаємоперетворення пластид можна представити у вигляді ряду змін, що йдуть в одному напрямку - від пропластид до хромопластов.
Мітохондрії-невід'ємні компоненти всіх еукаріот-чеських клітин. Вони являють собою гранулярні або нітепо-добние структури товщиною 0,5 мкм і довжиною до 7-10 мкм.
Мітохондрії обмежені двома мембранами - зовнішньої і внутрішньої (рис. 1.9). Між зовнішньою і внутрішньою мембранами є так зване перімітохондріал'ное простір, яке є місцем скупчення іонів водню Н + Зовнішня мітохондріальна мембрана відокремлює її від гіало-плазми. Внутрішня мембрана утворює безліч впячіваній всередину мітохондрій - так званих крист. На мембрані крист або всередині неї розташовуються ферменти, в тому числі переносники електронів та іонів водню Н +, які беруть участь в кисневому диханні. Зовнішня мембрана відрізняється високою проникністю, і багато сполук легко проходять через неї. Внутрішня мембрана менш проникна. Обмежене нею внутрішній вміст мітохондрії {матрикс) за складом близько до цитоплазми. Матрикс містить різні білки, в тому числі ферменти, ДНК (кільцева молекула), всі типи РНК, амінокислоти , Рибосоми, ряд вітамінів. ДНК забезпечує деяку генетичну автономність мітохондрій, хоча в цілому їх робота координується ДНК ядра.
Мал. 1.9. Схема будови мітохондрії: а - поздовжній розріз; 6 - схема тривимірної будови; 1 - зовнішня мембрана; 2 - матрикс; 3 - межмембранное простір; 4 - гранула; 5 - ДНК; 6 - внутрішня мембрана; 7 - рибосоми.
В мітохондріях здійснюється кисневий етап клітинного дихання.
Одномембранні органели. У клітці синтезується величезна кількість різних речовин. Частина з них споживається на власні потреби (синтез АТФ, побудова органел, накопичення поживних речовин), частина виводиться з клітини і використовується на побудову оболонки (клітини рослин і грибів), Глік-калікс (тварини клітини). Клітинними секретами є також ферменти, гормони, колаген, кератин і т. Д. Накопичення цих речовин і переміщення їх з однієї частини клітини в іншу або виведення за її межі відбувається в системі замкнутих цитоплазматичних мембран - ендоплазматичноїмережі, або ЕПР, і комплексі Гольджі , складових транспортну систему клітин.
Ендоплазматичнийретикулум був відкритий за допомогою електронного мікроскопа в 1945 р Він являє собою систему розгалужених каналів, цистерн (вакуолей), пухирців, що створюють подобу пухкої мережі в цитоплазмі (рис. 1.10). Стінки каналів і порожнин утворені елементарними мембранами.
У клітці існує два типи ендоплазматичного ретикуло-ма: гранулярний (шорсткий) і гладкий (гладкий). Гранулярний ендоплазматичнийретикулум густо засіяний рибосомами, на яких здійснюється біосинтез білка. Синтезовані білки проходять через мембрану в канали і порожнини ЕПР, ізолюються від цитоплазми, накопичуються там, дозрівають і переміщаються в інші частини клітини або в комплекс Гольджі в спеціальних мембранних бульбашках, які отшнуровиваются від цистерн ендоплазматі-чеського ретикулума.
Мал. 1.10. Схема будови шорсткого (1) і гладкого (2) ЕПР.
Функції ЕПР наступні:
- У мембранах шорсткогоЕПР накопичуються і ізолюються білки, які після їх синтезу могли виявитися шкідливими для клітини. Наприклад, синтез гідролітичних ферментів і їх вільний вихід в цитоплазму привів би до самопереваріванію клітини і її загибелі. Однак цього не відбувається, тому що подібні білки надійно ізольовані в порожнинах ендоплазматичної.
- На рибосомах шорсткогоЕПР синтезуються також інтегральні і периферичні білки мембран клітини і деяка частина білків цитоплазми.
