Таблица по биологии клетка и ее функции. Основные органоиды клетки, их строение и функции. Строение животной клетки

Органоиды – постоянные и обязательные компоненты клеток; специализированные участки цитоплазмы клетки, имеющие определенную структуру и выполняющие определенные функции в клетке. Различают органоиды общего и специального назначения.

Органоиды общего назначения имеются в большинстве клеток (эндоплазматическая сеть, митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли, клеточный центр, рибосомы). Органоиды специального назначения характерны только для специализированных клеток (миофибриллы, жгутики, реснички, сократительные и пищеварительные вакуоли). Органоиды (за исключением рибосом и клеточного центра) имеют мембранное строение.

Эндоплазматическая ретикулюм(ЭПР) – это разветвленная система соединенных между собой полостей, трубочек и каналов, образованных элементарными мембранами и пронизывающая всю толщу клетки. Открыта в 1943 г. Портером. Особенно много каналов эндоплазматической сети в клетках с интенсивным обменом веществ. В среднем объем ЭПС составляет от 30% до 50% общего объема клетки. ЭПС лабильна. Форма внутренних лакун и кана

лов, их размер, расположение в клетке и количество изменяются в процессе жизнедеятельности. Развита сильнее в животных клетка. ЭПС морфологически и функционально связана с пограничным слоем цитоплазмы, ядерной оболочкой, рибосомами, комплексом Гольджи, вакуолями, образуя вместе с ними единую функционально-структурную систему для осуществления обмена веществ и энергии и передвижения веществ внутри клетки. Вблизи эндоплазматической сети накапливаются митохондрии и пластиды.

Выделяют две разновидности ЭПС: шероховатую и гладкую. На мембранах гладкой (агранулярной) ЭПС локализованы ферменты систем жирового и углеводного синтеза: здесь происходит синтез углеводов и почти всех клеточных липидов. Мембраны гладкой разновидности эндоплазматической сети преобладают в клетках сальных желез, печени (синтез гликогена), в клетках с большим содержанием питательных веществ (семена растений). На мембране шероховатой (гранулярной) ЭПС располагаются рибосомы, где осуществляется биосинтез белков. Часть синтезируемых ими белков включается в состав мембраны эндоплазматической сети, остальные поступают в просвет ее каналов, где преобразуются и транспортируются в комплекс Гольджи. Особенно много шероховатых мембран в клетках желез и нервных клетках.

Рис. Шероховатый и гладкий эндоплазматический ретикулум.

Рис. Транспорт веществ по системе ядро – эндоплазматический ретикулум (ЭПР) – комплекс Гольджи.

Функции эндоплазматической сети :

1) синтез белков (шероховатая ЭПС), углеводов и липидов (гладкая ЭПС);

2) транспорт веществ, как поступивших в клетку, так и вновь синтезируемых;

3) деление цитоплазмы на отсеки (компартменты), что обеспечивает пространственное разделение ферментных систем, необходимое для их последовательного вступления в биохимические реакции.

Митохондрии – присутствуют практически во всех типах клеток одно- и многоклеточных организмов (за исключением эритроцитов млекопитающих). Число их в разных клетках варьирует и зависит от уровня функциональной активности клетки. В клетке печени крысы их около 2500, а в мужской половой клетке некоторых моллюсков – 20 – 22. Их больше в грудной мышце летающих птиц, чем в грудной мышце нелетающих.

Митохондрии имеют форму сферических, овальных и цилиндрических телец. Размеры составляют 0,2 – 1,0 мкм и диаметре и до 5 - 7 мкм в длину.

Рис. Митохондрия.

Длина нитевидных форм достигает 15-20 мкм. Снаружи митохондрии ограничены гладкой наружной мембраной, сходной по составу с плазмалеммой. Внутренняя мембрана образует многочисленные выросты – кристы – и содержит многочисленные ферменты, АТФ-сомы (грибовидные тела), участвующие в процессах трансформации энергии питательных веществ в энергию АТФ. Количество крист зависит от функции клетки. В митохондриях мышц крист очень много, они занимают всю внутреннюю полость органоида. В митохондриях эмбриональных клеток кристы единичны. В растительных выросты внутренней мембраны чаще имеют форму трубочек. Полость митохондрии заполнена матриксом, в котором содержатся вода, минеральные соли, белки-ферменты, аминокислоты. Митохондрии имеют автономную белоксинтезирующую систему: кольцевую молекулу ДНК, различные виды РНК и более мелкие, чем в цитоплазме рибосомы.

Митохондрии тесно связаны мембранами эндоплазматической сети, каналы которой часто открываются прямо в митохондрии. При повышении нагрузки на орган и усилении синтетических процессов, требующих затраты энергии, контакты между ЭПС и митохондриями становятся особенно многочисленными. Число митохондрий может быстро увеличиваться путем деления. Способность митохондрий к размножению обусловлена присутствием в них молекулы ДНК, напоминающей кольцевую хромосому бактерий.

Функции митохондрий :

1) синтез универсального источника энергии – АТФ;

2) синтез стероидных гормонов;

3) биосинтез специфических белков.

Пластиды – органоиды мембранного строения, характерные только для растительных клеток. В них происходят процессы синтеза углеводов, белков и жиров. По содержанию пигментов их делят на три группы: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

Хлоропласты имеют относительно постоянную эллиптическую или линзовидную форму. Размер по наибольшему диаметру составляет 4 – 10 мкм. Количество в клетке колеблется от нескольких единиц до нескольких десятков. Их размер, интенсивность окраски, количество и расположение в клетке зависят от условий освещения, вида и физиологического состояния растений.

Рис. Хлоропласт, строение.

Это белково-липоидные тела, состоящие на 35-55% из белка, 20-30% - липидов, 9% - хлорофилла, 4-5% каратиноидов, 2-4% нуклеиновых кислот. Количество углеводов варьирует; обнаружено некоторое количество минеральных веществ Хлорофилл – сложный эфир органической двухосновной кислоты – хлорофиллина и органических спиртов – метилового (СН 3 ОН) и фитола (С 20 Н 39 ОН). У высших растений в хлоропластах постоянно присутствуют хлорофилл а – имеет сине-зеленую окраску, и хлорофилл b – желто-зеленую; причем содержание хлорофилла, а в несколько раз больше.

