Какие органоиды имеют две мембраны что может свидетельствовать об их симбиотическом происхождении
Какие органоиды имеют две мембраны что может свидетельствовать об их симбиотическом происхождении
Подробное решение страница стр.149 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Захаров В.Б., Мамонтов С.Г. Углубленный уровень 2015
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ
Вопрос 1. Какими основными чертами строения характеризуется эукариотическая клетка?
Основной чертой эукариотической клетки является то, что ее генетический материал окружен оболочкой, состоящей из двух мембран, т. е. наличием ядра. Эукариотической клетке присущи внутренние мембраны и цитоскелет, образованный системой микротрубочек и белковых волокон.
Вопрос 2. Какие структуры клетки называют включениями? Приведите примеры.
Включениями называют непостоянные структуры цитоплазмы, которые, в отличие от органоидов, то возникают, то исчезают в процессе жизнедеятельности клетки. Чаще всего они выполняют роль резерва питательных веществ или являются продуктами жизнедеятельности структур клетки. Плотные включения называют гранулами (зерна крахмала или гликогена). Бывают и жидкие включения (капли жира).
Вопрос 3. Что лежит в основе структурной организации клетки?
Клетке присущ мембранный принцип строения. Это означает, что клетка состоит в основном из мембран, имеющих сходное строение, представленное бимолекулярным слоем фосфолипидов, в который на разную глубину с обеих сторон погружены разнообразные белковые молекулы.
Вопрос 4. Как устроены мембраны клетки?
Биологическая мембрана представляет собой бимолекулярный слой фосфолипидов, в который на разную глубину с наружной и внутренней стороны погружены разнообразные белковые молекулы. Толщина такой мембраны около 7,5 им. Некоторые молекулы белка пронизывают мембрану насквозь, образуя каналы — поры мембраны. Все клеточные мембраны имеют единый план строения и отличаются друг от друга только по составу входящих в них белков – ферментов, рецепторов и др.
Вопрос 5. Какие функции выполняет наружная цитоплазматическая мембрана?
Наружная цитоплазматическая мембрана выполняет ряд функций:
1. Барьерная. Наружная цитоплазматическая мембрана отделяет содержимое клетки от окружающей среды.
2. Транспортная. Через клеточную мембрану идет активный и пассивный перенос веществ н клетку и из нее.
З. Структурная. Наружная клеточная мембрана в многоклеточном организме обеспечивает контакт между лежащими рядом клетками. Является неотъемлемой и организующей частью всех клеток.
4. Рецепторная. На наружной поверхности мембраны расположены рецепторы гликопротеидной природы.
Вопрос 6. Какими путями осуществляется обмен веществ между клеткой и окружающей средой? Что такое пиноцитоз? Что такое фагоцитоз?
Перенос веществ через полупроницаемую клеточную мембрану может осуществляться как за счет пассивного, так и за счет активного транспорта. Пассивный транспорт представляет собой простую диффузию, проходящую по градиенту концентрации; идет без затрат энергии. Таким образом, в клетку могут попадать вещества с очень незначительной молекулярной массой. Это молекулы воды, отдельные катионы и анионы. Активный транспорт идет с затратой энергии и происходит посредством проникновения молекул и ионов через белковые поры клеточной мембраны. Например, катионы Na и К. Помимо этих путей крупные частицы могут поглощаться клеткой путем фаго- и пиноцитоза. В клеточной мембране образуется выпячивание, края которого смыкаются, захватывая жидкость в случае линоцитоза, или твердую частицу при фагоцитозе. Оба этих процесса также идут с затратами энергии.
Вопрос 7. Перечислите органоиды клетки и укажите их функции.
Перечислите органоиды клетки и укажите их функции.
Органоиды — постоянно присутствующие в цитоплазме, специализированные для выполнения определенных функций структуры. По принципу организации выделяют мембранные и немембранные органоиды клетки.
