Органели клітини, їх будова і функції
Органели - постійні і обов'язкові компоненти клітин; спеціалізовані ділянки цитоплазми клітини, що мають певну структуру і виконують певні функції в клітині. Розрізняють органели загального і спеціального призначення.
Органели загального призначення є в більшості клітин (ендоплазматична сітка, мітохондрії, пластиди, комплекс Гольджі, лізосоми, вакуолі, клітинний центр, рибосоми). Органели спеціального призначення характерні тільки для спеціалізованих клітин (міофібрили, джгутики, війки, скоротливі і травні вакуолі). Органели (за винятком рибосом і клітинного центру) мають мембранне будова.
Функції ендоплазматичноїмережі:
1) синтез білків (шорстка ЕРС), вуглеводів і ліпідів (гладка ЕРС);
2) транспорт речовин, як надійшли в клітку, так і знову синтезованих;
3) поділ цитоплазми на відсіки (компартменти), що забезпечує просторове розділення ферментних систем, необхідне для їх послідовного вступу в біохімічні реакції.
Мітохондрії - присутні практично у всіх типах клітин одно- і багатоклітинних організмів (за винятком еритроцитів ссавців). Число їх у різних клітинах варіює і залежить від рівня функціональної активності клітини. У клітці печінки щура їх близько 2500, а в чоловічій статевій клітині деяких молюсків - 20 - 22. Їх більше в грудному м'язі літаючих птахів, ніж в грудному м'язі нелітаючих.
Мітохондрії мають форму сферичних, овальних і циліндричних тілець. Розміри становлять 0,2 - 1,0 мкм і діаметрі і до 5 - 7 мкм в довжину. Довжина ниткоподібних форм досягає 15-20 мкм. Зовні мітохондрії обмежені гладкою зовнішньою мембраною, схожою за складом з плазмалеммой. Внутрішня мембрана утворює численні вирости - Крісті - і містить численні ферменти, АТФ-соми (грибоподібні тіла), які беруть участь в процесах трансформації енергії поживних речовин в енергію АТФ. Кількість крист залежить від функції клітини. В мітохондріях м'язів крист дуже багато, вони займають всю внутрішню порожнину органоида. В мітохондріях ембріональних клітин Крісті поодинокі. У рослинних вирости внутрішньої мембрани частіше мають форму трубочок. Порожнина мітохондрії заповнена матриксом, в якому містяться вода, мінеральні солі, білки-ферменти, амінокислоти. Мітохондрії мають автономну білоксинтезуюча систему: кільцеву молекулу ДНК, різні види РНК і більш дрібні, ніж в цитоплазмі рибосоми.
Мітохондрії тісно пов'язані мембранами ендоплазматичної мережі, канали якої часто відкриваються прямо в мітохондрії. При підвищенні навантаження на орган і посилення синтетичних процесів, що вимагають витрати енергії, контакти між ЕРС і мітохондріями стають особливо численними. Число мітохондрій може швидко збільшуватися шляхом ділення. Здатність мітохондрій до розмноження обумовлена присутністю в них молекули ДНК, що нагадує кільцеву хромосому бактерій.
1) синтез універсального джерела енергії - АТФ;
2) синтез стероїдних гормонів;
3) біосинтез специфічних білків.
Пластида - органели мембранного будови, характерні тільки для рослинних клітин. У них відбуваються процеси синтезу вуглеводів, білків і жирів. За змістом пігментів їх ділять на три групи: хлоропласти, хромопласти і лейкопласти.
Хлоропласти мають відносно постійну еліптичну або линзовидную форму. Розмір по найбільшому діаметру становить 4 - 10 мкм. Кількість в клітці коливається від декількох одиниць до декількох десятків. Їх розмір, інтенсивність забарвлення, кількість і розташування в клітині залежать від умов освітлення, виду і фізіологічного стану рослин.
Крім хлорофілу до складу хлоропластів входять пігменти - каротин С40 Н56 і ксантофилл С40 Н56 О2 і деякі інші пігменти (каротиноїди). У зеленому листі жовті супутники хлорофілу маскуються більш яскравою зеленим забарвленням. Однак восени, при листопаді, у більшості рослин хлорофіл руйнується і тоді виявляється присутність в листі каротиноїдів - лист стає жовтим.
