Что такое полуавтономные органоиды

Двумембранные и одномембранные органоиды: общие особенности и основные функции

Двумембранные и одномембранные органоиды

Общие особенности органоид

Что такое органоиды?

Органоиды — это функциональные части клетки с определенным строением и функциями.

Основа правильного функционирования клетки как элементарной единицы живого организма — наличие органелл. Их отличительная особенность заключается в постоянстве: по мере развития клетки они не исчезают.

Есть несколько типов клеточных органоидов. Классификация органоидов выглядит так:

Для жизни важны первые два типа органоидов растительной клетки, так как именно они поддерживают функционирование клетки и организма в целом.

Двумембранные органоиды клетки — это:

Двумембранные органеллы являются полуавтомномными органоидами. Полуавтономные органоиды — структуры, которые отвечают за поддержание самостоятельности клетки. Это значит, что у этих органоид есть способность делиться. Образование новых митохондрий и пластид происходит в результате деления уже существующих элементов клетки. У этих мембранных органоидов есть собственный геном. Он имеет форму кольца и в отдельных моментах похож на геном бактериальных клеток. Кодирование другой части происходит в ядре. Эта часть поступает из цитоплазмы, чем объясняется невозможность свободного существования митохондрий и пластид вне клетки.

Эти органеллы растительной клетки также обладают собственным аппаратом синтеза белка, то есть рибосомами. Они довольно мелкие, в отличие от тех, что есть в цитоплазме, и имеют сходства с рибосомами прокариот.

Все это дало повод считать, что эти мембранные органоиды клетки (полуавтономные органоиды) ранее были прокариотами. Предполагают, что такие органоиды вступили с древними эукариотическими клетками в симбиотические отношения и поселились внутри них на постоянной основе.

Что касается внешней мембраны двухмембранных органоидов клетки, это мембрана, которая составом схожа с мембраной эукариот. Это подтверждает гипотезу, что внешняя мембрана органойда представляет собой бывшую мембрану пищеварительной вакуоли (фагосомы), в которой оказался прокариотический симбионт. В таком случае внутренняя оболочка — это его собственная мембрана.

Теперь перейдем к одномембранным органоидам клетки. К таким мембранным органеллам относят:

Клеточная система также включает немембранные органоиды клетки. К ним относят:

Основные функции мембранных и немембранных органоидов

Общее свойство всех мембранных органелл — образование из биологических мембран. Важно отметить существенное отличие органоидов животной клетки и их функций от органоидов растительной клетки. В частности, растительная клетка характеризуется процессом фотосинтеза.

В растительных и животных клетках бесперебойная работа органелл обеспечивается только в том случае, если обеспечивается бесперебойная работа отдельных органоидов.

Остановимся подробнее на функциях различных органоидов и частей клетки.

В растительной клетке в состав клеточной стенки входят пектины и целлюлоза. Функция органоида растительной клетки — защита клетки от неблагоприятного внешнего воздействия и обеспечения транспорта веществ в клетку через мембрану.

Ядро содержит специальные углубления и поры, а еще — две мембраны.

Ядро — это двумембранный органоид и основное хранилище наследственной информации клетки, который позволяет ее передавать в ходе деления клетки.

В ядре как в двумембарнном органоиде заключается комплексная генетическая информация, реализуемая в процессе деления клетки.

Ядро состоит из ядрышка, хроматин, кариоплазмы.

Также важная составляющая одномембранных и двумембранных органоидов — вакуоль. Вакуоль представляет собой слияние участков эндоплазматической сети. Их назначение — регулировать выделение и поступление разнообразных веществ в клетку.

Что касается эндоплазматического ретикулума, то это система каналов гладкого и шероховатого типа. Функция эндоплазматической сети — синтез и транспорт веществ внутрь клетки.

Рибосомы — основные органеллы, которые служат основной для синтеза белка.

Основной строительный материл клетки — белок. По этой причине он может самостоятельно синтезироваться даже в клетках прокариот.

Постоянный клеточный органоид — цитоплазма. Это полужидкая субстанция с целым набором органоидов. Благодаря ей обеспечивается взаимодействие между ядром и остальными частями клетки.

Клеточная мембрана образуется при помощи белка и двойного слоя липидов. Растения имеют снаружи дополнительный слой клетчатки. Мембрана характеризуется избирательной проницаемостью. Ее электронейтральность поддерживается при помощи нагнетания в клетку ионов.

Лизосомы — это одномембранные органоиды, осуществляющие реакцию «внутриклеточного пищеварения».

В лизосомах есть внутренние ферменты, благодаря которым расщепляются остатки обмена веществ, несущие токсический эффект для клеточных структур.

