Лекция №3 и №4 (2012)

(на лекции № 3 дать контрольную работу)

Строение и функции клеточных органелл

Эндоплазматический ретикулюм (ЭПС) – это сложная система мембран, которая пронизывает всю цитоплазму (ретикулюм - сеть). На ультратонких срезах ЭПР имеетвид множества парных линий – двойных мембран, но в трехмерном исследовании эта сеть имеет пластинчатое строение: она состоит из уплощенных мембранных мешочков- цистерн. Цистерны могут быть покрыты рибосомами – шероховатый ретикулюм, если рибосом нет – гладкий ЭПР. Шероховатый ЭПР синтезирует белки, что обеспечивается рибосомами. Затем белок по шероховатому ЭПР движется в аппарат Гольджи. Здесь могут быть 3 пути использования синтезированного белка; 1- он может выйти из клетки в виде секрета наружу и выполнять функцию гормона или фермента; 2 – либо идет в лизосомы для пополнения запаса их ферментов; 3 – может быть отложен в запас в виде гранул или поступить в цитоплазму и использоваться как структурный белок для нужд самой клетки. Главная функция гладкого ЭПР – синтез липидов. Например, в эпителии кишечника гладкий ЭПР синтезирует липиды из жирных кислот и глицерина, которые в виде этих соединений и всасываются в кишечнике. Наиболее обильно развит гладкий ЭПР в клетках коры надпочечников, т.к.здесь синтезируются стероидные гормоны, имеющие липидную основу. Таким образом, основу ЭПР составляет система биологических мембран, главная функция ЭПР – синтез липидов и белков и их транспорт.

Рибосомы – очень мелкие органеллы, служащие местом белкового синтеза. Они состоят из двух субъединиц: большой и малой. Малая - 1 молекула РНК + 21 молекула белка .Здесь рРНК – рибосомальная.

Большая– 2 молекулы РНК+ 34 молекулы белка. Рибосомы в клетке могут располагаться на ЭПР шероховатом или единично находиться в цитоплазме. При синтезе белков рибосомы могут перемещаться по молекуле мРНК, как бусинки по нитке и тогда их комплекс называется полисомы.

Аппарат Гольджи– был обнаружен в 1898 г.Камилло Гольджи, но полное исследование его структуры удалось сделать только с помощью электронного микроскопа. Органелла присутствует почти во всех клетках эукариот, но имеет несколько разное строение. Например, в раститетльных клетках – это система мембранных стпопк, называемых диктиосомы. Это стопка уплощенных мембранных мешочков – цистерн, которые связаны с системой пузырьков Гольджи. В трехмерном исследовании вокруг центральной стопки обнаруживается сложная система взаимосвязанных трубочек. Основная функции ап. Гольджи – транспорт веществ, а также химическая модификация некоторых поступающих в него химических соединений. Особенно важна его роль в секреторных клетках. Пути транспорта отдельных веществ по органеллам клетки часто изучали с использованием метода меченых атомов. Например, после образования специфичного белка на ЭПР он поступает в ап. Гольджи, там накапливается в системе трубочек и поступает в пузырьки Гольджи. Пузырек, наполненный белками, переносится на ЭПР. Если это ферменты, то в пузырьке они находятся еще в неактивной форме, в виде профермента. В ином случае началось бы переваривание клетки, если это пищеварительный фермент. Когда это пузырек поступает в проток железы, он переходит в активную форму и выпоняет свою функцию. В ап. Гольджи синтезируется также такой важный гликопротеин как муцин- в слюнных железах, слизистой кишечника и верхних дыхательных путей. В клетках кончика растений ап. Гольджи секретирует слизистые вещества (мукополисахариды), которые выстилают путь кончику корня в направлении его внедрения в почву . Часто ап. Гольджи участвует в секреции воска, слизи, растительного клея. Он также секретирует липкие вещества, которые обеспечивают ловлю насекомых насекомоядными растениями (росянка, жирянка). Иногда ап. Гольджи участвует в транспорте липидов, это происходит в клетках тонкого кишечника, а затем направляет их в лимфатические сосуды. Кроме транспорта, синтеза и химической модификации, ап. Гольджи выполняет еще одну важную функцию – в нем формируются органеллы клетки – лизосомы.

Лизосомы– (lysis- расщепление, растворение; soma тело). Они есть в большинстве клеток эукариот, но больше всего их – в клетках, способных к фагоцитозу, т.е. к поеданию, пожиранию. Стенка лизосомы имеет одномембранную структуру, форма – в виде овального или округлого мешочка. Внутри лизосомы находятся разнообразные гидролитические ферменты (растворяющие и переваривающие): протеазы, нуклеазы, липазы. Реакция среды внутри – всегда кислая. Комплекс ферментов лизосом всегда надежно изолирован от всех других структур клетки, иначе произойдет их полное растворение. Лизосомы есть и в животных и в растительных клетках. Но в растительных клетках функцию лизосом иногда могут выполнять крупные вакуоли.