Мембранные органоиды клетки
1. Эндоплазматическая сеть (ЭПСС система внутренних мембран цитоплазмы, образующих крупные полости — цистерны и многочисленные канальцы; занимает центральное положение в клетке, вокруг ядра. ЭПС составляет до 50% объема цитоплазмы. Каналы ЭПС связывают все органоиды цитоплазмы и открываются в перинуклеарное пространство ядерной оболочки. Таким образом, ЭПС представляет собой внутриклеточную циркуляционную систему.
2. Аппарат Гольджи представляет собой систему цистерн, канальцев и пузырьков, образованных гладкими мембранами. Эта структура расположена на периферии клетки по отношению к ЭПС. На мембранах аппарата Гольджи упорядоченно расположены ферментные системы, участвующие и образовании более сложных органических соединений из белков, жиров и углеводов, синтезированных в ЭПС. Здесь происходит сборка мембран, образование лизосом. Мембраны аппарата Гольджи обеспечивают накопление, концентрацию и упаковку секрета, выделяемого из клетки.
3. Лизосомы – мембранные органоиды, содержащие до 40 протеолитических ферментов, способных расщеплять органические молекулы. Лизосомы участвуют в процессах внутриклеточного пищеварения и апоптоза (запрограммированной гибели клетки).
Немембранные органоиды клетки
4. Цитоскелет представлен системой белковых волокон и микротрубочек. Обеспечивает поддержание и изменение формы тела клетки, образование псевдоподий. Отвечает за амебоидное движение, образует внутренний каркас клетки, обеспечивает передвижение клеточных структур по цитоплазме.
Вопрос 8. В чём различие между гладкими и шероховатыми мембранами эндоплазматической сети?
Вопрос 9. Какие органоиды клетки содержат ДНК и способны к самовоспроизведению?
Полуавтономными органоидами клетки, содержащими ДНК и способными к самовоспроизведению, являются митохондрии и пластиды.
Органоиды клетки
Клеточная мембрана (оболочка)
Запомните, что в отличие от клеточной стенки, которая есть только у растительных клеток и у клеток грибов (она придает им плотную, жесткую форму) клеточная мембрана есть у всех клеток без исключения! Этот важный момент объясню еще раз 🙂 У клеток животных имеется только клеточная мембрана, а у клеток растений и грибов есть и клеточная стенка, и клеточная мембрана.
Интегральные (пронизывающие) белки образуют каналы, по которым молекулы различных веществ могут поступать в клетку или удаляться из нее. «Заякоренные» молекулы олигосахаридов на поверхности клетки образуют гликокаликс, который выполняет рецепторную функцию, участвует в избирательном транспорте веществ через мембрану.
Вирусы и бактерии не являются исключением: они взаимодействуют только с теми клетками, на которых есть подходящие к ним рецепторы. Так, вирус гриппа поражает преимущественно клетки слизистой верхних дыхательных путей. Однако, если рецепторов нет, то вирус не может проникнуть в клетку, и организм приобретает невосприимчивость к инфекции. Вспомните врожденный иммунитет: именно по причине отсутствия рецепторов человек не восприимчив ко многим болезням животных.
Итак, вернемся к клеточной мембране. Ее можно сравнить со стенами помещения, в котором, вероятно, вы находитесь. Стены дома защищают его от ветра, дождя, снега и прочих факторов внешней среды. Рискну предположить, что в вашем доме есть окна и двери, которые по мере необходимости открываются и закрываются 🙂 Так и клеточная мембрана может сообщать внутреннюю среду клетки с внешней средой: через мембрану вещества поступают в клетку и удаляются из нее.
Внутрь клетки с помощью осмоса поступает вода. Путем простой диффузии в клетку попадают O2, H2O, CO2, мочевина. Облегченная диффузия характерна для транспорта глюкозы, аминокислот.