Говоря о митохондриях, стоит отметить, что они являются энергетическими станциями клетки. Основное клеточное окисление и накаливание энергии в виде молекул АТФ происходит именно в них. Очень часто возникает вопрос, какие органоиды клетки содержат собственную ДНК. У митохондрий, к примеру, есть собственная ДНК, а также складки внутренней мембраны (также их называют «крестами»).

Пластиды — двумембранные органоиды. Они характерны только для растительных клеток. Они отличаются тем, что имеют собственную ДНК и реализуют процесс фотосинтеза. Пластиды содержат пигмент хлорофилл: когда он «заряжается» энергией, то запускает процесс образования кислорода и различных органических веществ.

Содержащие зеленый пигмент хлорофилл пластиды называются хлоропластами (двумембранные). Лейкопласты или бесцветные пластиды отличаются тем, что накапливают крахмал, а хромопласты отвечают за накапливание каратиноидов.

Такой органоид как клеточный центр (на рисунке ниже) включает в себя центриоли и микротрубочки. Он принимает участие в образовании цитоскелета и обуславливает систему деления клетки.

В клетке происходит формирование различных органоидов движения, таких как реснички и жгутики. Эти органоиды движения (на рисунке) состоят из белков и встречаются одинаково часто.

Из всего описанного выше можно сделать вывод, что органеллы клетки — это составные ее части. Поэтому вопрос их происхождения можно рассматривать по-разному. Присутствие органоидов свидетельствует о целостности клетки и единстве органического мира.

Какие из перечисленных органоидов являются мембранными?

Это общая характеристика двумембранных и одномембранных органоидов. Также из информации легко понять, какие из перечисленных органоидов являются мембранными.

Вместо того чтобы перечислять одномембранные органоиды клетки и двумембранные, проще всего обратиться к таблице органоидов эукариотической клетки.

Таблица органоидов. Двумембранные органоиды и одномембранные в сравнительной таблице.

Теперь вам не составит труда самостоятельно перечислить одномембранные органоиды клетки и выбрать структуры, характерные только для растительной клетки.

Источник

Классификация двумембранных органоидов: описание, сходные признаки

Органоиды, расположенные внутри любой клетки, обеспечивают ее жизнедеятельность, служат механизмом для реализации возложенных функций. Каждый органоид имеет определенное строение и четкий набор структурных единиц. Исходя из этого органеллы живой клетки бывают одно-, двумембранные и не имеющие мембран. Несмотря на микроскопические размеры любой тканевой единицы – клетки, особенности ее строения постоянны, поскольку обеспечивают исполнение общеорганизменной нагрузки.

Что такое двумембранные органоиды

Самостоятельность клетки поддерживают двумембранные органеллы, процесс образования которых обусловлен делением существующих клеточных элементов. В двумембранных присутствует собственный геном, который характеризуется кольцевой формой и напоминает геном клетки бактерий.

Существует теория, что двумембранные органоиды имеют происхождение общее с прокариотами. Вступив в симбиоз с клетками-эукариотами, они «нашли себя» внутри последних. Это объясняет сходство внешней мембраны органелл двумембранной природы с таковой у эукариот, а внутренней – у прокариот. Факт также не противоречит гипотезе, утверждающей, что органоидная мембрана – не что иное, как оболочка пищеварительной вакуоли, имеющей специфическое название – фагосома.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Двумембранные органеллы существуют полуавтономно. Способность к делению – их вторая характерная особенность.

Клеточная система предусматривает существование немембранных органоидов. К ним относятся:

Типы органоидов

Участки цитоплазмы, отделенные от гиалоплазмы мембранами, которые могут располагаться одиночно или быть связанными друг с другом, именуются органоидами.

По наличию и количеству мембран они делятся на:

Как мембранные, так и немембранные органеллы, характеризуются определенным составом, имеют конкретные свойства и исполняют функции. Такие объемные зоны имеют иное название – компартменты. Их расположение внутри гиалоплазмы имеет определенные закономерности.

Комплекс Гольджи, лизомомы, пероксисомы, митохондрии, эндоплазматическая сеть – перечень органелл, отграниченных от гиалоплазмы мембраной, строение которой похоже на цитолеммы. Их жизнедеятельность связана с разделением либо слипанием (слиянием) мембран. Такие процессы характеризуются объединением исключительно идентичных слоев мембраны.

Наружный слой, расположенный на стыке с гиалоплазмой, идентичен цитолемме с внутренней стороны. Внутренний, граничащий с содержимым органеллы, аналогичен цитолемме с наружной стороны.

