Двумембранні органоїди: будова і функції

Що спільного між меланхолійною равликом, стрімко летить птахом і хлопчиком, який грає на скрипці? Ви думаєте, нічого? І все-таки є те, що об'єднує не тільки їх, але і всі інші живі організми між собою. Це клітинну будову тіла. Клітина – елементарна частинка життя на Землі, яка складається з структурних частин, званих органоидами. Одномембранные і двумембранные, або ж зовсім позбавлені оболонки всіх органел, виконують в клітині певні функції. У нашій статті ми розглянемо їх докладніше.

Мітохондрії

Звідки клітка бере енергію для того, щоб рости, ділитися і навіть рухатися? Подивіться на будову мітохондрії-органели, яку називають клітинної силовий станцією. Все гранично просто і абсолютно. Двумембранные всіх органел являють собою подовжені тельця, вкриті двома мембранами. Внутрішня оболонка має вирости – крісти. Вони занурені в колоїдний розчин - матрикс. Хімічний аналіз показав, що в його складі знаходяться магнієві та кальцієві солі, рибонуклеїнових кислоти, багато рибосом, і навіть власне речовина спадковості.


ДНК двумембранных органел має вигляд кільця і, по суті, є плазміди, за будовою аналогічної спадкового матеріалу прокаріотів. На кристах затишно примостилися численні ферменти, що окислюють органічні речовини. Хімічні реакції, що відбуваються на виростах мітохондрій, відносяться до третього етапу енергетичного обміну. Його результатом є синтез 36 молей АТФ, що утворюються при розщепленні одного моля глюкози. Виділилася при цьому енергія накопичується у вигляді молекул аденозинтрифосфорної кислоти. Вона є головним енергетичним запасом, який витрачається на процеси клітинної життєдіяльності, такі як, наприклад, мітоз, ростові процеси, переміщення речовин цитоплазми.

Про що говорить кількість мітохондрій у клітині?

Багато представників найпростіших організмів, наприклад, амеба, мають одну велику мітохондрії. Вироблюваних нею молекул АТФ виявляється достатньо для порівняно невисокого рівня обміну речовин і консервативного способу життя тварини. Клітини підшкірної жирової клітковини бідні на мітохондрії. Це і зрозуміло: низька активність жирової тканини, виконує захисну і запасающую функцію, не вимагає значної витрати енергії. У сперматозоїда ссавців в його проміжному відділі, що знаходиться позаду шийки, розташовані кілька мітохондрій. Накопичуваної ними енергії у вигляді молекул аденозинтрифосфорної кислоти повинно вистачити на поступальні і обертальні рухи хвоста. Для сперматозоїда життєво важливо володіти високою швидкістю, що дозволяє йому першим проникнути в яйцеклітину. Ще одні високоактивні клітини, наприклад міофібрили скелетних м'язів, містять у своїй цитоплазмі так багато двумембранных органоїдів, що вони, зливаючись між собою, формують мітохондріальний ретикулум. Синтезируемая ним енергія, що використовується для проведення м'язових скорочень білків актину і міозину при фізичних навантаженнях організму.

Хлоропласти

Якщо мітохондрії, про які мова йшла раніше, є обов'язковими органеллами всіх видів клітин, то про хлоропластах таке не скажеш. Вони – типові представники внутрішньої будови рослинних організмів. Ці двумембранные всіх органел рослинної клітини називають зеленими пластидами. Забарвлення стебел, листя, незрілих плодів обумовлена присутністю в хлоропластах хлорофілу – пігменту зеленого кольору. Внутрішня мембрана утворює тонкі пластинчасті структури – тилакоиды. Вони компактно упаковані в стопки, які називаються гранами. Окремі їх ділянки функціонують, як антени, що вловлюють і фокусуючі безмежні потоки сонячної енергії. Вона перетвориться в двумембранном органоиде, хлоропласте, хімічний вид енергії, запасаемый у формі макроергічних зв'язків у молекулах АТФ.
У цьому процесі важлива роль належить іонам магнію, що входять разом з многоатомным спиртом фитолом до складу хлорофілу. Під дією квантів світла електрони останнього енергетичного рівня атома магнію переходять у збуджений стан. При це вони на частки секунди займають більш високий енергетичний рівень. Повертаючись на колишні орбіталі, електрони віддають частину енергії активним центрам гран. Запускається механізм проведення реакції світлової фази фотосинтезу.