Активный транспорт чаще происходит против градиента концентрации, в ходе него используются белки-переносчики и энергия АТФ. Ярким примером является натрий-калиевый насос, который накачивает ионы калия внутрь клетки, а ионы натрия выводит наружу. Это происходит против градиента концентрации, поэтому без затрат энергии (АТФ) не обойтись.
Фагоцитоз был открыт И.И. Мечниковым, который создал фагоцитарную теорию иммунитета. Это теория гласит, что в основе иммунной системы нашего организма лежит явление фагоцитоза: попавшие в организм бактерии уничтожаются фагоцитами (T-лимфоцитами), которые переваривают их.
В ходе эндоцитоза мембрана сильно прогибается внутрь клетки, ее края смыкаются, захватывая бактерию, пищевые частицы или жидкость внутрь клетки. Образуется везикула (пузырек), который движется к пищеварительной вакуоли или лизосоме, где происходит внутриклеточное пищеварение.
Клеточная стенка
Цитоплазма
Постоянное движение цитоплазмы поддерживает связь между органоидами клетки и обеспечивает ее целостность.
Прокариоты и эукариоты
Немембранные органоиды
Очень мелкая органелла (около 20 нм), которая была открыта после появления электронного микроскопа. Состоит из двух субъединиц: большой и малой, в состав которых входят белки и рРНК (рибосомальная РНК), синтезируемая в ядрышке.
Это органоиды движения, которые выступают над поверхностью клетки и имеют в основе пучок микротрубочек. Реснички встречаются только в клетках животных, жгутики можно обнаружить у животных, растений и бактерий.
Одномембранные органоиды
ЭПС представляет собой систему мембран, пронизывающих всю клетку и разделяющих ее на отдельные изолированные части (компартменты). Это крайне важно, так как в разных частях клетки идут реакции, которые могут помешать друг другу, что нарушит процессы жизнедеятельности.
Выделяют гладкую ЭПС и шероховатую ЭПС. Обе они выполняют функцию внутриклеточного транспорта веществ, однако между ними имеются различия. На мембранах гладкой ЭПС происходит синтез липидов, обезвреживаются вредные вещества. Шероховатая ЭПС синтезирует белок, так как имеет на мембранах многочисленные рибосомы (потому и называется шероховатой).
Модифицированные вещества упаковываются в пузырьки и могут перемещаться к мембране клетки, соединяясь с ней, они изливают свое содержимое во внешнюю среду. Можно догадаться, что комплекс Гольджи хорошо развит в клетках эндокринных желез, которые в большом количестве синтезируют и выделяют в кровь гормоны.
В комплексе Гольджи появляются первичные лизосомы, которые содержат ферменты в неактивном состоянии.
В ходе апоптоза ферменты лизосомы изливаются внутрь клетки, ее содержимое переваривается. Предполагают, что нарушение апоптоза в раковых клетках ведет к бесконтрольному росту опухоли.
Пероксисомы (микротельца) содержат окислительно-восстановительные ферменты, которые разлагают H2O2 (пероксид водорода) на воду и кислород. Если бы пероксид водорода оставался неразрушенными, это приводило бы к серьезным повреждениям клетки.
Трудно переоценить значение вакуолей в жизнедеятельности растительной клетки. Вакуоли создают осмотическое давление, придают клетке форму.
Примечательно, что по размеру вакуолей можно судить о возрасте клетки: молодые клетки имеют вакуоли небольшого размера, а в старых клетках вакуоли могут настолько увеличиваться, что оттесняют ядро и остальные органоиды на периферию.
Двумембранные органоиды
Оболочка ядра состоит из двух мембран и пронизана большим количеством ядерных пор, через которые происходит сообщение между кариоплазмой и цитоплазмой. Главными функциями ядра является хранение, защита и передача наследственного материала дочерним клеткам.
Замечу, что хромосомы видны только в момент деления клетки. Хромосомы представляют собой сильно спирализованные молекулы ДНК, связанные с белками.
