Немембранные органоиды клетки: почему так называются, что к ним относится, строение и функции

Биология в лицее

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Органоиды (греч. órganon — орган и éidos — вид), или органеллы (лат. organella — уменьшительное от греч. órganon ) — постоянные структуры эукариотических клеток.

К органоидам относят клеточный центр, рибосомы, митохондрии, пластиды, комплекс Гольджи, эндоплазматическую сеть, лизосомы, вакуоли и цитоплазматические микротрубочки . Каждый органоид осуществляет определенные функции, жизненно необходимые для клетки.

Органоиды разделяют на немембранные (не имеющие мембран), одномембранные (окруженные одной мембраной) и двухмембранные (окруженные двумя мембранами).

Немембранные органоиды

Немембранные органоиды — это органоиды, не имеющие собственной замкнутой мембраны, а именно: рибосомы и органоиды, построенные на основе микротрубочек — клеточный центр и органоиды движения (жгутики и реснички).

Рибосома — мельчайший органоид сферической или слегка овальной формы, диаметром 8 — 23 нм. Можно сказать, что рибосомы представляют собой гигантские объединения молекул — нуклеопротеиды , состоящие из молекул рРНК, связанных с белками.

Рибосомы впервые были описаны как уплотненные частицы, или гранулы, американским цитологом румынского происхождения Джорджем Паладе в середине 1950-х годов. Термин «рибосома» был предложен Ричардом Робертсом в 1958 году взамен множества различных названий, которые существовали для обозначения этих частиц (микросомы, микросомные частицы, микросомные рибонуклеопротеидные частицы, гранулы Паладе). В составе рибосомы различают большую и малую субъединицы, которые синтезируются в ядрышке из рибосомальных белков и рРНК и поступают в цитоплазму, где и формируют рибосому.

Рибосомы могут располагаться в цитоплазме свободно или быть связанными с мембранами эндоплазматической сети. Свободные рибосомы могут быть единичными, но нередко с одной молекулой иРНК может быть ассоциировано несколько рибосом, такая структура называется полирибосомой , или полисомой .

Полирибосомы, или полисомы, — находящиеся в живых клетках и синтезирующие белок комплексы, каждый из которых состоит из молекулы иРНК и нескольких связанных с ней рибосом.

Полисомы образуются при последовательном присоединении рибосом к иРНК. Двигаясь по иРНК, рибосомы «считывают» информацию, заложенную в одной и той же молекуле иРНК. При этом каждая рибосома синтезирует одну полипептидную цепь согласно нуклеотидной последовательности иРНК.

Синтез белка в клетке осуществляется преимущественно полисомами, а не одиночными рибосомами.

Основная функция рибосом — синтез белка.

Рибосомы эукариотических клеток крупнее, чем рибосомы прокариот. Синтез рРНК и рибосомных белков у эукариот происходит в специальной внутриядерной структуре — ядрышке. Сборка субъединиц в единую рибосому осуществляется в цитоплазме.

Рибосомы эукариот и прокариот

Рибосомы прокариотического типа

Микротрубочки — полые цилиндрические структуры клеток эукариотических организмов, основной компонент которых — белок тубулин . Длина микротрубочек варьирует, диаметр сечения около 25 нм.

Микротрубочки входят в состав как временных, так и постоянных структур клетки. К временным относится, например, веретено деления, а к постоянным — реснички, жгутики и центриоли клеточного центра.

Микротрубочки образуют внутренний каркас клетки ( цитоскелет ), участвуют в поддержании формы клетки и расположения органоидов в цитоплазме, входят в состав ресничек и жгутиков, используются в качестве «рельсов» для транспортировки частиц и т. д. Из микротрубочек состоят также центриоли и веретено деления, микротрубочки участвуют в митотическом и мейотическом расхождении хромосом.

Микротрубочки в клетках человеческого организма: А — микротрубочки в интерфазе; В — ранняя анафаза митоза, микротрубочки зеленые, центриоли красные, хромосомы голубые (световая микроскопия в ультрафиолетовом свете, флюоресцентные красители)

Микротрубочки полярны: на одном конце может происходить самосборка микротрубочки, на другом — разборка. Сборка и разборка микротрубочек связана с затратами энергии.

Микротрубочки являются динамическими структурами, в клетке они постоянно строятся и разбираются. Такая нестабильность микротрубочек играет важную физиологическую роль. Например, при делении клетки микротрубочки растут очень быстро и способствуют правильной ориентации хромосом и образованию митотического веретена.

Клеточный центр — немембранный органоид, постоянная структура животных клеток. Отсутствует в клетках растений.

Клеточный центр состоит из двух центриолей . При образовании митотического веретена деления центриоли расходятся к полюсам клетки, обеспечивая равномерное распределение хромосом между дочерними клетками.

Веретено деления — структура, возникающая в клетках эукариотических организмов в процессе деления ядра.

Веретено деления: микротрубочки прикрепляются к центромерам хромосом

Веретено деления состоит из микротрубочек. Часть микротрубочек идет от центриолей к хромосомам, другие микротрубочки заканчиваются свободно в цитоплазме. Веретено деления обеспечивает согласованное расхождение хромосом к полюсам клетки.

После деления клетки каждая из вновь образовавшихся клеток получает пару центриолей: перед началом деления клетки происходит удвоение центриолей (от каждой центриоли отпочковывается новая центриоль) и центриоли расходятся к полюсам.

