Двойно мембранни органоиди: структура и функция

Какво общо имат меланхоличният охлюв, бързо летящата птица и момчето, свирещо на цигулка? Нищо ли не мислите? И все пак има нещо, което обединява не само тях, но и всички други живи организми помежду си. Това е клетъчна структура на тялото. Клетката е елементарна част от живота на Земята, състояща се от структурни части, наречени органоиди. Единична мембрана и две мембрани, или напълно лишени от корпусни органели, изпълняват определени функции в клетката. В нашата статия ще ги разгледаме по-подробно.

митохондриите

Къде една клетка приема енергия, за да расте, споделя и дори да се движи? Вижте структурата на митохондриите на органелите, която се нарича клетъчна електроцентрала. Всичко е изключително просто и перфектно.

Двумембранните органоиди са удължени тела, покрити с две мембрани. Вътрешната обвивка има израстъци - кристали. Те се потапят в колоиден разтвор - матрицата. Химическият анализ показва, че съдържат магнезиеви и калциеви соли, рибонуклеинови киселини, много рибозоми и дори собственото си вещество на наследственост.

ДНК на двумембранни органели има формата на пръстен и всъщност е плазмид, подобен по структура на наследствения материал на прокариоти. Множество ензими, които окисляват органичната материя, са удобно разположени върху кристалите. Химичните реакции, протичащи в процесите на митохондриите, се отнасят до третия етап на енергийния метаболизъм. Резултатът е синтез на 36 мола АТР, образуван от разделянето на един мол глюкоза.

Енергията, отделена по време на този процес, се натрупва под формата на молекули на аденозин трифосфорна киселина. Това е основният енергиен резерв, който се изразходва за процесите на клетъчна активност, като например митоза, процеси на растеж, движение на вещества от цитоплазмата.

Какво означава броя на митохондриите в клетката?

Много представители на най-простите организми, например амеба, имат една голяма митохондрия. АТФ молекулите, които той произвежда, са достатъчни за сравнително ниско ниво на метаболизъм и консервативен начин на живот на животното.

Подкожните мастни клетки са бедни на митохондриите. Това е разбираемо: ниската активност на мастната тъкан, изпълняваща защитна и съхраняваща функция, не изисква значително изразходване на енергия. В сперматозоидите на бозайниците няколко митохондрии се намират в неговия междинен участък, разположен зад шийката на матката. Натрупаната енергия под формата на молекули на аденозин трифосфатна киселина трябва да е достатъчна за транслационни и ротационни движения на опашката. За клетката от сперматозоидите е от жизненоважно значение да има висока скорост, позволявайки му да бъде първата, която проникне в яйцеклетката.

Една по-силно активна клетка, например, миофибрилите на скелетните мускули, съдържат толкова много двумембранни органоиди в тяхната цитоплазма, които, сливайки се, образуват митохондриален ретикулум. Енергията, която синтезира, се използва за осъществяване на мускулни контракции на актини и миозинови протеини по време на физическото упражняване на тялото.

хлоропласти

Ако митохондриите, които бяха обсъдени по-рано, са задължителни органели от всички клетъчни типове, тогава това не е случаят с хлоропластите. Те са типични представители на вътрешната структура на растителните организми.

Тези две мембранни органоиди растителна клетка наричани зелени пластиди. Цветът на стъблата, листата, незрелите плодове се дължи на наличието на хлорофил в хлоропластите - зелен пигмент. Вътрешната мембрана образува тънки ламелни структури - тилакоиди. Те са компактно опаковани в купчини, наречени фасети. Отделните им секции функционират като антени, улавящи и фокусиращи неограничени потоци слънчева енергия. Той се превръща в двумембранния органоид, хлоропласт, в химическа форма на енергия, съхранявана под формата на макроергични връзки в АТФ молекули.

В този процес важна роля имат магнезиевите йони, които заедно с многоатомния алкохол фитол образуват част от хлорофила. Под действието на светлинните кванти електроните на последния енергийно ниво Магнезиевият атом преминава в възбудено състояние. В същото време те заемат по-високо енергийно ниво за част от секундата. Връщайки се към предишните орбитали, електроните дават част от енергията на активните центрове на граната. Стартира механизмът на реакцията на светлинната фаза на фотосинтезата.

