Двумембранные и одномембранные органоиды: общие особенности и основные функции
Двумембранные и одномембранные органоиды
Общие особенности органоид
Что такое органоиды?
Органоиды — это функциональные части клетки с определенным строением и функциями.
Основа правильного функционирования клетки как элементарной единицы живого организма — наличие органелл. Их отличительная особенность заключается в постоянстве: по мере развития клетки они не исчезают.
Есть несколько типов клеточных органоидов. Классификация органоидов выглядит так:
Для жизни важны первые два типа органоидов растительной клетки, так как именно они поддерживают функционирование клетки и организма в целом.
Двумембранные органоиды клетки — это:
Двумембранные органеллы являются полуавтомномными органоидами. Полуавтономные органоиды — структуры, которые отвечают за поддержание самостоятельности клетки. Это значит, что у этих органоид есть способность делиться. Образование новых митохондрий и пластид происходит в результате деления уже существующих элементов клетки. У этих мембранных органоидов есть собственный геном. Он имеет форму кольца и в отдельных моментах похож на геном бактериальных клеток. Кодирование другой части происходит в ядре. Эта часть поступает из цитоплазмы, чем объясняется невозможность свободного существования митохондрий и пластид вне клетки.
Эти органеллы растительной клетки также обладают собственным аппаратом синтеза белка, то есть рибосомами. Они довольно мелкие, в отличие от тех, что есть в цитоплазме, и имеют сходства с рибосомами прокариот.
Все это дало повод считать, что эти мембранные органоиды клетки (полуавтономные органоиды) ранее были прокариотами. Предполагают, что такие органоиды вступили с древними эукариотическими клетками в симбиотические отношения и поселились внутри них на постоянной основе.
Что касается внешней мембраны двухмембранных органоидов клетки, это мембрана, которая составом схожа с мембраной эукариот. Это подтверждает гипотезу, что внешняя мембрана органойда представляет собой бывшую мембрану пищеварительной вакуоли (фагосомы), в которой оказался прокариотический симбионт. В таком случае внутренняя оболочка — это его собственная мембрана.
Теперь перейдем к одномембранным органоидам клетки. К таким мембранным органеллам относят:
Клеточная система также включает немембранные органоиды клетки. К ним относят:
Основные функции мембранных и немембранных органоидов
Общее свойство всех мембранных органелл — образование из биологических мембран. Важно отметить существенное отличие органоидов животной клетки и их функций от органоидов растительной клетки. В частности, растительная клетка характеризуется процессом фотосинтеза.
В растительных и животных клетках бесперебойная работа органелл обеспечивается только в том случае, если обеспечивается бесперебойная работа отдельных органоидов.
Остановимся подробнее на функциях различных органоидов и частей клетки.
В растительной клетке в состав клеточной стенки входят пектины и целлюлоза. Функция органоида растительной клетки — защита клетки от неблагоприятного внешнего воздействия и обеспечения транспорта веществ в клетку через мембрану.
Ядро содержит специальные углубления и поры, а еще — две мембраны.
Ядро — это двумембранный органоид и основное хранилище наследственной информации клетки, который позволяет ее передавать в ходе деления клетки.
В ядре как в двумембарнном органоиде заключается комплексная генетическая информация, реализуемая в процессе деления клетки.
Ядро состоит из ядрышка, хроматин, кариоплазмы.
Также важная составляющая одномембранных и двумембранных органоидов — вакуоль. Вакуоль представляет собой слияние участков эндоплазматической сети. Их назначение — регулировать выделение и поступление разнообразных веществ в клетку.
Что касается эндоплазматического ретикулума, то это система каналов гладкого и шероховатого типа. Функция эндоплазматической сети — синтез и транспорт веществ внутрь клетки.
Рибосомы — основные органеллы, которые служат основной для синтеза белка.
Основной строительный материл клетки — белок. По этой причине он может самостоятельно синтезироваться даже в клетках прокариот.
Постоянный клеточный органоид — цитоплазма. Это полужидкая субстанция с целым набором органоидов. Благодаря ей обеспечивается взаимодействие между ядром и остальными частями клетки.
Клеточная мембрана образуется при помощи белка и двойного слоя липидов. Растения имеют снаружи дополнительный слой клетчатки. Мембрана характеризуется избирательной проницаемостью. Ее электронейтральность поддерживается при помощи нагнетания в клетку ионов.