Электронная микрофотография клеточного центра: видны две центриоли, перпендикулярно ориентированные друг к другу

В результате образуются два клеточных центра — по одному на каждую вновь образовавшуюся клетку, при этом каждый клеточный центр состоит из двух центриолей.

Центриоль — небольшой немембранный органоид (диаметр 0,2 мкм, длина 0,3 — 0,5 мкм), представляет собой цилиндр, стенка которого образована девятью триплетами микротрубочек, состоящих из молекул белка тубулина .

В животных клетках две центриоли образуют клеточный центр. Эти структуры, расположенные под прямым углом друг к другу, обычно находятся вблизи ядра. В ходе митоза они расходятся к разным концам клетки, формируя веретено деления. После деления каждая дочерняя клетка получает по одной центриоли, которая удваивается к следующему делению. Удвоение центриолей происходит не делением, а путем синтеза новой структуры, перпендикулярной существующей.

В клетках растений центриолей нет, и митотическое веретено образуется там при их отсутствии.

Органоиды движения — реснички и жгутики. Это выросты мембраны диаметром около 0,25 мкм, содержащие внутри микротрубочки. Такие органоиды имеются у многих клеток: у простейших, одноклеточных водорослей, зооспор, сперматозоидов, в клетках тканей многоклеточных животных, например в дыхательном эпителии.

Реснички — многочисленные цитоплазмические выросты на поверхности мембраны. Жгутики — единичные цитоплазматические выросты на поверхности клетки.

Немембранные органоиды клетки

В числе клеточных органоидов (органелл) — специальных постоянных структур, выполняющих важнейшие функции, — есть немембранные органоиды, то есть не имеющие в своем строении мембран. Рассмотрим их подробно.

Опорно-двигательная система клетки

Сложный цитоскелет является опорно-двигательной системой клетки. Его составляют микрофиламенты, реснички и жгутики с базальными тельцами, клеточный центр, включающий микротрубочки и центриоли. Цитоскелет задает форму клетки, ее движение, деление и внутриклеточные перемещения.

1. Микрофиламенты, представляющие собой нити диаметром до 6 нм, состоят из актина и реже миозина. В присутствии АТФ они соединяются в длинные цепочки, могут изменять длину относительно друг друга, обеспечивая движение. Расположены микрофиламенты под клеточной мембраной, нередко присоединены к ее белкам (эритроциты), обеспечивая гибкость клеток.

2. Микроворсинки являются пучками микрофиламентов из актина, объединенных выростом цитоплазмы и покрытых плазматической мембраной.

3. Микротрубочки — тонкие нити из белка тубулина. Ориентируют перемещение органоидов в клетке, влияют на клеточную геометрию.

4. Реснички и жгутики имеют внутри стержень (аксонему), состоящий из особым образом организованных пучков микротрубочек. «Система 9+2» сообщает о том, в каком количестве микротрубочки находятся внутри жгутика и реснички: 9 дуплетов по периферии, 2 одиночные в центре. Реснички присутствуют в клетках яйцеводов, в носовой полости, в эпителии бронхов — синхронными движениями они продвигают мокроту по бронхам «к выходу», а яйцеклетку в сторону матки. Жгутики длиннее ресничек более чем в 10 раз, например, у сперматозоидов они достигают 100 мкм.

5. Базальные тельца являются как бы якорями для жгутиков и ресничек, укрепляя их в цитоплазме. Внутри базального тельца, на его периферии, находится «система 9» — совокупность триплетов, в самом же центре микротрубочек нет. Как это запомнить? Базальное тельце — важный центр, который держит реснички и жгутики, поэтому в нем «большие» триплеты, а не «маленькие» дуплеты. В центре ничего нет, так как на периферии добавлено по 1 трубочке, они как бы переместились, оставив пустоту.

6. Клеточный центр (центросома) представлен центриолями и микротрубочками, отходящими от них.

7. Центриоли расположены попарно, перпендикулярно друг другу. В них наблюдается тот же принцип строения, что и в базальных тельцах, — 9 триплетов. У высших растений центриолей нет. Делятся ли центриоли? Да, они делятся перед делением клетки (две центриоле превращаются в четыре). После удвоения центриолей из микротрубочек формируется веретено деления.

1. Представляют собой шарообразные структуры диаметром около 20 нм — то есть крайне мелкие!

2. В составе имеют рибосомные белки, молекулы рРНК.

3. Конструкция рибосомы сложная, молекулы в ее составе не повторяются дважды и занимают определенные места. При этом молекул более 50.

4. Имеют две субчастицы — большую и малую. У кишечной палочки (е. coli) две субчастицы названы 50S и 30S. В клетке эукариот рибосомы имеют субчастицы 60S и 40S — они содержат больше разных белков.

5. Субчастица 30S построена из 21 рибосомного белка и одной молекулы 16S рибосомной РНК. Субчастица 50S — из 34 молекул белка и двух молекул рибосомной РНК (23S и 5S).

6. Что такое S — коэффициент седиментации (к. с.)? Это скорость осаждения частицы в центрифуге, исчисляемая в единицах Сведберга. Зависит коэффициент седиментации от молекулярной массы и пространственной конформации частицы.

