Транспорт веществ через плазматическую мембрану.
Морфофункциональная организация клетки.
Прокариотические клетки.Это организмы с неоформленным ядром, представленные бактериями и сине-зелеными водорослями. Большинство из них имеют малые размеры (до 10 мкм) и округлую, овальную или удлиненную формы клеток. Генетический материал (ДНК) единственной кольцевой хромосомы находится в цитоплазме и не отделен от нее оболочкой. Этот аналог ядра называют нуклеоидом.
Прокариотические клетки защищены клеточной стенкой (оболочкой), наружная часть которой образована гликопептидом муреином. Снаружи от клеточной стенки может быть капсула. Внутренняя часть клеточной стенки представлена плазматической мембраной, выпячивания которой в цитоплазму образуют мезосомы, участвующие в построении клеточных перегородок, репродукции, и служат местом прикрепления ДНК. В цитоплазме органелл мало, но присутствуют многочисленные мелкие рибосомы. Микротрубочки отсутствуют, движения цитоплазмы не происходит.
Многие бактерии имеют жгутики более простого строения, чем эукариоты. Кроме жгутиков у бактерий могут присутствовать фимбрии, или пили. Они короче жгутиков и представлены нитями длиной до 5 мкм, которые располагаются по периферии клетки в количестве 100 — 250. Полагают, что фимбрии участвуют в прикреплении бактерий к клеткам млекопитающих.
Дыхание у бактерий осуществляется в мезосомах, у сине-зеленых водорослей — в цитоплазматических мембранах. Хлоропластов и других клеточных органелл, окруженных мембраной, нет.
В цитоплазме прокариотических клеток могут присутствовать различные включения: полисахариды, липиды, сера, гликоген идр. Размножаются прокариоты очень быстро путем бинарного деления. Например, бактерия кишечная палочка каждые 20 мин удваивает свою численность.
Эукариотические клетки.Клетка — это основная структурная, функциональная и генетическая единица организации живого, элементарная живая система. Клетка может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов.
Термин «клетка» был предложен английским исследователем Робертом Гуком в 1665 г. Впервые используя микроскоп для изучения срезов пробки, он заметил множество мелких образований, похожих на ячейки пчелиных сот, и дал им название «ячейки, или клетки».
Работы Р. Гука вызвали интерес и способствовали дальнейшим микроскопическим исследованиям организмов. Возможности светового микроскопа вXVII —XVIII вв.были ограничены. Накопление материала о клеточном строениирастений и животных, о структуре самих клеток шло медленно. Только в 30-х гг. XIX в. были сделаны фундаментальные обобщения о клеточной организации живого.
Строение эукариотической клетки. Поверхностный аппарат клетки
Клетку можно охарактеризовать как возникшую в результате эволюции открытую биологическую систему, ограниченную полупроницаемой мембраной, состоящую из ядра и цитоплазмы, способную к саморегуляции и самовоспроизведению.
Несмотря на принципиальное сходство строения клеток растений и животных, они чрезвычайно разнообразны по форме, размерам и функциям. Эукариотические клетки крупнее прокарио-
тических, состоят из поверхностного аппарата, ядра и цитоплазмы.
Строение.Поверхностный аппарат клетки состоит из мембраны, надмембранного и субмембранного комплексов.
Основная часть поверхностного аппарата клетки — плазматическая мембрана. Согласно жидкостно-мозаичной модели, предложенной в 1972 г. Г.Николсоном и С. Сингером, в состав мембран входит бимолекулярный (двойной) слой липидов и молекулы белков.
Выделяют три группы белков: периферические, погруженные (полуинтегральные) и пронизывающие (интегральные). Периферические белки не встроены в билипидный слой, а прилегают к нему с внутренней или внешней стороны, полуинтегральные — частично встроены в мембрану, интегральные — проходят через всю толщу мембраны.
Плазматическая мембрана, или плазмалемма, ограничивает клетку снаружи, выполняя роль механического барьера. Через нее происходит транспорт веществ внутрь клетки и наружу. Мембрана обладает свойством полупроницаемости. Молекулы проходят через нее с различной скоростью: чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану.
