Клеточные органеллы

В 1833 г. английский ботаник Роберт Браун обнаружил в растительных клетках плотные округлые тельца и назвал их ядрами. Позднее было установлено, что ядро присутствует во всех растительных и животных клетках (рис. 7). В масштабах клетки это самое крупное структурное образование, имеющее объемно-шаровидную или яйцевидную форму, размеры которого колеблются от 2 до 100 мкм. Ядро имеет оболочку, состоящую из двух мембран: наружной и внутренней. Наружная мембрана переходит в эндоплазматический ретикулум.

Рис. 7. Ядро клетки

Ядерная оболочка пронизана порами диаметром 80-90 нм. Через поры осуществляется транспорт нуклеиновых кислот, белков и метаболитов между ядерным пространством (нуклеоплазмой) и цитоплазмой. Количество пор зависит от функционального состояния клетки. Чем выше синтетическая активность в клетке, тем больше их число.

В нуклеоплазме (ядерном соке) располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. По химическому составу ядерный сок состоит из ионов, ферментов и нуклеотидов. Кроме того, в его состав входят нитчатые (фибриллярные) белки, выполняющие опорную функцию. Ядерный сок обеспечивает нормальное функционирование генетического материала. В ядрышке происходит образование и созревание рибосомальных РНК (рРНК). Хроматин представлен в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме, и является интерфазной формой существования хромосом клетки. Он состоит из витков ДНК, соединенных с белками-гистонами, в которой закодирована наследственная информация клетки или всего организма. Главные функции клеточного ядра: хранение информации; передача информации в цитоплазму с помощью транскрипции, т. е. синтез переносящей информацию мРНК и передача информации дочерним клеткам при репликации - делении клетки и ядер.

Рибосомы

Это округлая органелла, состоящая из белков и нуклеиновых кислот, диаметром 20-30 нм. Их функция – биосинтез белка.

Рис. 8. Цепочки рибосом - полисомы

Каждая рибосома состоит из двух субчастиц: большой и малой, образующих два типа рибосом – 80S рибосомы, обнаруженные в клетках эукариот, и 70S рибосомы – в клетках прокариот. В клетке рибосомы могут либо свободно располагаться, либо быть локализованными на мембранах шероховатого ЭР (рис. 8). При синтезе белка рибосомы образуют вдоль м-РНК цепи рибосом – полисомы.

Митохондрии

Рис. 9. Строение митохондрии

Это структуры округлой или палочковидной, реже ветвящейся формы толщиной 0,5 мкм и длиной 5-10 мкм. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран, различающихся по химическому составу, набору ферментов и функциям. Внутренняя мембрана образует впячивания – кристы, на которых содержатся компоненты е-транспортной цепи и АТФ-синтеза (рис. 9). Пространство, ограниченное внутренней мембраной, составляет матрикс органеллы, в котором накапливаются ионы Са²⁺, Mg²⁺, полисахариды и размещен собственный аппарат биосинтеза белка. По одной из гипотез митохондрии когда-то были самостоятельными существами, напоминающими бактерии. Проникнув в клетку, они вступили с ней в мутуалистический симбиоз, придав ей способность к аэробному дыханию.

Главная функция митохондрий – объединение энергии, выделяющейся при окислении субстратов, и образование АТФ, аккумулирующей энергию в макроэргических связях. Побочные функции: участие в синтезе стероидных гормонов и некоторых аминокислот.

Лизосомы

Это окруженные одинарной мембраной специфические образования диаметром 0,2 – 0,5 мкм, содержащие гидролитические ферменты в высоких концентрациях. Лизосомы в комплексе с ферментами-гидролазами осуществляют разложение и переваривание биополимеров (нуклеиновых кислот, белков, жиров, полисахаридов) (рис.10).

Рис. 10. Лизосомы

При повреждении лизосом происходит растворение клетки, т.к. ферменты выходят в цитоплазму. Синтез гидролаз происходит на шероховатом ЭР, затем они поступают в аппарат Гольджи, где подвергаются необходимым превращениям и отделяются от него в виде первичных лизосом. В растительной клетке функцию лизосом выполняет крупная центральная вакуоль.

Микротельца. Пероксисомы

Микротельца составляют сборную группу органелл. Это ограниченные одной мембраной пузырьки диаметром 0,1-1,5 мкм с белковым матриксом. К этой группе относятся пероксисомы. Они содержат ферменты оксидазы, катализирующие образование пероксида водорода, который, будучи токсичным, разрушается затем под действием фермента пероксидазы. Эти реакции включены в различные метаболические циклы.

Сферосомы

Это мембранные пузырьки в клетках растений. Они образуются из элементов ЭР. По форме и размерам сферосомы сходны с лизосомами, внутри находится белковый матрикс. Основная функция – накопление масел.

Вакуоль

Вакуоль – это органоид, характерный для растительных клеток. Вакуоль окружена одинарной мембраной (тонопласт) и представляет собой своеобразный клеточный «насос», осуществляющий осморегуляцию.

У молодых клеток растений может быть несколько мелких вакуолей, которые по мере роста и дифференцировки клетки сливаются друг с другом и образуют одну или несколько крупных вакуолей, занимая иногда до 90% объема клетки (рис. 11).

Рис. 11. Вакуоль

Ее функции: хранилище клеточного сока, в котором содержатся различные соли, витамины, сахара, растворимые белки, кислород, пигменты и даже ядовитые для клетки продукты обмена; поддерживает тургор; придает окраску цветкам за счет пигментов; играет роль лизосом; содержит запасные питательные вещества.

Пластиды

Эти органоиды, присущие только растительным клеткам, окружены двойной мембраной. По цвету и выполняемым функциям различают три типа пластид.