7. В чем особенности рибосом митохондрий и пластид? В них рибосомы больше похожи на 70S (бактериальные), чем на 80S (имеющиеся в цитоплазме эукариот).

Клеточные включения

В основном клеточные включения — это продукты клеточного метаболизма в цитоплазме. Они могут быть в виде гранул, капель и кристаллов.

1. Жиры. В виде капель — в цитоплазме ряда простейших, например, инфузорий, в клетках растений, в семенах. Жир накапливается при болезнях, например, жировом перерождении печени. У млекопитающих жир содержится в жировых клетках.

2. Полисахариды. Часто имеют вид капель. Прежде всего, гликоген запасается у животных (мышечные волокна, печень, нейроны). Растения (клубни картофеля, зерна злаков) накапливают гранулы крахмала, в которых много слоев, каждый из них имеет кристаллы.

3. Белки. Имеют вид гранул. Встречаются реже, чем другие включения (яйцеклетки, клетки печени, простейших).

4. Пигменты — например, родопсин в сетчатке глаза, черный пигмент меланин в коже животных, гемоглобин эритроцитов.

Двумембранные и одномембранные органоиды: общие особенности и основные функции

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:

• одномембранные органоиды клетки;
• двумембранные органоиды;
• немембранные органоиды.

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

Двумембранные органоиды клетки — это:

• пластиды, которые больше свойственны растительным клеткам;
• клеточное ядро. Оно есть у эукариотических клеток;
• митохондрии, которые обеспечивают хранение энергии и окисление органических веществ.

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:

• вакуоли;
• аппарат Гольджи;
• лизосомы;
• эндоплазматическую сеть.

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

• клеточный центр;
• цитоскелет;
• рибосомы.

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.

Урок 4. Цитология – наука о клетке. Клеточная теория. Немембранные органоиды клетки

Урок посвящен знакомству с основными вехами становления учения о клетке, о предпосылках создания клеточной теории и ее роли в развитии биологии. Так же рассмотрим особенности строения и функции цитоплазматической мембраны исходя из современных представлений. Познакомимся с органеллами общего значения, обратив особое внимание на взаимосвязь их химической структуры, строения и функций.

2. Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);

• Биологические мембраны – (также цитолемма, плазмалемма, или плазматическая мембрана) — эластическая молекулярная структура, состоящая из белков и липидов
• клеточная теория – одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением.
• Микротрубочки — белковые внутриклеточные структуры, входящие в состав цитоскелета,
• Органоиды (их еще называют органеллами) – постоянные составляющие элементы любой клетки, которые делают ее целостной и выполняют определенные функции.
• пиноцитоз – захват клеточной поверхностью жидкости с содержащимися в ней веществами.
• фагоцитоз – захват и дальнейшее переваривание клеточной поверхностью твёрдых частиц.
• Жгутики и реснички — специализированные органоиды движения клеток
• Рибосома – важнейший немембранный органоид живой клетки, служащий для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице,
• цитоплазма – полужидкое содержимое клетки, внутренняя среда живой или умершей клетки, кроме ядра и вакуоли, ограниченная плазматической мембраной
• Активныйтранспорт — перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану (трансмембранный активныйтранспорт) или через слой клеток (трансцеллюлярный активныйтранспорт), протекающий из области низкой концентрации в область высокой, т. е. с затратой свободной энергии организма.

Пассивный транспорт — перенос веществ из области высокой концентрации в область низкой без затрат энергии (например, диффузия, осмос)

3. Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);

Обязательная литература:

1. Учебник «Биология.10-11класс», созданный под редакцией академика Д.К. Беляева и профессора Г.М. Дымшица / авт.-сост. Г.М. Дымшиц и О.В. Саблина. – М.: Просвещение, 2018г.,стр.27-37 Базовый уровень.

1 Дополнительные источники:

1. Общая биология 10-11, дидактические материалы/ авт.-сост. С.С. Красновидова, С. А. Павлов, А. Б. Павлов, – М. Просвещение, 2000г., стр.6-42

2. Общая биология 10-11 классы: подготовка к ЕГЭ. Контрольные и самостоятельные работы/ Г. И. Лернер. – М.: Эксмо, 2007.стр 32-37

3. Биология: общая биология. 10-11 классы: учебник/ А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник.- М.: Дрофа, 2018. Стр.61-64

4. А.Ю. Ионцева, А. В. Торгалов «Биология в схемах и таблицах». .

5. Е.Н. Демьянков, А.Н. Соболев «Сборник задач и упражнений. Биология 10-11», учебное пособие для общеобразовательных организаций.

4. Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

• Образовательный портал для подготовки к экзаменам https://bio-ege.sdamgia.ru/?redir=1
• Российский общеобразовательный Портал http://www.school.edu.ru/

5. Теоретический материал для самостоятельного изучения;

Клетка – это структурная единица живого, тот кирпичик, который лежит в основе всей жизни на Земле. Все живые существа, за исключением вирусов, состоят из клеток.

С момента обнаружения клеток, до того, как было сформулировано современное положение клеточной теории, прошло почти 400 лет. Впервые клетку исследовал в 1665 г. естествоиспытатель из Англии Роберт Гук. Заметив на тонком срезе пробки ячеистые структуры, он дал им название клеток. современное положение клеточной теории В свой примитивный микроскоп Гук еще не мог рассмотреть все особенности, но по мере совершенствования оптических приборов, появления методик окрашивания препаратов ученые все больше погружались в мир тонких цитологических структур.

