Одномембранні органели клітини

Функції мембран

мембрани виконують такі функції:

1. відділення клітинного вмісту від зовнішнього середовища,

2. регуляції обміну речовин між клітиною і середовищем,

3. розподіл клітини на компартаменти («відсіки»),

4. Місце локалізації «ферментативних конвеєрів»,

5. забезпечення зв'язку між клітинами в тканин багатоклітинних організмів (адгезія),

6. розпізнавання сигналів.

найважливіша властивість мембран - виборча проникність, тобто мембрани хорошою проникністю для одних речовин або молекул і погана проникність (або зовсім непроникні) для інших. це властивість лежить в основі регуляторні функції мембран, що забезпечує обмін речовин між клітиною і зовнішнім середовищем. Процес проходження речовин через клітинну мембрану називаюттранспортом речовин. розрізняють: 1) пасивний транспорт - процес проходження речовин, що йде без витрат енергії; 2) активний транспорт - процес проходження речовин, що йде з витратами енергії.

при пасивному транспорті речовини переміщаються з області з більш високою концентрацією в область з більш низькою, тобто за градієнтом концентрації. в будь-якому розчині є молекули розчинника і розчиненої речовини. Процес переміщення молекул розчиненої речовини називають дифузією, переміщення молекул розчинника - осмосом. якщо молекула заряджена, то на її транспорт впливає і електричний градієнт. тому часто говорять про електрохімічний градієнт, об'єднуючи обидва градієнта разом. швидкість транспорту залежить від величини градієнта.

Одномембранні органели клітини

Ендоплазматична сітка

Ендоплазматична сітка (ЕПС) міститься у всіх еукаріотичних клі­тинах, становить більш ніж половину загальної кількості клітинних мембран. Це система мембранних трубочок, канальців та їх потов­щень (бульбашок), сполучених із зовнішньоцитоплазматичною мемб­раною і зовнішньою ядерною оболонкою. Ендоплазматичний ретикулум (ендоплазматична сітка) є сис­темою дрібних вакуолей і канальців, сполучених один з одним і відмежованих від цитозолю однією мембраною. Мембрана ендо­плазматичної сітки має численні складки, вигини й утворює одну безперервну поверхню, яка оточує єдину замкнену порожнину. Мембрана ретикулума безпосередньо переходить у зовнішню ядерну мембрану, утворюючи з нею одне ціле.

Відомі два типи ЕПС: шорстка (гранулярна) — укрита рибосома­ми, розташованими на зверненому до цитоплазми боці мембран, і гла­денька (агранулярна) — частина тієї ж мембрани, але без рибосом.Гранулярний ЕПР необхідний для транспорту макро­молекул у різні ділянки клітини (лізосоми, апарат Гольджі, бере участь у синтезі структурних компонентів клітинних мембран (се­ред них і плазмалеми). Тому він найбільш розвинений у спеціалі­зованих клітинах, які секретують білки або інтенсивно створюють мембрани.

Агранулярний ЕПР можна розглядати як вільну від рибосом ділян­ку шорсткого ЕПР. Він бере участь у завершальних етапах синтезу ліпідів і деяких внутрішньоклітинних полісахаридів. Гладенький ЕПР переважає над шорстким у клітинах, що продукують стероїдні гормони. Він добре розвинений також у м'язових волокнах, оскільки здатний поглинати йони Са2+ з цитозолю, що приводить до розслаб­лення м'язів під час кожного акту м'язового скорочення.

ЕПС — транспортна сітка клітини, що зв'язує між собою основні її органели і, крім того, ділить цитоплазму на компартменти, в яких відбуваються різноманітні метаболічні процеси.

Функції ендоплазматичної сітки:

§ коомпартментація цитоплазми;

§ синтез білків (на шорсткій ЕПС);

§ дозрівання і накопичення білків;

§ синтез ліпідів, гормонів ліпідної природи і вуглеводів (на гла­денькій ЕПС);

§ відбуваються процеси обміну глікогену (на гладенькій ЕПС);

§ транспортування речовин сприяє перенесенню поживних речо­вин у клітину;

§ розщеплення токсинів — на мембранах гладенької ЕПС клітин печінки;

§ розслаблення міофібрил при м'язовому скороченні — гладенька ЕПС м'язових клітин поглинає йони Кальцію з цитоплазми..