К внешней поверхности плазматической мембраны прилегает надмембранный комплекс. В животной клетке он представлен гликокаликсом, образованным длинными ветвящимися цепочками углеводов, связанных с белками и липидами мембраны. Углеводные цепи выполняют роль рецепторов. Благодаря им осуществляется межклеточное узнавание. Клетка приобретает способность специфически реагировать на воздействия извне.
Под плазматической мембраной со стороны цитоплазмы имеются кортикальный слой и внутриклеточные фибриллярные структуры, обеспечивающие механическую устойчивость плазматической мембраны.
У растительных клеток с внешней стороны мембраны расположена плотная структура — клеточная оболочка, или клеточная стенка, состоящая из полисахаридов (целлюлозы).
Компоненты клеточной стенки синтезируются клеткой, выделяются из цитоплазмы и собираются вне клетки, вблизи плазматической мембраны, образуя сложные комплексы. Клеточная стенка растений выполняет защитную функцию, образует внешний каркас, обеспечивает тургорные свойстваклеток. Наличие ее регулирует поступление воды в клетку. В результате этого возникает внутреннее давление (тургор), препятствующее дальнейшему поступлению воды.
Транспорт веществ через плазматическую мембрану.
Одно из важнейших свойств плазматической мембраны связано со способностью пропускать вклетку или из нее различные вещества. Это необходимо для поддержания постоянства ее состава (гомеостаза). Транспорт веществ обеспечивает наличие в клетке соответствующего рН и ионной концентрации веществ, необходимых для эффективной работы клеточных ферментов, проникновение питательных веществ, служащих источником энергии и используемых для образования клеточных компонентов.
Механизм транспорта веществ в клетку и из нее зависит от размеров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы проходят через мембраны путем пассивного и активного транспорта. Перенос макромолекул и крупных частиц осуществляется за счет образования окруженных мембраной пузырьков и называемся эндоцитозом и экзоцитозом.
Пассивный транспорт происходит без затрат энергии путем диффузии, осмоса, облегченной диффузии.
Диффузия — транспорт молекул и ионов через мембрану из области с высокой в область с низкой их концентрацией, т.е. вещества поступают по градиенту концентрации. Диффузия может быть простой и облегченной. Если вещества хорошо растворимы в жирах, то они проникают в клетку путем простой диффузии. Например, кислород, потребляемый клетками при дыхании, и углекислый газ в растворе быстро диффундируют через мембраны. Вода способна проходить также через мембранные поры, образованные белками, и переносить молекулы и ионы растворенных в ней веществ.
Диффузию воды через полупроницаемую мембрану называют осмосом. Вода переходит из области с низкой концентрацией солей в область, где их концентрация выше. Возникающее давление на полупроницаемую мембрану называют осмотическим. Клетки животных и растений содержат растворы солей и других веществ. Их присутствие создает определенное осмотическое давление. Живые клетки способны регулировать его, изменяя концентрацию веществ. Например, амебы имеют сократительные вакуоли для регуляции осмоса. В организме человека осмотическое давление регулируется системой органов выделения. В зависимости от величины осмотического давления различают изотонические, гипертонические и гипотонические растворы.
Растворы, имеющие такое же осмотическое давление, как в клетках, называют изотоническими. Объем клеток, помещенных в эти растворы, остается неизменным. Изотонические растворы солей называют физиологическими. Для млекопитающих и человека концентрация хлорида натрия в физиологическом растворе равна 0,9 %. Физиологический раствор используют в медицине. Его применяют при потере крови и сильном обезвоживании организма.
Гипертонический раствор имеет осмотическое давление выше, чем в клетках. При погружении растительной клетки в гипертонический раствор вода выходит из нее, цитоплазма сжимается и отслаивается от оболочки. Это явление называют плазмолизом. Напряженное состояние клеточной оболочки, создаваемое давлением внутриклеточной жидкости, называют тургором. В гипертоническом растворе тургор клеток уменьшается. При медленном плазмолизе клетки долго могут оставаться живыми. При перенесении их в обычную воду происходит восстановление тургора. Длительный плазмолиз приводит к гибели клеток. Эритроциты, помещенные в гипертонический раствор, сморщиваются. Поэтому марлевые тампоны, смоченные гипертоническим раствором, используют для заживления гнойных ран.