Виды двумембранных органоидов

Такие органеллы, как митохондрии, пластиды и ядро (у эукариот) имеют две мембраны. Митохондрии являются энергетическим источником для всей клетки, а пластиды играют главную роль в фотосинтезе. При этом, если хлоропласты, содержащие хлорофилл, являются непосредственным участником выработки кислорода на свету, то от хромопластов зависит окраска органов растений. Лейкопласты же накапливают крахмал.

Митохондрии интересны и тем, что содержат «личные» рибосомы и ДНК. С помощью них образовываются белки внутри органелл.

Для части микроорганизмов (к примеру, амебы) характерно наличие одной митохондрии. Вырабатываемой нею энергии хватает для жизнедеятельности простейшего. В то же время жировая ткань подкожной клетчатки не имеет их вообще, поскольку в ней не происходит энергетических процессов. Половые клетки (сперматозоиды) имеют несколько митохондрий, что обеспечивает их высокую подвижность. Большое количество этих органелл содержится в миофибрильном волокне. В таком случае говорят о митохондриальном ретикулуме – слившихся двумембранных органоидах.

Ядро внутри клетки – критерий деления их на прокариоты и эукариоты. Не содержащие ядра прокариоты хранят передающуюся по наследству генетическую информацию в определенном участке цитоплазмы, который имеет более плотную структуру. Выглядит это кольцеобразной плазмидой.

Эукариоты имеют органоид ядро, отграниченное от гиалоплазмы двумембранной оболочкой. Внутри ядра – генносодержащие структуры, которые при делении равномерно «раздают» наследственную информацию молодым клеткам.

Строение

Для описываемых органелл характерно наличие кольцевой нити ДНК, в которой содержатся гены. В них закодирована часть белков органоида. Вторая часть генной информации находится в ядре. Ее источником является цитоплазма, что объясняет причину невозможности существования митохондрий и пластид отдельно от клетки.

Слои мембраны органелл различаются по строению. Так, внешняя похожа на мембрану клеток, а внутренняя сходна с бактериальной мембраной, особенно с учетом ее липидного и белкового состава. За счет большого количества белков (в них велико содержание ферментов) в органеллах с помощью кислорода происходят интенсивные окислительные процессы и соответствующий синтез АТФ.

Чтобы ускорить эти процессы и сделать выработку АТФ интенсивной, природа предусмотрела увеличение площади внутренней мембраны за счет расположения ее волнами (кристами).

Мембраны в двухмембранных органеллах отделены одна от другой межмембранным пространством. Относительно митохондрий это – матрикс, в котором расщепляются аминокислоты, остатки углеводов, жирные кислоты.

Пластиды содержат не только наружную и внутреннюю оболочки, но и мембранные мешочки. Это не что иное, как впяченная внутрь внутренняя мембрана (научное название: тилакоиды и ламеллы). Источником образования пластид являются пропластиды, для которых свойственны взаимные превращения друг в друга.

Оболочка ядра как бы вытекает из эндоплазматической сети. Она характеризуется сложным составом и имеет много отверстий, называемых порами. Посредством пор обе оболочки мембраны сообщаются друг с другом. В то же время здесь содержатся особые пептиды, функцией которых является определение веществ, которые проникают внутрь из внутритканевой жидкости и выводятся наружу.

Функции

Кристы на внутренней оболочке митохондрий содержат дыхательные ферменты, а также ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Это – гарантия эффективного клеточного дыхания.

В сердечной мышце в несколько раз больше митохондрий, чем в ткани печени. Названные органеллы, находящиеся в клетках скелетных мышц, содержат во много раз больше крист, нежели митохондрии в тканях новорожденного ребенка.

Функции митохондрий в организме строго определены. Это:

Функции пластид обеспечиваются их строением. Хлоропласты, имея ровную наружную оболочку и массу крист на внутренней, локализуют в себе пигментные вещества. Важнейшее из них – хлорофилл. Он зеленого цвета в отличие от оранжевого ксантофилла и каротина.

Внутри хлоропласта находится строма, которая необходима для темновых реакций: синтеза глюкозы. Для этого используется воды и СО₂. Строма содержит молекулы ДНК кольцевой формы, РНК, рибосомы и ферменты.

Пластиды также отнесены к полуавтономным органоидам, которые могут синтезировать белок. Способны делиться.

Исходя из вышеописанных особенностей строения ядра, схематически сформулировать его функции можно следующим образом:

Полуавтономные двумембранные органоиды

Органоиды, в которых содержатся «личные» ДНК, а также РНК и рибосомы, которые могут образовывать белок, относятся к полуавтономным. В их компетенции превращать Е в АТФ. Митохондрии и пластиды – непосредственные представители полуавтономных двумембранных органелл.

