органоиды животной клетки

Органоиды животной клетки
То, что мы знаем – ограниченно,
А то, что мы не знаем – бесконечно.
Лаплас
Автор:
Фомина Татьяна Владимировна,
учитель биологии, лицея № 28 имени
Н. А. Рябова
«Клетка
– это своего
рода атом в биологии»
Английский биофизик и биохимик
Джон Кендрю
Изучение клеточного строения было
начато микроскопистами 17 в. Р.Гук,
М.Мальпиги, А. Левенгук; в 19 в.
бала создана единая для всего мира
клеточная теория (Т. Шванн,
М. Шлейден 1839 г.). В 20 в.
быстрому прогрессу цитологии
способствовали новые методы
(электронная микроскопия,
изотопные индикаторы,
культивирование клеток и др.)
Компоненты клетки
Клеточная мембрана
Компоненты клетки
Цитоплазма
Отграниченная от внешней среды клетки
полужидкая среда, представляющая собой
коллоидный раствор различных солей и
органических веществ.
Функция: цитоплазма объединяет в одно
целое ядро и все органоиды, обеспечивает их
взаимодействие
Компоненты клетки
Ядро
Самая заметная и обычно
наиболее крупная структура
эукариотической клетки.
Ядро имеет округлую или
овальную форму. Размеры
ядра колеблются от 1мкм (у
простейших) до 1 мм (в
яйцах рыб и земноводных).
В клетках большинства эукариот содержится одно ядро. Изредка
встречаются двуядерные клетки (клетки печени, инфузории).
Многоядерные клетки характерны для поперечнополосатых мышечных
волокон, некоторых грибов, водорослей. Некоторые клетки
(эритроциты, зрелые клетки ситовидных трубок) не имеют ядра.
Функции ядра
1. Контролирует все процессы жизнедеятельности клетки.
2. Определяет состав и регулирует скорость синтеза
белков.
3. Хранит генетическую информацию и передает ее
дочерним клеткам в процессе клеточного деления.
Ядро
В состав ядра входят ядерная оболочка, кариоплазма и ядрышко.
Строение ядра
Ядерная оболочка (кариолемма)
состоит из двух мембран, разделенных
перинуклеарным пространством.
Внешняя (наружная) ядерная
мембрана связана с мембранами
шероховатой ЭПС и, подобно ей,
усеяна рибосомами, участвующими в
синтезе белков. К внутренней
мембране ядерной оболочки
примыкает пластинка, состоящая из
промежуточных филаментов –
ядерная ламина, которая
поддерживает мембрану и
обеспечивает упорядоченное
положение хроматина в ядре
Ядро
По всей поверхности ядерной мембраны расположены ядерные поры,
число которых может достигать 3000-4000. Через ядерные поры из
цитоплазмы в ядро транспортируются крупные молекулы белков, входящие
в состав хромосом и регулирующие активность генов, а также белкиферменты, участвующие в синтезе ДНК и РНК. Из ядра в цитоплазму
выходят разные виды РНК, а также малые и большие субъединицы
рибосом
Функции ядерной оболочки
1. Обеспечивает относительную изоляцию содержимого
ядра.
2. Предохраняет ядерную ДНК от воздействия жесткого
цитоскелета и разрушительных ферментных систем
цитоплазмы.
3. Осуществляет обмен веществ между ядром и
цитоплазмой.
Ядро
Кариоплазма (нуклеоплазма, ядерный сок) представляет
собой желеобразный раствор белков, нуклеотидов, ионов,
хроматина и ядрышка. В кариоплазме располагается ядерный
матрикс, состоящий из белковых фибрилл, толщиной 2-3 нм,
связанных с ламиной, которые образуют единую систему
кариоскелета
Функции кариоскелета:
1. Поддерживает форму ядра.
2. Обеспечивает
определенное
расположение хромосом в
пространстве.
Ядро
Ядрышко – небольшое округлое тельце, состоящее из
созревающих субъединиц рибосом и фибрилл ядерного матрикса,
соединенных с определенными участками хромосом, несущих
множество копий генов рРНК. Такие участки хромосом называются
ядрышковыми организаторами. Ядрышко обнаруживается только
в неделящихся клетках и исчезает в профазе митоза
Функции ядрышка:
1. Синтез рРНК.