Ферменты, заключенные в лизосомах, синтезируются нашероховатом ретикулюме и транспортируются к аппарату Гольджи . Там они преобразуются в химически активные, упаковываются мембраной и превращаются в первичные лизосомы. После слияния нескольких первичных лизосом образуются вторичные, более крупные и представляющие собой зрелые лизосомы с комплексом ферментов. У простейших (амеба) вторичные лизосомы – это пищеварительная вакуоль. В нее поступают вещества в процессе эндоцитоза, а затем после их переваривания остатки (остаточное тельце) направляется к ЭПР и посредством экзоцитоза выводится наружу.

Функция лизосом в клетках чрезвычайно велика– посредством Автофагии клетка с помощью лизосом уничтожает старые органеллы, а посредством автолиза уничтожает клетки целиком.В этом случае содержимое лизосомы изливается в клетку и последняя гибнет. Они были метко названы «орудиями самоубийства» - suicide bags. Автолиз наступает после повреждения клеток или после их гибели, т.е. лизосомы – это клеточные санитары.

Митохондрии– одни из самых важных органелл клетки. Их размеры и форма сильно варьируют: округлые, овальные, палочковидные. Они могут быть локализованы в различных местах клетки. Например, в клетках сердечной мышцы они располагаются вблизи ядра. Эл микроскоп позволили даже обнаружить контакт митохондрий посредством микротрубочек с ядром в делящихся клетках. Митохондрии также всегда тесно связаны с ЭПР.

Оболочкамитохондрий двумембранная: есть внутренняя и внешняя мембраны. От внутренней отходят вглубь параллельные выросты – это кристы, или гребни. А между ними пространство занято гомогенным веществом – матриксом. В матриксе митохондрий были найдены рибосомы, т.е. возможен синтез специфических белков. Среди разнообразных веществ, найденных в митохондриях, содержится заметное количество ферментов, принимающих участие в энергетическом обмене в клетке. (н-р, цитохромоксидаза).

Функция митохондрий – обеспечение клеточного дыхания и производство энергии. Это «энергетические» станции клетки. Ферменты митохондрий окисляют углеводы, аминокислоты, жирные кислоты, в результате чего освобождается энергия, которая клеткой не используется, а накапливается в АТФ в виде макроэргических связей. АТФ также синтезируется в митохондриях. Реакции освобождения энергии, которая необходима для движения, дыхания , роста и т.п. протекают за счет окислительно-восстановительных ферментативных реакций, идущих на наружной и внутренней поверхностях мембран. Осуществление этих реакций – главнейшая функция митохондрий.

В последние годы установлено, что митохондрии синтезируют собственные белки. Липиды, а также содержат собственную ДНК. Считается, что в прошлом это прокариоты, которые умели добывать и хранить энергию, и эукариоты вошли с ними в симбиоз и в процессе симбиоза часть свойств прокариотами была утрачена, и они превратились в обычные органеллы в клетках эукариот. В настоящее время они также обеспечивают цитопламатическую наследственность за счет собственной ДНК.

Пластиды- органеллы, свойственные только растительным клеткам. Их наличие или отсутствие составляет принципиальную разницу между клетками животного и растительного царств. Представляют собой тела округлой или овальной формы. Образуются в клетках из протопластид- мелких телец, возникающих в меристематических тканях. Наружная оболочка – двойная биологическая мембрана. Пластиды предстают в виде нескольких типов, которые отличаются по присутствию определенных пигментов. Основной тип – хлоропласты, они содержат хлорофиллы, каротиноиды и осуществляют фотосинтез. Обычно имеют зеленый цвет и содержатся в клетках листьев, стеблей. Хромопласты – всегда окрашены, но содержат нефотосинтезирующие пигменты: ксантофилл и каротин. Больше всего их содержится в плодах, цветках, в корнеплодах моркови, свеклы. Лейкопласты – бесцветные пластиды, не содержат пигменты. Их много в корнях, семенах, молодых листьях. В лейкопластах нередко в большом количестве накапливаются запасные вещества. В зависимости от химической природы этих веществ лейкопласты дифференцируются на : амилопласты – запасают крахмал; липидопласты (олеоплаты, элайопласты)– запасают жиры, масла и содержатся в семенах ореха, подсолнечника, сои и др.; протеинопласты – накапливают белки (в семенах).