Как появилась клеточная теория Знаковое открытие, повлиявшее на дальнейший курс исследований и на современное положение клеточной теории, сделано в 30-х годах XIX века. Шотландец Р. Броун, изучая лист растения при помощи светового микроскопа, обнаружил в растительных клетках сходные округлые уплотнения, которые впоследствии назвал ядрами. С этого момента появился важный признак для сопоставления между собой структурных единиц различных организмов, что стало основой выводов о единстве происхождения живого. Не зря даже современное положение клеточной теории содержит ссылку на данный вывод. первоначальные и современные положения клеточной теории

Вопрос о происхождении клеток был поставлен в 1838 году немецким ботаником Матиасом Шлейденом. Массово исследуя растительный материал, он отметил, что во всех живых растительных тканях присутствие ядер обязательно. Его соотечественник зоолог Теодор Шванн сделал такие же выводы относительно тканей животных. Изучив работы Шлейдена и сопоставив множество растительных и животных клеток, он сделал заключение: несмотря на многообразие, все они имеют общий признак – оформленное ядро. Клеточная теория Шванна и Шлейдена Собрав воедино имеющиеся факты о клетке, Т. Шванн и М. Шлейден выдвинули главный постулат клеточной теории. Он состоял в том, что все организмы (растения и животные) состоят из клеток, близких по строению.

В 1858 году было внесено еще одно дополнение в клеточную теорию. Рудольф Вирхов доказал, что организм растет за счет увеличения количества клеток путем деления исходных материнских. Нам это кажется очевидным, но для тех времен его открытие было весьма продвинутым и современным.

На тот момент современное положение клеточной теории Шванна в учебниках формулируется следующим образом: Все ткани живых организмов имеют клеточное строение. Клетки животных и растений образуются одним и тем же способом (делением клетки) и имеют сходное строение. Организм состоит из групп клеток, каждая из них способна к самостоятельной жизнедеятельности.

Став одним из важнейших открытий XIX века, клеточная теория заложила основу представления о единстве происхождения и общности эволюционного развития живых организмов. Дальнейшее развитие цитологических знаний Совершенствование исследовательских методов и оборудования позволило ученым значительно углубить знания о строении и жизнедеятельности клеток: доказана связь структуры и функции как отдельных органелл, так и клеток в целом (специализация цитоструктур); каждая клетка в отдельности демонстрирует все свойства, присущие живым организмам (растет, размножается, обменивается веществом и энергией с окружающей средой, подвижна в той или иной степени, адаптируется к изменениям и др.); органеллы не могут по отдельности демонстрировать подобные свойства; у животных, грибов, растений обнаруживаются одинаковые по строению и функциям органеллы; все клетки в организме взаимосвязаны и работают слаженно, выполняя комплексные задачи. Благодаря новым открытиям, положения теории Шванна и Шлейдена были уточнены и дополнены. Современный научный мир пользуется расширенными постулатами основополагающей теории в биологии. 5 положений современной клеточной теории В литературе можно встретить различное количество постулатов современной клеточной теории, наиболее полный вариант содержит пять пунктов:

1. Клетка является наименьшей (элементарной) живой системой, основой строения, размножения, развития и жизнедеятельности организмов. Неклеточные структуры не могут называться живыми.

2. Клетки появляются исключительно путем деления уже существующих.

3. Химический состав и строение структурных единиц всех живых организмов сходны.

4. Многоклеточный организм развивается и растет за счет деления одной/нескольких первоначальных клеток.

5. Сходное клеточное строение организмов, населяющих Землю, свидетельствует о едином источнике их происхождения. современное положение клеточной теории

Первоначальные и современные положения клеточной теории во многом перекликаются. Углубленные и расширенные постулаты отражают современный уровень знаний по вопросу строения, жизни и взаимодействия клеток.

Все клетки живых организмов состоят из плазматической мембраны, ядра и цитоплазмы. В последней находятся органоиды и включения. Мембранные и немембранные органоиды

Органоиды – это постоянные образования в клетке, каждое из которых выполняет определенные функции. Включения – это временные структуры, которые в основном состоят из гликогена у животных и крахмала у растений. Они выполняют запасающую функцию. Включения могут находиться как в цитоплазме, так и в матриксе отдельных органоидов, таких как хлоропласты.

Классификация органоидов В зависимости от строения, они делятся на две большие группы. В цитологии выделяют мембранные и немембранные органоиды. Первые можно разделить на две подгруппы: одномембранные и двумембранные.

К одномембранным органоидам относятся эндоплазматическая сеть (ретикулум), аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, везикулы, меланосомы.немембранные органоиды функции

К двумембранным органоидам причисляются митохондрии и пластиды (хлоропласты, хромопласты, лейкопласты). Они имеют самое сложное строение, и не только за счет наличия двух мембран. В их составе также могут присутствовать включения и даже целые органоиды и ДНК. Например, в матриксе митохондрий можно наблюдать рибосомы и митохондриальную ДНК (мтДНК).

К немембранным органоидам относятся рибосомы, клеточный центр (центриоль), микротрубочки и микрофиламенты. Немембранные органоиды: функции

1. Рибосомы нужны для того, чтобы синтезировать белок. Они отвечают за процесс трансляции, то есть расшифровке информации, которая находится на иРНК, и формировании полипептидной цепочки из отдельных аминокислот.