2. Сборка субъединиц
рибосом.
Строение ядра
Хроматин (греч. chroma – цвет, окраска) – это деспирализованная
форма существования хромосом в неделящемся ядре. Его
химическую основу составляет дезоксирибонуклеопротеин –
комплекс ДНК с белками. Выделяют несколько уровней
спирализации хроматина: нуклеосомный, нуклеомерный и
хромонемный
Уровни организации хроматина
Нуклеосомная
фибрилла хроматина
напоминает нить бус, в
которой каждая бусина,
называемая
нуклеосомой,
образована ДНК,
состоящей из 140 пар
нуклеотидов, навитых на
белковую сердцевину,
включающую восемь
молекул белков-гистонов.
Диаметр нуклеосом 10
нм. Нуклеосомная нить
способна к репликации и
транскрипции
Уровни организации хроматина
Нуклеомерный
уровень –
нуклеосомная нить
сворачивается с
образованием
элементарной
хроматиновой
фибриллы, имеющей
диаметр 30 нм. Реакции
матричного синтеза
невозможны.
Уровни организации хроматина
Хромонемный уровень
– обеспечивается
укладкой хроматиновой
фибриллы в петли –
петлевые домены,
которые прикрепляются
к ламине и белкам
ядерного матрикса с
образованием
интерфазной
хромонемы, имеющий
диаметр 300 нм
Выделяют две разновидности хроматина – деконденсированный
эухроматин и конденсированный гетерохроматин. Эухроматин содержит
ДНК, на которой идут процессы транскрипции. Гетерохроматин не
транскрибируется, однако часть его может деспирализоваться и переходить в
эухроматин. Вступление клетки в митоз или мейоз сопровождается
суперспирализацией хроматина и образованием хромосом. Этот процесс
начинается в профазе и достигает максимума в метафазе
Строение ядра
Хромосома
Каждая метафазная хромосома
состоит из двух сестринских
хроматид. Хроматиды –
структурные элементы
хромосомы, содержащие
идентичные молекулы ДНК,
образующиеся при репликации
ДНК в синтетический период
жизненного цикла клетки.
Хроматиды соединены
центромерами (первичными
перетяжками). Участки от
центромеры до концов
хромосомы называются
плечами
Строение хромосомы
Эндоплазматическая сеть или
эндоплазматический ретикулум
Разветвленная система
полостей и каналов,
ограниченных одинарной
мембраной. На долю ЭПС
приходится 50 % площади
всех клеточных мембран.
ЭПС разделяет цитоплазму
на отдельные отсеки
(компартменты), в которых
могут протекать не
совместимые друг с другом
химические процессы
Эндоплазматическая сеть или
эндоплазматический ретикулум
Схема гранулярной ЭПС
1. рибосомы; 2. цистерны
Гранулярная ЭПС имеет на
наружной стороне мембраны
рибосомы и полисомы. Их
присоединение осуществляется с
помощью белков – рибофоринов.
Полость гранулярной ЭПС
сообщается с перинуклеарным
пространством, а мембрана ее
связана с наружной мембраной
ядра.
Электронная
микрофотография ЭПС
Эндоплазматическая сеть или
эндоплазматический ретикулум
Гранулярная (а) и гладкая (б) ЭПС
Гладкая ЭПС не имеет рибосом.
Она состоит из сильно ветвящихся
канальцев и мелких вакуолей
диаметром 50-100 нм и
происходит, по-видимому, от
гранулярной ЭПС. Гладкая ЭПС
наиболее развита в клетках с
интенсивным жировым и
углеводным обменом (клетки
сальных желез, клетки печени,
осуществляющие синтез
гликогена). Гладкая ЭПС
находится в мышечных волокнах,
она входит в состав
саркоплазматической сети,
которая, накапливая и выбрасывая
ионы кальция, вызывает
мышечное сокращение
Функции ЭПС
1. Осуществляет упорядоченный обмен веществ между различными
компартментами клетки, благодаря чему клетка работает как
единая система.
2. В рибосомах гранулярной ЭПС синтезируются секреторные белки,
белки лизосом и внеклеточного матрикса, а также большинство
мембранных белков и фосфолипидов.