- Цистерни шорсткого ЕПР пов'язані з ядерною оболонкою, причому деякі з них є прямим продовженням останньої. Вважається, що після поділу клітини оболонки нових ядер утворюються з цистерн ендоплазматичної.
- На мембранах гладкого ЕПР протікають процеси синтезу ліпідів і деяких вуглеводів (наприклад, глікогену).
Комплекс (апарат) Гол'джі відкритий в 1898 р італійським вченим К. Гольджі. Він являє собою систему плоских дископодібних замкнутих цистерн, які розташовуються одна над іншою у вигляді стопки і утворюють диктиосом. Від цистерн відходять на всі боки мембранні трубочки і бульбашки (рис. 1.11). Число диктиосом в клітинах варіює від однієї до кількох десятків залежно від типу клітин і фази їх розвитку.
Рис 1.11. Схема будови апарату Гол'джі: 1 - бульбашки; 2 - цистерни.
До комплексу Гольджі доставляються речовини, синтезовані в ЕПР. Від цистерн ендоплазматичної отшнуровиваются бульбашки, які з'єднуються з цистернами комплексу Гольджі, де ці речовини модифікуються і дозрівають.
Бульбашки комплексу Гольджі беруть участь у формуванні цитоплазматичної мембрани і стінок клітин рослин після поділу, а також в освіті вакуолей і первинних лізосом.
Зрілі цистерни діктіосоми отшнуровиваться бульбашки або вакуолі Гольджи, заповнені секретом. Вміст таких бульбашок або використовується самою клітиною, або виводиться за її межі. В останньому випадку бульбашки Гольджі підходять до плазматичної мембрани, з'єднуються з нею і виливають свій вміст назовні, а їх мембрана включається в плазматичну мембрану і таким чином відбувається її оновлення.
Цистерни комплексу Гольджі активно витягують моносахариди з цитоплазми і синтезують з них більш складні олиго- і полісахариди . У рослин в результаті цього утворюються пектинові речовини, геміцелюлози і целюлоза , Використовувані для побудови клітинної стінки, слиз кореневого чохлика. У тварин подібним чином синтезуються глікопротеїни і гліколіпіди гликокаликса, виробляються секрет підшлункової залози, амілаза слини, пептидні гормони гіпофіза, колаген.
Комплекс Гольджі бере участь в утворенні лізосом, білків молока в молочних залозах, жовчі в печінці, речовин кришталика, зубної емалі і м п.
Комплекс Гольджі і ендоплазматичнийретикулум тісно пов'язані між собою; їх спільна діяльність забезпечує синтез і перетворення речовин в клітині, їх ізоляцію, накопичення і транспорт.
Лізосоми - це мембранні бульбашки величиною до 2 мкм. Усередині лізосом містяться гідролітичні ферменти, здатні перетравлювати білки, ліпіди, вуглеводи , нуклеїнові кислоти . Лізосоми утворюються з бульбашок, що відділяються від комплексу Гольджі, причому попередньо на шорсткуватому ен до плазматичної ретикулуме синтезуються гідролітичні ферменти.
Зливаючись з ендоцітозного бульбашками, лізосоми утворюють травну вакуоль (вторинна лизосома), де відбувається розщеплення органічних речовин до складових їх мономерів. Останні через мембрану травної вакуолі надходять в цитоплазму клітини. Саме так відбувається, наприклад, знешкодження бактерій в клітинах крові - нейтрофилах.
Вторинні лізосоми, в яких закінчився процес перетравлення, практично не містять ферментів. У них знаходяться лише неперетравлені залишки, т. Е. Негідролізуемого матеріал, який або виводиться за межі клітини, або накопичується в цитоплазмі.
Розщеплення лизосомами чужорідного, що надійшов шляхом ендоцитозу матеріалу називається гетерофагії. Лізосоми беруть участь також в руйнуванні матеріалів клітини, наприклад запасних поживних речовин, а також макромолекул і цілих орга-нелл, які втратили функціональну активність (аутофагія). При патологічних змінах в клітці або її старінні мембрани лізосом можуть руйнуватися: ферменти виходять в цитоплазму, і здійснюється самопереваривание клітини -автоліз. Іноді за допомогою лізосом знищуються цілі комплекси клітин і органів. Наприклад, коли пуголовок перетворюється в жабу, лізосоми, що знаходяться в клітинах хвоста, перетравлюють його: хвіст зникає, а що утворилися під час цього процесу речовини всмоктуються і використовуються іншими клітинами тіла.
