Органоиды клетки и их функции. Органелла это в биологии.

Он возникает в ходе эволюции путем встраивания во внешнюю мембрану и отпочкования (отделения) частей внешней мембраны. Эта группа органоидов включает

Органоиды клетки и их функции

Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей всех живых организмов. Несмотря на свой небольшой размер, он имеет очень сложную структуру и состоит из органоидов — твердых и необходимых компонентов, выполняющих определенные функции. Скоординированное функционирование органоидов отвечает за жизнедеятельность прокариотических и эукариотических клеток.

Общие сведения

Органоиды или органеллы — это органы клетки, которые выполняют ряд важнейших функций для поддержания жизни клетки: Движение, деление, синтез и транспорт веществ, передача генетической информации.

В современной биологии все клетки делятся на два типа: Прокариоты (ядерные клетки) и эукариоты (ядерные клетки). Прокариоты, к которым относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, имеют примитивную структуру и состоят из цитоплазмы, содержащей ДНК или РНК. Эукариоты — это все клетки растений и животных — их строение намного сложнее. Человеческие клетки также являются эукариотическими.

Органоиды делятся на две основные группы:

• Мембранные. В свою очередь, бывают одномембранные (комплекс Гольджи, вакуоли, лизосомы, ЭПС) и двумембранные (клеточное ядро, митохондрии и пластиды).
• Немембранные (рибосомы, клеточный центр).

Характеристика мембранных органоидов

Мембраноподобные органоиды — это полые структуры, стенки которых состоят из одинарной или двойной мембраны. Они настолько самодостаточны, что образуют замкнутые полости.

Клеточное ядро — это важнейшая органелла, которая контролирует все процессы в клетке. Ядро клетки содержит генетическую информацию, т.е. генетический материал (ДНК).

Здесь осуществляется регуляция процессов обмена веществ в клетке.

Комплекс Гольджи — группа полостей, отделенных от цитоплазмы мембраной. Осуществляют синтез жиров и углеводов на мембране.

Митохондрии — «энергетические станции» клетки, органоиды, в которых окисляются органические вещества и синтезируются молекулы АТФ с участием ферментов.

Пластиды — органоиды растительных клеток, отвечающие за функцию фотосинтеза — образования органических веществ из воды и углекислого газа под воздействием солнечного света.

Лизосомы — органоиды, необходимые для расщепления сложных молекул.

Вакуоли — полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком, отвечают за накопление запасных питательных веществ и запасание воды в клетке.

ЭПС (эндоплазматическая сеть) — система разветвленных канальцев, которая отвечает за синтез белков, углеводов и липидов, транспорт веществ внутри клетки.

Органоиды клетки расположены в цитоплазме. Они представляют собой внутреннюю полужидкую среду клетки, ее внутреннюю среду, которая является связующим звеном между клеточным ядром и органоидами.

Содержание

• 1 История и терминология
• 2 Типы
• 3 Эукариотические органеллы
• 4 Прокариотические органеллы
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Внешние ссылки

В биологии органы определяются как ограниченные функциональные единицы в организме. Аналогия между органами тела и микроскопическими клеточными инфраструктурами очевидна, поскольку авторы соответствующих учебников редко разъясняли различие между ними, даже в ранних работах.

В 1830-х годах Феликс Дюжарден опроверг теорию Эренберга о том, что микроорганизмы имеют те же органы, что и многоклеточные животные, только вторичные.

Считается, что немецкий зоолог Карл Август Мёбиус (1884) первым использовал термин микроскопический орган (т.е. маленький орган) для обозначения клеточных структур, как organula (множественное число от organulum, уменьшительное от латинского organum). В сноске, опубликованной в качестве исправления в следующем издании, он обосновал свое предложение называть органы одноклеточных организмов «органеллами», поскольку они являются лишь различными по форме частями клетки, в отличие от органов многоклеточных организмов.