3. Гранулярная ЭПС служит «фабрикой» мембран для плазмалеммы,
аппарата Гольджи и лизосом.
4. Гладкая ЭПС является «фабрикой» для синтеза липидов и многих
углеводов.
5. Гладкая ЭПС осуществляет детоксикацию (обезвреживание)
ядовитых веществ, подлежащих удалению.
Рибосомы
Строение рибосомы:
1 — малая субъединица;
2 — иРНК;
3 — тРНК;
4 — аминокислота;
5 — большая субъединица;
6 — мембрана
эндоплазматической сети;
7 — полипептидная цепь
Мелкие (15-30 нм) немембранные органоиды, встречаются в клетках всех
живых организмов. Количество рибосом может достигать нескольких
миллионов. Активно работающая рибосома имеет округлую или грибовидную
форму и состоит из двух субъединиц: малой субъединицы (1), связывающей
иРНК, и большой субъединицы (5), катализирующей образование пептидных
связей между аминокислотами. В состав рибосомы эукариотов входит 80
молекул белка и 4 молекулы рРНК
Рибосомы
рРНК синтезируется на ДНК ядрышка, где соединяясь с белками,
образует малые и большие субъединицы рибосомы. Обе субъединицы по
отдельности через ядерные поры транспортируются из ядра в
цитоплазму, где происходит окончательное формирование зрелых
рибосом. Большая часть рибосом связана с мембранами ЭПС
Процесс трансляции
На одной цепи иРНК
могут находится
несколько рибосом,
при этом каждая
рибосома участвует в
синтезе белка. Такая
структура называется
полирибосомой или
полисомой
Функции рибисомы
1.Рибосомы связанные с мембранами ЭПС синтезируют
мембранные белки клетки, ферменты лизосом, белки
которые предназначены на экспорт.
2.Рибосомы, находящиеся в цитоплазме в свободном
состоянии, вырабатывают белки для нужд самой
клетки.
Митохондрии
Микрофотография митохондрии
Крупные мембранные
органоиды, которые можно
различить в световой
микроскоп. Имеют округлую,
удлиненную или
нитевидную формы.
Количество митохондрий в
клетке колеблется в
широких пределах (от 1 до
100 000) и зависит от
потребностей клетки в
энергии
Митохондрии
Митохондрии окружены двумя
мембранами, наружной (1) и
внутренней (2), между которыми
располагается узкое (10-20 нм)
перимитохондриальное
пространство. Наружная
мембрана гладкая и по своему
составу сходна с плазмалеммой.
Внутренняя мембрана
ограничивает полость
митохондрий –
митохондриальный матрикс (4)
и образует направленные внутрь
впячивания – кристы (лат.
гребень) (3). В нее встроены
ферментные системы транспорта
электронов и ферменты,
синтезирующие АТФ. Она
непроницаема для ионов
(протонов)
Митохондрии
В матриксе содержатся
кольцевые молекулы
митохондриальной ДНК,
различные включения,
молекулы мРНК, тРНК и
рибосомы.
Образуются митохондрии
путем деления, внутреннего
и наружного почкования
Функции митохондрий
1. В матриксе протекают реакции окислительного расщепления
основных органических веществ, реакции образования ацетил
кофермента А и цикл Кребса.
2. Во внутренней мембране происходит перенос электронов от
водорода на кислород и синтез АТФ – основного источника
энергии для обеспечения жизнедеятельности клетки. Поэтому
митохондрии называют «энергетическими станциями» клетки.
3. В митохондриях клеток надпочечников синтезируются
стероидные гормоны.
Аппарат Гольджи или комплекс Гольджи
итальянский врач и учёный,
лауреат Нобелевской
премии по физиологии и
медицине в 1906 году
(совместно с Сантьяго
Рамон-и-Кахалем)
Камилло Гольджи
Аппарат Гольджи или комплекс Гольджи
Пластинчатый комплекс, расположенный вблизи ядра, между ЭПС и
плазмалеммой. Его структурно-функциональная единица –
диктиосома представляет собой стопку из 5-20 плоских
одномембранных мешочков (цистерн), внутренние полости которых
не сообщаются друг с другом. По периферии диктиосомы образуют
канальца, вздутия и пузырьки
Аппарат Гольджи или комплекс Гольджи
Микрофотография комплекса
Гольджи
Аппарат Гольджи –
полярная структура. На
внутреннюю, обращенную к
ядру, поверхность
диктиосом поступают
мембранные пузырьки с
продуктами синтеза ЭПС.