Кроме хлорофилла в состав хлоропластов входят пигменты - каротин С 40 Н 56 и ксантофилл С 40 Н 56 О 2 и некоторые другие пигменты (каратиноиды). В зеленом листе желтые спутники хлорофилла маскируются более яркой зеленой окраской. Однако осенью, при листопаде, у большинства растений хлорофилл разрушается и тогда обнаруживается присутствие в листе каратиноида – лист становится желтым.

Хлоропласт одет двойной оболочкой, состоящей из наружной и внутренней мембран. Внутреннее содержимое – строма – имеет ламеллярное (пластинчатое) строение. В бесцветной строме выделяют граны – окрашенные в зеленые цвет тельца, 0,3 – 1,7 мкм. Они представляют собой совокупность тилакоидов – замкнутых телец в виде плоских пузырьков или дисков мембранного происхождения. Хлорофилл в виде мономолекулярного слоя располагается между белковым и липидным слоями в тесной связи с ними. Пространственное расположение молекул пигментов в мембранных структурах хлоропластов является весьма целесообразным и создает оптимальные условия для наиболее эффективного поглощения, передачи и использования лучистой энергии. Липиды образуют безводные диэлектрические слои мембран хлоропласта, необходимые для функционирования электронно-транспортной цепи. Роль звеньев цепи переноса электронов выполняют белки (цитохромы, пластохиноны, ферредоксин, пластоцианин) и отдельные химические элементы – железо, марганец и др. Количество гран в хлоропласте от 20 до 200. Между гранами, связывая их друг с другом, располагаются ламеллы стромы. Ламеллы гран и ламеллы стромы имеют мембранное строение.

Внутренне строение хлоропласта делает возможным пространственное разобщение многочисленных и разнообразных реакций, составляющих в своей совокупности содержание фотосинтеза.

Хлоропласты, как и митохондрии, содержат специфическую РНК и ДНК, а также более мелкие рибосомы и весь молекулярный арсенал, необходимый для биосинтеза белка. У этих органоидов имеется достаточное для обеспечения максимальной активности белоксинтезирующей системы количество и-РНК. Вместе с тем в них содержится и достаточно ДНК для кодирования определенных белков. Они размножаются делением, путем простой перетяжки.

Установлено, что хлоропласты могут изменять свою форму, размеры и положение в клетке, т. е. способны самостоятельно двигаться (таксис хлоропластов). В них обнаружено два типа сократительных белков, за счет которых, очевидно, и осуществляется активное движение этих органоидов в цитоплазме.

Хромопласты широко распространены в генеративных органах растений. Они окрашивают лепестки цветков (лютика, георгина, подсолнечника), плоды (томатов, рябины, шиповника) в желтый, оранжевый, красный цвета. В вегетативных органах хромопласты встречаются значительно реже.

Окраска хромопластов обусловлена присутствием каратиноидов – каротина, ксантофилла и ликопина, которые в пластидах находятся в различном состоянии: в виде кристаллов, липоидного раствора или в соединении с белками.

Хромопласты, по сравнению с хлоропластами, имеют более простое строение – в них отсутствует ламеллярная структура. Химический состав также отличен: пигменты – 20–50%, липиды до 50%, белки – около 20%, РНК – 2-3%. Это свидетельствует о меньшей физиологической активности хлоропластов.

Лейкопласты не содержат пигментов, они бесцветны. Эти самые мелкие пластиды имеют округлую, яйцевидную или палочковидную форму. В клетке они часто группируются вокруг ядра.

Внутренне структура, еще менее дифференцирована по сравнению с хлоропластами. В них осуществляется синтез крахмала, жиров, белков. В соответствии с этим выделяют три вида лейкопластов – амилопласты (крахмал), олеопласты (растительные масла) и протеопласты (белки).

Возникают лейкопласты из пропластид, с которыми они сходны по форме и строению, а отличаются лишь размерами.

Все пластиды генетически связаны друг с другом. Они образуются из пропластид – мельчайших бесцветных цитоплазматических образований, сходных по внешнему виду с митохондриями. Пропластиды находятся в спорах, яйцеклетках, в эмбриональных клетках точек роста. Непосредственно из пропластид образуются хлоропласты (на свету) и лейкопласты (в темноте), а из них развиваются хромопласты, являющиеся конечным продуктом в эволюции пластид в клетке.

Комплекс Гольджи – впервые был обнаружен в 1898 г. Итальянским ученым Гольджи в животных клетках. Это система внутренних полостей, цистерн (5-20), располагающихся сближено и параллельно друг другу, и крупных и мелких вакуолей. Все эти образования имеют мембранное строение и являются специализированными участками эндоплазматической сети. В животных клетках комплекс Гольджи развит лучше, чем в растительных; в последних он называется диктиосомы.

Рис. Строение комплекса Гольджи.

Попадающие в пластинчатый комплекс белки и липиды, подвергаются различным преобразованиям, накапливаются, сортируются, упаковываются в секреторные пузырьки и транспортируются по назначению: к различным структурам внутри клетки или за пределы клетки. Мембраны комплекса Гольджи также синтезируют полисахариды и образуют лизосомы. В клетках молочных желез комплекс Гольджи участвует в образовании молока, а в клетках печени – желчи.

Функции комплекса Гольджи :

1) концентрация, обезвоживание и уплотнение синтезированных в клетке белков, жиров, полисахаридов и веществ, поступивших извне;

2) сборка сложных комплексов органических веществ и подготовка их к выведению из клетки (целлюлоза и гемицеллюлоза у растений, гликопротеины и гликолипиды у животных);

3) синтез полисахаридов;

4) образование первичных лизосом.

