Цитоплазма клетки: органеллы общего и специального значения

Основные компоненты клетки
Плазмолемма (цитолемма)
Цитоплазма (гиалоплазма, органеллы, включения)
Ядро

Состав цитоплазмы
Гиалоплазма (другое название – цитозоль),
Органеллы - обязательные компоненты цитоплазмы
Включения – необязательные компоненты цитоплазмы

Органеллы клетки
Органеллы - это морфологически различимые структуры цитоплазмы, которые обязательно должны присутствовать в данной клетке, выполняя в ней определённые функции.

Классификация по распространению
Общего значения – содержатся практически во всех клетках,
Специального значения – имеются только в клетках какого-то определённого вида, обеспечивая выполнение их специфических функций (миофибриллы, нейрофибриллы, тонофибриллы, жгутики, реснички).

Классификация по строению
Мембранные органеллы – отграничены собственной мембраной от окружающей гиалоплазмы, т.е. являются замкнутыми компартментами (отсеками);
Немембранные органеллы – структуры, не окружённые мембраной.

Органеллы – общего значения: мембранные
Вакуолярные системы:
ЭПС (гр- а-)
Комплекс Гольджи
Лизосомы
Пероксисомы
Двумембранная:
Митохондрии

Органеллы – общего значения: немембранные
Глобулярные:
рибосомы - многочисленные небольшие частицы,
состоящие из двух субъединиц рибонуклеопротеидной природы.
Фибриллярные:
сократительные структуры,
элементы цитоскелета (микрофиламенты, микротрубочки),
Микроворсинки,
Центриоли .

Мембранные органеллы: митохондрии
Термин введен в 1897 Бенда
Строение – двумембранные, матрикс (мДНК, м-рибосомы)
Функции – синтез АТФ, клеточное дыхание: аэробное и анаэробное окисление

Происхождение митохондрий
Структура мДНК и рибосом сближает митохондрии с бактериями (у них тоже циклическая ДНК и небольшие рибосомы).
Поэтому возможно, что в эволюции митохондрии появились как результат симбиоза древних бактерий с эукариотическими клетками.

Форма митохондрий
Варьирует от сферической до вытянутой.
В некоторых клетках митохондрии имеют ещё более сложную форму: например, образуют разветвления.
Различаются количество и форма крист (трубочки, складки, пластинки, вакуоли)

Строение: мембраны
Наружная мембрана - содержит широкие гидрофильные каналы и хорошо проницаема для многих веществ;
Внутренняя мембрана - образует многочисленные впячивания (кристы), где имеются грибовидные выросты – оксисомы, в них встроены ферменты дыхательной цепи и синтеза АТФ.

Строение: матрикс
Матрикс - внутреннее пространство митохондрий (между кристами) заполнено матриксом, содержат:
собственную ДНК (мДНК) – от 1 до 50 небольших одинаковых циклических молекул, включающих по 37 генов
М-рибосомы – которые по размеру несколько меньше цитоплазматических рибосом

Биохимические процессы
Цикл Кребса - это распад (до СО2 и воды) ацетил-КоА, которым заканчивается разрушение почти всех веществ (углеводов, жиров, аминокислот).

Цикл Кребса
В цикле – 4 реакции окисления, осуществляемых путём дегидрирования, т.е. путём отщепления от субстратов водорода (электронов и протонов).
Ферменты цикла Кребса (кроме одного – СДГ) находятся в матриксе митохондрий.

Биохимические процессы
Окислительное фосфорилирование:
перенос отнятых от субстратов электронов на кислород и образование АТФ за счёт высвобождающейся энергии.
Другие процессы в митохондриях: синтез мочевины, распад жирных кислот и пирувата до ацетил-КоА.

Основные функции митохондрий
Завершение окислительного распада питательных веществ и образование за счёт выделяющейся при этом энергии АТФ
Осуществляется ряд ключевых биохимических процессов: цикл Кребса, окислительное фосфорилирование с потреблением О2 и выделением СО2 и воды.