От наружной, вогнутой их
стороны отпочковываются
пузырьки, направляющиеся
к различным органоидам
клетки и плазмалемме
Функции аппарата Гольджи
1. Осуществляет транспортную и секреторную
функции.
2. Участвует в восстановлении клеточных мембран.
3. Синтез сложных молекул гликопротеинов,
липопротеинов, полисахаридов.
4. Синтез первичных лизосом.
Лизосома
Структура лизосом
Мембранные органеллы клеток
животных и грибов, содержащие
гидролитические ферменты и
осуществляющие внутриклеточное
пищеварение. Это окруженные
одинарной мембраной пузырьки,
размеры от 0,2 до 0,5 мкм. В
лизосомах содержится более 40
гидролитических ферментов,
которые расщепляют БЖУ,
нуклеиновые кислоты. Ферменты
лизосом активны только в кислой
среде, где рН=5,0
Работа лизосом
Явление фагоцитоза открыто И. И. Мечниковым в 1882 году
Лизосома
Схема переваривания пищевой
частицы при участии лизосомы
Ферменты лизосом
синтезируются в ЭПС и
переносятся в комплекс Гольджи,
где включаются в состав
пузырьков – первичных
лизосом. Ферменты,
содержащиеся в первичных
лизосомах, находятся в
неактивном состоянии. Их
активация происходит во
вторичных лизосомах,
образующихся при слиянии
первичных лизосом и эндосом
(фагосом), с заключенными в
них веществами, подлежащими
расщеплению. В случае
неполного переваривания
материала вторичные лизосомы
превращаются в остаточные
тельца. Их накопление в клетке
указывает на ее старение
Функции лизосом
1. Гетерофагия – процесс переваривания внеклеточных веществ,
захваченных путем эндоцитоза (способ питания одноклеточных
организмов, лейкоцитов, макрофагов).
2. Аутофагия – процесс, в результате которого, клеточные структуры,
выработавшие свой ресурс, или продукты распада разрушаются до
простейших органических соединений, способных вступать в реакции
обмена. Осуществляется в ауатофаголизосомах, образующихся при
слиянии первичных лизосом с мембранными пузырьками, несущими
продукты или структуры клетки, подлежащие перевариванию. Эти пузырьки
называются аутофагосомами. Например: в клетках печени человека в
течение недели заменяется половина содержащихся в них молекул.
3. Автолиз – процесс разрушения органов. Например: в процессе онтогенеза
лягушки лизируются хвост и жабры головастика, а образовавшиеся при
этом продукты распада используются для формирования органов
взрослого животного.
Клеточный центр или центросома
Немембранный органоид, образованный двумя центриолями и
центросферой. Центриоли – главные структуры клеточного центра,
располагаются перпендикулярно друг другу. Каждая центриоль имеет форму
полого цилиндра длиной около 0,3-0,5 мкм и шириной 0,15 мкм, в стенке
которого по окружности расположены девять триплетов микротрубочек.
Удвоение центриолей происходит в синтетический период интерфазы
клетки. При этом дочерняя центриоль воспроизводится путем самосборки
Функции клеточного центра
Основная функция
центриолей –
формирование
веретена деления
Строение клеточного центра
Органоиды движения
Строение реснички
Это волосковидный, покрытой плазмалеммой
вырост цитоплазмы клетки, толщиной 0,25 мкм
и длиной 5-10 мкм. Внутри находится аксонема
– цилиндр, стенка которого построена из 9 пар
микротрубочек, связанных между собой
«ручками», из белка динеина. В центре
располагается две микротрубочки.
Реснички многочисленны и располагаются
параллельными рядами, но встречаются и
единичные реснички.
Функции ресничек:
органеллы движения и рецепции у
некоторых клеток животных и растений
(простейшие, ресничный эпителий
верхних дыхательных путей).