В гипотонических растворах осмотическое давление ниже, чем в клетке. Вода поступает в клетку, тургор увеличивается, клетка набухает и может лопнуть. Эритроциты, помещенные в гипотонический раствор, набухают, разрушаются и происходит гемолиз. Это может случиться, если человеку ввести в кровь гипотоническим раствор.
Вещества, нерастворимые в жирах и не проходящие через поры, транспортируются через ионные каналы, образованные в мембране белками, с помощью белков-переносчиков, также находящихся в мембране. Это облегченная диффузия. Например, путем облегченной диффузии происходит поступление глюкозы в эритроциты.
Активный транспорт веществ через мембрану происходит с затратой энергии АТФ и при участии белков-переносчиков. Он осуществляется против градиента концентрации. Белки-переносчики обеспечивают активный транспорт через мембрану таких веществ, как аминокислоты, глюкоза, ионы калия, натрия, кальция и др.
Примером активного транспорта может быть работа калий-натриевого насоса. Концентрация ионов К+ внутри клетки в 10 — 20 раз выше, чем снаружи, а концентрация ионов Na+, наоборот, ниже. Такая разница в концентрациях ионов обеспечивается работой насоса. Для поддержания данной концентрации происходит перенос трех ионов Na+ из клетки на каждые два иона К+ в клетку. В этом процессе принимает участие белок в мембране, выполняющий функцию фермента, расщепляющего АТФ с высвобождением энергии, необходимой для работы насоса.
Участие специфических мембранных белков в пассивном и активном транспорте свидетельствует о высокой специфичности этого процесса.
Эндоцитоз и экзоцитоз — это транспорт макромолекул и более крупных частиц, которые проникают через мембрану внутрь клетки путем эндоцитоза, а удаляются из нее в результате экзоцитоза.
При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивания или выросты, которые затем, отшнуровываясь, превращаются во внутриклеточные пузырьки, содержащие захваченный клеткой материал. Продукты поглощения поступают в клетку в мембранной упаковке. Эти процессы происходят с затратой энергии АТФ. Различают два вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз.
Фагоцитоз был открыт в 1882 г. И.И.Мечниковым (1845 — 1916). Фагоцитоз (от греч. phagos — пожирающий, cytos — клетка) — это захват и поглощение клеткой крупных частиц (иногда целых клеток и их частей). Он играет важную роль в питании некоторых одноклеточных (например, амебы). Специальные клетки многоклеточного организма, осуществляющие фагоцитоз, называют фагоцитами. Они выполняют защитные функции в организме.
Фагоцитоз происходит в несколько стадий. Сначала объект фагоцитом (например, бактерия) сближается с фагоцитом. Бактерия располагается на поверхности фагоцитирующей клетки. Клеточная мембрана окружает бактерию и втягивает ее внутрь цитоплазмы образуя фагосому. Из лизосом клетки поступают гидролитические ферменты, перепаривающие поглощенную бактерию.
Жидкость и растворенные в ней вещества поглощаются клеткой посредством пиноцитоза (от греч. рупо — пить и cytos — клетка). Активный пиноцитоз наблюдается в клетках с интенсивным обменом веществ (например, в клетках лимфатической системы). Путем пиноцитоза происходит всасывание жира клетками кишечного эпителия.
Плазматическая мембрана принимает участие в выведении веществ из клетки, это происходит в процессе экзоцитоза. Таким образом из клетки выводятся гормоны, белки, жировые капли и другие вещества. Некоторые белки, секретируемые клеткой, упаковываются в транспортные пузырьки, непрерывно переносятся к плазматической мембране, сливаются с ней и открываются во внеклеточное пространство, высвобождая содержимое (конститутивный путь). Это характерно для всех эукариотических клеток.
