Двомембранні компартменти.

Ядро, мітохондрії та хлоропласти оточені подвійною мембраною. Звичайно транспорт речовин при такій будові набуває певних особливостей, якщо врахувати, що більшість сполук синтезується поза цими органоїдами. В компартментах з подвійною мембраною розрізнюють дві порожнини: проміжок між зовнішньою та внутрішньою мембранами – міжмембранний простір та більш крупний внутрішній компартмент, який утворює порожнину органоїда.

Таким чином транспортовані речовини повинні послідовно пройти через зовнішню мембрану, міжмембранний простір, внутрішню мембрану і потрапити до порожнини внутрішнього компартменту. В кожній з цих структур залишаються необхідні їм речовини. Зовнішня та внутрішня мембрани мають різні набори мембранних білків і виконують різні функції. В деяких ділянках мембрани зближуються і утворюють зони злипання, що значно полегшує транспорт крізь обидві мембрани.

Мітохондрії.Мітохондрії та хлоропласти відносять до “енергетичних” органоїдів. Саме на них клітина синтезує АТФ з АДФ, використовуючи енергію органічних сполук або сонячних променів. Мітохондрії досить крупні органоїди (від 0,5 до 1 мкм) і були описані ще в ХІХ столітті, але справжнє їх вивчення почалося лише після 1948 року. На цей час були розроблені спеціальні методи дослідження ізольованих структур.

На фотографіях та схемах мітохондрії зображені як видовжені нерухомі циліндри. Але при прижиттєвих спостереженнях клітини вони рухливі та пластичні. Їх кількість в різних клітинах різна. Найбільше мітохондрій в клітинах печінки та серцевого м’яза, тобто там, де йде найбільше споживання енергії.

Подвійна мембрана відіграє центральну роль у функціонуванні цих компартментів. Порожнина між мембранами утворює міжмембранний простір, а внутрішня мембрана оточує внутрішню область – матрикс. Зовнішня мембрана містить переважно транспортні білки і проникла для більшості молекул. Рідина міжмембранного простору за складом схожа з гіалополазмою (цитозолем). Внутрішня мембрана майже непроникна для іонів і утворює чисельні вирости – кристи, завдяки чому її поверхня збільшується в 5 разів. Разом з матриксом вона складає основну робочу частину мітохондрії (рис. 41).

Рис. 41. Схема будови мітохондрії. Звичайно ця схема узагальнена, а в дійсності мітохондрії мають різноманітні варіанти розмірів, форм, кількості крист тощо.

До складу внутрішньої мембрани та матриксу входять спеціальні ферменти, які здійснюють каталіз процесів клітинного дихання. Мітохондрії мають власну ДНК і рибосоми, що забезпечує синтез власних білків.

Часто мітохондрії називають “енергетичними” або “силовими” станціями клітини. Саме тут відбуваються складні біохімічні перетворення пов’язані з вивільненням та фіксацією енергії в макроергічних зв’язках АТФ. Джерелом енергії є цукри та жирні кислоти, які окислюються до СО₂ і Н₂О.

Хлоропласти як і мітохондрії, активно синтезують АТФ. Замість “спалювання” вуглеводів та ліпідів, як в мітохондріях, джерелом енергії тут є сонячне світло. Можна було б передбачити, що і будова цих двох органоїдів буде принципово різна. Але сучасні методи дослідження показали, що навпаки, організація мітохондрій і хлоропластів така ж сама і АТФ синтезується однаковим способом.

Розміри хлоропластів коливаються в межах від 4 до 5 мкм. Їх зовнішня мембрана також добре проникла і навпаки, внутрішня мембрана менш проникла. Міжмембранний простір вузький. Внутрішня мембрана оточує внутрішній простір – строму, який аналогічний матриксу мітохондрій. Але на відміну від мітохондрій в стромі хлоропластів існує третя мембранна структура у вигляді мішечків – тилакоїди. Порожнини тилакоїдів з’єднані між собою і утворюють тилакоїдний простір, які відокремлюються від строми тилакоїдною мембраною. Молекули хлорофілу вмонтовані в мембрани тилакоїдів. Тилакоїди зібрані в стопки, які схожі на стопки монет. Такі стопки називаються грани. Окремі грани з’єднані між собою тилакоїдами строми або ламелами (рис.42). На світлі хлоропласти нагромаджують крохмальні зерна та краплі жиру, які зникають за 24 години перебування в темряві. Через 3 – 4 години на світлі вони виникають знов.

