Строение эукариотической клетки. Органоиды и их функции

Митохондрии— орга­ноиды в виде гранул, палочек, нитей, видимых в световом микроскопе. Ве­личина митохондрий сильно колеблет­ся от 0,5 мкм до максимальной длины —7 мкм у палочковидных. Митохондрии встречаются обязательно во всех клет­ках растений и животных. Число их в клетках, выполняющих различную функцию, неодинаково и колеблется от 50 до 5000. Электронная микроскопия дала возможность изучить детали стро­ения митохондрий. Стенка митохондрии состоит из двух мембран: наружной и внутренней: последняя имеет выросты внутрь—гребни, или кристы, делящие митохондрию на отсеки, заполненные матриксом. Основная функция митохондрий — окисление с последующим превраще­нием энергии разлагаемых соединений в энергию фосфатных связей (АТФ — аденозинтрифосфат и АДФ — адено- зиндифосфат). В таком состоянии энер­гия становится наиболее доступной для использования в жизнедеятельно­сти клетки, в частности для синтеза веществ.

Установлено также, что в матриксе митохондрий находятся рибосомы, осу­ществляющие синтез белка. Таким образом, митохондрии — не только энергетические центры, но и органоид, в котором наряду с ядром и рибосомами происходят биосинтетические про­цессы.

Существует структурная связь ми­тохондрий с ядром, особенно заметная в некоторых, переходящих к делению, клетках. В таких клетках обнаружены мельчайшие структуры в виде трубо­чек, соединяющих митохондрии с ядерной оболочкой. Считается, что по этим трубочкам происходит обмен веществ.

Митохондрии размножаются путем перешнуровки; при делении клетки они более или менее равномерно распреде­ляются между дочерними клетками. Таким образом, между митохондриями клеток последовательных генераций осуществляется преемственность.

Как видно из сказанного, митохонд­риям, в отличие от других органоидов, присуща определенная автономия внут­ри клетки. Они никогда не возникают заново, а всегда образуются лишь в результате деления, обладают собствен­ной ДНК, отличающейся от ядерной по своему составу и иногда имеющей форму кольца, как у прокариот. Ри­босомы митохондрий мельче цитоплаз­матических. На этих рибосомах синте­зируются митохондриальные белки, но этот синтез можно подавить дей­ствием антибиотика хлорамфеникола. Этот антибиотик способен прекращать синтез белков в бактериях, но не ока­зывает такого действия на цитоплазма­тические рибосомы.

Перечисленные особенности митохон­дрий, указывающие на их сходство с прокариотами, привели к представле­нию о симбиотическом происхождении этого органоида. Согласно данной ги­потезе, какие-то из аэробных прокари­от проникли в более крупную анаэроб­ную клетку и вели первоначально воз­можно даже паразитический образ жизни. В дальнейшем партнеры этого сожительства в процессе эволюции приспособились друг к другу и быв­ший «паразит» превратился в органо­ид, необходимый для существования клетки. Но, став органоидом, предки митохондрий потеряли часть своего генетического материала. В эукариотных клетках митохондриальная ДНК кодирует лишь часть митохонд­риальных белков, большая же часть их синтезируется вне митохондрии и связана с ядерной ДНК.

Пластинчатый комплекс Г о л ь д ж и виден в световом мик­роскопе как специфический дифферен­цированный участок цитоплазмы, рас­положенной обычно возле ядра. В клетках. высших животных он представ­ляется как сетчатая структура, иногда в виде скопления чешуек, палочек и зернышек. Электронно-микроскопиче­ские исследования позволили убе­диться, что пластинчатый комплекс построен также из мембран и напоми­нает стопку полых рулонов, положен­ных друг на друга. В его состав вхо­дит система трубочек с пузырьками на концах. В клетках растений и беспозво­ночных животных пластинчатый ком­плекс удалось обнаружить лишь с по­мощью электронного микроскопа. Он образован небольшими тельцами —диктиосомами, рассеянными по всей цитоплазме.

Полагают, что основная функция пластинчатого комплекса — концент­рация, обезвоживание и уплотнение продуктов внутриклеточной секреции и веществ, поступивших извне, пред­назначенных для выделения из клетки. С ним связаны синтез полисахаридов,липидов, образование зерен желтка в развивающихся овоцитах и формиро­вание лизосом.

При делении клеток образование бо­розды деления связано с комплексом Гольджи. Часть пластинчатого ком­плекса из материнской клетки пере­ходит к дочерней. Следовательно, этот органоид имеет преемственное про­исхождение. Образование пластинча­того комплекса заново не наблюда­лось.