Фотосинтезата и нейната роля в еволюцията на живота на Земята

Появата на зелени пластиди в цитоплазмата на растителна клетка бележи появата на такъв процес като кислородно дишане. Тя започва да се случва с използването на О2 молекули, освободени от двумембранни органоиди в светлата фаза на фотосинтезата.

Натрупването на кислород в атмосферата на планетата е причинило глобална промяна в газа състава на атмосферата на Земята. Това в крайна сметка доведе до освобождаване на животински организми в сушата. За техния метаболизъм те започнаха да използват O ₂ молекули, които не са във водата, а във въздуха. Така, благодарение на двумембранни органели - хлоропласти, картината на развитието на живота на нашата планета се е променила драматично.

При наличието на кислородни молекули във въздуха, биологичните системи започнаха да се разпространяват бързо както в литосферата, така и в атмосферата на Земята. Останалите растения във водата - водорасли, чиито клетки съдържат хлоропласти, продължават процеса на фотосинтеза. Те обогатяват хидросферата с кислород и органични съединения, осигурявайки жизнената дейност на организмите - хидробионти.

Левкопласти и хромопласти

Други видове пластиди, които оцветяват плодове, семена и венци от цветя във всички възможни нюанси на дъгата, са хромопласти и левкопласти. Първата група съдържа пигменти като каротин, фукоксантин, ксантофил, които дават оранжеви, червени, лилави цветове.

Левкопластите обикновено са лишени от пигменти. Те се срещат например в кората на млечно узрелите домати. Те се различават от зелените пластиди преди всичко в отсъствието на тилакоиди и грана. Особеност на двумембранните левкопласти е, че те съдържат много ензими от класа протеази и амилази, които са способни да разграждат протеините и нишестето.

Хромопластите и левкопластите са по-прости органели от хлоропластите и те се развиват от зелени пластиди, двумембранни органоиди, които споменахме по-рано.

сърцевина

Органелата, която ще бъде обсъдена по-късно, е толкова важна, че нейното отсъствие или присъствие в клетката дава възможност да се разделят всички съществуващи живи организми на две групи. Това са прокариоти и еукариоти.

Първата група не съдържа ядро ​​в клетките си и съхранява наследствената информация под формата на пръстенообразен плазмид в уплътнен участък на цитоплазмата. Друга група, и повечето организми принадлежат към нея, има двумембранни органоиди, ядрата, които съхраняват генното вещество. По време на клетъчното делене на майката, наследствената информация е равномерно разпределена между дъщерните клетки, чиито ядра съдържат идентично количество хромозомен материал.

Ядрена обвивка

Каква е структурата на черупката на най-важните клетъчни органели? Експериментално е доказано, че като отстраняваме ядро ​​от клетката, ние го осъждаме до смърт. Черупката на двумембранни органоиди, ядра, има сложен състав и е продължение на ендоплазмен ретикулум. Цялата му повърхност е пронизана с отвори - пори, в които външните и вътрешните мембрани преминават един в друг.

Порите обаче не са обикновени дупки. Те съдържат специални сигнални пептиди, които осъществяват контрол на лицето над вещества, влизащи в цитоплазмата на клетките от междуклетъчната течност и излизащи от клетката навън. Не само ядрото, но и другите двумембранни органели имат подобна структура на тяхната черупка.

endosymbionts

След преглед на структурата и митохондриални функции и хлоропласти, остава открит въпрос за появата им в клетката. Хипотетично може да се предположи, че те произхождат от първични прокариоти, които влизат в специална форма на симбиоза с бактерии, които живеят в тялото на ядрено-свободна клетка - прокариот. Тази идея е възприета от много учени - биолози, които смятат, че фотосинтезата и окисляването на хранителните съединения настъпват в прокариотни клетки дълго преди появата на първите ядрени организми, съдържащи две мембранни органоиди.

В нашата статия изследвахме структурата на двумембранните органоиди, техните функции, както и значението на жизнената активност на растителните и животинските клетки.