Лизосомы — это одномембранные органоиды, осуществляющие реакцию «внутриклеточного пищеварения».
В лизосомах есть внутренние ферменты, благодаря которым расщепляются остатки обмена веществ, несущие токсический эффект для клеточных структур.
Говоря о митохондриях, стоит отметить, что они являются энергетическими станциями клетки. Основное клеточное окисление и накаливание энергии в виде молекул АТФ происходит именно в них. Очень часто возникает вопрос, какие органоиды клетки содержат собственную ДНК. У митохондрий, к примеру, есть собственная ДНК, а также складки внутренней мембраны (также их называют «крестами»).
Пластиды — двумембранные органоиды. Они характерны только для растительных клеток. Они отличаются тем, что имеют собственную ДНК и реализуют процесс фотосинтеза. Пластиды содержат пигмент хлорофилл: когда он «заряжается» энергией, то запускает процесс образования кислорода и различных органических веществ.
Содержащие зеленый пигмент хлорофилл пластиды называются хлоропластами (двумембранные). Лейкопласты или бесцветные пластиды отличаются тем, что накапливают крахмал, а хромопласты отвечают за накапливание каратиноидов.
Такой органоид как клеточный центр (на рисунке ниже) включает в себя центриоли и микротрубочки. Он принимает участие в образовании цитоскелета и обуславливает систему деления клетки.
В клетке происходит формирование различных органоидов движения, таких как реснички и жгутики. Эти органоиды движения (на рисунке) состоят из белков и встречаются одинаково часто.
Из всего описанного выше можно сделать вывод, что органеллы клетки — это составные ее части. Поэтому вопрос их происхождения можно рассматривать по-разному. Присутствие органоидов свидетельствует о целостности клетки и единстве органического мира.
Какие из перечисленных органоидов являются мембранными?
Это общая характеристика двумембранных и одномембранных органоидов. Также из информации легко понять, какие из перечисленных органоидов являются мембранными.
Вместо того чтобы перечислять одномембранные органоиды клетки и двумембранные, проще всего обратиться к таблице органоидов эукариотической клетки.
Таблица органоидов. Двумембранные органоиды и одномембранные в сравнительной таблице.
Теперь вам не составит труда самостоятельно перечислить одномембранные органоиды клетки и выбрать структуры, характерные только для растительной клетки.
Классификация двумембранных органоидов: описание, сходные признаки
Органоиды, расположенные внутри любой клетки, обеспечивают ее жизнедеятельность, служат механизмом для реализации возложенных функций. Каждый органоид имеет определенное строение и четкий набор структурных единиц. Исходя из этого органеллы живой клетки бывают одно-, двумембранные и не имеющие мембран. Несмотря на микроскопические размеры любой тканевой единицы – клетки, особенности ее строения постоянны, поскольку обеспечивают исполнение общеорганизменной нагрузки.
Что такое двумембранные органоиды
Самостоятельность клетки поддерживают двумембранные органеллы, процесс образования которых обусловлен делением существующих клеточных элементов. В двумембранных присутствует собственный геном, который характеризуется кольцевой формой и напоминает геном клетки бактерий.
Существует теория, что двумембранные органоиды имеют происхождение общее с прокариотами. Вступив в симбиоз с клетками-эукариотами, они «нашли себя» внутри последних. Это объясняет сходство внешней мембраны органелл двумембранной природы с таковой у эукариот, а внутренней – у прокариот. Факт также не противоречит гипотезе, утверждающей, что органоидная мембрана – не что иное, как оболочка пищеварительной вакуоли, имеющей специфическое название – фагосома.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Двумембранные органеллы существуют полуавтономно. Способность к делению – их вторая характерная особенность.
Клеточная система предусматривает существование немембранных органоидов. К ним относятся:
Типы органоидов
Участки цитоплазмы, отделенные от гиалоплазмы мембранами, которые могут располагаться одиночно или быть связанными друг с другом, именуются органоидами.
По наличию и количеству мембран они делятся на:
Как мембранные, так и немембранные органеллы, характеризуются определенным составом, имеют конкретные свойства и исполняют функции. Такие объемные зоны имеют иное название – компартменты. Их расположение внутри гиалоплазмы имеет определенные закономерности.
Комплекс Гольджи, лизомомы, пероксисомы, митохондрии, эндоплазматическая сеть – перечень органелл, отграниченных от гиалоплазмы мембраной, строение которой похоже на цитолеммы. Их жизнедеятельность связана с разделением либо слипанием (слиянием) мембран. Такие процессы характеризуются объединением исключительно идентичных слоев мембраны.