Все эукариотические клетки «укомплектованы» митохондриями. Они – незаменимые участники клеточного дыхания, способны накапливать энергию в виде АТФ-молекул, содержащих макроэргические связи. Все протекающие в клетке процессы происходят с затратой энергии, содержащейся в АТФ.

Митохондрии в состоянии менять форму, а также выбирать для своего расположения активные участки цитоплазмы. Это способствует концентрации органелл там, где энергетическая потребность в них выше.

Двумембранная оболочка имеет межмембранное пространство шириной 6-10 нм. Внутренняя часть располагается кристами, на которых протекают процессы клеточного дыхания. Это – неотъемлемая часть синтеза АТФ.

В митохондриях имеются и собственные белки, ферменты, РНК и кольцевые ДНК. Они располагаются в матриксе.

Пластиды имеются в растительных клетках. Внутреннее содержимое (строма) отделено от гиалоплазмы двумембранной оболочкой. В их характеристике важно то, что в пластидах содержится аппарат, синтезирующий белок. Поэтому органелла в состоянии запасать его для себя в достаточном количестве.

Современная классификация пластид следующая:

Сложная структура хлоропласта позволяет справиться с возложенной на органеллу серьезной функцией – фотосинтезом. Тилакоиды – развитая пузырьковая сеть мембран – собраны в граны. Строма содержит кольцевые ДНК, РНК, рибосомы, капли липидов и белки. Запасные полисахариды (крахмал) накапливаются здесь же, крахмальными зернами. Хлоропласты имеют размер 4-5 мкм, выглядят в виде дисков и содержат каротиноиды и хлорофилл. Клетка мезофилла может содержать 40-50 таких органелл.

Основной признак хромопластов – наличие пигмента. В них нет хлорофилла, но есть каротиноиды красного, желтого или оранжевого цвета. Для их образования расходуются хлоропласты, в которых разрушается хлорофилл, а содержащиеся структурные элементы приступают к синтезу каротиноидов. Такой процесс характерен для периода плодосозревания.

Третья разновидность пластид – лейкопласты – способны накапливать крахмал, в частности, амилопласты. Отдельные из них в состоянии образовывать белки и липиды, а также накапливать их внутри себя.

Присутствие света инициирует превращение лейкопластов в хлорополасты.

Клубень картофеля, в котором много лейкопластов, содержит много крахмала. Картофель, вынесенный на дневной свет, со временем зеленеет.

Источник

Полуавтономные органоиды: строение и функции. Теория симбиогенеза.

Полуавтономные органоиды- органоиды, содержащие собственные ДНК, все типы РНК, рибосомы, способные синтезировать белки, а также преобразовывать Е в ЕАТФ (синтез АТФ).

К таким органоидам относятся двумембранные органоиды: митохондрии и пластиды.

Митохондрии и пластиды способны к самовоспроизведению и никогда не образуются из других компонентов клетки. Вне клеток они существовать не могут.

Хлоропласты имеют зеленый цвет, обусловленный присутствием основного пигмента — хлорофилла.

Возможные пути деления митохондрий: при образовании перегородок или перетяжек

Функции:

согласно этой теории, митохондрии и хлоропласты произошли от симбиотических прокариотических организмов, захваченных протоэукариотом в результате фагоцитоза. Этот протоэукариот, о видимому, представлял собой амебоидный гетеротрофный, анаэробный организм с уже развитыми эукариотическими признаками.

Симбиоз большой анаэробной клетки (вероятно, относящейся к архебактериям и сохранившей ферменты гликолитического окисления) с аэробными бактериями оказался взаимовыгодным, причем бактерии со временем утратили самостоятельность и превратились в митохондрии

Потеря самостоятельности связана с утратой части генов, которые перешли в хромосомный аппарат клетки-хозяина. Но все же митохондрии сохранили собственный белоксинтезирующий аппарат и способность к размножению.

В пользу симбиотического происхождения митохондрий и хлоропластов говорят многие факты. Во-первых, их генетический материал представлен одной кольцевой молекулой ДНК (как и у прокариот), во-вторых, их рибосомы по массе, по строению рРНК и рибосомальных белков близки к таковым у аэробных бактерий и синезеленых. В-третьих, они размножаются как прокариоты и наконец, механизмы белкового синтеза в митохондриях и бактериях чувствительны к одним антибиотикам (стрептомицину), а циклогексимид блокирует синтез белка в цитоплазме. Кроме того, известен один вид амеб, которые не имеют митохондрий и живут в симбиозе с аэробными бактериями, а в клетках некоторых растений обнаружены цианобактерии (синезеленые), сходные по строению с хлоропластами.