2. Клеточный центр участвует в образовании веретена деления. Оно образуется как в процессе мейоза, так и митоза.

3. микротрубочки, формируют цитоскелет. Он выполняет структурную и транспортную функции. По поверхности микротрубочек могут перемещаться как отдельные вещества, так и целые органоиды, например, митохондрии. Процесс транспортировки происходит с помощью специальных белков, которые называются моторными. Центром организации микротрубочек является центриоль.

4. Микрофиламенты могут участвовать в процессе изменения формы клетки, а также нужны для передвижения некоторых одноклеточных организмов, таких как амебы. Кроме того, из них могут образовываться разнообразные структуры, функции которых до конца не изучены.

Структура Как понятно из названия, органоиды немембранного строения не имеют мембран. Они состоят из белков. Некоторые из них содержат также нуклеиновые кислоты. Структура рибосом Эти немембранные органоиды находятся на стенках эндоплазматического ретикулума. Рибосома обладает шаровидной формой, ее диаметр составляет 100-200 ангстрем. Эти немембранные органоиды состоят из двух частей (субъединиц) – малой и большой. Когда рибосома не функционирует, они находятся раздельно. Для того, чтобы они объединились, обязательно присутствие ионов магния или кальция в цитоплазме.органоиды немембранного строения Иногда при синтезе больших молекул белка рибосомы могут объединяться в группы, которые называются полирибосомами или полисомами. Количество рибосом в них может колебаться от 4-5 до 70-80 в зависимости от размера молекулы белка, которая синтезируется ими.

Рибосомы состоят из белков и рРНК (рибосомной рибонуклеиновой кислоты), а также молекул воды и ионов металлов (магния или кальция). Строение клеточного центра У эукариот эти немембранные органоиды состоят из двух частей, называемых центросомами, и центросферы – более светлой области цитоплазмы, которая окружает центриоли. В отличии от случая с рибосомами, части этого органоида обычно объединены. Совокупность двух центросом называется диплосомой. Каждая центросома состоит из микротрубочек, которые закручены в форме цилиндра.немембранные органоиды Структура микрофиламентов и микротрубочек Первые состоят из актина и других сократительных белков, таких как миозин, тропомиозин и др. Микротрубочки представляют длинные цилиндры, пустые внутри, которые растут от центриоли к краям клетки. Их диаметр – 25 нм, а длина может быть от нескольких нанометров до нескольких миллиметров в зависимости от размеров и функций клетки. Эти немембранные органоиды состоят в первую очередь из белка тубулина. Микротрубочки являются нестабильными органоидами, которые постоянно изменяются. У них наблюдается плюс-конец и минус-конец. Первый постоянно присоединяет к себе молекулы тубулина, а от второго они постоянно отщепляются. Формирование немембранных органоидов За образование рибосом отвечает ядрышко. В нем происходит формирование рибосомной РНК, структура которой кодируется рибосомной ДНК, находящейся на специальных участках хромосом. Белки, из которых состоят эти органоиды, синтезируются в цитоплазме. После этого они транспортируются в ядрышко, где и объединяются с рибосомной РНК, образуя малую и большую субъединицы. Затем уже готовые органоиды перемещаются в цитоплазму, а затем на стенки гранулярного эндоплазматического ретикулума

6. Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).

Информация о тестовом вопросе:

Какие ученые являются создателями клеточной теории?

Информация об ответах

Тип вариантов ответов: Текстовые, Графические, Комбинированные.

Варианты ответа:

1) М.Ломоносов и Р.Вирхов;

2) В.Вернадский и Г.Мендель;

3) Т.Шванн и М.Шлейден;

4) Р.Гук и Э.Геккель;

5) Р.Браун и А.ван Левенгук;

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

Немембранные органоиды клетки: почему так называются, что к ним относится, строение и функции

Наряду с ядром, в цитоплазме эукариотической клетки содержатся другие мембранно-связанные органеллы. Иногда для описания водного окружения компартментов в цитоплазме используют термин цитозоль. Цитозоль можно рассматривать как единый компартмент, ограниченный плазматической мембраной и находящийся в контакте с наружной поверхностью мембран всех внутриклеточных органелл.

Это специфический компартмент, одной из основных функций которого является синтез белков как для собственных нужд, так и предназначенных для импорта в органеллы.

Находящиеся в клетке мембраны построены также, как и окружающая клетку плазматическая мембрана, т. е. имеют структуру липидного бислоя. Для каждой мембраны индивидуальные липиды могут различаться, однако их общие свойства остаются одинаковыми.

Так же как непроницаемая плазматическая мембрана отделяет внутреннюю часть клетки от внешней среды, непроницаемая мембрана органелл отделяет их внутреннее содержимое от окружающего цитозоля. Свободного обмена ионами через мембраны не происходит. Это важнейшее свойство мембран, благодаря которому внутри органелл создается специфическая среда. (Ядро составляет исключение, поскольку в его оболочке имеются поры.)

Транспорт небольших молекул и макромолекул через мембраны компартментов контролируется белками, интегрированными в мембрану (подобно тому, как белковые комплексы плазматической мембраны контролируют импорт в клетку веществ и экспорт из нее). Внутренняя полость независимого компартмента называется люмен. Состав водной среды люмена может отличаться от состава окружающей цитоплазмы.