Вокруг этой полости располагается строма, одетая снаружи элементарной мембраной. Расщепление веществ при помощи ферментов называется лизисом, поэтому органоид назван лизосомой. Образование лизосом происходит в комплексе Гольджи. Первичные лизосомы приближаются непосредственно к пиноцитозным или фагоцитозным вакуолям (эндосомам) и изливают свое содержимое в их полость, образуя вторичные лизосомы (фагосомы), внутри которых и происходит переваривание веществ. Продукты лизиса через мембрану лизосом поступают в цитоплазму и включаются в дальнейший обмен веществ. Вторичные лизосомы с остатками непереваренных веществ называются остаточными тельцами. Примером вторичных лизосом являются пищеварительные вакуоли простейших.

Функции лизосом :

1) внутриклеточное переваривание макромолекул пищи и чужеродных компонентов, поступающих в клетку при пино- и фагоцитозе, обеспечивая клетку дополнительным сырьем для биохимических и энергетических процессов;

2) при голодании лизосомы переваривают некоторые органоиды и на какое-то время пополняют запас питательных веществ;

3) разрушение временных органов эмбрионов и личинок (хвост и жабры у лягушки) в процессе постэмбрионального развития;

Рис. Образование лизосом

Вакуоли – полости в цитоплазме растительных клеток и протист, заполненные жидкостью. Имеют форму пузырьков, тонких канальцев и другую. Вакуоли образуются из расширений эндоплазматической сети и пузырьков комплекса Гольджи как тончайшие полости, затем по мере роста клетки и накопления продуктов обмена объем их увеличивается, а количество сокращается. Развитая сформировавшаяся клетка имеет обычно одну большую вакуоль, занимающую центральное положение.

Вакуоли растительных клеток заполнены клеточным соком, который представляет собой водный раствор органических (яблочная, щавелевая, лимонная кислоты, сахара, инулин, аминокислоты, белки, дубильные вещества, алкалоиды, глюкозиды) и минеральных (нитраты, хлориды, фосфаты) веществ.

У протист встречаются пищеварительные вакуоли и сократительные.

Функции вакуолей :

1) хранилища запасных питательных веществ и вместилища выделений (у растений);

2) определяют и поддерживают осмотическое давление в клетках;

3) обеспечивают внутриклеточное пищеварение у протист.

Рис. Клеточный центр.

Клеточный центр обычно находится вблизи ядра и состоит из двух центриолей, расположенных перпендикулярно друг другу и окруженных лучистой сферой. Каждая центриоль представляет собой полое цилиндрическое тельце длиной 0,3-0,5 мкм и длиной 0,15 мкм, стенка которого образована 9 триплетами микротрубочек. Если центриоль лежит в основании реснички или жгутика, то ее называют базальным тельцем .

Перед делением центриоли расходятся к противоположным полюсам и возле каждой из них возникает дочерняя центриоль. От центриолей, расположенных на разных полюсах клетки, образуются микротрубочки, растущие навстречу друг другу. Они формируют митотическое веретено, способствующее равномерному распределению генетического материала между дочерними клетками, являются центром организации цитоскелета. Часть нитей веретена прикрепляется к хромосомам. В клетках высших растений клеточный центр центриолей не имеет.

Центриоли относятся к самовоспроизводящимся органоидам цитоплазмы. Они возникают в результате дупликации уже имеющихся. Это происходит при расхождении центриолей. Незрелая центриоль содержит 9 одиночных микротрубочек; по-видимому, каждая микротрубочка является матрицей при сборке триплетов, характерных для зрелой центриоли.

Центросома характерна для клеток животных, некоторых грибов, водорослей, мхов и папоротников.

Функции клеточного центра :

1) образование полюсов деления и формирование микротрубочек веретена деления.

Рибосомы - мелкие сферические органоиды, от 15 до 35 нм. Состоят из двух субъединиц большой (60S) и малой (40S). Содержат около 60% белка и 40% рибосомальной РНК. Молекулы рРНК образуют ее структурный каркас. Большинство белков специфически связано с определенными участками рРНК. Некоторые белки входят в состав рибосом только во время биосинтеза белка. Субъединицы рибосом образуются в ядрышках. и через поры в ядерной оболочке поступают в цитоплазму, где располагаются либо на мембране ЭПА, либо на наружной стороне ядерной оболочки, либо свободно в цитоплазме. Сначала на ядрышковой ДНК синтезируются рРНК, которые затем покрываются поступающими из цитоплазмы рибосомальными белками, расщепляются до нужных размеров и формируют субъединицы рибосом. Полностью сформированных рибосом в ядре нет. Объединение субъединиц в целую рибосому происходит в цитоплазме, как правило, во время биосинтеза белка. По сравнению с митохондриями, пластидами, клетками прокариот рибосомы в цитоплазме эукариотических клеток крупнее. Могут объединяться по 5-70 единиц в полисомы.

Функции рибосом :

1) участие в биосинтезе белка.

Рис. 287. Рибосома: 1 - малая субъединица; 2 - большая субъединица.

Реснички, жгутики – выросты цитоплазмы, покрытые элементарной мембраной, под которой находится 20 микротрубочек, образующих 9 пар по периферии и две одиночные в центре. У основания ресничек и жгутиков расположены базальные тельца. Длина жгутиков достигает 100 мкм. Реснички – это короткие – 10-20 мкм – жгутики. Движение жгутиков винтовое, а ресничек – веслообразное. Благодаря ресничкам и жгутикам передвигаются бактерии, протисты, ресничные, перемещаются частицы или жидкости (реснички мерцательного эпителия дыхательных путей, яйцеводов), половые клетки (сперматозоиды).

Рис. Строение жгутиков и ресничек эукариот

Включения - временные компоненты цитоплазмы, то возникающие, то исчезающие. Как правило, они содержатся в клетках на определенных этапах жизненного цикла. Специфика включений зависит от специфики соответствующих клеток тканей и органов. Включения встречаются преимущественно в растительных клетках. Они могут возникать в гиалоплазме, различных органеллах, реже в клеточной стенке.

В функциональном отношении включения представляют собой либо временно выведенные из обмена веществ клетки соединения (запасные вещества - крахмальные зерна, липидные капли и отложения белков), либо конечные продукты обмена (кристаллы некоторых веществ).