Наружный слой, расположенный на стыке с гиалоплазмой, идентичен цитолемме с внутренней стороны. Внутренний, граничащий с содержимым органеллы, аналогичен цитолемме с наружной стороны.
Виды двумембранных органоидов
Такие органеллы, как митохондрии, пластиды и ядро (у эукариот) имеют две мембраны. Митохондрии являются энергетическим источником для всей клетки, а пластиды играют главную роль в фотосинтезе. При этом, если хлоропласты, содержащие хлорофилл, являются непосредственным участником выработки кислорода на свету, то от хромопластов зависит окраска органов растений. Лейкопласты же накапливают крахмал.
Митохондрии интересны и тем, что содержат «личные» рибосомы и ДНК. С помощью них образовываются белки внутри органелл.
Для части микроорганизмов (к примеру, амебы) характерно наличие одной митохондрии. Вырабатываемой нею энергии хватает для жизнедеятельности простейшего. В то же время жировая ткань подкожной клетчатки не имеет их вообще, поскольку в ней не происходит энергетических процессов. Половые клетки (сперматозоиды) имеют несколько митохондрий, что обеспечивает их высокую подвижность. Большое количество этих органелл содержится в миофибрильном волокне. В таком случае говорят о митохондриальном ретикулуме – слившихся двумембранных органоидах.
Ядро внутри клетки – критерий деления их на прокариоты и эукариоты. Не содержащие ядра прокариоты хранят передающуюся по наследству генетическую информацию в определенном участке цитоплазмы, который имеет более плотную структуру. Выглядит это кольцеобразной плазмидой.
Эукариоты имеют органоид ядро, отграниченное от гиалоплазмы двумембранной оболочкой. Внутри ядра – генносодержащие структуры, которые при делении равномерно «раздают» наследственную информацию молодым клеткам.
Строение
Для описываемых органелл характерно наличие кольцевой нити ДНК, в которой содержатся гены. В них закодирована часть белков органоида. Вторая часть генной информации находится в ядре. Ее источником является цитоплазма, что объясняет причину невозможности существования митохондрий и пластид отдельно от клетки.
Слои мембраны органелл различаются по строению. Так, внешняя похожа на мембрану клеток, а внутренняя сходна с бактериальной мембраной, особенно с учетом ее липидного и белкового состава. За счет большого количества белков (в них велико содержание ферментов) в органеллах с помощью кислорода происходят интенсивные окислительные процессы и соответствующий синтез АТФ.
Чтобы ускорить эти процессы и сделать выработку АТФ интенсивной, природа предусмотрела увеличение площади внутренней мембраны за счет расположения ее волнами (кристами).
Мембраны в двухмембранных органеллах отделены одна от другой межмембранным пространством. Относительно митохондрий это – матрикс, в котором расщепляются аминокислоты, остатки углеводов, жирные кислоты.
Пластиды содержат не только наружную и внутреннюю оболочки, но и мембранные мешочки. Это не что иное, как впяченная внутрь внутренняя мембрана (научное название: тилакоиды и ламеллы). Источником образования пластид являются пропластиды, для которых свойственны взаимные превращения друг в друга.
Оболочка ядра как бы вытекает из эндоплазматической сети. Она характеризуется сложным составом и имеет много отверстий, называемых порами. Посредством пор обе оболочки мембраны сообщаются друг с другом. В то же время здесь содержатся особые пептиды, функцией которых является определение веществ, которые проникают внутрь из внутритканевой жидкости и выводятся наружу.
Функции
Кристы на внутренней оболочке митохондрий содержат дыхательные ферменты, а также ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Это – гарантия эффективного клеточного дыхания.
В сердечной мышце в несколько раз больше митохондрий, чем в ткани печени. Названные органеллы, находящиеся в клетках скелетных мышц, содержат во много раз больше крист, нежели митохондрии в тканях новорожденного ребенка.
Функции митохондрий в организме строго определены. Это:
Функции пластид обеспечиваются их строением. Хлоропласты, имея ровную наружную оболочку и массу крист на внутренней, локализуют в себе пигментные вещества. Важнейшее из них – хлорофилл. Он зеленого цвета в отличие от оранжевого ксантофилла и каротина.