В других клетках, главным образом секреторных, определенные белки запасаются в специальных секреторных пузырьках, которые сливаются с плазматической мембраной только после получения клеткой соответствующего сигнала извне (регулируемый путь). Данные клетки способны к секреции веществ в зависимости от определенных потребностей организма, например в гормонах или ферментах.
Другая важная функция мембраны — рецепторная. Она обеспечивается молекулами интегральных белков, имеющих снаружи полисахаридные концы. Взаимодействие гормона со «своим» рецептором снаружи вызывает изменение структуры интегрального белка, что приводит к запусканию клеточного ответа. В частности, такой ответ может проявиться в образовании «каналов», по которым растворы некоторых веществ поступают в клетку или выводятся из нее.
Однаиз важных функций мембраны — обеспечение контактов между клетками в составе тканей и органов.
Плазматическая мембрана животных клеток может образовывать, различные выросты, например микроворсинки.
Цитоплазма
Цитоплазма — внутреннее содержимое клетки, состоит из основного вещества (гиалоплазмы), органелл и включений.
Гиалоплазма (основная плазма, матрикс цитоплазмы, или цитозоль) заполняет пространство между клеточными органеллами. Она содержит около 90 % воды и различные белки, аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, ионы неорганических соединений, другие вещества. Крупные молекулы белка образуют коллоидный раствор, который может переходить из золя (невязкого состояния) в гель (вязкий). В гиалоплазме протекают ферментативные реакции, метаболические процессы (гликолиз), синтез аминокислот, жирных кислот. На рибосомах, свободно лежащих в цитоплазме, происходит синтез белков.
Гиалоплазма содержит множество белковых филаментов (нитей), пронизывающих цитоплазму и образующих цитоскелет, который определяет форму клеток, обеспечивает движение цитоплазмы, называемое циклозом. Организатор цитоскелета в клетках животных — область, расположенная рядом с ядром и содержащая пару центриолей.
Органеллы клетки
Органеллы — это постоянные компоненты клетки, имеющие определенное строение и выполняющие соответствующие функции. Их можно разделить на две группы: мембранные и немембранные.
Мембранные органеллы.Они могут иметь одну мембрану или две.
Одномембранные органеллы. К ним относят органеллы вакуолярной системы: эндоплазматическую сеть (ретикулум), комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы и другие вакуоли.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический ретикулум (ЭР), — это система цистерн и каналов, «стенка» которых образована мембраной. Она пронизывает цитоплазму в разных направлениях и делит ее на изолированные отсеки (компартменты). Благодаря этому в клетке осуществляются специфические биохимические реакции. Эндоплазматическая сеть выполняет также синтетическую и транспортную функции.
Различают два типа эндоплазматический сети — гранулярную, или шероховатую (зернистую), и агранулярную (гладкую). Если на поверхности эндоплазматической мембраны есть рибосомы, ее называют гранулярной, если их нет — агранулярной. На рибосомах осуществляется синтез белков. Синтезированные на гранулярной ЭПС белки проходят через мембрану в цистерны, где приобретают третичную структуру и транспортируются по каналам к месту потребления. На агранулярной ЭПС происходит синтез липидов, стероидов.
ЭПС - основное место биосинтеза и построения мембран цитоплазмы. Отчленяющиеся от нее пузырьки представляют исходный материал для других одномембранных органелл: комплекса Гольджи, лизосом, вакуолей.
Комплекс Гольджи - это органелла, обнаруженная в клетке в 1898 г. итальянским исследователем Камилло Гольджи (1844- 1926). Обычно он расположен около клеточного ядра. Наиболее крупные комплексы Гольджи находятся в секреторных клетках.
Основным элементом органеллы является мембрана, образующая уплощенные цистерны — диски. Они располагаются друг над другом. Каждая стопка Гольджи (диктиосома) содержит от четырех до шести цистерн. Края цистерн переходят в трубочки, от которых отчленяются пузырьки (пузырьки Гольджи), транспортирующие заключенное в них вещество к месту его потребления. Отчленение пузырьков происходит на одном из полюсов комплекса. Со временем это приводит к исчезновению цистерны. На противоположном полюсе комплекса осуществляется сборка новых дисков-цистерн. Они формируются из пузырьков, которые отпочковались от ЭПС. Содержимое этих пузырьков, «унаследованное» от ЭПС, становится содержимым комплекса Гольджи, где подвергается дальнейшей переработке.