Хромосомы отличаются друг от друга по строению, форме, размерам. Совокупность всех признаков (форма, число, размер) хромосом называется кариотип. Кариотип может быть представлен по-разному: существует кариотип вида, особи, клетки.
В связи с этим, митохондрия считается полуавтономным органоидом. Вероятнее всего, изначально митохондрии были самостоятельными организмами, однако со временем вступили в симбиоз с эукариотами и стали частью клетки.
Так же, как и митохондрии, пластиды относятся к полуавтономным органоидам: в них имеется кольцевидная ДНК (находится в нуклеоиде), рибосомы.
Пластиды, которые содержат пигменты каратиноиды в различных сочетаниях. Сочетание пигментов обуславливает красную, оранжевую или желтую окраску. Находятся в плодах, листьях, лепестках цветков.
Хромопласты могут развиваться из хлоропластов: во время созревания плодов хлоропласты теряют хлорофилл и крахмал, в них активируется биосинтез каротиноидов.
Не содержат пигментов, образуются в запасающих частях растения (клубни, корневища). В лейкопластах накапливается крахмал, липиды (жиры), пептиды (белки). На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласты и запускать процесс фотосинтеза.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
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.
Биология. 11 класс
§ 13-1. Двумембранные органоиды
Двумембранными органоидами клеток являются митохондрии и пластиды.
Митохондрии — органоиды, в которых протекает кислородный этап клеточного дыхания (этот процесс будет подробно рассмотрен в следующей главе). В ходе кислородного этапа с участием О2 происходит расщепление и окисление органических соединений до неорганических веществ. При этом выделяется много энергии, которая используется для синтеза большого количества АТФ. Поэтому митохондрии иногда называют «энергетическими станциями» клетки.
Митохондрии являются динамичными органоидами. Они способны изменять свою форму, сливаться друг с другом, делиться, перемещаться в участки клетки с повышенным потреблением энергии. Митохондрии скапливаются преимущественно в тех частях клетки, где выше потребность в АТФ, например вблизи органоидов движения или миофибрилл.*
Каждая митохондрия ограничена двумя мембранами — наружной и внутренней, между которыми находится межмембранное пространство (рис. 13-1.1). Наружная мембрана митохондрии гладкая, не образует впячиваний и складок. Она отделяет органоид от гиалоплазмы и обладает высокой проницаемостью для ионов и небольших молекул. Внутренняя мембрана характеризуется гораздо меньшей проницаемостью. Она образует многочисленные складки — кристы, которые значительно увеличивают площадь ее поверхности. Внутренняя мембрана митохондрий содержит большое количество белков. В ее состав входят, например, ферменты, обеспечивающие синтез АТФ.
Содержимое митохондрии, ограниченное внутренней мембраной, называется матриксом. В матриксе содержатся различные неорганические и органические вещества, в том числе разнообразные ферменты, а также кольцевые молекулы ДНК и все виды РНК. Следовательно, митохондрии содержат собственную генетическую информацию. В их матриксе также находятся рибосомы, в которых осуществляется реализация этой информации, т. е. синтез белков. Митохондриальные *70S* рибосомы меньше по размерам, чем рибосомы, содержащиеся в гиалоплазме клетки. *ДНК митохондрии кодирует лишь небольшую часть белков, необходимых для функционирования этого органоида. Большинство митохондриальных белков кодируется ДНК, расположенной в ядре клетки. Такие белки синтезируются в 80S рибосомах в гиалоплазме, а затем транспортируются в митохондрию.*
Главная функция митохондрий — обеспечение клетки энергией в виде АТФ. *В клетке происходит постоянное обновление митохондрий. Новые митохондрии образуются в результате деления материнских. Этот процесс, как правило, протекает независимо от деления клетки и определяется ее энергетическими потребностями. Когда потребности клетки в энергии высоки, митохондрии интенсивно растут и размножаются путем деления. Если потребление энергии низкое, часть митохондрий может разрушаться или переходить в неактивное состояние.*