Строение и функции органелл

Главным органоидом клетки является ядро. От цитоплазмы ядро отделено двойной мембранной оболочкой. Внешняя мембрана переходит в мембрану эндоплазматической сети, благодаря чему перинуклеодное пространство соединяется с цитоплазмой и внешней средой, окружающей клетку, через плазмодесмы. Ядерная

Оболочка обеспечивает обмен веществами между ядром и цитоплазмой, регулирует его активность. В ядре содержится большое количество ферментов обусловливающих освобождение и транспирацию энергии и осуществления многочисленных синтезов (репликация, транспирация). Ядро представляет собой полностью энергетически независимый органоид растительной клетки. Состав ферментов ядра обеспечивает образование АТФ в процессе гликолиза.

Химическими компонентами ядра являются: белки и нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК.

В ядре имеется еще и ядрышко. Оно формируется на определенных участках ДНК. В хроматине ядрышка находятся участки ДНК, ответственные за синтез рибосомальных РНК. Основное вещество ядра называется нуклеоплазмой.

Главные функции клеточного ядра:

1. хранение информации;

2. передача информации в цитоплазму;

3. передача информации дочерним клеткам при делении.

Пластиды. Внутриклеточные цитоплазматические структуры клетки, содержащие зеленые и желтые пигменты называются пластидами. Пластиды – самые крупные, после ядра цитоплазматические органеллы. Огни отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой. В растительных клетках встречаются три типа пластид: 1. лейкопласты, 2. хлоропласты, 3. хромопласты.

Лейкопласты – в * проростках являются основным типом пластид. При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующими изменениями внутренней структуры. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, синтезируется крахмал, основная масса которого откладывается в запасающих тканях или органах в виде крахмальных зерен. Такие пластиды называются аминопластами.

Хлоропласты – их функция фотосинтез, т.е. преобразование энергии света в химическую энергию органических веществ. Хлоропласты имеют сплошное внутреннее строение. Тело пластиды состоит из бесцветного многокомпонентного * - стромы, пронизанной системой двух типов фотосинтетических мембран: 1. тиллакоид гран, 2. тиллакоид стромы. Пигменты хлоропластов: 1. хлорофиллы – 70% хл.а, 30% хл.б.; 2. каротиноиды. Локальные скопления тилакоидов образуют граны. Граны соединены между собой другим типом мембранных образований - *тиллакоидами, в единую взаимосвязанную систему. В тиллакоидах этих двух типов осуществляются разные реакции световой фазы фотосинтеза ****. В тиллакоидах гран локализована ФС-II, в тилакоидах стромы локализована преимущественно ФС-I. Функция хлоропластов – фотосинтез.

Хромопласты в большинстве случаев являются производными хлоропластов, изредка лейкопластов. Созревание плодов (*, перца,*) сопровождается превращением хлоро- или лейкопластов в хромопласты (*). В лепестках цветков встречаются как самостоятельные и постоянные органоиды.

Генетическая система пластид. В строме находится ДНК, РНК (матричная, транспортная) и рибосомы. Молекула ДНК как и в митохондриях замкнута в кольцо.

Митохондрии. В цитоплазме рассеяны дыхательные органеллы – митохондрии, имеющие шарообразную форму. Их количество в клетке достигает 5000. тело митохондрий состоит из двойной мембранной оболочки. Внутреннюю мембрану образуют * * выростов, называемых кристами. Эта внутренняя мембрана делит митохондрии на два отсека - *

пространство между внутренней и наружной мембраной митохондрии

и внутренней *, ограниченной внутренней мембраной.

Между кристами размещается матрикс – масса близкая по составу к цитоплазме, в которой находится основное количество ферментов.

Химический состав. Митохондрии состоят на 2/3 из белка и на 1/3 из липидов. На кристах и в составе внешней мембраны содержатся (кроме белков и липидов) витамины, рибосомы, ДНК, ДНК. Наличие ДНК и рибосом обусловливает определенную генетическую автономность митохондрий.

Функция. В митохондриях осуществляется преобразование энергии химических связей питательных веществ в * связи АТФ. Образование АТФ происходит преимущественно за счет окислительного *. Накопленная молекулами АТФ энергия расходуется на ростовые процессы, на новые синтезы и т.д.

