4.2. Органеллы клеток

Примерно половина объема клетки занята органеллами. Органелла – специализированная субклеточная частица, выполняющая определенную функцию, например, ядро, эндоплазматический ретикулум (ЭР), аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии и др.

ЭР - система мембран, формирующих цистерны и каналы, разделяющие цитоплазму клетки на изолированные пространства или компартменты. Это необходимо, главным образом, для того, чтобы разделить множество параллельно идущих реакций. Мембраны ЭР служат местом протекания биосинтетических процессов. Выделяют шероховатый (Ш) и гладкий ЭР. Мембраны ШЭР содержат на своей поверхности рибосомы, на которых синтезируются белки, и представляют собой совокупность уплощенных мешочков. Строение гладкого ЭР ближе к трубчатому, и одна из основных его функций – синтез липидов. Помимо этого, каналы ЭР служат внутриклеточной системой переноса и распределения веществ. В зависимости от функционального состояния клетки мембраны ЭР подвергаются процессам сборки и разборки. Кроме того, эндоплазматическая сеть служит местом образования цистерн аппарата Гольджи.

Аппарат Гольджи (пластинчатый комплекс) представляет собой стопку из 5…30 уплощенных канальцев (цистерн) и связанных с ним пузырьков. Часто при описании трехмерной структуры аппарата Гольджи говорят, что он напоминает стопку блинов. У него выделяют наружную, обращенную к плазмалемме, и внутреннюю, соединенную с ЭР, поверхности. Функция данного органоида – транспорт и химическая модификация поступающих в него веществ. Кроме того, пластинчатый комплекс содержит собственные системы синтеза сложных углеводов из простых сахаров. Аппарат Гольджи представляет собой динамическую структуру, участвующую в потоке клеточных мембран. Он является промежуточным звеном между мембранами ЭР и плазмалеммой (наружная часть комплекса расходуется в процессе отшнуровывания пузырьков, а внутренняя постепенно формируется эндоплазматическим ретикулумом).

Рибосомы - мелкие органеллы, представленные глобулярными частицами диаметром порядка 20 нм, состоящими из двух субъединиц неравного размера – большой и малой. В состав рибосом входят белки и рибосомная РНК (рРНК), синтезируемая в ядрышке. Рибосомы могут либо свободно находиться в цитоплазме, либо прикрепляться к ЭР. На них происходит синтез белковых молекул (см. п.3.3.).

Митохондрии - в большинстве случаев палочковидной формы органоиды, размером несколько микрометров. Их содержимое – матрикс – окружено двумя мембранами. Внутренняя мембрана образует многочисленные гребневидные складки, называемые кристами (рис. 4.2). Митохондрии содержат мультиферментные системы, рибосомы и небольшое количество ДНК, чаще всего в виде кольцевых молекул. Митохондрии называют «энергетическими станциями» клетки, так как в них образуются молекулы АТФ, аккумулирующие энергию в виде химических связей. Митохондрии способны размножаться путем деления или отшнуровывания мелких фрагментов. Количество их в клетке зависит от функционального состояния и энергетических потребностей.

Рис. 4.2. Строение митохондрии

Лизосомы - мембранные пузырьки, содержащие литические ферменты гидролазы - протеазы, липазы, фосфотазы. Ферменты лизосом могут переваривать как поступившие в клетку путем эндоцитоза продукты, так и отдельные составные части клетки (а иногда ее целиком (автолиз). Лизосомы, отшнуровывающиеся от аппарата Гольджи, куда поступают ферменты, синтезированные в ЭР, называются первичными лизосомами. Они могут сливаться с пузырьками эндоцитоза или мембранами, окружающими ненужную структуру, образуя вторичные лизосомы, в которых происходит процесс переваривания и лизис содержащихся в них продуктов.

Пероксисомы, или микротельца, содержат фермент (каталазу), катализирующий разложение пероксида водорода на воду и кислород. Они окружены одинарной мембраной и имеют диаметр 0,3…1,5 мкм.

Микротрубочки — трубчатые структуры цитоплазмы, состоящие из субъединиц глобулярного белка (тубулина), диаметром 10…25 нм. В клетке может происходить их сборка и разборка (например, при образовании веретена делений). Микротрубочки выполняют ряд функций, главными из которых являются: образование внутреннего каркаса, поддержание формы, образование нитей веретена деления. Кроме того, они могут служить направляющими при перемещении различных органелл, входить в состав ресничек и жгутиков.

Микрофиламенты - еще более тонкие, чем микротрубочки, нитевидные структуры (их диаметр около 7 нм), также состоящие из субъединиц белка (в основном актина) и подвергающиеся постоянной сборке-разборке. Микрофиламенты участвуют в создании тока цитоплазмы, в процессах движения клеток, а также эндо- и экзоцитозе.

Центриоли (у животных клеток) - мелкие полые цилиндры (длиной 0,4 мкм и около 0,2 мкм в диаметре), состоящие из 9 триплетов микротрубочек. В клетке два таких цилиндра, располагающихся перпендикулярно друг другу, лежат недалеко от ядра. При делении ядра эти структуры удваиваются и играют роль центров организации сборки нитей веретена.

Описание структуры, за исключением центриолей, характерно как для животных, так и для растительных клеток. Тем не менее между животными и растительными клетками существует ряд различий.