15. Ядро: строение и функции. Организация генетического материала эукариотической клетки.

1. Хранение наследственной информации

2. Реализация наследственной информации

3. Воспроизведение молекулы днк

4. Передача информации дочерним клеткам при клеточном делении

Геном (совокупность наследственного материала, заключенного в клетке)каждой клетки несет информацию:

О первичной структуре всех белков всех клеток всего организма (последовательность аминокислот)

О первичной структуре примерно (последовательность нуклеотидов) 60 видов тРНК и различных рРНК (у эукариотов 4 вида)

О программе использования данной информации в разных клетках и разных моментах онтогенеза (онтогенез-индивидуальное развитие организма)

Хроматин или хромосомы (хроматин в неделящемся ядре, хромосомы-в митотическом)

Размер: от 1 мкм (простейшие) до 1 мм (в яйцеклетках рыб и земноводных)

Оболочка: внутренняя и наружная

Кариоплазма – желеобразный раствор, заполняет пространство между структурами ядра (хроматином и ядрышками)

Ядрышко не окружено мембраной, содержит фибриллярные белковые нити и РНК, исчезают в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания. В ядрышках происходит формирование рибосом, синтез ядерных белков. Образуются на участках перетяжек хромосом. участки хромосом, на которых происходит синтез рибосомных рибонуклеиновых кислот (рРНК

Хроматин- деспирализованная форма существования хромосом

ГЕТЕРОХРОМАТИН – участки хромосом, находящиеся в конденсированном (упакованном) состоянии в течение всего клеточного цикла. Таким образом, гетерохроматиновые участки в генетическом отношении являются практически неактивными.

ЭУХРОМАТИН – основная часть митотических хромосом, в которой локализована большая часть функциональных генов. Эухроматин претерпевает обычный цикл компактизации-декомпактизации во время митоза.

Хромосомы- органоиды ядра, являются носителями генов и определяют наследственные свойства клеток и организма.

Кариотип- совокупность полного набора хромосом, присущего клеткам данного биологического вида (понятие ввел Левитский в 1924)

Кариограмма – систематизированное изображение хромосом, расположенных в ряд по мере убывания их длины.

Организация генетического материала эукариотической клетки

Длина ДНК диплоидного набора хромосом человека составляет примерно 174 см., средняя длина ДНК одной хромосомы – 5 см. В ядре длина одной хромосомы составляет 0,5 – 1 микрон. Такая упаковка двойной спирали ДНК объясняется ее дальнейшей последовательной компактизацией.

Белковый кор (сердцевина) содержит набор из 4 пар гистоновых белковН2А, Н2В, Н3, Н4. Это самые консервативные белки в любом геноме. Они практически одинаковы у гороха и у человека.

Нуклеосомы связываются участками ДНК (линкерная ДНК) свободными от контакта с белковым кором.

Укладка линкерного участка ДНК (60-80 п.н.) и соединение нуклеосом друг с другом идут с помощью гистона Н1. Молекула этого белка имеет центральную (глобулярную) часть и вытянутые «плечи». Центральная часть прикрепляется к специфическому участку на поверхности кора, вытянутые «плечи» соединяют соседние нуклеосомы. При этом ДНК наматывается на соседние коры ка­ждый paз в противоположном направлении

Выделить нуклеосомы можно непродолжительной обработкой хромосом ферментами дезоксирибонуклеазами. При этом расщепляются участки состыковки нуклеосом. В геноме человека содержатся 1,5 х 107 нуклеосом.

Нуклеосомный уровень повышает плотность упаковки ДНК в 7-10 раз.

2. Нуклеомерный уровень. Дальнейшая компактизация ДНК в составе хроматина свя­зана с образованием нуклеосомных комплексов Образуется компактная хроматиновая фибрилла построенная либо по типу соленоида (спиральный тип укладки), либо по нуклеомерному типу (4-12 нуклеосом образуют глобулу).

Нуклеомерная укладка хроматина способствует укорочению нити ДНК примерно в 6 раз, а оба уровня приводят к компактизации ДНК в среднем в 50 раз (42-60).

3. Хромомерный уровень.

Следующий этап компактизации ДНК связан с образованием петлеобразных структур, которые называются хромомерами. При этом возможны два пути упаковки ДНК с помощью негистоновых белков:

Укорочение фибриллы на этом уровне происходит в среднем 25 раз, а на всех 3 уровнях в 1000-1500 раз.

5.Хромосомный уровень. Даль­нейшая компактизация хромосом обеспечивается петельной укладкой хромонемной нити, что сокращает их длину примерно в 10 раз.

Источник