В цитоплазме эукариотической клетки содержится несколько компартментов, ограниченных мембранами.

В люмене каждой органеллы происходят специфические процессы. Для их протекания необходимы специальные белки, находящиеся в органелле. За исключением митохондрий и протопластов (которые синтезируют часть собственных белков), органеллы не образуют белки, и поэтому они импортируют их из цитозоля, где происходит синтез белка.

На представлена локализация наиболее типичных органелл в цитоплазме эукариотической клетки. Состав среды в люмене каждой органеллы соответствует функции, которую она выполняет.

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) представляет собой разветвленную сеть внутренних мембран, которая связана с наружной мембраной ядерной оболочки. В люмене ЭПР поддерживается окислительная среда (такая же, как существует вне клетки). Это важно для осуществления одной из его функций: укладки белков и сборки мультибелковых комплексов.

В типичной эукариотической клетке компартменты, ограниченные мембранами, связаны между собой и взаимодействуют друг с другом за счет разделения и слияния своих мембран. Эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи (представляющий собой набор «стопок» плоских дисков, окруженных мембраной) и транс-Гольджи сеть представляют собой основные компоненты секреторного аппарата: их мембраны участвуют в отпочковывании и слиянии секреторных везикул, при этом содержимое везикул и мембранные белки транспортируются из компартмента в компартмент. Секреторные везикулы отпочковываются от транс-Гольджи сети и сливаются с плазматической мембраной.

В компартментах эукариотической клетки среда имеет различный ионный состав

В ЭПР и аппарате Гольджи происходит ковалентная модификация белков, включая добавление к ним остатков небольших сахаров. К числу других органелл, составляющих часть транспортной сети, относятся также эндосомы и лизосомы, в которых происходит деградация белков.

Митохондрии (обнаруженные во всех клетках эукариот) и хлоропласта (присутствующие в клетках растений) участвуют в энергетических процессах. В митохондриях происходят основные реакции, посредством которых в клетке запасается промежуточный макроэргический метаболит, АТФ. В хлоропластах происходят процессы фотосинтеза из углекислого газа и воды, позволяющие зеленым растениям синтезировать небольшие углеродсодержащие молекулы, которые они используют в качестве питательных соединений.

Наличие хлоропластов служит одним из основных признаков отличия клеток царства растений от клеток представителей царства животных, а также других царств.

Обычно концентрация ионов или небольших молекул в каждом цитоплазматическом компартменте различна. Наиболее сильные отличия касаются эндоплазматического ретикулума, для которого характерна очень высокая концентрация ионов кальция. Величина pH внутри лизосом и эндосом существенно ниже, чем в цитозоле. Эндосомы подразделяются на две большие группы: для группы ранних эндосом величина pH находится в пределах 6,5-6,8, а в поздних достигает 4,5. Напротив, величина pH матрикса митохондрий выше, чем в цитозоле.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Научная электронная библиотека

Размеры клетки широко варьируют от 0,1 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса). У всех клеток, независимо от их формы, размеров, функциональной нагрузки обнаруживается сходное строение (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Схема строения живой клетки: 1 – оболочка; 2 – мембрана; 3 – цитоплазма; 4 – ядро; 4а – ядрышко; 5 – рибосомы; 6 – эндоплазматическая сеть (ЭПС); 7 – митохондрии; 8 – комплекс гольджи; 9 – лизосомы; 10 – пластиды; 11 – клеточные включения

Снаружи клетка одета мембраной. Внутренняя часть клетки содержит многочисленные органоиды – структурные образования клетки, выполняющие определенные функции жизнедеятельности клетки.

1. Оболочка. Присутствует только у растительных клеток. Состоит из волокон целлюлозы. Функции оболочки: защита клетки от внешних повреждений, придает стабильную форму клетки, эластичность растительным тканям.

Повреждение наружной оболочки приводит к гибели клетки (цитолиз).

2. Мембрана. Тончайшая структура (75 Ǻ), состоит из двойного слоя молекул липидов и одного слоя белков. Такая структура обеспечивает уникальную эластичность и прочность мембране

участие в обмене веществ. Эта функция связана с избирательной проницаемостью в клетку определенных веществ и выведение из нее продуктов обмена. В процессе питания в клетку могут проникать определенные растворы веществ (пиноцитоз) и твердые частицы (фагоцитоз).

Явление фагоцитоза – поглощение клеткой твердых частиц – впервые было описано русским врачом Мечниковым. Фагоцитарная особенность лежит в основе процесса иммунитета. Особенно развита у лейкоцитов, клеток костного мозга, лимфатических узлов, селезенки, надпочечников и гипофиза.

Пиноцитоз – поглощение клеткой растворов – состоит в том, что мельчайшие пузырьки жидкости втягиваются через образующуюся воронку, проникают через мембрану и усваиваются клеткой.

3. Цитоплазма – внутренняя среда клетки. Представляет собой гелеобразную жидкость (коллоидная система), состоит на 80 % из воды, в которой растворены белки, липиды, углеводы, неорганические вещества. Цитоплазма живой клетки находится в постоянном движении (циклоз).