Хлоропласт одягнений подвійною оболонкою, що складається з зовнішньої і внутрішньої мембран. Внутрішній вміст - строма - має ламеллярную (пластинчатое) будова. У безбарвної строме виділяють грани - пофарбовані в зелені кольори тільця, 0,3 - 1,7 мкм. Вони являють собою сукупність тилакоидов - замкнутих тілець у вигляді плоских бульбашок або дисків мембранного походження. Хлорофіл у вигляді мономолекулярного шару розташовується між білковим і ліпідним шарами в тісному зв'язку з ними. Просторове розташування молекул пігментів в мембранних структурах хлоропластів є дуже доцільним і створює оптимальні умови для найбільш ефективного поглинання, передачі і використання променевої енергії. Ліпіди утворюють безводні діелектричні шари мембран хлоропласта, необхідні для функціонування електронно-транспортного ланцюга. Роль ланок ланцюга перенесення електронів виконують білки (цитохроми, пластохинон, ферредоксин, пластоціанін) і окремі хімічні елементи - залізо, марганець і ін. Кількість гран в хлоропласті від 20 до 200. Між гранами, пов'язуючи їх один з одним, розташовуються ламелли строми. Ламелли гран і ламелли строми мають мембранне будова.
Хлоропласти, як і мітохондрії, містять специфічну РНК і ДНК, а також більш дрібні рибосоми і весь молекулярний арсенал, необхідний для біосинтезу білка. У цих органоїдів є достатня для забезпечення максимальної активності белоксинтезирующей системи кількість і-РНК. Разом з тим в них міститься і досить ДНК для кодування певних білків. Вони розмножуються поділом, шляхом простої перетяжки.
Встановлено, що хлоропласти можуть змінювати свою форму, розміри і положення в клітині, т. Е. Здатні самостійно рухатися (Таксис хлоропластів). У них виявлено два типи скорочувальних білків, за рахунок яких, очевидно, і здійснюється активний рух цих органоїдів в цитоплазмі.
Хромопласти широко поширені в генеративних органах рослин. Вони фарбують пелюстки квіток (жовтця, жоржини, соняшнику), плоди (томатів, горобини, шипшини) в жовтий, оранжевий, червоний кольори. У вегетативних органах хромопласти зустрічаються значно рідше.
Забарвлення хромопластов обумовлена присутністю каротиноїдів - каротину, ксантофилла і лікопіну, які в пластидах знаходяться в різному стані: у вигляді кристалів, ліпоїдного розчину або в поєднанні з білками.
Хромопласти, в порівнянні з хлоропластами, мають більш просту будову - в них відсутня ламеллярная структура. Хімічний склад також різниться: пігменти - 20-50%, ліпіди до 50%, білки - близько 20%, РНК - 2-3%. Це свідчить про меншу фізіологічної активності хлоропластів.
Лейкопласти не містять пігментів, вони безбарвні. Ці найдрібніші пластиди мають округлу, яйцевидну або паличкоподібну форму. У клітці вони часто групуються навколо ядра.
Внутрішньо структура, ще менш диференційована в порівнянні з хлоропластами. У них здійснюється синтез крохмалю, жирів, білків. Відповідно до цього виділяють три види лейкопластов - амілопласти (крохмаль), олеопласти (рослинні масла) і протеопласти (білки).
Виникають лейкопласт з пропластид, з якими вони подібні за формою і будовою, а відрізняються лише розмірами.
Всі пластиди генетично пов'язані один з одним. Вони утворюються з пропластид - найдрібніших безбарвних цитоплазматических утворень, подібних за зовнішнім виглядом з мітохондріями. Пропластид знаходяться в суперечках, яйцеклітинах, в ембріональних клітинах точок зростання. Безпосередньо з пропластид утворюються хлоропласти (на світлі) і лейкопласт (в темряві), а з них розвиваються хромопласти, що є кінцевим продуктом в еволюції пластид в клітці.
Комплекс Гольджі - вперше був виявлений в 1898 р Італійським вченим Гольджі в тваринних клітинах. Це система внутрішніх порожнин, цистерн (5-20), розташованих сближено і паралельно один одному, і великих і дрібних вакуолей. Всі ці утворення мають мембранне будова і є спеціалізованими ділянками ендоплазматичноїмережі. У тваринних клітинах комплекс Гольджі розвинений краще, ніж в рослинних; в останніх він називається діктіосоми.
Потрапляють в пластинчастий комплекс білки і ліпіди, піддаються різним перетворенням, накопичуються, упорядковано, упаковуються в секреторні пухирці і транспортуються за призначенням: до різних структур усередині клітини або за межі клітини. Мембрани комплексу Гольджі також синтезують полісахариди і утворюють лізосоми. У клітинах молочних залоз комплекс Гольджі бере участь в утворенні молока, а в клітинах печінки - жовчі.
Функції комплексу Гольджі:
1) концентрація, зневоднення і ущільнення синтезованих в клітці білків, жирів, полісахаридів і речовин, що надійшли ззовні;
2) складання складних комплексів органічних речовин і підготовка їх до виведення з клітини (целюлоза і геміцелюлоза у рослин, глікопротеїни і гліколіпіди у тварин);
3) синтез полісахаридів;
4) утворення первинних лізосом.