Функции комплекса Гольджи разнообразны: секреторная, синтетическая, строительная, накопительная. Одна из важнейших функций — секреторная. В цистернах комплекса Гольджи происходит синтез сложных углеводов (полисахаридов), осуществляется их взаимосвязь с белками, приводящая к образованию мукопротеидов. С помощью пузырьков Гольджи готовые секреты выводятся за пределы клетки.
В комплексе Гольджи образуется гликопротеин (муцин), представляющий важную составную часть слизи, а также воск, растительный клей. Иногда комплекс Гольджи принимает участие в транспорте липидов.
В этой органелле происходит укрупнение белковых молекул. Она участвует в построении плазматической мембраны и мембран вакуолей, формирует лизосомы.
Л и з о с о м ы (от греч. lysis — растворение, soma — тело) — пузырьки больших или меньших размеров, заполненные гидролитическими ферментами (протеазами, нуклеазами, липазами и др.).
Лизосомы в клетках — это не самостоятельные структуры, они образуются за счет активности ЭПС и комплекса Гольджи и напоминают секреторные вакуоли. Основная функция лизосом — внутриклеточное расщепление, переваривание веществ, поступивших в клетку или находящихся в ней, и удаление из клетки. Выделяют первичные и вторичные лизосомы (пищеварительные вакуоли, аутолизосомы, остаточные тельца).
Первичные лизосомы представляют собой пузырьки, ограниченные от цитоплазмы одинарной мембраной. Ферменты, находящиеся в лизосомах, синтезируются на шероховатой эндоплазматической сети и транспортируются к комплексу Гольджи. В его цистернах вещества подвергаются дальнейшим превращениям. Пузырьки с набором ферментов, отделившиеся от цистерн, называют первичными лизосомами. Они участвуют во внутриклеточном пищеварении, а иногда — секреции ферментов, которые выделяются из клетки. Это происходит, например, при замене хряща костной тканью в процессе развития, при перестройке костной ткани в ответ на повреждение. Секретируя гидролитические ферменты, остеокласты (клетки-разрушители) обеспечивают разрушение минеральной основы и органического остова матрикса кости. Накапливающиеся «обломки» подвергаются внутриклеточному перевариванию. Остеобласты (клетки-строители) создают новые элементы кости.
Первичные лизосомы могут сливаться с фагоцитарными и пиноцитарными вакуолями, образуя вторичные лизосомы. В них происходит переваривание веществ, поступивших в клетку путем эндоцитоза, и усвоение их. Вторичные лизосомы — это пищеварительные вакуоли, ферменты которых доставлены с помощью мелких первичных лизосом. Вторичные лизосомы (пищеварительные вакуоли) у простейших (амеб, инфузорий) — способ поглощения пиши. Они могут выполнять защитную функцию, когда., например, лейкоциты (фагоциты) захватывают и переваривают попавшие в организм бактерии.
Продукты переваривания поглощаются клеткой, но часть материала может остаться непереваренной. Вторичные лизосомы, содержащие нерасщепленный материал, называют остаточными тельцами или телолизосомами. Остаточные тельца обычно через плазматическую мембрану выводятся наружу (экзоцитоз ).
У человека при старении организма в остаточных тельцах клеток мозга, печени и мышечных волокнах накапливается «пигмент старения» — липофусцин.
Аутолизосомы (аутофагирующие вакуоли) присутствуют в клетках простейших, растений и животных. В этих лизосом ах. происходит разрушение отработанных органелл самой клетки (ЭПС, митохондрий, рибосом, гранул гликогена, включений и др.). Например, в клетках печени среднее время жизни одной митохондрии — около 10 дней. После этого мембраны ЭПС окружают митохондрию, образуя аутофагосому. Последние сливаются с лизосомой, образуя аутофаголизосому, в которой происходит процесс распада митохондрий. Процесс уничтожения структур, ненужных клетке, называется аутофагией. Число аутолизосом возрастает при повреждениях клетки. В результате высвобождения содержимого лизосом в цитоплазму происходит саморазрушение клетки, или аутолиз. При некоторых процессах дифференцировки аутолиз может быть нормой (например, при исчезновении хвоста у головастика во время превращения его в лягушку). Ферменты лизосом принимают участие в аутолизе погибших клеток.