Инфузория-туфелька
Органоиды движения
Жгутики длиннее ресничек (до 150 мкм).
Единичные цитоплазматические выросты на
поверхности клетки. Внутреннее строение
схоже с ресничками.
В основании ресничек и жгутиков лежит
базальное тельце, которое служит центром
организации микротрубочек
Эвглена зеленая
Функции жгутиков: органеллы движения у
некоторых клеток животных и растений
(сперматозоиды, зооспоры, одноклеточные
организмы)
Органоиды движения
Псевдоподии (ложноножки)
амебовидные выступы
цитоплазмы
Функции псевдоподий:
захват пищи и передвижение
Амеба обыкновенная
Структуры свойственный
растительной клетке
Клеточная стенка
Жесткая клеточная стенка,
окружающая клетку, состоит из целлюлозы.
В состав ее могут входить и другие
сложные полисахариды и пектиновые
вещества. У некоторых клеток клеточные
стенки претерпевают вторичное
утолщение. Материал для клеточной стенки
секретирует сама живая клетка.
Срединная пластинка состоит из
клейких студнеобразных пектиновых
веществ (пектатов Ca и Mg).
Плазмодесма - тонкая
цитоплазматическая нить, связывающая
цитоплазмы двух соседних клеток через
тонкую пору в клеточной стенке. Пора
выстлана плазматической мембраной.
Функции клеточной стенки
1. Обеспечивает механическую опору и защиту. Благодаря ей
возникает тургорное давление, способствующее усилению
опорной функции.
2. Предотвращает осмотический разрыв клетки.
3. По клеточной стенке происходит передвижение воды и
минеральных солей.
4. Различают покрытия входящие в состав клеточной стенки.
Например, лигнин, кутикула, состоящая из воскообразного
вещества – кутина, снижающего потери воды и уменьшающего
риск проникновения в растение болезнетворных организмов
(хвоинки сосны, ели). В пробковой ткани клеточные стенки с
возрастом пропитываются суберином.
Вакуоли
Вакуоли крупные полости
заполненные клеточным соком –
концентрированный раствор
различных веществ, таких как
минеральные соли, сахара, пигменты,
органические кислоты, ферменты
Функции вакуолей:
1. Хранение запасных веществ.
2. Обеспечивают осмотические
свойства клетки.
3. Иногда вакуоли выполняют
функцию лизосом.
Схема строения
растительной клетки
Пластиды
Ограничены двумя мембранами: наружная – гладкая, внутренняя
(диски) – тилакоиды, которые собраны в стопки – граны. Граны
связываются друг с другом уплощенными каналами – ламеллами.
Внутреннее содержимое – строма
Пластиды
Хлоропласты
Крупные, содержат хлорофилл.
Хлоропласты окружены
двухмембранной оболочкой и
заполнены студнеобразным
веществом – стромой. В строме
находится система мембран,
собранных в стопки или граны. В
ней же может откладываться
крахмал, т.к. в хлоропластах идет
фотосинтез. Строма содержит
рибосомы, ДНК, капельки масла.
Пластиды
Хлоропласты
В хлоропластах идет фотосинтез, т.е. синтез
сахаров из СО2 и Н2О за счет солнечной энергии
улавливаемой хлорофиллом. Здесь световая
энергия превращается в энергию химических
связей органических веществ.
Пластиды
Хромопласты
Строение хромопласта
Микроскопические органеллы,
имеющие двухмембранное строение.
Шаровидной формы, а
образовавшиеся из хлоропластов
принимают форму кристаллов
каротиноидов, типичную для данного
вида растений. Окраска красная,
оранжевая, желтая
Пластиды
Лейкопласты
Схема строения лейкопластов
Микроскопические
органеллы, имеющие
двухмембранное строение.
Внутренняя мембрана
образует 2-3 выроста.
Форма округлая. Бесцветны
Служат местом отложения запасных питательных веществ
(крахмальных зерен). На свету их строение усложняется и они
превращаются в хлоропласты. Образуются из пропластид
(небольшие недифференцированные тельца).
Все пластиды взаомопревращаемы
Взаимопревращение
пластид
Пластиды растения