Филогенез митохондрий пластид: согласно гипотезе эндосимбиоза, они являются потомками прокариот, сходных с бактериями или сине-зелеными водорослями, которые проникли в гетеротрофные анаэробные клетки и стали в них жить как симбиоты. Размножаются митохондрии и пластиды относительно независимо от деления всей клетки и ядра.

Эндоплазматический ретикулум (ЭР) – представляет собой систему канальцев, пузырьков, трубочек, цистерн различных размеров и форм, которые пронизывают массу цитоплазмы. Стенки мельчайших трубочек образованы мембранами - одинарные. Различают ЭР с гладкими стенками – агранулярный и ЭР шероховатый (гранулярный) на поверхности которого обнаружено множество рибосом.

Функция ЭР – накопление, перераспределение по клетке и концентрирование синтезированных на полисомах белков.

Аппарат Гольджи – органоид представляющий собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков, которые по периферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки.

Функция аппарата Гольджи – состоит в накоплении, сепарации и выделении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов распада, токсических веществ.

В растительных клетках аппарат Гольджи содержит ферменты синтеза полисахаридов и сам полисахаридный материал (*, пектиновые вещества), которые используются для построения клеточной оболочки. В клетках растений содержатся мелкие сферические тельца, окруженные мембраной. Сюда относятся: лизосомы, периксисомы, глиоксисомы.

Лизосомы представляют собой мелкие пузырьки, ограниченные мембраной. В них содержатся ферменты, катализирующие процессы распада. В настоящее время выявлено около 60 гидролаз, что позволяет эти органеллам расщеплять практически все природные полимерные органические соединения.

Микротельца – тельца вакуолярного типа, окруженные одинарной мембраной. В зависимости от выполняемых функций и присутствующих ферментов микротельца подразделяют:

на пероксисомы – осуществляющие расщепление Н₂О₂ с помощью каталазы и пероксидазы;

глиоксисомы – содержащие ферменты цикла глиоксиловой кислоты (при прорастании семян) жиры превращаются в углеводы, а также реакции фотодыхания.

Характеристика немембранных компонентов клетки

Рибосомы – немембранные клеточные органоиды

Рибосомы – это рибонуклеопротеидные частицы сферической формы. В качестве структурной основы они содержат около 50% рибосомальной РНК и столько же рибосомального белка. Каждая клетка обладает десятками тысяч или миллионами этих крошечных, размером 20-30 *, округлых рибонуклеопротеидных частиц. Рибосома состоит из двух неодинаковых субчастиц. Отдельные рибосомы могут собираться в группы образуя полисомы. Рибосомы являются обязательными компонентами цитоплазмы, митохондрий и хлоропластов.

Функция рибосом – синтез белка.

Микротрубочки – структуры, состоящие из белковых глобул, расположенных спиральными или прямолинейными рядами. Эти структуры входят диффузно в состав цитоплазмы либо образуют временные структурированные и организованные скопления:

веретено деления

центриоли и т.д.

Функция – микротрубочки выполняют преимущественно двигательную функцию, обеспечивая подвижность и сокращаемость органоидов клетки. Микротрубочки способствуют перемещению органоидов в места, которые определяются физиологическими потребностями клетки.

Другой тип немембранных ультраструктур цитоплазмы клеток представлен микрофиламентами, представляющими собой двойную скрученную нить.

Функция – микрофиламенты участвуют в изменении формы клетки и в движении цитоплазмы.

Коллоидные свойства протоплазмы

Протоплазма состоит в основном из белковых веществ и липидов. Белки в воде не образуют истинных растворов, а находятся в коллоидном состоянии. Примером коллоидной системы служит студень желатина. Студень может содержать 98% воды, и все-таки, при комнатной температуре обладает свойствами твердого тела. Выделить эту воду нелегко ибо она входит в неразрывный комплекс с белком. При повышении температуры студень растворяется, переходя в жидкое состояние, называемое золем. При охлаждении золь снова застывает. Застывшее состояние называют гелем. Протоплазме свойственно промежуточное состояние между золем и гелем, которые можно обозначить как гелевый раствор.