Типы

Хотя большинство клеточных биологов считают термин «органелла» синонимом клеточного компартмента, пространства, часто ограниченного одним или двумя липидными бислоями, некоторые клеточные биологи ограничивают этот термин такими клеточными компартментами, содержащими дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), полученную от ранее автономных микроскопических организмов, приобретенных путем эндосимбиоза.

Согласно этому определению, существует только две широкие категории органелл (т.е. те, которые содержат собственную ДНК, и те, которые получены от эндосимбиотических бактерий):

• митохондрии (почти у всех эукариот)
• пластиды (например, у растений, водоросли и некоторые простейшие).

Предполагается, что другие органеллы имеют эндосимбиотическое происхождение, но не содержат собственной ДНК (особенно жгутики — см. эволюция жгутиков).

Второе, менее ограничительное определение органелл заключается в том, что это структуры, прикрепленные к мембранам. Однако даже в соответствии с этим определением некоторые части клетки, которые, как было показано, представляют собой различные функциональные единицы, не классифицируются как органеллы. Поэтому использование термина «органеллы» для структур, не связанных с мембраной, таких как рибосомы, является общепринятым и приемлемым. Это привело к тому, что во многих текстах проводится различие между мембранно-связанными и немембранно-связанными органеллами. Немембранные органеллы, также известные как крупные биомолекулярные комплексы, представляют собой большие скопления макромолекул, которые выполняют специфические и специализированные функции, но не имеют мембранных границ. Многие из них называют «белковыми органеллами», поскольку многие их структуры состоят из белков. К этим клеточным структурам относятся:

• большие комплексы РНК и белков: рибосомы, сплайсосомы, свод
• большие белковые комплексы : протеасома, ДНК-полимераза III, холоэнзим, РНК-полимераза II, холофермент, симметричные вирусные капсиды, комплекс GroEL и GroES ; мембранные белковые комплексы: фотосистема I, АТФ-синтаза
• большие комплексы ДНК и белка: нуклеосома
• центриоль и центр организации микротрубочек ( MTOC)
• цитоскелет
• жгутик
• ядрышко
• стрессовая гранула
• зародышевая клетка гранула
• нейрональная транспортная гранула

Эукариотические органеллы

Эукариотические клетки имеют сложную структуру и по определению частично организованы с внутренними компартментами, окруженными липидными мембранами, которые напоминают внешнюю клеточную мембрану. Более крупные органеллы, такие как ядро и вакуоли, легко увидеть под световым микроскопом. Это было одно из первых биологических открытий, сделанных после изобретения микроскопа.

Не все эукариотические клетки имеют все перечисленные ниже органеллы. У исключительных организмов клетки не содержат определенных органелл, которые в других случаях считаются универсальными для эукариот (например, митохондрии). Также иногда встречаются исключения в количестве мембран, окружающих органеллы, перечисленные в таблицах ниже (например, некоторые органеллы, перечисленные как двумембранные, иногда имеют одинарные или тройные мембраны). Кроме того, количество отдельных органелл каждого типа, находящихся в данной клетке, варьируется в зависимости от функции клетки.