Крахмальные зерна . Это наиболее распространенные включения растительных клеток. Крахмал запасается у растений исключительно в виде крахмальных зерен. Они образуются только в строме пластид живых клеток. В процессе фотосинтеза в зеленых листьях образуется ассимиляционный , или первичный крахмал. Ассимиляционный крахмал в листьях не накапливается и, быстро гидролизуясь до сахаров, оттекает в части растения, в которых происходит его накопление. Там он вновь превращается в крахмал, который называют вторичным. Вторичный крахмал образуется и непосредственно в клубнях, корневищах, семенах, то есть там, где он откладывается в запас. Тогда его называют запасным . Лейкопласты, накапливающие крахмал, называют амилопластами . Особенно богаты крахмалом семена, подземные побеги (клубни, луковицы, корневища), паренхима проводящих тканей корней и стеблей древесных растений.

Липидные капли . Встречаются практически во всех растительных клетках. Наиболее богаты ими семена и плоды. Жирные масла в виде липидных капель - вторая по значению (после крахмала) форма запасных питательных веществ. Семена некоторых растений (подсолнечник, хлопчатник и т.д.) могут накапливать до 40% масла от массы сухого вещества.

Липидные капли, как правило, накапливаются непосредственно в гиалоплазме. Они представляют собой сферические тела обычно субмикроскопического размера. Липидные капли могут накапливаться и в лейкопластах, которые называют элайопластами .

Белковые включения образуются в различных органеллах клетки в виде аморфных или кристаллических отложений разнообразной формы и строения. Наиболее часто кристаллы можно встретить в ядре - в нуклеоплазме, иногда в перинуклеарном пространстве, реже в гиалоплазме, строме пластид, в расширениях цистерн ЭПР, матриксе пероксисом и митохондриях. В вакуолях встречаются как кристаллические, так и аморфные белковые включения. В наибольшем количестве кристаллы белка встречаются в запасающих клетках сухих семян в виде так называемых алейроновых 3 зерен или белковых телец .

Запасные белки синтезируются рибосомами во время развития семени и откладываются в вакуоли. При созревании семян, сопровождающемся их обезвоживанием, белковые вакуоли высыхают, и белок кристаллизуется. В результате этого в зрелом сухом семени белковые вакуоли превращаются в белковые тельца (алейроновые зерна).

Строение клетки и функции ее органов

Главные органоиды	Строение
1. Цитоплазма	Внутренняя полужидкая среда мелкозернистой структуры. Содержит ядро и органоиды.	1. Обеспечивает взаимодействие ядра и органоидов. 2. Выполняет транспортную функцию.
	Система мембран в цитоплазме, образующая каналы и более крупные полости.	1. Осуществляет реакции, связанные с синтезом белков, углеводов, жиров. 2. Способствует переносу и циркуляции питательных веществ в клетке.
3. Рибосомы	Мельчайшие клеточные органоиды.	Осуществляет синтез белковых молекул, их сбору из аминокислот.
4. Митохондрии	Имеют сферическую, нитевидную, овальную и др. формы. Внутри митохондрии находятся складки (дл. от 0,8 до 7 мк).	1. Обеспечивает клетку энергией. Энергия освобождается при распадении АТФ. 2. Синтез АТФ осуществляется ферментами на мембранах митохондрии.
5. Хлоропласты	Имеет форму дисков, отграниченных от цитоплазмы двойной мембраной.	Используют световую энергию солнца и создают органические вещества из неорганических.
6. Комплекс Гольджи	Состоит из крупных полостей и системы, отходящих от них трубочек, образующих сеть, от которой постоянно отделяются крупные и мелкие пузырьки.	Принимает продукты синтетической деятельности клетки и веществ, поступивших в клетку из внешней среды (белки, жиры, полисахариты).
7. Лизосомы	Небольшие округлые тельца (диам. 1 мк)	Выполняют пищеварительную функцию.
8. Клеточный центр	Состоит из двух маленьких телец - центриолей и центросферы - уплотненного участка цитоплазмы.	1. Играет важную роль при делении клеток. 2. Участвует в образовании веретена деления.
9. Органоиды движения клеток	1. Реснички, жгутики имеют одинаковое ультратонкое строение. 2. Миофибриллы состоят из чередующихся темных и светлых участков. 3. Псевдоподии.	1. Выполняют функцию движения. 2. За счет их происходит сокращение мышц. 3. Передвижение за счет сокращения особого сократительного белка.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАСТИД РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Лейкопласты	Хлоропласты	Хромопласты
Бесцветные пластиды (содержатся в корнях, клубнях, луковицах).	Зеленые благодаря ряду пигментов, прежде всего хлорофилла, развиваются на свету, в них происходит синтез углеводов (содержатся в листьях и др. зеленых частях растений).	Желтые, оранжевые, красные и бурые, образуются в результате накопления каротиноидов или представляют конечную стадию развития хлоропластов (содержатся в цветках, плодах, овощах).

Жизненный цикл клетки

Закономерные изменения структурно-функциональных характеристик клетки во времени составляют содержание жизненного цикла клетки (клеточного цикла). Клеточный цикл - это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти.

Важным компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл - комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. Кроме того, в жизненный цикл включается период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций, а также периоды покоя. В периоды покоя ближайшая судьба клетки не определена: она может либо начать подготовку к митозу, либо приступить к специализации в определенном функциональном направлении (рис. 2.10).

Продолжительность митотического цикла для большинства клеток составляет от 10 до 50 ч. Длительность цикла регулируется путем изменения продолжительности всех его периодов. У млекопитающих время митоза составляет 1-1,5 ч, 02-периода интерфазы -2-5 ч, S-периода интерфазы - 6-10 ч.

Биологическое значение митотического цикла состоит в том, что он обеспечивает преемственность хромосом в ряду клеточных поколений, образование клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации. Таким образом, цикл является всеобщим механизмом воспроизведения клеточной организации эукариотического типа в индивидуальном развитии.