Фотосинтез та його роль в еволюції життя на Землі

Поява зелених пластид в цитоплазмі рослинної клітини ознаменувало собою виникнення такого процесу, як кисневе дихання. Воно стало відбуватися з використанням молекул O 2 , що виділяються з двумембранных органоїдів у світловій фазі фотосинтезу. Накопичення кисню в атмосфері планети викликало глобальне зміна газового складу атмосфери Землі. Це, в кінцевому підсумку, призвело до виходу тварин організмів на сушу. Для свого обміну речовин вони стали використовувати молекули O 2 , знаходяться не у воді, а в повітрі. Таким чином, завдяки двумембранным органел - хлоропластам, кардинально змінилася картина розвитку життя на нашій планеті.

Біологічні системи в присутності молекул кисню, що знаходяться в повітрі, стали швидко поширюватися як у літосфері, так і в атмосфері Землі. Залишилися у воді рослини - водорості, клітини яких містять хлоропласти, продовжують процес фотосинтезу. Вони збагачують гідросферу киснем і органічними з'єднаннями, забезпечуючи життєдіяльність організмів - гідробіонтів.

Лейкопласти і хромопласты

Інші види пластид, забарвлюючі плоди, насіння, віночки квіток у всі можливі відтінки веселки – це хромопласты і лейкопласти. Перша група містить такі пігменти, як каротин, фукоксантин, ксантофилл, що дають помаранчевий, червоний, фіолетовий кольори. Лейкопласти ж взагалі позбавлені пігментів. Вони зустрічаються, наприклад, в шкірці томатів молочної стиглості. Від зелених пластид вони відрізняються, перш за все, відсутністю тилакоидов і гран. Особливістю двумембранных лейкопластов є те, що вони вміщають в себе безліч ферментів класу протеаз і амілаз, здатних розщеплювати білки і крохмаль. Хромопласты і лейкопласти - органели, влаштовані простіше, ніж хлоропласти, і розвиваються вони з зелених пластид – двумембранных органоїдів, про яких ми згадували раніше.

Ядро

Органелла, про яку піде мова далі, настільки важлива, що її відсутність або наявність у клітці дозволило розділити всі існуючі живі організми на дві групи. Це прокаріоти і еукаріоти. Перша група в своїх клітинах не містить ядра і зберігає спадкову інформацію у вигляді кільцеподібної плазміди в ущільненому ділянці цитоплазми. Інша група, а до неї відноситься більшість організмів, що має двумембранные всіх органел – ядра, що зберігають генне речовина. Під час поділу материнської клітини спадкова інформація порівну розподіляється між дочірніми клітинами, чиї ядра містять ідентичне кількість хромосомного матеріалу.

Ядерна оболонка

Яке будова оболонки найважливішою органели клітини? Дослідним шляхом доведено, що видаливши з клітини ядро, ми, тим самим, прирікаємо її на загибель. Оболонка двумембранных органоїдів, ядер, має складний склад і є продовженням ендоплазматичної мережі. Вся її поверхня пронизана отворами – порами, в яких зовнішня і внутрішня мембрани переходять один в одного. Однак пори – це не звичайні отвори. Вони містять спеціальні сигнальні пептиди, які здійснюють фейс-контроль за речовинами, що надходять у цитоплазму клітини з міжклітинної рідини і віддаляються з клітини назовні. Не тільки ядро, але й інші двумембранные всіх органел мають аналогічну будову своєї оболонки.

Ендосимбіонти

Після розгляду будови і функцій мітохондрій і хлоропластів, залишається відкритим питання їх появи в клітині. Гіпотетично можна припустити, що вони виникли у первинних прокаріотів, що вступили в особливу форму симбіозу з бактеріями, які мешкали в тілі без'ядерної клітини – прокариота. Така ідея прийнята багатьма вченими – біологами, які вважають, що фотосинтез і окислення поживних сполук відбувалися в прокариотических клітинах задовго до появи перших ядерних організмів, що містять двумембранные всіх органел. У нашій статті ми вивчили будову двумембранних органоїдів, їх функції, а також значення в життєдіяльності рослинних і тваринних клітин.