Внутри хлоропласта находится строма, которая необходима для темновых реакций: синтеза глюкозы. Для этого используется воды и СО2. Строма содержит молекулы ДНК кольцевой формы, РНК, рибосомы и ферменты.
Пластиды также отнесены к полуавтономным органоидам, которые могут синтезировать белок. Способны делиться.
Исходя из вышеописанных особенностей строения ядра, схематически сформулировать его функции можно следующим образом:
Полуавтономные двумембранные органоиды
Органоиды, в которых содержатся «личные» ДНК, а также РНК и рибосомы, которые могут образовывать белок, относятся к полуавтономным. В их компетенции превращать Е в АТФ. Митохондрии и пластиды – непосредственные представители полуавтономных двумембранных органелл.
Все эукариотические клетки «укомплектованы» митохондриями. Они – незаменимые участники клеточного дыхания, способны накапливать энергию в виде АТФ-молекул, содержащих макроэргические связи. Все протекающие в клетке процессы происходят с затратой энергии, содержащейся в АТФ.
Митохондрии в состоянии менять форму, а также выбирать для своего расположения активные участки цитоплазмы. Это способствует концентрации органелл там, где энергетическая потребность в них выше.
Двумембранная оболочка имеет межмембранное пространство шириной 6-10 нм. Внутренняя часть располагается кристами, на которых протекают процессы клеточного дыхания. Это – неотъемлемая часть синтеза АТФ.
В митохондриях имеются и собственные белки, ферменты, РНК и кольцевые ДНК. Они располагаются в матриксе.
Пластиды имеются в растительных клетках. Внутреннее содержимое (строма) отделено от гиалоплазмы двумембранной оболочкой. В их характеристике важно то, что в пластидах содержится аппарат, синтезирующий белок. Поэтому органелла в состоянии запасать его для себя в достаточном количестве.
Современная классификация пластид следующая:
Сложная структура хлоропласта позволяет справиться с возложенной на органеллу серьезной функцией – фотосинтезом. Тилакоиды – развитая пузырьковая сеть мембран – собраны в граны. Строма содержит кольцевые ДНК, РНК, рибосомы, капли липидов и белки. Запасные полисахариды (крахмал) накапливаются здесь же, крахмальными зернами. Хлоропласты имеют размер 4-5 мкм, выглядят в виде дисков и содержат каротиноиды и хлорофилл. Клетка мезофилла может содержать 40-50 таких органелл.
Основной признак хромопластов – наличие пигмента. В них нет хлорофилла, но есть каротиноиды красного, желтого или оранжевого цвета. Для их образования расходуются хлоропласты, в которых разрушается хлорофилл, а содержащиеся структурные элементы приступают к синтезу каротиноидов. Такой процесс характерен для периода плодосозревания.
Третья разновидность пластид – лейкопласты – способны накапливать крахмал, в частности, амилопласты. Отдельные из них в состоянии образовывать белки и липиды, а также накапливать их внутри себя.
Присутствие света инициирует превращение лейкопластов в хлорополасты.
Клубень картофеля, в котором много лейкопластов, содержит много крахмала. Картофель, вынесенный на дневной свет, со временем зеленеет.
Лекция 7. Двумембранные органоиды
Лекция 7. Двумембранные органоиды
Митохондрии. Двумембранные, полуавтономные органоиды, которые обеспечивают клетку основной энергией, получаемой в результате окисления органических молекул с помощью кислорода. Присутствуют в клетках грибов, растений и животных. Форма, размеры и количество митохондрий чрезвычайно варьируют. По форме митохондрии могут быть палочковидными, округлыми, спиральными, чашевидными, разветвленными. Длина митохондрий колеблется в пределах от 1,5 до 10 мкм, диаметр – от 0,25 до 1,00 мкм. Количество митохондрий в клетке может достигать в тех клетках, которым нужно очень много энергии, т. е. количество митохондрий зависит от метаболической активности клетки. Кроме того, наибольшее количество митохондрий находится в участках клетки, которые потребляют больше энергии – вблизи ионных насосов, в мышечных клетках – вблизи миофибрилл.
Строение. Митохондрия имеет оболочку из двух мембран, наружная мембрана гладкая, внутренняя образует многочисленные складки – кристы. Кристы увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны, на них располагаются ферменты дыхательной цепи, создающие электрохимический протонный градиент в межмембранном пространстве и грибовидные тельца – АТФ-синтетазы, каждая из которых состоит из ножки, пронизывающей мембрану и головки, обращенной в матрикс. АТФ-синтетазы отвечают за фосфорилирование АДФ до АТФ.