Главные события митотического цикла заключаются в редупликации (самоудвоении) наследственного материала материнской клетки и в равномерном распределении этого материала между дочерними клетками. Указанным событиям сопутствуют закономерные изменения химической и морфологической организации хромосом - ядерных структур, в которых сосредоточено более 90% генетического материала эукари-отической клетки (основная часть внеядерной ДНК животной клетки находится в митохондриях). Хромосомы во взаимодействии с внехромосомными механизмами обеспечивают: а) хранение генетической информации, б) использование этой информации для создания и поддержания клеточной организации, в) регуляцию считывания наследственной информации, г) удвоение (самокопирование) генетического материала, д) передачу его от материнской клетки дочерним.

Обмен веществ - поступление в клетку веществ, их усвоение и выведение продуктов жизнедеятельности. Вещества из внешней среды поступают через цитоплазматическую мембрану н по каналам эндоплазматическои сети или непосредственно по гиалоплазме транспортируются к клеточным органоидам и ядру. Их дальнейшие превращения происходят под воздействием многочисленных ферментов, которые синтезируются в клетке на рибосомах эндоплазматическои сети.

Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Ферменты, их роль в реакциях обмена веществ.

1. Метаболизм - совокупность химических реакций в клетке: расщепления (энергетический обмен) и синтеза (пластический обмен). Зависимость жизни клетки от непрерывного поступления веществ из внешней среды в клетку и выделения продуктов обмена из клетки во внешнюю среду. Обмен веществ - основной признак жизни.

2. Функции клеточного обмена веществ: 1) обеспечение клетки строительным материалом, необходимым для образования клеточных структур; 2) снабжение клетки энергией, которая используется на процессы жизнедеятельности (синтез веществ, их транспорт и др.).

3. Энергетический обмен - окисление органических веществ (углеводов, жиров, белков) и синтез богатых энергией молекул АТФ за счет освобождаемой энергии.

4. Пластический обмен - синтез молекул белков из аминокислот, полисахаридов из моносахаридов, жиров из глицерина и жирных кислот, нуклеиновых кислот из нуклеотидов, использование на эти реакции энергии, освобождаемой в процессе энергетического обмена.

5. Ферментативный характер реакций обмена. Ферменты - биологические катализаторы, ускоряющие реакции обмена в клетке. Ферменты - в основном белки, у некоторых из них есть небелковая часть (например, витамины). Молекулы ферментов значительно превышают размеры молекул вещества, на которые они действуют. Активный центр фермента, его соответствие структуре молекулы вещества, на которое он действует.

6. Разнообразие ферментов, их локализация в определенном порядке на мембранах клетки и в цитоплазме. Подобная локализация обеспечивает последовательность реакций.

7. Высокая активность и специфичность действия ферментов: ускорение в сотни и тысячи раз каждым ферментом одной или группы сходных реакций. Условия действия ферментов: определенная температура, реакция среды (рН), концентрация солей. Изменение условий среды, например рН, - причина нарушения структуры фермента, снижения его активности, прекращения действия.

Все в этом мире состоит разных частиц, которые составляют единую картину, так и живая клетка состоит из органоидов. «Единица жизни» покрыта защитным барьером – мембраной, которая разграничивает внешний мир от внутреннего содержимого. Строение органоидов клетки представляет собой целую систему, в которой предстоит разобраться.

Эукариоты и прокариоты

В природе существует огромное количество видов клетки, только в организме человека их более 200, а вот типа клеточной организации известно всего 2 – это эукариотический и прокариотический. Оба упомянутых типа возникли посредством эволюции. Эукариоты и прокариоты имеют клеточную мембрану, но на этом их сходства заканчиваются.

Клетки прокариотического вида имеют маленький размер и не могут похвастаться хорошо развитой мембраной. Главное отличие – отсутствие ядра. В отдельных случаях, присутствуют плазмиды, которые представляют собой кольцо молекул ДНК. Органоиды в таких клетках практически отсутствуют – встречаются лишь рибосомы. К прокариотам относятся бактерии и археи. Монеры – именно так ранее называли одноклеточных бактерий, которые не имеют ядра. Сегодня данный термин вышел из употребления.

Клетка эукариотичского типа намного крупнее прокариотов, включает в себя структуру, названную органоидами. В отличие от своего простейшего «родственника», клетка эукариот имеет линейную ДНК, которая находится в ядре. Еще одно интересное отличие этих двух видов – митохондрии и пластиды, которые находятся внутри эукариотической клетки, поразительно напоминают своим строением и жизнедеятельностью бактерий. Ученые выдвинули предположение, что эти органоиды являются потомками прокариотов, иными словами, ранее прокариоты вступили в симбиоз с эукариотами.

«Устройство» эукариотической клетки

Органоиды клетки – это ее маленькие части, которые выполняют важные функции, например, хранение генетической информации, синтез, деление и другие.

К органеллам относятся:

Клеточная мембрана;
Комплекс Гольджи;
Рибосомы;
Микрофиламенты;
Хромосомы;
Митохондрии;
Эндоплазматическая сеть;
Микротрубочки;
Лизосомы.

Строение органоидов клеток животных, растений и человека одинаково, но у каждого из них существуют свои особенности. Для животных клеток характерны микрофибриллы и центриоли, а для растительных – пластиды. Собрать информацию воедино поможет таблица строения органоидов клетки.

Часть ученых относит ядро клетки к ее органоидам. Ядро располагается в центре и имеет овальную или круглую форму. Его пористая оболочка состоит из 2 мембран. У оболочки встречаются две фазы – интерфаза и деление.

У клеточного ядра две функции – хранение генетической информации и синтез белка. Таким образом, ядро – это не только «хранилище», но и место, где материал воспроизводится и функционирует.