Известно более 50 генетических заболеваний, связанных с патологией лизосом. Например, в лизосомах может происходить накопление гликогена, если отсутствует соответствующий фермент.
Вакуоли содержатся в цитоплазме клеток растений. Они могут быть мелкими и крупными. Центральные вакуоли отделены от цитоплазмы одинарной мембраной, называемой тонопластом, и образуются из мелких пузырьков, отщепляющихся от эндоплазматической сети. Полость вакуоли заполнена клеточным соком, который представляет собой водный раствор различных неорганических солей, Сахаров, органических кислот и других веществ.
Центральная вакуоль выполняет функцию поддержания осмотического давления (тургора) в клетке. В вакуолях запасается вода, необходимая для фотосинтеза, питательные вещества (белки, сахара и др.) и продукты обмена, предназначенные для выведения из клетки. В вакуолях откладываются пигменты, например антоцианы, определяющие окраску.
Некоторые вакуоли напоминают лизосомы. Например, белки семян запасаются в алейроновых вакуолях, которые, обезвоживаясь, превращаются в алейроновые зерна. При прорастании семян в зерна поступает вода и они снова превращаются в вакуоли. В этих вакуолях становятся активными белки-ферменты, помогающие расщеплять запасные белки, используемые при прорастании семян.
Эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы и вакуоли образуют вакуолярную систему клетки, отдельные элементы которой могут перезолить друг в друга при перестройке и изменении функции мембран.
Пероксисомы — это мельчайшие пузырьки, содержащие набор ферментов. Свое название органеллы получили от перекиси водорода, промежуточного продукта в цепи биохимических реакций, идущих а клетке. Ферменты пероксисомы, и прежде всего каталаза, нейтрализуют токсичную перекись водорода (Н2О2), вызывая ее распад с выделением воды и кислорода.
Пероксисомы участвуют в обменных реакциях: в метаболизме липидов, холестерина и др.
При генетическом нарушении у людей, когда в клетках печени и почек новорожденного отсутствуют пероксисомы, ребенок живет всего несколько месяцев.
Двумембранные органеллы. Они представлены митохондриями и пластидами.
Митохондрии имеются во всех эукариотических клетках. Числа, размеры и форма их в клетке различны и непостоянны. Митохондрии могут иметь вытянутую, округлую, спиральную, палочковидную формы. В клетках, нуждающихся в большом количестве энергии, митохондрий много. Например, в одной клетке печени их может быть около 1000.
Локализация митохондрий различна. Обычно они скапливаются вблизи тех участков цитоплазмы, где велика потребность в энергии АТФ. Например, в скелетных мышцах митохондрии находятся вблизи миофибрилл.
Каждая митохондрия окружена двумя мембранами. Наружная мембрана, отделяющая ее от гиалоплазмы, гладкая. Между наружной и внутренней мембранами находится межмембранное пространство. Внутренняя мембрана, ограничивающая матрикс митохондрий, образует многочисленные складки (кристы). Чем больше крист присутствует в митохондрии, тем интенсивнее протекают окисдительно-восстановительные процессы. Например, митохондрии клеток сердечной мышцы содержат втрое больше крист, чем митохондрии клеток печени.
Основная функция митохондрий связана с окислением органических соединений и использованием энергии, которая освобождается при их распаде, для синтеза молекул АТФ.
В матриксе митохондрий находятся различные ферменты, кольцевая молекула ДНК, рибосомы, РНК. На митохондриальных рибосомах синтезируются белки, специфические для органеллы. Митохондрии относятся к полуавтономным органеллам.