Устойчивость коллоидов протоплазмы растительной клетки обусловливается:

электрическим зарядом коллоидной частицы

и наличием гидратационной оболочки.

Выясним причины возникновения электрического заряда в коллоидах и чем обусловлена гидратация белковых веществ. Поверхность коллоидной частицы в результате диссоциации заряжается положительно (+) или отрицательно (-). При этом ион противоположного знака заряда коллоида уходит в дисперсную среду и окружает коллоидную частицу. Создается как бы ионная атмосфера противоположного знака. Концентрация ионов уменьшается по мере удаления от поверхности частиц.

Стабильность коллоидов в этом примере определяется электрическим зарядом.

Чем тоньше диффузионный слой, тем менее устойчивы золи, тем легче добиться коагуляции коллоидов. Каковы же причины гидратации? Причина гидратации кроется в природе коллоидных частиц и в строении молекул воды.

Молекула воды является *. вследствие этого на коллоидных частицах образуется оболочка из ориентированных * воды – не образуется гидратационная оболочка.

Таким образом, стабильность коллоидов протоплазмы обусловлена электрическим зарядом коллоидной частицы и гидратационной оболочкой. Потеря одного из этих свойств вызывает совершенно различные явления: первая из них коацервация – это частичная потеря гидратационной оболочки, т.е. теряются лишь рыхло связанные слои гидратационной оболочки. Водные оболочки утончаются. Второе – коагуляция – это потеря коллоидной частицей заряда. У белков различают два вида коагуляции: - высоливание и *. Высаливание - это обратимая коагуляция, т.е. свойства белков восстанавливаться. Например, при отмывании электролита от коагулянта гель может снова перейти в золь.

Денатурация – необратимая коагуляция. При необратимой коагуляции происходит химическое изменение белка. Типичная денатурации происходит при нагревании белков. Денатурированные белки имеют способность адсорбировать красители. На этом основана метода определения жизнеспособности семян.

Эти двум видам коагуляции соответствуют два вида повреждения клеточных структур и процессов:

обратимые повреждения – высоливание;

необратимые повреждения – денатурация.

На состояние протоплазмы (вязкость, проницаемость) влияют содержание сахаров (переход из золя в гель), рН среды и соотношение между содержанием одно- и двухвалентных катионов.

Биологическое значение коллоидной природы протоплазмы заключается в томя, что благодаря наличию большого количества мельчайших частиц в коллоидных системах развиваются огромные суммарные поверхности, на которых происходит связывание и адсорбирование разнообразнейших активных веществ. На *, происходит связывание ферментов.

Внутри клеточные движения

В растительной клетке цитоплазма находится в постоянном движении. Выделяют несколько типов движения цитоплазмы:

Колебательное

Циркуляционное

Ротационное

По типу прилива

Наиболее тщательно изучено ротационное движение цитоплазмы.. движение цитоплазмы связано с активностью сократительных белков. Сократительные белки обнаружены в клетках многих растений, как * толщиной 5 нм. Этот молекулярный механизм возник на раннем этапе эволюции и представляет собой взаимодействие двух типов белков – актина и *.

О взаимодействии этих двух типов белков существуют следующие представления: тормозящий белок образует вместе с актиновыми ферментами относительно жесткую сеть (цитоскелет). При локальном изменении среды (изменение рН, конден. Са⁺⁺) тормозящий белок отделяется от актина, и теперь миозин может присоединяться к концам актиновых нитей. Филаменты смещаются относительно друг друга, объединяются в кучки и это приводит к сокращению.

Для осуществления движения необходимо, чтобы химическая энергия переходила в механическую. Энергию, использующуюся в большинстве физиологических процессов доставляет АТФ. При этом используется энергия гликолиза протекающего в цитоплазме. Энергия, образованная в митохондриях в процессе окислительного фосфорилирования менее доступна для движения цитоплазмы.

Скорость движения цитоплазмы порядка 5-7 мкм/с., у корневых волосков – до 50 мкм/с. Свет ускоряет движение цитоплазмы.

Биологическое значение движения цитоплазмы состоит в том, что оно способствует переносу веществ из одной части клетки к другой.