Таблица: строение органоидов клеток

Органеллы клетки	Строение органоида	Функции органоида
	1. Органоиды, имеющие мембрану
Эндоплазматическая сеть (ЭПС).	Развитая система каналов и разных полостей, которые пронизывают все цитоплазму. Одномембранное строение.	Соединение клеточных мембранных структур.ЭПС – «поверхность», на которой происходят внутриклеточные процессы. По системе сети осуществляется транспортировка веществ.
Комплекс Гольджи. располагается около ядра. Клетка может иметь несколько комплексов Гольджи.	Комплекс представляет собой систему мешочков, которые уложены в стопку.	Транспортировка липидов и белков, которые поступают из ЭПС. Перестройка этих веществ, «упаковка» и накопление.
Лизосомы.	Пузырьки с одной мембраной, в которых заключены ферменты.	Расщепляют молекулы, тем самым участвуют в пищеварении клетки.
Митохондрии.	Форма митохондрий может быть палочковидная или овальная. Имеют две мембраны. Внутри митохондрий содержится матрикс, внутри которого заключены молекула ДНК и РНК.	Митохондрии отвечают за синтез источника энергии – АТФ.
Пластиды. Они присутствуют только в клетках растений.	Чаще всего пластиды встречают овальной формы. Имеют две мембраны.	Имеют три вида пластид: лейкопласты, хлоропласты и хромопласты. Лейкопласты накапливают органические вещества. Хлоропласты отвечают за фотосинтез. Хромопласты «окрашивают» растение.
	2. Органоиды, не имеющие мембраны
Рибосомы присутствуют во всех клетках. Располагаются в цитоплазме или соединяются с мембраной эндоплазматической сети.	Состоят из нескольких молекул РНК и белка. Поддерживают структуру рибосом ионы магния. Рибосомы выглядят как небольшие тела в форме сферы.	Производят синтез полипептидных цепочек.
Клеточный центр присутствует в клетках животных, кроме ряда простейших, а также обнаружен у некоторых растений.	Клеточный центр из двух цилиндрических органоидов – центриолей.	Участвует в делении ахроматинового веретера. Органоиды, из которых состоит клеточный центр, производят жгутики и реснички.
Мирофиламенты, микротрубочки.	Представляют собой сплетение нитей, которые пронизывают всю цитоплазму. Сформированы эти нити из сократительных белков.	Являются частью цитоскелета клетки. Отвечают за движение органоидов, сокращение волокон.

Клеточные органеллы – видео

Клетка – структурная единица организма, которая необходимы для нормального функционирования. Каждая органелла в клетке выполняет свою уникальную функцию. Они необходимы для питания, переноса кислорода, получения энергии, передачи электролитов. Существуют простые клетки или с многокомпонентного составом. У растений количество внутренних элементов меньше чем у животных.

Навигация по статье

Классификация органоидов

Органоиды отличаются у животных и растений. Бывают простыми или сложными. К первым относятся элементы без мембраны, ко вторым – с мембранами.

Растительные и животные

У животных и растений клеточный состав отличается. Разница в структуре описана в таблице.

Внутриклеточные образования у растений	Внутриклеточные образования у животных
Клеточная стенка	Гликокаликс
Центриоли в водорослях	Центриоли
Запасы крахмала для дополнительного источника энергии	Запасы гликогена для дополнительного источника энергии
– органоиды, способные к фотосинтезу и восстановлению ионов	Дополнительные органоиды, которые повышают функциональность
Целлюлоза, содержащаяся в оболочке	Развитая система ДНК и РНК, которая передает информацию от поколения к поколению
Вакуоли

Клетки растительного и животного ряда отличаются по способности к размножению. У первых при делении образуется перетяжка, у вторых – перегородка.

Мембранные и немембранные

Внутри клеток содержатся органоиды, у которых присутствует или отсутствует мембрана.

Органы без оболочки:

рибосомы;
цитоскелет.

Одномембранные и двухмембранные

Классификация по количеству мембран в органоиде:

одна (ЭПС, аппарат Гольджи, плазматическая мембрана, лизосомы);
две (ядро, пластиды, митохондрии).

Мембранные структуры имеют общие свойства. Их оболочка представлена гликопротеинами, которые соединяются между собой. Образуется замкнутая полость с отсеками. Через ячейки питательные вещества, микроэлементы и минералы проходят внутрь и наружу.

Двумембранные элементы выполняют двойную защиту. Внутреннее строение органеллы полностью сохраняется.

Виды органоидов

Существует множество органоидов, каждая из них выполняет свою функцию, имеет собственное строение. Эти параметры описаны в таблице.

Наименование органоидов	Функции	Дополнительные структуры внутри органоида
Ядро или его аналоги	Хранение ДНК, РНК, деление	ДНК, РНК дополнительные структуры (ферменты, белки), необходимые для их синтеза
Мембрана	Защитная, транспортная	Внутри цитоплазмы находятся органеллы
Митохондрии	Производство АТФ для выработки энергии. Внутриклеточный метаболизм	Ферменты
Вакуоли	Водно-электролитный обмен	Ферменты
Рибосомы	Выработка пептидов	Белки, РНК
Лизосомы	Переваривание веществ, защита от патогенных микроорганизмов	Белки, РНК
Комплекс Гольджи	Внутриклеточный метаболизм, синтез пептидов, аминокислот	Белки, РНК
Внутриклеточная стенка	Защитная, транспортная	Белки, аминокислоты, углеводы
Эндоплазматическая сеть	Синтез питательных веществ (пептиды, сахариды, липиды)	Ферменты

Митохондрии

По строению имеют округлую или вытянутую форму. Находятся в клетках, имеющих ядра (эукариоты). Главная функция – выработка дополнительной энергии, выделение молекул АТФ. Эти процессы выполняются за счёт поступления электролитов. Количество митохондрий зависит от функции клетки, чем их меньше, тем меньшее число органелл.

Может быть одна крупная митохондрия или тысячи маленьких.

Ядро

Количество ядер варьирует. Оно может отсутствовать, быть в количестве одной или двух единиц. Главная функция – хранение генетического материала в РНК и ДНК. Они составляют геном.

Строение:

оболочка;
цитоплазма;
матрикс.

Последнее образование выполняет функцию цитоскелета, поддерживает форму ядра. В оболочке находятся ядерные поры, через которые проникают молекулы и ионы, имеющие малый размер.

Внутри ядра находятся ядрышки, которые необходимы для сборки рибосомальных фрагментов.