Жизненный цикл митохондрий
Митохондрии функционируют около 10 суток.
Затем одни из них разделяются на две дочерние митохондрии (путём простой перешнуровки),
Другие – разрушаются в аутофагосомах.

митохондрии

Митохондрии

Мембранные органеллы: эндоплазматическая сеть
Открыта в 1945 г. К.Р. Портером
Гранулярная ЭПС – мешочки, цистерны, трубочки, на поверхности имеют рибосомы
Функция – синтез и транспорт экспортируемых белков, модификация и локальная конденсация

Функции гр-ЭПС
Синтез на рибосомах пептидных цепей экспортных, мембранных, лизосомных и отчасти пероксисомных белков,
Фолдинг белков - (укладкой белка, от англ. folding) называют процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную нативную пространственную структуру (так называемая третичная структура).
Изоляция этих белков от гиалоплазмы внутри мембранных полостей и концентрирование их,
Начальная химическая модификация этих белков,
Транспорт белков (внутри ЭПС и с помощью отдельных пузырьков).

Гранулярная ЭПС

Агранулярная ЭПС
Агранулярная ЭПС – мешочки, цистерны, трубочки
Функции:
метаболизм и синтез углеводов, липидов (холестерина, стероидных гормонов),
дезактивация токсичных веществ,
депонирование ионов Ca 2+

Агранулярная ЭПС

Комплекс Гольджи
Открыт К. Гольджи в 1898 г.
Строение – 5-10 плоских цистерн, везикулы
Функции:
сегрегация и накопление продуктов из ЭПС,
образование сложных комплексов,
первичных лизосом (гидролазы), вакуолей и секреторных гранул

Функции комплекса Гольджи
Сегрегация (отделение) соответствующих белков от гиалоплазмы и концентрирование их,
Продолжение химической модификации этих белков,
Сортировка данных белков на экспортные, мембранные, лизосомальные и, видимо, пероксисомные,
Включение белков в состав соответствующих структур (секреторных пузырьков, мембран, лизосом).

Комплекс Гольджи

Лизосомы
Открыты де Дювом в 1949 г.
Функция – внутриклеточное пищеварение
Первичные (гидролазы – кислая фосфатаза)
Вторичные (фаголизосомы, аутофагосомы)
Телолизосомы (остаточные тельца),

Лизосомы

Пероксисомы
Овальные тельца, ограниченные мембраной, в центре кристаллоподобные структуры
Содержат каталазу, пероксидазу
Функция – дезактивация токсичных веществ

Пероксисома

Немембранные органеллы:
Рибосомы
Сложные рибонуклеопротеиды
Состоят и большой и малой субъединиц
Свободные (одиночные, полирибосомы)
Связанные (на поверхности гр-ЭПС)

Рибосомы
Малая субъединица – одна длинная цепь рРНК (~2000 нуклеотидов, 18S), с которой связано около 30 молекул рибосомальных белков;
Большая субъединица – ещё более длинная цепь рРНК (~ 4000 нукл., 28S), с которой связано 2 короткие цепи РНК (5,8S и 5S) и ~45 молекул белков.
Таким образом, каждая субъединица представляет собой свёрнутый рибонуклеопротеидный тяж, имеющий несколько функциональных центров.

Клеточный центр (центросома)
Термин предложен в 1895 Т. Бовери
Строение – из двух цилиндров, 9 триплетов микротрубочек (тубулин), саттелиты (центросфера), тонкофибриллярный матрикс
Функции – образование веретена деления, участие в формировании ресничек и жгутиков

Центриоли

Микрофиламенты
Микрофиламент - двойная спираль из глобулярных молекул белка актина.
За счет этого содержание актина даже в немышечных клетках достигает 10 % от всех белков.

Микротрубочки

Реснички

Реснички

Реснички

Микроворсинки
Имеют вид цилиндрических пальцеообразных выростов цитоплазмы, покрытых плазмолеммой