Строение пластид – снаружи двойная мембрана, внутри – строма. В мембране идут световые реакции фотосинтеза. Здесь, на поверхности мембран, располагаются хлорофилл и др. фотосинтезирующие пигменты, а также переносчики электронов. Внутри стромы находятся тилакоиды – система плоских, заполненных жидкостью мешочков. В отдельных местах тилакоиды уложены в стопки, они называются граны. Граны соединяются друг с другом одиночными слоями(линиями) – это ламеллы. В строме протекают темновые реакции фотосинтеза. Строма – это гель, в котором находятся растворимые ферменты (например, ферменты цикла Кальвина), а также сахара и органические кислоты, необходимые для протекания сложных биохимических процессов в пластиде .Эти органеллы определяют специфику биохимических процессов растительной клетки, в отличие от клеток других организмов.

В 60-е годы было доказано, что в пластидах, как и в митохондриях, имеются собственные ДПК и рибосомы. Начали считать, что эти органеллы могут быть мало зависимыми от ядра, т.е. имеют в клетке определенную автономию. Было высказано также мнение, что , возможно, целые организмы, перешедшие к внутриклеточному симбиозу – эндосимбиозу, как крайнему случаю симбиоза, возникшего на первых, ранних этапах эволюции жизни.

У фотосинтезирующих прокариот хлоропластов нет, а пигменты находятся у нихна мембранах цитоплазмы, т.е. вся клетка прокариот напоминает один большой хлоропласт.

Значение пластид велико, т.к. благодаря именно этим органеллам усваивается солнечная энергия и минеральный углерод переводится в биогенную органическую форму и делает его доступным для гетеротрофных организмов. Кроме того, благодаря фотосинтезу, осуществляемому этими органеллами, выделяется кислород, что насытило атмосферу данным газом и сделало возможным существование аэробных организмов на Земле. Таким образом, для осуществления одного из важнейших процессов - фотосинтеза, обеспечивающего существование всего живого на Земле, единственным местом его протекания являются пластиды.

Клеточный центр –органелла, обнаруженная во всех клетках эукариот. Он виден в световой микроскоп. В его состав входят 1-2 или больше мелких гранул – центриоли. Это плотные тельца цилиндрической формы, стенки которых слагаются 9 группами трубочек, а те, в свою очередь, содержат 2-3 трубочки. Центриоли обычно располагаются парами, которые перпендикулярны друг другу. По химическому составу клеточный центр состоит из белков, немного ДНК и РНК. Он, как правило, занимает геометрический центр клетки, отсюда – название. Они могут непосредственно лежать в цитоплазме или находятся в центре сферического образования цитоплазмы – центросома (центросфера). Эта структура типична для неделящихся клеток. В делящихся - вокруг центросомы возникает дополнительно лучистая зона – астросфера. Играет важнейшую роль в процессах деления клетки: полюса митоза устанавливаются после расхождения центриолей, которые определяют ориентировку веретена деления и расположение хромосом. Принимает участие в образовании некоторых мелких органелл – органелл передвижения.

Ядро – есть у всех клеток эукариот. Исключение – зрелые эритроциты млекопитающих и ситовидные трубки в проводящих тканях растений. Обычно ядро одно, оно имеет округлую или яйцевидную форму .Ядро связано со всеми важнейшими процессами, протекающими в клетке прежде всего потому, что несет генетическую информацию, заключенную в ДНК и РНК. ДНК обладает способностью к репликации, которая предшествует делению ядра клетки и тем самым обеспечивает получение дочерними ядрами абсолютно одинаковых молекул ДНК. Деление ядра – это первый этап, предшествующий делению клетки. Ядро эукариот окружено ядерной оболочкой (биол.мембрана) и содержит хроматин, ядрышко , иногда их несколько, и нуклеоплазму – ядерный сок (старое – кариолимфа). Ядерная оболочка – двуслойная мембрана, она пронизана ядерными порами, а наружная часть мембраны непосредственно переходит в шероховатый ЭПР. Т.е. в то место, где происходит биосинтез белка. Через поры в цитоплазму выходитиз ядра матричная РНК, а из цитоплазмы в ядро поступают нужные биологически активные вещества.

Нуклеоплазма – гелеобразный матрикс, в котором содержатся белки и нуклеиновые кислоты. В него также погружены ядрышки, нуклеотиды и хроматин. Хроматин – витки ДНК + белки основной природы гистоны и протамины. В комплексе они имеют вид нуклеосом и напоминают бусы. В периодах между делениями ядра хроматин находится в двух состояниях: в виде гетерохроматина – слабо выраженных темных пятен, расположенных ближе к оболочке ядра, и эухроматина – который локализуется ближе к центру ядра и представляет собой плотноспирализованное содержимое. В момент деления ядра и эу- и гетерохроматинконденсируются и преобразуются в туго скрученные спирализованные нити – хромосомы (ДНК+ белки гистоны).