Вакуолі - великі мембранні бульбашки або порожнини в цитоплазмі, заповнені клітинним соком. Вакуолі утворюються в клітинах рослин і грибів з бульбашковидних розширень ЕПР або з бульбашок комплексу Гольджі. У меристематичних клітинах рослин спочатку виникає багато дрібних вакуолей. Збільшуючись, вони зливаються в центральну вакуоль, яка займає до 70-90% об'єму клітини і може бути пронизана тяжами цитоплазми (рис. 1.12).
Мал. 1.12. Вакуоль в рослинній клітині: 1 - вакуоль; 2 - цітопяаз-матические тяжі; 3 - ядро; 4 - хлоропласти.
Вміст вакуолей - клітинний сік. Він являє собою водний розчин різних неорганічних і органічних речовин. Більшість з них є продуктами метаболізму протопласта, які можуть з'являтися і зникати в різні періоди життя клітини. Хімічний склад і концентрація клітинного соку дуже мінливі і залежать від виду рослин, органу, тканини і стану клітини. У клітинному соку містяться солі, цукру (перш за все сахароза , Глюкоза, фруктоза), органічні кислоти (яблучна, лимонна, щавлева, оцтова та ін.), Амінокислоти, білки. Ці речовини є проміжними продуктами метаболізму, тимчасово виведеними з обміну речовин клітини в вакуоль. Вони є запасними речовинами клітини.
Крім запасних речовин, які можуть вдруге використовуватися в метаболізмі, клітинний сік містить феноли, таніни (дубильні речовини), алкалоїди , Антоціани, які виводяться з обміну в вакуоль і таким шляхом ізолюються від цитоплазми.
Таніни особливо часто зустрічаються в клітинному соку (а також в цитоплазмі і оболонках) клітин листя, кори, деревини, незрілих плодів і насіннєвих оболонок. Алкалоїди присутні, наприклад, в насінні кави (кофеїн), плодах маку (морфін) і блекоти (атропін), стеблах і листках люпину (люпінін) і ін. Вважається, що таніни з їх терпким смаком, алкалоїди та токсичні поліфеноли виконують захисну функцію: їх отруйний (найчастіше гіркий) смак і неприємний запах відштовхують рослиноїдних тварин, що запобігає поїданню цих рослин.
У вакуолях також часто накопичуються кінцеві продукти життєдіяльності клітин (відходи). Таким речовиною для клітин рослин є щавлевокислий кальцій, який відкладається в вакуолях у вигляді кристалів різної форми.
У клітинному соку багатьох рослин містяться пігменти, що додають клітинному соку різноманітне забарвлення. Пігменти і визначають забарвлення віночків квіток, плодів, нирок і листя, а також коренеплодів деяких рослин (наприклад, буряка).
Клітинний сік деяких рослин містить фізіологічно активні речовини - фітогормони (регулятори росту), фітонциди , Ферменти. В останньому випадку вакуолі діють як лізосоми. Після загибелі клітини мембрана вакуолі втрачає виборчу проникність, і ферменти, вивільняючи з неї, викликають автолиз клітини.
Функції вакуолей наступні:
- Вакуолі Грають головну роль в поглінанні води рослини клітінамі. Вода Шляхом осмосу через ее мембрану Надходить в вакуоль, клітінній сік якої є більш концентрованім, чем цитоплазма , І лагодити Тиск на цитоплазму, а отже, и на оболонці Клітини. В результате в клітіні розвівається тургорное ТИСК, что візначає відносну жорсткість рослинних клітін и обумовлює розтягнення клітін во время їхнього росту.