Основные эукариотические органеллы

Органеллы	Основная функция	Структура	Органеллы	Наблюдения
Клеточная мембрана	Отделяет внутреннюю часть всех клеток от внешней среды (внеклеточное пространство) и защищает клетку от окружающей среды.	Двумерная жидкость	все эукариоты
Клеточная стенка	Клеточная стенка состоит из пептидогликана и является жесткой, придавая клетке форму, помогая удерживать органеллы в клетке и предотвращая разрушение клетки из-за изменения осмотического давления.	Целлюлоза	Растения, простейшие, редкие клептопластовые организмы.
Хлоропласт (пластида)	Фотосинтез, получение энергии из солнечного света	Бимембранный отдел	Растения, простейшие, редкие клептопластические организмы	имеют собственную ДНК; ожидается, что они будут поглощены эукариотической первичной клеткой (эндосимбиоз)
эндоплазматический ретикулум	Перевод и сворачивание новых белков (шероховатый эндоплазматический ретикулум), экспрессия липидов (гладкий эндоплазматический ретикулум)	одна мембрана	во всех эукариотах	шероховатый эндоплазматический ретикулум покрыт рибосомами и имеет складки, напоминающие плоские мешки; гладкий эндоплазматический ретикулум имеет складки, напоминающие трубчатые складки
Буй	Движения, органы чувств	Протеин	некоторые эукариоты
аппарат Гольджи	Сортировка, упаковка, переработка и модификация белков	Мономембранный отдел	все эукариоты	цис лицо (выпуклое), ближе всего к грубому эндоплазматическому ретикулуму; транс лицо (впалое), дальше всего от грубого эндоплазматического ретикулума.
Митохондрия	Производство энергии путем окисления глюкозных веществ и высвобождения аденозинтрифосфата	Двухмембранный отсек	большинство эукариот	Компонент хондриона; имеет собственную ДНК; вероятно, был поглощен эукариотической первичной клеткой (эндосимбиоз).
Ядро	Поддерживает ДНК; контролирует всю клеточную деятельность, транскрипцию РНК	Двойная мембрана	все эукариоты	Содержит основную часть генома
Пробелы	Хранение, транспортировка, поддержание гомеостаза	Мономембранный отдел	Эукариоты

Органеллы клетки и их функции

Органеллы — это постоянные внутриклеточные структуры со специфическим строением и функцией. Органеллы делятся на две группы: мембранные и немембранные. Существует два варианта мембранных органелл: димембранные и мономембранные. Димембранными компонентами являются пластиды, митохондрии и ядро. Немембранные компоненты включают органеллы ценоидной системы, такие как эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли в растительных и грибковых клетках, пульсирующие вакуоли и др. Немембранные органеллы включают рибосомы и клеточный центр, которые постоянно присутствуют в клетке. Экспрессия цитоскелетных элементов (постоянного клеточного компонента) может сильно меняться в течение клеточного цикла — от полного исчезновения компонента (например, цитоплазматические трубочки во время деления клетки) до появления новых структур (веретено деления).

Общей особенностью мембранных органелл является то, что все они состоят из липопротеиновых мембран (биологических мембран), которые соединяются друг с другом, образуя замкнутые полости или отсеки. Внутреннее содержимое этих отсеков всегда отличается от стекловидного тела.

Бимембранные органеллы. К димембранным органеллам относятся пластиды и митохондрии. Пластиды — это характерные органеллы в клетках автотрофных эукариотических организмов. Они различаются по цвету, форме и размеру. Различают хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

Хлоропласты имеют зеленый цвет, поскольку содержат основной пигмент хлорофилл. Хлоропласты также содержат вспомогательный пигмент каротиноид (оранжевый). Хлоропласты представляют собой яйцевидные тела линзовидной формы (размером 5-10 х (2-4) мкм). Одна клетка листа может содержать 15-20 и более хлоропластов, в то время как у некоторых водорослей имеется всего 1-2 гигантских хлоропласта (хроматофора) различной формы.

Хлоропласты ограничены двумя мембранами — внешней и внутренней (рис. 1.8).

Рисунок 1.8: Схематическое изображение структуры хлоропласта: 1 — наружная мембрана; 2 — рибосомы; 3 — пластосферы; 4 — гранулы; 5 — фолликулы; 6 — матрикс; 7 — ДНК; 8 — внутренняя мембрана; 9 — межмембранное пространство.

Наружная мембрана отграничивает жидкую внутреннюю гомогенную среду хлоропласта — матрикс, который содержит белки, липиды, ДНК (кольцеобразная молекула), РНК, рибосомы и запасающие вещества (липиды, крахмал и белковые гранулы), а также ферменты, участвующие в фиксации углекислого газа.