Клеточный центр (цент­росома) — органоид, отчетливо ви­димый в световой микроскоп, состоя­щий из одной или двух мелких гра­нул — центриолей и лучистой сферы вокруг них. С помощью электронного микроскопа установлено, что каждая центриоль — это цилиндрическое тель­це длиной 0,3—0,5 мкм и диаметром около 0,15 мкм. Стенки цилиндра со­стоят из 9 параллельно расположенных трубочек. От центриолей под углом отходят отростки, которые, по-видимому, являются дочерними центриолями.

Клеточный центр иногда занимает геометрический центр клетки (откуда происходит название органоида). Ча­ще же он оттеснен ядром или включе­ниями к периферии, но обязательно располагается вблизи ядра по одной оси с центром ядра и центром клетки. Активная роль клеточного центра обна­руживается при делении клетки. Рас­ходясь в противоположные стороны, центриоли формируют полюсы деля­щейся клетки. По-видимому, с его стру­ктурами связаны участки цитоплазмы, способные к активному движению. Образование новых центриолей проис­ходит путем отпочковывания от роди­тельской. Сначала образуется неболь­шой зачаток, который постепенно уве­личивается и, наконец, полностью сформировавшись, отделяется от мате­ринского органоида.

Включения - временные элементы, возникающие в клетке на определенной стадии ее жизнедеятельности в результате синтетической функции. Они либо используются, либо выводятся из клетки. Включениями являются также запасные питательные вещества: в растительных клетках—крахмал, капельки жира, блки, эфирные масла, многие органические кислоты, соли органических и неорганических кислот; в животных клетках - гликоген (в клетках печени и мышцах), капли жира (в подкожной клетчатке); Некоторые включения накапливаются в клетках как отбросы — в виде кристаллов, пигментов и др.
Пластиды – двумембранные органеллы, присутствующие в растительных клетках. Различают три вида пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

Хлоропласты – органеллы, осуществляющие фотосинтез, ограничены двумя мембранами – внешней и внутренней. Между мембранами есть межмембранное пространство. В хлоропластах присутствует зеленый пигмент – хлорофилл,

находящийся в системе мембран, которые погружены во внутреннее содержимое пластид – матрикс (или строму).

В строме хлоропластов находятся плоские мембранные структуры, называемые ламеллами. Ламеллы стромы лежат параллельно друг другу и связаны между собой. Две соседние мембраны, соединяясь концами, формируют замкнутые

плоские мембранные структуры в форме диска – тилакоиды, – содержащие внутри жидкость. Тилакоиды, уложенные в стопки, образуют граны. Число тилакоидов на одну грану варьирует: от нескольких единиц до 50 и более. Тилакоиды в гране тесно сближены друг с другом. В состав граны, кроме замкнутых дисков тилакоидов, входят участки ламелл. Ламеллы стромы связывают между собой отдельные граны хлоропласта. Количество гран в хлоропластах может достигать 40-60. В мембранных структурах хлоропластов присутствуют пигменты: зеленые (хлорофиллы А и В),

желто-оранжевые (ксантофилл и каротин) и др., ферменты, синтезирующие АТФ и переносчики электронов.

В строме хлоропластов находятся кольцевые молекулы ДНК, рибосомы, РНК, различные ферменты. Пластиды, как и митохондрии, способны к синтезу собственных белков. Пластиды относятся к полуавтономным органеллам. В хлоропластах происходит фотосинтез, в результате которого связывается углекислый газ,

выделяется кислород и образуются органические вещества.

В процессе фотосинтеза выделяют две стадии: световую и темновую. Световая стадия происходит на свету, при участии хлорофилла. Хлорофилл, присутствующий в гранах хлоропластов, принимает участие в поглощении энергии солнечного света и превращении ее в энергию химических связей в веществах. В результате ряда реакций накапливается энергия, выделяется кислород. В темновой стадии, протекающей в строме без участия света, полученная энергия используется

в реакциях восстановления СО2 и с помощью ферментов осуществляется синтез углеводов. Хлоропласты размножаются делением.

Хромопласты – окрашенные пластиды, не участвуют в фотосинтезе. Окраска пластид обусловлена присутствием красных, желтых, оранжевых пигментов. Хромопласты образуются из хлоропластов или редко из лейкопластов

(например, в моркови). Присутствие хромопластов в лепестках цветов и плодах обусловливает яркость их окраски и способствует привлечению насекомых-опылителей цветов и животных, распространителей плодов.

Лейкопласты бесцветны. Они не содержат пигментов, но приспособлены для хранения запасов питательных веществ, например, крахмала. Лейкопластов особенно много в корнях, семенах, корневищах и клубнях. Лейкопласты отличаются

от хлоропластов тем, что содержат мало ламелл, но под влиянием света способны образовывать тилакоидные структуры и приобретать зеленую окраску. Например,картофель может позеленеть, если его хранить на свету.