- У запасающих тканинах рослин вместо однієї центральної часто буває кілька вакуолей, в якіх накопічуються запасні пожівні Речовини (жири, Білки). Скоротліві (пульсуючі) вакуолі службовців для осмотічної регуляції, самперед, у прісноводніх найпростішіх, так як в їх Клітини Шляхом осмосу Безперервна Надходить вода з навколишнього гіпотонічного розчин (концентрація Речовини у річковій чи озерній воде значний нижчих, чем концентрація Речовини в клітінах найпростішіх). Скоротливі вакуолі поглинають надлишок води і потім виводять її назовні шляхом скорочень.
Немембранні органели. Клітинний центр. У клітинах більшості тварин, а також деяких грибів, водоростей, мохів і папоротей є центріолі. Розташовані вони зазвичай в центрі клітини, що і визначило їх назву (рис .1.13).
Центриоли представляють собою порожнисті циліндри довжиною не більше 0,5 мкм. Вони розташовуються парами перпендикулярно одна до одної (рис. 1.14). Кожна центриоль побудована з дев'яти триплетів мікротрубочок.
Основна функція центриолей - організація микротрубочек веретена поділу клітини.
Центриолями за структурою ідентичні базальні тільця, які завжди виявляються в підставі джгутиків і війок. Цілком ймовірно, базальні тільця утворюються шляхом подвоєння цін-тріолей. Базальні тільця, як і центриоли, є центрами організації мікротрубочок, що входять до складу джгутиків і війок.
джгутики і вії - органели руху у клітин багатьох видів живих істот. Вони являють собою рухливі цитоплазм етичні відростки, службовці або для пересування всього організму (багато бактерії, найпростіші , Війчасті черви) або репродуктивних клітин (сперматозоїдів, зооспор), або для транспорту частинок і рідин (наприклад, вії миготливих клітин слизової оболонки носових порожнин і трахеї, яйцеводов і т. Д.).
Джгутики еукаріотів по всій довжині містять 20 микротрубочек: 9 периферичних дуплетів і 2 центральні поодинокі. У підстави джгутика в цитоплазмі розташовується ба-зальний тільце.
Джгутики мають довжину близько 100 мкм і більше. Короткі джгутики (10-20 мкм), яких буває багато на одній клітці, називаються віями.
Ковзання мікротрубочок, що входять до складу джгутиків або війок, викликає їх биття, що забезпечує переміщення клітини або просування частинок.
Рибосоми - це найдрібніші сферичні гранули діаметром 15-35 нм, що є місцем синтезу білка з амінокислот. Вони виявлені в клітинах всіх організмів, в тому числі про-каріотіческіх. На відміну від інших органел цитоплазми (пластид, мітохондрій, клітинного центру та ін.) Рибосоми представлені в клітці величезним числом: за клітинний цикл їх утворюється близько 10 млн. штук.
До складу рибосом входить безліч молекул різних білків і кілька молекул рРНК. повна працює рибосома складається з двох нерівних субодиниць (рис. 1.15). Мала суб'едін ица має паличкоподібну форму з декількома виступами. Велика субь-одиниця схожа на півсферу з трьома стирчать виступами. При об'єднанні в рибосому мала субодиниця лягає одним кінцем на один з виступів великої субодиниці. До складу малої субодиниці входить одна молекула РНК, до складу великої - три.
Мал. 1.15, Схема будови рибосоми: 1 - мала субодиниця; 2 - іРНК; 3 - трик; 4 - амінокислота; 5 - велика субьедініца; б - мембрана ендоплазматичної мережі; 7 - синтезируемая поліпептид-ва ланцюг.
У цитоплазмі десятки тисяч рибосом розташовані вільно (поодинці або групами) або прикріплені до ниток мікротрабекуляр-ної системи, зовнішньої поверхні мембрани ядра і ендоплазматичної мережі. Вони є також в мітохондріях і хлоропластах.
У процесі синтезу білка рибосома захищає синтезується білок від руйнівної дії клітинних ферментів. Механізм захисної дії полягає в тому, що частина знову синтезованого білка знаходиться в каналоподобной структурі великої субодиниці.
Джерело: Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов "Посібник з біології для вступників до ВНЗ"