Лізосоми - невеликі овальні тільця діаметром 0,2-2,0 мкм. Центральне положення займає вакуоль, що містить 40 (за різними даними 30-60) гидролитических ферментів, здатних в кислому середовищі (рН 4,5-5) розщеплювати білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди, ліпіди та інші речовини. Навколо цієї порожнини розташовується строма, одягнена зовні елементарної мембраною. Розщеплення речовин за допомогою ферментів називається лізисом, тому органоид названий лизосомой. Освіта лізосом відбувається в комплексі Гольджі. Первинні лізосоми наближаються безпосередньо до піноцитозні або фагоцитозного вакуолі (ендосомамі) і виливають свій вміст в їх порожнину, утворюючи вторинні лізосоми (фагосоми), всередині яких і відбувається переварювання речовин. Продукти лізису через мембрану лізосом надходять в цитоплазму і включаються в подальший обмін речовин. Вторинні лізосоми з залишками неперетравлених речовин називаються залишковими тільцями. Прикладом вторинних лізосом є травні вакуолі найпростіших.
1) внутрішньоклітинне перетравлення макромолекул їжі і чужорідних компонентів, що надходять в клітину при піно- і фагоцитозі, забезпечуючи клітину додатковим сировиною для біохімічних і енергетичних процесів;
2) при голодуванні лізосоми переварюють деякі органели і на якийсь час поповнюють запас поживних речовин;
3) руйнування тимчасових органів ембріонів і личинок (хвіст і зябра у жаби) в процесі постембріонального розвитку;
Вакуолі - порожнини в цитоплазмі рослинних клітин і Найпростіші, заповнені рідиною. Мають форму пухирців, тонкихканальців і іншу. Вакуолі утворюються з розширень ендоплазматичноїмережі і бульбашок комплексу Гольджі як найтонші порожнини, потім у міру зростання клітини і накопичення продуктів обміну обсяг їх збільшується, а кількість скорочується. Розвинена сформувалася клітина має зазвичай одну велику вакуоль, що займає центральне положення.
Вакуолі рослинних клітин заповнені клітинним соком, який є водним розчином органічних (яблучна, щавлева, лимонна кислоти, цукру, інулін, амінокислоти, білки, дубильні речовини, алкалоїди, глюкозиди) і мінеральних (нітрати, хлориди, фосфати) речовин.
У Найпростіші зустрічаються травні вакуолі і скоротливі.
1) сховища запасних поживних речовин і вмістилища виділень (у рослин);
2) визначають і підтримують осмотичний тиск в клітинах;
3) забезпечують внутрішньоклітинне травлення у Найпростіші.
Клітинний центр зазвичай знаходиться поблизу ядра і складається з двох центріолей, розташованих перпендикулярно один одному і оточених променевої сферою. Кожна центриоль представляє собою порожнє циліндричне тільце довжиною 0,3-0,5 мкм і довжиною 0,15 мкм, стінка якого утворена 9 триплету микротрубочек.
Центриоли здатні до самосборке і відносяться до самовідтворюються органоидам цитоплазми.
Центросома характерна для клітин тварин, деяких грибів, водоростей, мохів і папоротей.
Функції клітинного центру:
1) освіту полюсів ділення і формування мікротрубочок веретена поділу.
Рибосоми - дрібні сферичні органели, від 15 до 35 нм. Складаються з двох субодиниць великий (60S) та малої (40S). Містять близько 60% білка і 40% рибосомальної РНК. Субодиниці рибосом утворюються в ядерцях і через пори в ядерній оболонці надходять в цитоплазму, де розташовуються або на мембрані ЕПА, або на зовнішній стороні ядерної оболонки, або вільно в цитоплазмі. У порівнянні з мітохондріями, пластидами, клітинами прокаріот рибосоми в цитоплазмі еукаріотичних клітин крупніше. Можуть об'єднуватися по 5-70 одиниць в полісоми.
1) участь в біосинтезі білка.
Вії, джгутики - вирости цитоплазми, покриті елементарної мембраною, під якою знаходиться 20 микротрубочек, що утворюють 9 пар по периферії і дві одиночні в центрі. У підстави вій і джгутиків розташовані базальні тільця. Довжина джгутиків досягає 100 мкм. Вії - це короткі - 10-20 мкм - джгутики. Рух джгутиків гвинтове, а вій - веслообразний. Завдяки віям і жгутикам пересуваються бактерії, Найпростіші, війчасті, переміщаються частинки або рідини (вії миготливого епітелію дихальних шляхів, яйцеводов), статеві клітини (сперматозоїди).