Ширина межмембранного пространства (протонного резервуара) – 10-20 нм.
Внутреннее пространство митохондрий заполнено внутренней средой, матриксом. В матриксе содержатся различные ферменты (например, ферменты цикла Кребса), кольцевые ДНК, содержащие всего 37 генов в количестве от 1 до 50 таких молекул и собственный белоксинтезирующий аппарат.
Митохондриальные ДНК не связаны с белками («голые»), прикреплены к внутренней мембране. Для построения митохондрии требуется гораздо больше белков, чем кодирует кольцевая ДНК митохондрий, поэтому следует отметить, что информация о большинстве митохондриальных белков содержится в ядерной ДНК, и эти белки синтезируются в цитоплазме клетки, а затем транспортируются в митохондрии. Митохондриальная ДНК кодирует иРНК, тРНК, рРНК, формируя собственные системы репликации ДНК, транскрипции и трансляции некоторых белков. Генетический код ДНК митохондрий имеет несколько отличий от генетического кода эукариот. Рибосомы митохондрий прокариотического типа (70S-типа), большая часть рибосомальных белков синтезируется в цитоплазме, а затем транспортируется в митохондрии.
Размножение. Митохондрии живут около 10 суток, способны размножаться путем деления или отшнуровывания новых митохондрий от ранее существующих; разрушение их происходит с помощью автофагии. Наследуются митохондрии у многих видов, в том числе и у человека, по материнской линии, митохондрии отца разрушаются в процессе оплодотворения.
Происхождение. Согласно теории симбиогенеза митохондрии произошли от древних свободноживущих аэробных прокариотических организмов, которые, случайно проникнув в клетку-хозяина (анаэробную архебактерию) образовали с ней взаимовыгодный симбиотический комплекс. В пользу этой гипотезы свидетельствуют следующие данные. Во-первых, митохондриальная ДНК имеет такие же особенности строения, как и ДНК современных бактерий (замкнута в кольцо, не связана с белками). Во-вторых, митохондриальные рибосомы и рибосомы бактерий относятся к одному типу – 70S-типу. В-третьих, механизм деления митохондрий сходен с таковым бактерий. В-четвертых, синтез митохондриальных и бактериальных белков подавляется одинаковыми антибиотиками. Но в процессе эволюции большая часть генов митохондрий переместилась в ядро, и синтез большинства митохондриальных белков происходит в цитоплазме клетки, т. е. митохондрии являются полуавтономными органоидами эукариотической клетки.
Функции. Основная функция – окисление органических молекул с образованием энергии в форме тепла и в форме АТФ. Но в клетках бурого жира (например у медведя во время зимнего сна) митохондрии не образуют АТФ, вся энергия выделяется в форме тепла и поддерживает определенную температуру тела. Кроме этого в митохондриях происходит синтез некоторых (около 5%) митохондриальных белков.
Пластиды характерны только для растительных клеток. Различают три основных типа пластид: лейкопласты – бесцветные пластиды в клетках неокрашенных частей растений, хромопласты – окрашенные пластиды обычно желтого, красного и оранжевого цвета, хлоропласты – зеленые пластиды.
1 – наружная мембрана; 2 – внутренняя мембрана; 3 –строма; 4 – тилакоид;5- грана; 6 – ламелла; 7 – зерно первичного крахмала; 8 – липидные капли.
Хлоропласты. В клетках высших растений хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы. Длина хлоропластов колеблется в пределах от 5 до 10 мкм, диаметр – от 2 до 4 мкм. Хлоропласты ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет сложную складчатую структуру. Наименьшая складка называется тилакоидом. Группа тилакоидов, уложенных наподобие стопки монет, называется граной. В хлоропласте содержится в среднем 40-60 гран, расположенных в шахматном порядке. Граны связываются друг с другом уплощенными каналами – ламеллами. В мембраны тилакоидов встроены фотосинтетические пигменты и ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Главным фотосинтетическим пигментом является хлорофилл а, именно он обуславливает зеленый цвет хлоропластов. Внутреннее пространство хлоропластов заполнено стромой. В строме имеются кольцевая «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, ферменты цикла Кальвина, зерна первичного крахмала. Внутри каждого тилакоида находится протонный резервуар, происходит накопление «Н+». Хлоропласты также как митохондрии способны к автономному размножению путем деления надвое или образуются из пропластид.