Комплекс Гольджи

Образование эукариот. Функция – продукция внутриклеточных структур. К ним относятся:

части лизосом;
гликокаликс;
секреторные белки.

С помощью комплекса Гольджи продуцируются пептиды, аминокислоты, сахариды. По строению имеет мембрану и цистерны, в которых осуществляется все функции.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматический ретикулум – органелла, входящая в состав эукариот. Состоит из канальцев, полостей, окруженных мембраной. Эти соединения входят в полости мембраны. Функции органоида:

транспортировка белков, стероидов, липидов;
накопление веществ;
участие в построении оболочки ядра после деления;
накопление кальция.

Рибосомы

Матричная РНК выходит из ядра, перемещается в рибосомы. По строению это безмембранные образования, которые синтезируют белок на основе мрнк. Рибосомы – округлые образования, входящие в состав эукариот.

Органоид состоит из следующих элементов:

рибосомальная РНК (главная молекула в синтезе белка);
низкомолекулярные компоненты.

Лизосомы

По строению – мембранное образование эукариот. Внутри располагаются гидролитические ферменты. Органоид призван переваривать молекулы, выделять ферменты наружу.

Лизосомы имеют округлую форму, разный размер. Число варьирует от функции клеток, составляет от одной единицы до нескольких тысяч.

Внутри лизосом содержится жидкость, имеющаю кислую среду, с помощью которой происходит процесс переваривания.

Пероксисомы

По строению имеют мембрану в один слой. Располагаются в эукариотах. Содержат ферменты, расщепляющие питательные вещества, в том числе жирные кислоты. Не содержат собственных белков, поэтому они импортируются из цитозоля.

Центриоли

Центриоли лежат вблизи ядра. Состоят из цилиндрических элементов. Их число увеличивается в процессе деления, количество элементов зависит от типа клетки. Образования, участвующие в делении. Представлены в виде микротрубочек. Направляют веретена деления к полюсам во время митоза.

Цитоплазма

Жидкое образование, заключенное в оболочке мембраны. Она служит матриксом, в котором расположены органоиды. В состав входят:

вещества органического и неорганического происхождения;
органеллы;
включения.

Подвижная структура, с помощью перетекания перемещаются вещества и органоиды. Она способна к самовосстановлению. Способна к существованию при наличии ядра.

Вакуоли

Органеллы эукариот. Заполнены соком. Регулируют осмотическое давление. В основном содержатся в растениях, главная функция – водно-солевой обмен, транспортировка и накопление ионов.

Клеточный центр (центросома)

Элемент эукариот, участвующий в функции митоза. Образует веретено деления. В строении имеет центриоли, которые представлено микротрубочками. При наступлении фазы деления центросома удваивается, ее части перемещаются к различным полюсам, что формирует веретено деления. После завершения цикла образуется только одна центросома.

Хлоропласты

Встречаются у растений, с их помощью осуществляется фотосинтез. В строении имеют хлорофилл, две мембраны, ДНК и РНК. синтезируют белок. Размножаются путем деления.

Хромопласты

Пластиды с красной или оранжевой окраской. В строение входят каротиноиды, обусловливающие их цвет. образуются из хлоропластов после удаления хлорофилла. Процесс происходит при пожелтении листьев.

Лейкопласты

Пластиды растений. Состоят из тилакоидов. входят в состав клубней или корней. Функция – запасание питательных веществ в виде крахмала, белков, жиров. Содержат ферменты, образующих крахмал.

Клеточные включения

Чаще образуются в цитоплазме, редко – в ядре. Постоянно появляются и исчезают. Являются продуктом метаболизма. По строению бывают в виде кристаллов, капель. По химическому составу разнообразны:

жировые включения;
полисахаридные;
белковые;
пигментные.

Органоиды движения

Это реснички и жгутики – образования, помогающие клетки передвигаться. Содержат микротрубочки. Образуются не во всех клетках. К временным органоидам движения относятся ложноножки. Они появляются при необходимости, затем исчезают.

Строение

Строение и функции органоидов разнообразны. Различают следующую классификацию по их строению:

мембранные, немембранные структуры;
содержащие ДНК, РНК;
по содержанию веществ (белковые, углеводные);
отсутствие или наличие цитоскелета;
отсутствие или наличие внутренней жидкости;
отсутствие или наличие дополнительных включений.

Функции органоидов

Выделяют следующие функции органоидов, содержащихся в клетках:

передача генетической информации;
производство и запасание энергии;
переваривание питательных веществ, необходимых для жизнедеятельности;
транспортная;
защитная.

Внутри каждой клетки существуют органоиды.

Без них жизнедеятельность невозможна организма. Каждое образование выполняет функцию. Органоиды взаимодействуют между собой в процессе жизнедеятельности.

Эндоплазматическая сеть(ЭПС) – это разветвленная система соединенных между собой полостей, трубочек и каналов, образованных элементарными мембранами и пронизывающая всю толщу клетки. Открыта в 1943 г. Портером. Особенно много каналов эндоплазматической сети в клетках с интенсивным обменом веществ. В среднем объем ЭПС составляет от 30% до 50% общего объема клетки. ЭПС лабильна. Форма внутренних лакун и каналов, их размер, расположение в клетке и количество изменяются в процессе жизнедеятельности. Развита сильнее в животных клетка. ЭПС морфологически и функционально связана с пограничным слоем цитоплазмы, ядерной оболочкой, рибосомами, комплексом Гольджи, вакуолями, образуя вместе с ними единую функционально-структурную систему для осуществления обмена веществ и энергии и передвижения веществ внутри клетки. Вблизи эндоплазматической сети накапливаются митохондрии и пластиды. Выделяют две разновидности ЭПС: шероховатую и гладкую. На мембранах гладкой (агранулярной) ЭПС локализованы ферменты систем жирового и углеводного синтеза: здесь происходит синтез углеводов и почти всех клеточных липидов. Мембраны гладкой разновидности эндоплазматической сети преобладают в клетках сальных желез, печени (синтез гликогена), в клетках с большим содержанием питательных веществ (семена растений). На мембране шероховатой (гранулярной) ЭПС располагаются рибосомы, где осуществляется биосинтез белков. Часть синтезируемых ими белков включается в состав мембраны эндоплазматической сети, остальные поступают в просвет ее каналов, где преобразуются и транспортируются в комплекс Гольджи. Особенно много шероховатых мембран в клетках желез и нервных клетках.