транспортировка питательных веществ и утилизация продуктов обмена клетки;

буферность цитоплазмы (постоянство физико-химических свойств) обеспечивает гомеостаз клетки, поддерживает постоянные нужные параметры жизнедеятельности;

поддержание тургора (упругость) клетки;

все биохимические реакции происходят только в водных растворах, что обеспечивается в среде цитоплазмы.

4. Ядро – обязательный органоид эукариотических клеток. Впервые было исследовано и описано Р. Броуном в 1831 г. В молодых клетках расположено в центре клетки, в старых – смещается в сторону. Снаружи ядро окружено мембраной с крупными порами, способными пропускать крупные макромолекулы. Внутри ядро заполнено клеточным соком – кариоплазмой, основная часть ядра заполнена хроматином – ядерным веществом, содержащим ДНК и белок. Перед делением хроматин образует палочковидные хромосомы. Причём, хромосомы одинакового строения (но содержащие разные ДНК!) образуют пары, зрительно воспринимаемые как одно целое (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Хромосомный набор человеческой клетки перед началом деления

Структурирование всех хромосом в пары свидетельствует о том, что число хромосом – чётное. Поэтому, его часто обозначают 2n, где n – количество хромосомных пар, а соответствующий набор хромосом называют диплоидным. Например, у голубей n = 40 (80 хромосом), у мухи n = 6 (12 хромосом), у собаки n = 39 (78 хромосом), у аскариды n = 1 (2 хромосомы). У человека n = 23 (46 хромосом). Однако, в половых клетках число хромосом в два раза меньше. Поэтому набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным. Клетки, не являющиеся половыми называются соматическими. Иногда клетки с гаплоидным набором хромосом называют гаплоидными клетками, а с диплоидным набором хромосом – диплоидными клетками.

При слиянии двух родительских гаплоидных половых клеток образуется диплоидная клетка, дающая начало новому организму с набором генов отца и матери

Совокупность всех хромосом ядра (а значит и генов) клетки называется генотип. Именно генотип определяет все внешние и внутренние признаки конкретного организма.

В соматических клетках 44 Х-образные хромосомы (22 пары) у женщин и мужчин идентичны (сходны по строению), их называют аутосомами. А 23-я пара имеет конфигурацию ХХ – у женщин и ХY – у мужчин. Эти пары хромосом именуются половыми хромосомами.

В половых клетках 22 хромосомы также одинаковые у яйцеклеток и у сперматозоидов, а 23-я хромосома конфигурации Х – у яйцеклетки и Х или Y – у сперматозоидов. Поэтому при слиянии половых клеток и образовании пар хромосом, 23-я пара будет ( или ) определять пол будущего ребенка.

Необходимо помнить, что хотя в соматических клетках набор хромосом диплоидный (2n), однако, перед началом деления клеток происходит репликация ДНК, то есть, удвоение их количества, а, значит, и удвоение
количества хромосом. Поэтому перед началом деления соматической клетки в ней насчитывается 4n хромосом (рис. 16). Она становится тетраплоидной.

– хранение генетической информации;

– контроль за всеми процессами, происходящими в клетке: делением, дыханием, питанием и др.

4а. Ядрышко – структура, содержащаяся в ядре. Ядро может содержат 1, 2 или более ядрышек. Функция ядрышка – формирование рибосом.

Следует отметить, что не все клетки имеют оформленное ядро. Клетки, имеющие ядро называются эукариотическими или эукариотами. Клетки, не имеющие ядра, называются прокариотическими или прокариотами. Функции ядра у прокариот несёт одна нить ДНК (именуется хромосома), в которой хранится вся генетическая информация. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Как правило, у прокариотов отсутствуют и некоторые другие органоиды. Размеры прокариотических клеток меньше, чем размеры эукариот.

5. Рибосомы – самые мелкие органоиды клетки. Были обнаружены в 1954 г. Французским ученым Паладом. Рибосомы были обнаружены в цитоплазме, а также на гранулярной ЭПС и в ядре.

Функция рибосом: обеспечение биосинтеза белка.

6. Эндоплазматическая сеть. Представляет собой каналы и полости, ограниченные мембраной. Различают две разновидности ЭПС: гранулярная ЭПС и агранулярная ЭПС. Гранулярная ЭПС морфологически отличается от агранулярной наличием на ее поверхности многочисленных рибосом (на агранулярной ЭПС рибосомы отсутствуют).

Функции эндоплазматической сети:

– участие в синтезе органических веществ: на гранулярной ЭПС синтезируются белки, на агранулярной – липиды и углеводы;

– транспортировка продуктов синтеза ко всем частям клетки.

Несложно уяснить, что гранулярная ЭПС характерна для клеток, синтезирующих белки (например клетки желез внутренней секреции), агранулярная ЭПС характерна для клеток-производителей углеводов и липидов (например клетки жировой ткани).

7. Митохондрии – крупные органоиды, состоящие из двойного слоя мембран: наружная – гладкая, внутренняя образует многочисленные гребнеобразные складки – кристы. Внутри митохондрии заполнены жидкостью (матрикс).