Хлоропласты содержатся в клетках зеленых частей высших растений, особенно много хлоропластов в листьях и зеленых плодах. Хлоропласты низших растений называют хроматофорами.
Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Полагают, что хлоропласты произошли от древних эндосимбиотических цианобактерий (теория симбиогенеза). Основанием для такого предположения является сходство хлоропластов и современных бактерий по ряду признаков (кольцевая, «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, способ размножения).
Лейкопласты. Форма варьирует (шаровидные, округлые, чашевидные и др.). Лейкопласты ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует малочисленные тилакоиды. В строме имеются кольцевая «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, ферменты синтеза и гидролиза запасных питательных веществ. Пигменты отсутствуют. Особенно много лейкопластов имеют клетки подземных органов растения (корни, клубни, корневища и др.). Функция: синтез, накопление и хранение запасных питательных веществ. В зависимости от накопленных органических веществ различают амилопласты – лейкопласты, которые синтезируют и накапливают крахмал, элайопласты – масла, протеинопласты – белки. Кроме того, в одном и том же лейкопласте могут накапливаться разные вещества.
Хромопласты. Ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя или также гладкая, или образует единичные тилакоиды. В строме имеются кольцевая ДНК и пигменты – каротиноиды, придающие хромопластам желтую, красную или оранжевую окраску. Форма накопления пигментов различна: в виде кристаллов, липидных капель и др. Содержатся в клетках зрелых плодов, лепестков, осенних листьев, редко – корнеплодов. Хромопласты считаются конечной стадией развития пластид.
Функция: окрашивание цветов и плодов и тем самым привлечение опылителей и распространителей семян.
Все виды пластид могут образовываться из пропластид. Пропластиды – мелкие органоиды, содержащиеся в образовательных тканях зародыша семени. Поскольку пластиды имеют общее происхождение, между ними возможны взаимопревращения. Лейкопласты могут превращаться в хлоропласты (позеленение клубней картофеля на свету) и хромопласты (при созревании корнеплодов). Хлоропласты в темноте становятся лейкопластами, осенью, при разрушении хлорофилла – хромопластами (изменение окраски листьев связано с выявлением каротиноидов – пигментов желтого цвета ксантофиллов и оранжевых пигментов каротинов). Превращение хромопластов в лейкопласты или хлоропласты считается невозможным.
Строение и функции ядра. Как правило, эукариотическая клетка имеет одно ядро, но встречаются двуядерные (инфузории) и многоядерные клетки (опалина). Некоторые высокоспециализированные клетки вторично утрачивают ядро (эритроциты млекопитающих, ситовидные трубки покрытосеменных). Форма ядра обычно сферическая, диаметр от 3 до 10 мкм.
Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой из двух мембран, между которыми перинуклеарное пространство, узкая щель (15-40 нм), заполненная полужидким веществом. В некоторых местах мембраны сливаются друг с другом, образуя поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Наружная мембрана покрыта рибосомами и связана с мембранами гранулярной ЭПС, образуя единую систему сообщающихся каналов.
Кариоплазма (ядерный сок, нуклеоплазма) – внутреннее среда ядра, в которой располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. В состав ядерного сока входят различные белки (в том числе ферменты ядра), свободные нуклеотиды.
Хроматин – внутренние нуклеопротеидные структуры ядра, окрашивающиеся некоторыми красителями и отличающиеся по форме от ядрышка. Хроматин имеет вид глыбок, гранул и нитей. Химический состав хроматина: ДНК (30-45%), гистоновые белки (30-50%), негистоновые белки (4-33%), т. о. хроматин является дезоксирибонуклеопротеидным комплексом (ДНП). В зависимости от функционального состояния хроматина различают: гетерохроматин и эухроматин. Эухроматин – генетически активные, гетерохроматин – генетически неактивные участки хроматина. Эухроматин при световой микроскопии не различим, слабо окрашивается и представляет собой деконденсированные (деспирализованные, раскрученные) участки хроматина. Гетерохроматин под световым микроскопом имеет вид глыбок или гранул, интенсивно окрашивается и представляет собой конденсированные (спирализованные, уплотненные) участки хроматина. Хроматин – форма существования генетического материала в интерфазных клетках. Во время деления клетки (митоз, мейоз) хроматин преобразуется в хромосомы.