Внутренняя мембрана хлоропласта образует выступы в строме, называемые фолликулами или ламеллами, которые имеют форму уплощенных мешочков (цистерн). Множество таких тилакоидов, лежащих друг на друге, образуют грану, поэтому их называют грану-тилакоидами. В тилакоидных мембранах содержатся светочувствительные пигменты, переносчики электронов и протонов, участвующие в поглощении и преобразовании световой энергии.

Хлоропласты клетки осуществляют процесс фотосинтеза.

Лейкопластыри — это маленькие, бесцветные пластиды различной формы. Они могут быть сферическими, эллипсоидными, перчаточными, чашеобразными и т.д. По сравнению с хлоропластами, у них слабо развита система внутренних мембран.

Одномембранные органеллы

В клетке синтезируется большое количество различных веществ. Часть его расходуется на собственные нужды (синтез АТФ, строительство органелл, накопление питательных веществ), другая часть выводится из клетки и используется для строительства мембран (растительные и грибковые клетки) или гликокаликса (животные клетки). Ферменты, гормоны, коллаген, кератин и т.д. также являются клеточными секрециями. Эти вещества собираются в системе замкнутых цитоплазматических мембран, эндоплазматическом ретикулуме или эндоплазматическом ретикулуме и комплексе Гольджи, которые образуют клеточную транспортную систему и переносят их из одной части клетки в другую или за пределы клетки.

Эндоплазматический ретикулум был открыт в 1945 году с помощью электронного микроскопа. Она представляет собой систему разветвленных каналов, везикул (вакуолей) и везикул, образующих в цитоплазме подобие рыхлой сети (рис. 1.10). Стенки каналов и вакуолей образованы элементарными мембранами.

В клетке существует два типа эндоплазматического ретикулума: гранулированный (шероховатый) и шероховатый (гладкий). Гранулярный эндоплазматический ретикулум плотно упакован рибосомами, которые отвечают за биосинтез белков. Синтезированные белки проходят через мембрану в каналы и полости эндоплазматического ретикулума, выделяются из цитоплазмы, накапливаются там, созревают и мигрируют в специальных мембранных везикулах, прикрепленных к везикулам эндоплазматического ретикулума, в другие части клетки или в комплекс Гольджи.

Рисунок 1.10: Схематическое изображение структуры шероховатого (1) и гладкого (2) эндоплазматического ретикулума.

Функции эндоплазматического ретикулума

1. В мембранах гранулярного эндоплазматического ретикулума накапливаются и изолируются белки, которые после их синтеза могли оказаться вредными для клетки. Например, синтез гидролитических ферментов и их свободный выход в цитоплазму привел бы к самоперевариванию клетки и ее гибели. Однако этого не происходит, потому что подобные белки надежно изолированы в полостях эндоплазматического ретикулума.
2. На рибосомах гранулярного эндоплазматического ретикулума синтезируются также интегральные и периферические белки мембран клетки и некоторая часть белков цитоплазмы.
3. Цистерны шероховатого эндоплазматического ретикулума связаны с ядерной оболочкой, причем некоторые из них являются прямым продолжением последней. Считается, что после деления клетки оболочки новых ядер образуются из цистерн эндоплазматического ретикулума.
4. На мембранах гладкого эндоплазматического ретикулума протекают процессы синтеза липидов и некоторых углеводов (например, гликогена).

Комплекс Гольджи (аппарат) был открыт в 1898 году итальянским ученым К. Гольджи. Это система плоских, закрытых, дискообразных контейнеров, которые укладываются друг на друга в стопку и образуют сеть. Мембранные трубки и везикулы выходят из клеток во всех направлениях (Рисунок 1.11). Количество ретикулосом в клетках колеблется от одной до нескольких десятков, в зависимости от типа клеток и фазы роста.