Функции митохондрий: основная функция митохондрий – обеспечение клетки энергией. Этот процесс происходит за счет синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) (рис. 3.15), в которой фрагмент

Рис. 3.15. Структурная формула аденозинфосфорных кислот. Для аденозинтрифосфорной кислоты n = 3, для аденозиндифосфорной кислоты n = 2, для аденозинмонофосфорной кислоты n = 1

При взаимодействии молекулы аденозинтрифосфорной кислоты с водой отщепляется один остаток фосфорной кислоты, в результате чего образуется аденозиндифосфорная кислота – АДФ и выделяется огромное количество энергии:

АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 10 000 калорий.

Впоследствии от АДФ может отщепляться еще один остаток фосфорной кислоты, образуя АМФ – аденозинмонофосфорную кислоту.

АДФ + Н2О = АМФ + Н3РО4 + 10 000 калорий[37].

Освободившаяся энергия используется для жизнедеятельности клетки (КПД процесса превышает 80 %!).

Наряду с распадом АТФ и выделением энергии в клетке постоянно происходит синтез АТФ и накопление энергии (обратные реакции).

Количество митохондрий в клетке зависит от потребности последней в энергии. Так, в клетках кожи человека находится в среднем 5–6 митохондрий, в клетках мышц – до 1000, в клетках печени – до 2500!

8. Комплекс Гольджи. Итальянский ученый Гольджи обнаружил и описал структуру клетки, напоминающую стопки мембран, цистерны, пузырьки и трубочки. Расположена эта система чаще всего возле ядра.

Функции комплекса Гольджи: в полостях комплекса накапливаются всевозможные продукты обмена клетки, которые по каким-либо причинам не вывелись наружу. В последствии эти продукты могут быть использованы клеткой для процессов жизнедеятельности. Из пузырьков и цистерночек комплекса Гольджи в растительных клетках образуются вакуоли, заполненные клеточным соком.

9. Лизосомы – мелкие органоиды. Представляют собой пузырьки, окруженные мембраной. Внутри лизосомы заполнены пищеварительными ферментами (обнаружено 12 ферментов), которые расщепляют и переваривают крупные макромолекулы (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты).

Функции лизосом: растворение и переваривание макромолекул. Лизосомы участвуют в фагоцитозе. Понятно, что основная функция по перевариванию поступающих в клетку частиц принадлежит лизосомам.

10. Пластиды. Эти органоиды характерны только для растительных клеток. Форма напоминает двояковыпуклую линзу. Структура пластид напоминает таковую у митохондрий: двойной слой мембраны. Наружная – гладкая, внутренняя образует складки, называемые тилакоидами. На тилакоидах происходит основной жизненно важный для всех зеленых растений процесс – фотосинтез:

Пластиды бывают трех типов:

1) Хлоропласты – зеленые пластиды. Их цвет обусловлен наличием хлорофилла. Хлорофилл – основное вещество хлоропластов (имеет зеленый цвет). Только благодаря хлорофиллу возможен процесс фотосинтеза (см. раздел 4.2). Хлоропласты придают зеленый цвет растительным организмам.

2) Хромопласты – пластиды, имеющие различные окраски: от ярко-желтого до пурпурно-багряного. Наличие различных пигментов окрашивают плоды, цветки и осенние листья растений в соответствующие цвета. Этот факт особенно важен для привлечения насекомых к цветкам, как природный индикатор созревания плодов и др.

3) Лейкопласты – бесцветные пластиды, в которых происходит накопление запасных питательных веществ (например, крахмала).

Некоторые виды пластид могут переходить друг в друга: например, переход хлоропластов в хромопласты: созревание томатов, яблок, вишни, и т. д.; изменение окраски листьев в осенний период времени. Лейкопласты могут переходить в хлоропласты: позеленение картофеля на свету. Это доказывает общность происхождения пластид.

11. Клеточные включения. Вакуоли. Это непостоянные и необязательные составляющие клетки. Они могут появляться и исчезать в течение всей жизни клетки. К ним относятся капли жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллы щавелево-кислого кальция и др. Жидкие продукты обмена называются клеточным соком и накапливаются они в вакуолях. В клеточном соке растворены сахара, минеральные соли, пигменты и т. д. Чем старше клетка, тем больше клеточного сока накапливает клетка. Молодые клетки практически не содержат вакуолей.

Помимо перечисленного некоторые специализированные клетки обладают специальными органоидами. К ним относятся:

– реснички и жгутики, представляющие собой выросты мембраны клетки, осуществляющие движения клетки. Они имеются у одноклеточных организмов и многоклеточных (кишечный эпителий, сперматозоиды, эпителий дыхательных путей);

– миофибриллы – тонкие нити мышечных клеток, участвующие в сокращении мышц;

– нейрофибриллы – органоиды, характерные для нервных клеток и участвующие в проведении нервных импульсов. Кроме того, в состав клеток входят центриоли – две (иногда более) цилиндрические структуры диаметром около 0,1 мкм и длиной 0,3 мкм. Место расположения центриолей в период между делениями клетки считается серединой клеточного центра. При делении клетки центриоли расходятся в противоположные стороны – к полюсам, определяя ориентацию веретена деления (рис. 16).

Следует иметь в виду, что, хотя животные и растительные клетки имеют много общего, но между ними существуют и серьёзные различия (табл. 3.1).

Более общая классификация клеток представлена на рис. 3.16.

Одно из основных отличий бактерий от архей, состоит в химическом составе мембраны. Бактерии отделены от внешней среды двойным слоем липидов (жиров и жироподобных веществ). Мембраны архей состоят из терпеновых спиртов.