Комплекс Гольджі

Апарат (або як його ще називають комплекс) Гольджі — це гру­па мембранних мішечків — цистерн і зв'язана з ними система пу­хирців (пухирців Гольджі), локалізованих біля клітинного ядра. Комплекс Гольджі — найбільш рухливий та мінливий органоїд, що складається із стосів (по 3—12 штук) мембранних мішечків (дик­тіосом), пов'язаних із ними трубочок із пухирцями на кінцях. Диктіосоми полярні — з одного з їх полюсів постійно надходять пухирці з ендоплазматичної сітки, зливаються з їх вмістом, а від дру­гого полюса відходять уже дозрілі пухирці, які транспортуються в інші ділянки клітини та виводяться з неї. Кількість диктіосом у клі­тині варіює від однієї до десятків і сотень, залежно від типу клітини і фази її розвитку.

Комплекс Гольджі міститься навколо клітинного ядра.

Функції комплексу Гольджі:

§ накопичення і дозрівання речовин метаболізму, що синтезують­ся в ЕПС, їх перерозподіл у клітині й виведення;

§ постачання хімічних компонентів для побудови клітинної стінки у рослин;

§ утворення первинних лізосом і вакуолей;

§ з елементів комплексу Гольджі в головці сперматозоїда утворю­ється акросома — утвір, що забезпечує проникнення сперматозоїда в яйцеклітину;

§ у комплексі Гольджі відбувається концентрація речовин, які над­ходять у клітину ззовні і мають бути виведені з неї (наприклад, барв­ники).

Лізосоми

Лізосоми — похідні комплексу Гольджі. Лізосоми — дрібні сферичні органели клітини, близько 1 мкм в діа­метрі, обмежені щільною плазматичною мембраною. Всередині містять однорідну речовину і близько сорока ферментів, які розщеплюють біл­ки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти. Усі вони — гідролітичні фер­менти (кислі гідролази) із найбільшою активністю при рН5. Кисле се­редовище необхідне для оптимальної активності ферментів і в таких умовах мембрана лізосоми непроникна для ферментів. В організмі під впливом цих ферментів відбувається травлення двох типів: внутрішньоклітинне і порожнинне (у шлунку). Лізосоми виявлено тільки у клітинах тварин і грибів. У кожній клітині є кілька десятків лізосом. Зараз відомо близько 40 ферментів, які містяться в лізосомах. За нормальних умов мембрана лізосом непроникна для них. Проте, ця мембрана дає можливість кінцевим продуктам розщеплення макромолекул легко виходити назовні, так що вони можуть потім або виділятися з клітини, або використовуватися всередині неї.

Лізосомальні ферменти синтезуються на шорсткому ЕПР і транспортуються до апарату Гольджі. Потім від АГ відгалужу­ються пухирці, які й перетворюються на лізосоми. Такі первинні лізосоми зливаються з вакуолями, що утворилися під час ендоцитозу. При цьому формується вторинна лізосома. Лізосомальні фер­менти перетравлюють вміст вакуолі, а неперетравлені рештки ви­водяться шляхом екзоцитозу. Дуже важливо, що мембрана лізосом стійка до дії цих ферментів.

Типи лізосом:

§ первинні лізосоми утворюються за участі комплексу Гольджі;

§ вторинні лізосоми (фавні вакуолі) утворюються з первинних шляхом злиття з фагоцитозними і піноцитозними пухирцями;

§ аутолізосоми беруть участь у перетравленні окремих компо­нентів клітини, цілих клітин або їх груп (знищення дефективних органел, мертвих клітин, хвоста у пуголовків тощо).

Функції лізосом:

§ містять комплекс ферментів для розщеплення білків, жирів, вуг­леводів;

§ беруть участь у перетравленні частинок, які попали в клітину за рахунок фагоцитозу і піноцитозу;

§ беруть участь у видаленні відмерлих органів, клітин та органел. Пристосування збудників інфекції проти лізосомного захисту:

§ уникнення злиття з лізосомами (туберкульозна бацила);

§ стійкість до лізосомного руйнування (збудник прокази);

§ виділення ендотоксину і розривання мембрани лізосоми, яка пе­ретравила збудника інфекції.

Лізосоми є дуже ефективним засобом знищення антигенів -хвороботворних мікроорганізмів, які фагоцитуються макрофага­ми (Проте за деяких патологій ця функція лізосом може послаблюватися. Більшість захворювань, які мають гострий перебіг, сьогодні розглядають як наслідок порушення лізосомального захисту. Щодо цього наші бактерійні «вороги» виявляють дивовижну пристосовність. Деякі мікроорганізми уникають злит­тя з лізосомами (туберкульозна бацила) або виявляються стійкими до лізосомного руйнування (збудник лепри (прокази)). Інші уника­ють руйнування, розщеплюючи мембрану лізосом за допомогою ендотоксинів. Є й такі, що здійснюють «посмертну помсту», про­дукуючи токсини, здатні руйнувати лізосому, яка їх переварила.