Хромосомы – основная авторепродуцирующая структура ядра. В большинстве случаев хромосомы видны только в делящихся клетках. Число хромосом – постоянно для клеток каждого вида животного, растения или гриба. По числу хромосом клетки бывают гаплоидными (n) и диплоидными (2n). Диплоидный набор может состоять из очень мало их числа, например, содержать всего лишь 4 хромосомы (гаплопапус – растение из сем. Сложноцветных), но их число в диплоидном наборе может быть несколько сот – у некоторых насекомых. По морфологии хромосома – палочковидная структура, имеющая первичную перетяжку (центромера), в большинстве случаев она одна, но бывают виды, у которых есть 2 и более перетяжек (центромер). К центромерам во время деления клетки прикрепляются нити веретена, если центромера не выражена , эти клетки не способны совершать упорядоченные движения. Положение центромеры постоянно и является типичным признаком различий хромосом по морфологии: выделяются с равными или почти равными плечами (метацентрические), с неравными плечами (субметацентрические), одно плечо очень короткое – акроцентрические.

В основе удвоения хромосомлежит автосинтез ДНК, поскольку одновременно происходит и биосинтез белков, можно говорить о редупликации хромосом. Уже с 1957 г. С помощью метода меченых атомов был доказан механизм протекания процесса редупликации хромосом и тем самым выполняется передача наследственных признаков от родителей к потомству.

Ядрышко – содержит много ДНК и РНК, поэтому оно также интенсивно окрашивается при исследовании. Здесь происходит синтез рибосомной РНК, Центральная часть ядрышка более плотная, в ней концентрируется ДНК, по кодам которой идет сборка р-РНК. В периферической области- менее плотной- происходит спирализация р-РНК и идет сборка рибосом.. которые затем поступают в цитолазму, где и приобретают окончательную структуру.

Опыты с клетками по удалению ядра позволили доказать, что клетка без ядра еще какое-то незначительное время сохраняет слабую жизнеспособность, но достаточно быстро гибнет. Осуществлять же одну из важнейших свойств живого – способность к размножению у безъядерных клеток теряется сразу и навсегда. Эритроциты – живут 120 дней и, не размножаясь, погибают. Несмотря на ведущую роль ядра в протекании всех процессов работы клетки, его работа и функционирование тесно связаны с другими органеллами, чаще всего через посредство цитоплазмы.

Таким образом, ядро управляет процессом формирования ДНК, осуществляет сложную координацию синтеза всех трех типов РНК- рибосомальной, матричной, транспортной, программирует синтез белка, который уже протекает в цитоплазме. Однако само ядро не является независимым от цитоплазмы: все ферманты, необходимые для работы ядра синтезируются в цитоплазме, да и ДНК-полимераза, без которой не возможна авторепродукция ДНК, также синтезируется в цитоплазме. Рассмотренный материал показывает, что для каждой органеллы выполняется связь ее структуры с выполняемой функцией.

Деление клеток – часть общего явления репродукции. Происходит в форме амитоза, митоза и мейоза. Амитоз – прямое деление. Амитоз приводит к прямому делению ядра на два. Ядро удлиняется и перешнуровывается на два, а затем идет плазмотомия, т.е. разделение на две части. Иногда внутри возникает ядерная пластинка и по этой пластинке идет разделение ядерного содержимого. Каким образом при этом происходит точное распределение генетического материала и происходит ли , до настоящего времени остается неясным. Может быть равное деление ядра на два, но может быть и неравномерная фрагментация.

Наиболее общим способом деления клеток является митоз. Биологическая суть митоза в том, что дочерние клетки получают одинаковое количество хромосом – то, что было в материнской, и органеллы более-менее равномерно распределяются между дочерними клетками. В жизни клетки при том различают интерфазу, т.е. тот период жизни, когда растет, идет удвоение всех макромолекулярных компонентов цитоплазмы, редупликация хромосом, синтез белков и накопление энергии. функционирует и подготавливается к делению и собственно деление – митоз. В митозе различают профаза, метафазу, анафазу , телофазу и цитокинез.

Мейоз – деление, при котором количество хромосом в дочерних клетках сокращается вдвое, по сравнению с родительскими. Чаще при образовании половых клеток у диплоидных организмов. Это происходит потому, что при мейозе после первого деления наступает второе, но этому второму делению уже не предшествует редупликация хромосом, оно идет как обычный митоз, но вследствие того, что ему не предшествовала редупликация хромосом, после деления количество хромосом уменьшается. Из этих гаплоидных клеток могут сформироваться гаплоидные организмы – у низших растений, некоторых грибов и бактерий или эти клетки являются гаметами и их дальнейшее развитие происходит только после слияния с половой гаплоидной клеткой. Будет фильм.

Дата добавления: 2014-10-17; просмотров: 542; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!