Функции ядра: хранение наследственной информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления, регуляция жизнедеятельности клетки путем регуляции синтеза различных белков, место образования субъединиц рибосом.
1 – равноплечая (метацентрическая) хромосома; 2 – неравноплечая (субметацентрическая) хромосома; 3 – резко неравноплечая (акроцентрическая) хромосома; 4 – одноплечая (телоцентрическая) хромосома; 5 – спутничная хромосома; 6 – хроматиды; 7 – центромера; 8 – теломеры; 9 – спутники; 10 – ядрышковые организаторы; 11 – гомологичные хромосомы.
Хромосомы – органоиды ядра, представляющие собой конденсированный хроматин и появляющиеся в клетке во время митоза или мейоза. Хромосомы и хроматин – различные формы пространственной организации дезоксирибонуклеопротеидного комплекса (ДНП), соответствующие разным фазам жизненного цикла клетки. Химический состав хромосом такой же, как у хроматина: ДНК до 40%, белки до 60%. Основу хроматиды составляет одна непрерывная двухцепочечная молекула ДНК,
длина ДНК одной хроматиды может достигать нескольких сантиметров. Понятно, что молекула такой длины не может располагаться в клетке в вытянутом виде, а подвергается укладке, приобретая определенную трехмерную структуру, или конформацию. Выделяют следующие уровни пространственной укладки ДНК и ДНП: нуклеосомный (накручивание ДНК на белковые глобулы – нуклеосомы). Каждая глобула, нуклеосома состоит из 8 гистоновых белковых молекул, ДНК делает вокруг нуклеосомы 1,75 оборота. Нуклеосомы спирально закручиваются, образуя нуклеосомную фибриллу; нуклеосомная фибрилла собирается в крупные сближенные петли, образуя хромонему, хромонема закручивается в суперспираль, образуя хроматиду. Хромосома перед делением клетки состоит из двух хроматид. В хромосоме различают первичную перетяжку, плечи хромосомы (части хромосомы по обе стороны от первичной перетяжки), теломеры (концевые участки плеч, защищающие хромосомы от слипания). Некоторые хромосомы имеют вторичные перетяжки, отделяющие часть хромосомы, называемую спутником (у человека пять пар хромосом имеют вторичные перетяжки). В области вторичных перетяжек копии генов, несущих информацию о строении рРНК, поэтому эти хромосомы называются ядрышкообразующими. По положению центромеры хромосомы делят на метацентрические (равноплечие), субметацентрические (неравноплечие), акроцентрические (резко неравноплечие), телоцентрические (одноплечие) и спутничные.
В процессе преобразования хроматина в хромосомы ДНП образует не только спирали и суперспирали, но еще петли и суперпетли. Поэтому процесс формирования хромосом, который происходит в профазу митоза или профазу 1 мейоза, лучше называть не спирализацией, а конденсацией хромосом.
Соматические клетки содержат диплоидный, двойной – 2n набор хромосом. Половые клетки – гаплоидный, одинарный – n. Диплоидный набор дрозофилы – 8, шимпанзе – 48, речного рака – 196 хромосом. Хромосомы диплоидного набора разбиваются на пары, хромосомы одной пары имеют одинаковое строение, размеры, набор генов и называются гомологичными.
Кариотип – совокупность признаков о числе, размерах и строении метафазных хромосом, характерных для вида.
Идиограмма – графическое изображение кариотипа. У представителей разных видов кариотипы разные, одного вида – одинаковые. Аутосомы – хромосомы, одинаковые для мужского и женского кариотипов. Половые хромосомы – хромосомы, по которым мужской кариотип отличается от женского. Кариотип человека (2n = 46, n = 23) содержит 22 пары аутосом и 1 пару половых хромосом. Половые хромосомы женщины – «ХХ», мужчины – «ХУ». Х-хромосома – субметацентрическая, У-хромосома – акроцентрическая.
Функции хромосом – хранение наследственной информации и передача генетического материала от материнской клетки к дочерним.
Ключевые термины и понятия
Основные вопросы для повторения
1. Строение митохондрий.
2. Ферменты внутренней мембраны митохондрий.
3. Происхождение и функции митохондрий.
4. Строение и функции хлоропластов.
5. Виды и функции лейкопластов и хромопластов.
6. Строение и функции ядра.
7. Строение и виды хромосом.
8. Основные уровни пространственной укладки ДНК в хромосоме.