Християн Рене де Дюв відкрив також пероксисоми. Пероксисома це універсальний органоїд еукаріотичних клітин, мембранні пухирці 0, 15-0, 25 мкм. Функція пероксидом полягає в розщепленні довго ланцюгових жирних кислот, що надходять у клітину з їжею. На відміну від лізосом, нові пероксисоми утворюються тільки шляхом дроблення вже існуючих. Клітина, яка втратила всі пероксисоми, не здатна відновити їх.

Вакуолі

Вакуолі — клітинні резервуари води і розчинених у ній речовин. Вони утворюються із пухирцевих розширень ендоплазматичної сітки (у рослин) або із пухирців комплексу Гольджі (у тварин).

У рослинних клітинах є центральна крупна вакуоля, що становить до 90 % об'єму клітини і заповнена клітинним соком. Клітинний сік — консервований водний розчин органічних і неорганічних спо­лук, зокрема продуктів обміну речовин: пігментів, танінів, алкалоїдів, отруйних речовин, кінцевих продуктів життєдіяльності клітини.

У тваринних клітинах — вакуолі тимчасові (травні, скоротливі, виділь­ні) і становлять до 5 % об'єму. Трапляються рідко, переважно у найпрості­ших і тільки у деяких клітинах хордових тварин (у клітинах печінки).

Травні вакуолі, або вторинні лізосоми, заповнені ферментами й вико­нують травну функцію (у клітинах найпростіших і безхребетних тварин). Травні вакуолі є в особливих клітинах вищих тварин — фагоцитах.

Скоротливі вакуолі регулюють (у клітині) осмотичний тиск, бе­руть участь у виведенні з неї деяких розчинених продуктів обміну, сприяють надходженню в клітину води з киснем.

Центральна вакуоля рослинних клітин використовується як:

§ накопичувальний простір для вмісту проміжних продуктів обміну;

§ місце для відокремлення кінцевих продуктів обміну;

§ осмотичний простір, що створює осмотично обумовлений тургорний тиск;

§ постачає воду, необхідну для фотосинтезу.

Значення єдиної вауколярної системи клітини

Ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, лізосоми і вакуолі утворюють єдину вакуолярну систему клітини. При перебудові і зміні функцій мембран можливий перехід одних елементів вакуолярної системи в інші.

Мембрани обох типів ендоплазматичної сітки можуть у вигляді дрібних вакуолей входити до складу комплексу Гольджі, де відбува­ється перебудова і потовщення їхніх мембран. Від мембран комплек­су Гольджі походять мембрани лізосом і секреторних вакуолей. І пер­ші, і другі можуть сполучатися з плазматичною мембраною при екзоцитозі або при злитті первинних лізосом із фагосомами.

7 До немембранних органел належать рибосоми, мітохондрії, клітинний центр та органели руху.
Що таке рибосоми? Які їхні функції? Рибосоми (від «рибонуклеїнова кислота» та грец. сома) - сферичні тільця діаметром приблизно 20 нм, які беруть участь у синтезі білків у клітині. Вони складаються з двох різних за розмірами субодиниць: великої та малої (мал. 65). Кожна з них містить рРНК і білки, які взаємодіють між собою.

Субодиниці рибосом можуть роз'єднуватись після завершення синтезу білкової молекули і знову сполучатись між собою у місцях синтезу білків.

Мал. 65. Схема будови рибосоми:
1 - мала субодиниця;
2 - велика субодиниця

Структурні компоненти рибосом утворюються в ядрі. Кількість рибосом у клітині залежить від інтенсивності процесів біосинтезу білків. Наприклад, у хребетних тварин найбільше рибосом виявлено в клітинах печінки, червоного кісткового мозку.

Які будова і функції клітинного ценру?

До складу клітинного центру входять дві центріолі, розташовані в ділянці світлої цитоплазми, від якої радіально розходяться мікронитки (мал. 66). Центріолі мають вигляд порожнього циліндра, який складається з мікротрубочок.

Мал. 66. Клітинний центр

Центріолі беруть участь у формуванні веретена поділу. При цьому вони розходяться до полюсів клітини і між ними натягуються нитки з мікротрубочок. Після поділу материнської клітини в кожну з дочірніх потрапляє по одній центріолі. В період між двома поділами клітини ці структури подвоюються.

Функції центріолей ще остаточно не з'ясовані. Відомо, що вони беруть участь у формуванні мікротрубочок цитоплазми, веретена поділу клітини, джгутиків і війок. Проте в клітинах, які не мають центріолей, ці процеси відбуваються і без їхньої участі.

Які відомі органели руху?

До органел руху клітини належать псевдоподії, або несправжні ніжки, джгутики і війки.