Рисунок 1.11. Схематическое изображение структуры аппарата Гольджи: 1 — везикула; 2 — везикула.

Вещества, синтезированные в эндоплазматическом ретикулуме, доставляются в комплекс Гольджи. Из везикул эндоплазматического ретикулума везикулы соединяются с везикулами комплекса Гольджи, где эти вещества модифицируются и созревают.

Немембранные органеллы. Клеточный центр.

Клетки большинства животных, а также некоторых грибов, водорослей, мхов и перьев имеют центриоли. Они обычно расположены в центре клетки, что и дало им название (рис. 1.13).

Центриоли представляют собой полые цилиндры, длина которых не превышает 0,5 мкм. Они расположены попарно перпендикулярно друг другу (Рисунок 1.14). Каждая центриоль состоит из девяти триплетов микротрубочек.

Основная функция центриолей заключается в организации микротрубочек веретена деления клетки.

Центриоли по своей структуре идентичны базальным тельцам, которые всегда расположены у основания жгутиков и ресничек. По всей вероятности, базальные тельца образуются в результате дупликации центриолей. Базальные тела, как и центриоли, являются организующими центрами микротрубочек, входящих в состав жгутиков и ресничек.

Бугорки и реснички являются двигательными органеллами в клетках многих живых организмов. Они представляют собой подвижные цитоплазматические отростки, которые служат либо для перемещения всего организма (многие бактерии, простейшие, черви имеют реснички) или репродуктивных клеток (сперматозоиды, зооспоры), либо для переноса частиц и жидкостей (например, реснички слизистой оболочки носа и трахеи, маточных труб и т.д.).

Жгутики эукариотических клеток содержат 20 микротрубочек по всей длине: 9 периферических дублетов и 2 центральных дублета. У основания молоточка в цитоплазме находится базальное тело.

Жгутики имеют размер около 100 мкм и больше. Короткие жгутики (10-20 мкм), которых много на клетку, называются ресничками.

Скольжение микротрубочек, которые являются частью жгутиков или ресничек, заставляет их вибрировать, чтобы клетка или частицы могли двигаться.

Рибосомы — это крошечные сферические гранулы диаметром 15-35 нм, в которых происходит синтез белка из аминокислот. Они содержатся в клетках всех организмов, включая прокариотические организмы. В отличие от других органелл цитоплазмы (пластид, митохондрий, клеточного центра и т.д.), рибосомы присутствуют в клетке в большом количестве: В течение клеточного цикла образуется около 10 миллионов таких клеток.

Рибосомы содержат много молекул различных белков и несколько молекул рРНК. Полная, функциональная рибосома состоит из двух разнородных субъединиц (Рисунок 1.15). Малая субъединица имеет бактероидную форму с несколькими выступами. Большая субъединица напоминает полушарие с тремя выступами. Малая субъединица опирается одним концом на один из выступов большой субъединицы, когда она объединена в рибосому. Малая субъединица содержит одну молекулу РНК, а большая субъединица — три.

Рисунок 1.15, Схематическое изображение структуры рибосомы: 1 — малая субъединица; 2 — рРНК; 3 — ТРИЦ; 4 — аминокислота; 5 — большая субъединица; б — мембрана эндоплазматического ретикулума; 7 — синтезированная полипептидная цепь.

Десятки тысяч рибосом находятся поодиночке или группами в цитоплазме или прикреплены к нитям системы микротрубочек, на внешней поверхности ядерной мембраны и в эндоплазматическом ретикулуме. Они также содержатся в митохондриях и хлоропластах.

Во время синтеза белка рибосома защищает синтезированный белок от разрушительного действия клеточных ферментов. Механизм защитного эффекта заключается в том, что часть вновь синтезированного белка располагается в каналоподобной структуре большой субъединицы.

ИсточникН.А. Лемеза Л.В. Камлюк Н.Д. Лисов «Справочник по биологии для поступающих в вузы».