На внутренней мембране присутствуют белки, катализирующие окислительно-восстановительные реакции в дыхательной цепи, ферменты, участвующие в синтезе АТФ, и специфические транспортные белки.
Наружная мембрана содержит ферменты, участвующие в синтезе митохондриальных липидов.
Митохондрии называют энергетическими станциями клетки В них происходит окисление органических веществ, благодаря чему освобождается заключенная в веществах энергия. Она необходима для осуществления всех жизненных процессов в клетке, в том числе и процессов восстановления (например, синтеза АТФ из АДФ (аденозиндифосфорной кислоты)). В результате энергия, которая выделилась при разложении веществ, вновь переходит в связанную форму в молекуле АТФ.
АТФ транспортируется ко всем участкам клетки, где необходима энергия. Эта энергии заключена в молекуле АТФ в виде макроэргических связей и выделяется при превращении АТФ в АДФ Последняя снова поступает в митохондрии, где в ходе восстановительных реакций переходит в АТФ. связав энергию, освобожденную при окислении веществ.
Окислительно-восстановительные процессы в митохондриях протекают ступенчато при участии окислительных ферментов. Эти процессы обусловлены переходом энергии химических связей, заключенной в веществах, в макроэргическую связь в молекуле АТФ, которая синтезируется при использовании освобождающейся энергии из АДФ и фосфата.
Митохондрии делятся путем фрагментации, или поперечного деления, на более короткие.
Пластиды — это органеллы, присутствующие в растительных клетках. Различают три вида пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты .
Хлоропласты осуществляют фотосинтез, ограничены двумя мембранами — внешней и внутренней. Между мембранами есть межмембранное пространство. В хлоропластах содержится зеленый пигмент — хлорофилл, находящийся в системе мембран, которые погружены во внутреннее содержимое пластид — строму, или матрикс.
В строме хлоропластов находятся плоские мембранные структуры, называемые ламеллами, Последние 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. Уложенные в стопки тилакоиды образуют граны. Число тилакоидов в одной гране варьирует от нескольких единиц до 50 и более. В гране тилакоиды тесно сближены друг с другом. В состав граны кроме замкнутых дисков тилакоидов входят участки ламелл. Отдельные граны хлоропласта связаны между собой ламеллами стромы.
Число гран в хлоропластах может достигать 40 —60. В мембранных структурах хлоропластов присутствуют пигменты: зеленые (хлорофиллы А и В), желто-оранжевые (ксантофилл и каротин) и другие 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. Они 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. Первая стадия происходит на свету при участии хлорофилла. Присутствующий в гранах хлоропластов хлорофилл 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 способны к делению.
Хромопласты — это окрашенные пластиды, в фотосинтезе не участвуют. Окраска пластид обусловлена присутствием красных, желтых и 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, а также животных — распространи телей 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, они 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.
Немембранные органеллы. Такими органеллами считают рибосомы, клеточный центр, характерный для животных клеток, микротрубочки и микрофиламенты.
Рибосомы относят к немембранным органеллам клетки. На их поверхности происходит соединение аминокислотных остатков в полипептидные цепочки (синтез белка). Рибосомы очень малы и многочисленны.
Каждая рибосома состоит из двух частей: малой и большой субъединиц. В первую входят молекулы белка и одна молекула рибосомальной РНК (рРНК), во вторую — белки и три молекулы рРНК . Белок и рРНК в равных количествах по массе участвуют в образовании рибосом. Рибосомальная РНК синтезируется в ядрышке.
В синтезе белка кроме рибосом принимают участие матричная, или информационная, РНК (мРНК или иРНК) и транспортная РНК (тРНК). Матричная РНК несет генетическую информацию о синтезе белка от ядра. Эта информация закодирована в последовательном расположении нуклеотидов в молекуле мРНК. Последняя присоединяется к поверхности малой субъединицы. Транспортная РНК доставляет из цитоплазмы к рибосоме необходимые аминокислоты, из которых строится полипептидная цепь. В растущей полипептидной цепи каждая аминокислота занимает соответствующее место, что определяет качества синтезируемого белка. В процессе синтеза белка рибосома перемещается вдоль мРНК.