Псевдоподії (від грец. псевдос - несправжній і подос — нога) - непостійні вирости цитоплазми клітин деяких одноклітинних (наприклад, амеб, форамініфер, радіолярій) (мал. 67) або багатоклітинних тварин (наприклад, лейкоцити). Структура псевдоподій та їхня форма можуть бути різноманітними. Вони виникають завдяки руху цитоплазми, яка перетікає в певне місце клітини, утворюючи виріст. Як ви пам'ятаєте, псевдоподії не лише забезпечують пересування клітини, а й захоплення твердих частинок (процес фагоцитозу).

Мал. 67. Псевдоподії амеби

Джгутики і війки мають вигляд тоненьких виростів цитоплазми діаметром приблизно 0, 25 мкм. Вони вкриті плазматичною мембраною. Всередині цих органел розташована складна система з мікротрубочок. Джгутики і війки є у деяких одноклітинних організмів (хламідомонада, евглена, інфузорії), а також деяких типів клітин багатоклітинних (епітелій дихальних шляхів ссавців, сперматозоїди тварин, вищих спорових рослин тощо).

Рухи війок у цілому нагадують роботу весел і, як правило, скоординовані (наприклад, в інфузорій). Для джгутиків характерний гвинтоподібний або хвилеподібний рух (мал. 68).

Мал. 68. Схема руху джгутика (1) і війки (2)

Джгутики і війки рухаються завдяки енергії, що вивільняється під час розщеплення молекул АТФ. Ці органели забезпечують не лише пересування клітин, а й надходження частинок їжі до них (наприклад, рух джгутиків травних клітин гідри). Вони можуть також виконувати чутливу (наприклад, у війчастих червів) і захисну (війки епітелію носової порожнини) функції.

8 Ядро ограничено ядерной оболочкой, отделяющей его содержимое (кариоплазму) от цитоплазмы. Оболочка состоит из двух мембран, разделенных промежутком. Обе они пронизаны многочисленными порами, благодаря которым возможен обмен веществами между ядром и цитоплазмой. В ядре клетки у большинства эукариот находится от 1 до 7 ядрышек. С ними связаны процессы синтеза РНК и тРНК.

Основные компоненты ядра - хромосомы, образованные из молекулы ДНК и различных белков. В световом микроскопе они хорошо различимы лишь в период клеточного деления (митоза, мейоза). В неделящейся клетке хромосомы имеют вид длинных тонких нитей, распределенных по всему объему ядра.

Во время деления клеток хромосомные нити образуют плотные спирали, вследствие чего становятся видимыми (с помощью обычного микроскопа) в форме палочек, «шпилек». Весь объем генетической информации распределен между хромосомами ядра. В процессе их изучения были выявлены следующие закономерности:

· в ядрах соматических клеток (т. е. клеток тела, неполовых) у всех особей одного вида содержится одинаковое количество хромосом, составляющих набор хромосом (рис. 3);

· для каждого вида характерен свой хромосомный набор по их количеству (например, у человека 46 хромосом, у мушки дрозофилы — 8, у аскариды — 4, у речного рака — 196, у лошади — 66, у кукурузы — 104);

· хромосомы в ядрах соматических клеток могут быть сгруппированы парами, получившими название гомологичных хромосом на основании их сходства (по строению и функциям);

· в ядрах половых клеток (гамет) из каждой пары гомологичных хромосом содержится только одна, т. е. общий набор хромосом вдвое меньше, чем в соматических клетках;

· одинарный набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным и обозначается буквой n, а в соматических - диплоидным (2 n).

8[2] Хромосомы разных видов растений и животных, изображенные в одном масштабе: 1, 2 — амеба; 3, 4 — диатомовые водоросли; 5-8, 18, 19 — зеленые водоросли; 9 — мухомор; 10 — липа; 11-12 — дрозофила; 13 — семга; 14 — скерда (семейство сложноцветных); 15 — растение из семейства ароидных; 16 — бабочка-хохлатка; 17 — насекомое из семейства саранчовых; 20 — клоп-водомерка; 21 — цветочный клоп; 22 — земноводное амбистома; 23 — алоэ (семейство лилейных)

Из изложенного ясно, что каждая пара гомологичных хромосом образована объединением отцовских и материнских хромосом при оплодотворении, т. е. слиянии половых клеток (гамет). И наоборот, при образовании половых клеток из каждой пары гомологичных хромосом в гамету попадает только одна.

Хромосомы разных гомологичных пар отличаются по размерам и форме

Хромосома состоит из ДНК и белков. Молекула ДНК реплицируется. Две идентичные двойные спирали ДНК остаются соединенными в области центромеры. Эти копии превращаются

в отдельные хромосомы позднее, во время деления клетки

В теле хромосом выделяют первичную перетяжку (называемую центромерой), к которой прикрепляются нити веретена деления. Она делит хромосому на два плеча. Хромосомы могут быть равноплечими, разноплечими и одноплечими.