Функции эндоплазматической сети :

1) синтез белков (шероховатая ЭПС), углеводов и липидов (гладкая ЭПС);

2) транспорт веществ, как поступивших в клетку, так и вновь синтезируемых;

Митохондрии имеют форму сферических, овальных и цилиндрических телец. Размеры составляют 0,2 – 1,0 мкм и диаметре и до 5 - 7 мкм в длину. Длина нитевидных форм достигает 15-20 мкм. Снаружи митохондрии ограничены гладкой наружной мембраной, сходной по составу с плазмалеммой. Внутренняя мембрана образует многочисленные выросты – кристы – и содержит многочисленные ферменты, АТФ-сомы (грибовидные тела), участвующие в процессах трансформации энергии питательных веществ в энергию АТФ. Количество крист зависит от функции клетки. В митохондриях мышц крист очень много, они занимают всю внутреннюю полость органоида. В митохондриях эмбриональных клеток кристы единичны. В растительных выросты внутренней мембраны чаще имеют форму трубочек. Полость митохондрии заполнена матриксом, в котором содержатся вода, минеральные соли, белки-ферменты, аминокислоты. Митохондрии имеют автономную белоксинтезирующую систему: кольцевую молекулу ДНК, различные виды РНК и более мелкие, чем в цитоплазме рибосомы.

Функции митохондрий :

1) синтез универсального источника энергии – АТФ;

2) синтез стероидных гормонов;

3) биосинтез специфических белков.

Возникают лейкопласты из пропластид, с которыми они сходны по форме и строению, а отличаются лишь размерами.

Функции комплекса Гольджи :

3) синтез полисахаридов;

4) образование первичных лизосом.

Лизосомы - небольшие овальные тельца диаметром 0,2-2,0 мкм. Центральное положение занимает вакуоль, содержащая 40 (по разным данным 30-60) гидролитических ферментов, способных в кислой среде (рН 4,5-5) расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды и другие вещества. Вокруг этой полости располагается строма, одетая снаружи элементарной мембраной. Расщепление веществ при помощи ферментов называется лизисом, поэтому органоид назван лизосомой. Образование лизосом происходит в комплексе Гольджи. Первичные лизосомы приближаются непосредственно к пиноцитозным или фагоцитозным вакуолям (эндосомам) и изливают свое содержимое в их полость, образуя вторичные лизосомы (фагосомы), внутри которых и происходит переваривание веществ. Продукты лизиса через мембрану лизосом поступают в цитоплазму и включаются в дальнейший обмен веществ. Вторичные лизосомы с остатками непереваренных веществ называются остаточными тельцами. Примером вторичных лизосом являются пищеварительные вакуоли простейших.

Функции лизосом :

Вакуоли – полости в цитоплазме растительных клеток и протист, заполненные жидкостью. Имеют форму пузырьков, тонких канальцев и другую. Вакуоли образуются из расширений эндоплазматической сети и пузырьков комплекса Гольджи как тончайшие полости, затем по мере роста клетки и накопления продуктов обмена объем их увеличивается, а количество сокращается. Развитая сформировавшаяся клетка имеет обычно одну большую вакуоль, занимающую центральное положение.

У протист встречаются пищеварительные вакуоли и сократительные.

Функции вакуолей :

1) хранилища запасных питательных веществ и вместилища выделений (у растений);

2) определяют и поддерживают осмотическое давление в клетках;

3) обеспечивают внутриклеточное пищеварение у протист.

Центриоли способны к самосборке и относятся к самовоспроизводящимся органоидам цитоплазмы.

Центросома характерна для клеток животных, некоторых грибов, водорослей, мхов и папоротников.

Функции клеточного центра :

1) образование полюсов деления и формирование микротрубочек веретена деления.

Рибосомы - мелкие сферические органоиды, от 15 до 35 нм. Состоят из двух субъединиц большой (60S) и малой (40S). Содержат около 60% белка и 40% рибосомальной РНК. Субъединицы рибосом образуются в ядрышках и через поры в ядерной оболочке поступают в цитоплазму, где располагаются либо на мембране ЭПА, либо на наружной стороне ядерной оболочки, либо свободно в цитоплазме. По сравнению с митохондриями, пластидами, клетками прокариот рибосомы в цитоплазме эукариотических клеток крупнее. Могут объединяться по 5-70 единиц в полисомы.

Функции рибосом :

1) участие в биосинтезе белка.

Реснички, жгутики – выросты цитоплазмы, покрытые элементарной мембраной, под которой находится 20 микротрубочек, образующих 9 пар по периферии и две одиночные в центре. У основания ресничек и жгутиков расположены базальные тельца. Длина жгутиков достигает 100 мкм. Реснички – это короткие – 10-20 мкм – жгутики. Движение жгутиков винтовое, а ресничек – веслообразное. Благодаря ресничкам и жгутикам передвигаются бактерии, протисты, ресничные, перемещаются частицы или жидкости (реснички мерцательного эпителия дыхательных путей, яйцеводов), половые клетки (сперматозоиды).

Наряду с описанными выше органоидами в клетках встречаются включения – непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. Включения классифицируют на трофические, представляющие собой запасы питательных веществ (углеводные – гликоген в клетках печени и мышцах, белковые – желточные включения в яйцеклетках, жировые – капли жира в клетках подкожной жировой клетчатки), секреторные продукты жизнедеятельности клеток желез внешней и внутренней секреции (ферменты, гормоны, слизь и др.), пигментные – содержат различные пигменты (меланин, липофусцин, гемоглобин и др.) и экскреторные – продукты обмена веществ, подлежащие удалению из клетки, (кристаллы щавелевой кислоты, щавелевокислого кальция, мочевина)

Похожая информация.