В синтезе одной полипептидной цепочки принимают участие много рибосом, соединенных последовательно друг с другом мРНК. Такой комплекс из рибосом называют полирибосомой (или полисомой). Рибосомы удерживают в нужном положении аминокислоты, мРНК, тРНК до тех пор, пока между соседними аминокислотами не образуется пептидная связь.
Рибосомы могут свободно находиться в цитоплазме или быть связанными с эндоплазматической сетью, входя в состав шероховатой ЭПС.
Белки, образовавшиеся на рибосомах, соединенных с мембраной ЭПС, обычно поступают в ее цистерны. Белки, синтезируемые на свободных рибосомах, остаются и гиалоплазме. Например, на свободных рибосомах синтезируется гемоглобин в эритроцитах.
В митохондриях, пластидах и клетках прокариот также присутствуют рибосомы.
Клеточный центр располагается около ядра и состоит из парных центриолей и центросферы .
Центриоли характерны для животных клеток. Они отсутствуют у высших растений, низших грибов и некоторых простейших Центриоли окружены зоной более светлой цитоплазмы, от которой радиально отходят тонкие фибриллы (центросферы).
В интерфазных клетках присутствуют две центриоли, расположенные под прямым углом друг к другу.
Перед делением ядра в синтетическом периоде центриоли удваиваются. В начале митоза к полюсам клетки направляются по две центриоли. Они принимают участие в формировании веретена деления, состоящего из микротрубочек.
Основу центриолей составляют девять триплетов микротрубочек (9 + 0), расположенных по окружности и образующих полый цилиндр. Триплеты микротрубочек по кольцу объединены фибриллами. Радиальные фибриллы от каждого триплета отходят к центру, где они соединяются друг с другом. Центриоли участвуют в организации цитоплазматических микротрубочек.
Микротрубочки и микрофиламенты относятся к немембранным органеллам.
Микротрубочки — это тончайшие трубочки диаметром 24 нм, стенки которых образованы белком тубулином. Глобулярные субъединицы этого белка располагаются по спирали. Микротрубочки определяют направление перемещения внутриклеточных компонентов, в том числе расхождение хромосом к полюсам клетки при делении ядра. Они участвуют в образовании «цитоскелета».
Микрофиламенты представляют собой тонкие нити диаметром 6 нм, состоящие из белка актина, близкого тому, который содержится в мышцах. Эти нити, как и микротрубочки, являются элементами цитоскелета. Они образуют кортикальный слой под плазматической мембраной.
Кроме микротрубочек, присутствующих в цитоплазме, в клетке имеются микротрубочки, формирующие центриоли клеточного центра, базальные тельца, реснички и жгутики.
Базальные тельца лежат в цитоплазме в основании ресничек и жгутиков и служат для них опорой. Каждое тельце представляет собой цилиндр, образованный девятью триплетами микротрубочек (9 + 0). Базальные тельца способны восстанавливать реснички и жгутики после их потери.
Реснички и жгутики можно отнести к органеллам специального назначения. Они встречаются в клетках ресничного эпителия, в сперматозоидах, у простейших, зооспор водорослей, мхов, папоротников и т.д.
Клетки, имеющие реснички или жгутики, способны двигаться или обеспечивать движение тока жидкостей вдоль их поверхности.
Реснички и жгутики представляют собой тонкие цилиндрические выросты цитоплазмы, покрытые плазматической мембраной. В основании находятся базальные тельца. На поперечном срезе реснички или жгутика видно, что по периметру располагаются 9 пар микротрубочек и одна пара в центре (9 + 2). Между соседними периферическими парами имеются перемычки. От каждой периферийной пары к центральной направлены радиальные нити (спицы).
Ближе к основанию реснички и жгутика центральная пара микротрубочек обрывается и замещается полой осью. Периферические пары, проникая в цитоплазму, приобретают третью микротрубочку. В результате образуется структура, характерная для базального тельца.
Жгутики отличаются от ресничек длиной.
К органеллам специального назначения относят также миофибриллы мышечных волокон, нейрофибриллы нервных клеток.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|