Рис.42. Схема будови хлоропласту. В будові хлоропластів та мітохондрій багато спільного. Спробуйте відмітити риси такої спільності. Чим це можна пояснити?

Порівнюючи будову мітохондрій та хлоропластів можна сказати, що хлоропласти є збільшеними мітохондріями, в яких кристи відділилися від внутрішньої мембрани і утворили систему тилакоїдів. Хлоропласти також мають власну ДНК та рибисоми.

Крім хлоропластів в рослинних клітинах існують інші схожі структури, які об’єднують під загальним терміном пластиди. В залежності від пігменту, який переважає в пластидах, розрізнюють зелені пластиди – хлоропласти, червоні та жовті – хромопласти і безбарвні – лейкопласти.

Хромопласти (від грецьк. chroma – колір) не мають хлорофілу, а нагромаджують каратиноїди жовтого, оранжового та червоного забарвлення. Ці органоїди утворюються з хлоропластів, які втрачають хлорофіл та внутрішні мембрани і їх вміст заповнюється каратиноїдами. Це відбувається, наприклад, при дозрівання плодів. Функції хромопластів точно невідомі.

Лейкопласти – це непігментовані пластиди. Відомо, що деякі з них синтезують крохмаль, а інші білки та ліпіди. На світлі лейкопласти здатні перетворюватися в хлоропласти.

Мітохондрії та пластиди мають схожу будову. Таку ж саму структуру мають і сучасні ціанобактерії. Вважають, що в процесі еволюції подібні бактерії були захоплені еукаріотичними клітинами і вступили з ними в сімбіоз. Наприклад, пластиди здатні до самостійного розмноження шляхом простого поділу навпіл, чим дуже нагадують поділ бактерій. Рибосоми цих компартментів також схожі на бактеральні. Вони менші за розмірами в порівнянні з рибосомами ЕПР. ДНК також схожа з нуклеоїдом бактерій.

Ядро. Це найбільш помітна структура в еукаріотичній клітині. Вперше ядро описав Я.Пуркіня в 1830 році, а назву ’’Nucleus” в 1833 році запропонував Р. Броун.

Ядро отчене подвійною мембраною – ядерною оболонкою. Ця оболонка пронизана ядерними порами – спеціальними отворами досить складної будови. Крізь пори вільно транспортуються крупні молекули і речовини, наприклад, рибосоми. Зовнішня мембрана ядерної оболонки безпосередньо зв’язнана з ЕПР і разом становлять окремий його відділ.

Під ядерною оболонкою розташований ущільнений білковий шар, який називається ядерною ламіною (пластинкою). Ламіна надає ядру форми і відіграє важливу роль в процесах клітинного поділу (рис.43).

Вміст ядра заповнений основною речовиною – нуклеоплазмою (або каріоплазмою). В нуклеоплазмі розрізнюють тонкі нитки та глибки хроматину. Хроматин складається з ДНК, що пов’язана із спеціальними білками – гістонами. Під час поділу клітини хроматин ущільнюється і конденсується у хромосоми. Кількість хромосом є сталою для різних організмів. Так клітини капусти містять 20 хромосом, пшениці – 42, людини – 46, а один з видів папоротей – 1250. Статеві клітини містять половинний або гаплоїдний набір хромосом, соматичні (клітини тіла) – диплоїдний. Клітини з більш ніж подвійним набором називають поліплоїдними.

В ядрі можна побачити, навіть в оптичний мікроскоп, сферичні утвори – ядерця. Звичайно їх в ядрі одне або кілька. Ядерця містять велику кількість ДНК і РНК. Розрізнюють щільну ділянку, де прикріплюються хромосоми і яка носить назву ядерцевого організатора. В ядерцях синтезується рибосомна РНК і завершується зборка самих рибосом.

Рис. 43. Схематична будова ядра еукаріотичної клітини. В клітині, яка не ділиться хромосоми знаходяться в деспіралізованому вигляді. На забарвлених препаратах в нуклеоплазмі помітні лише темні глибки хроматину.

Ядро виконує дві важливі функції: 1) контролює життєдіяльність клітини, керуючи синтезом білку; 2) зберігає генетичну інформацію і передає її дочірнім клітинами під час поділу.

Поиск по сайту: