Підручник з Біології. 9 клас. Межжерін - Нова програма

§ 12. Двомембранні органели. Цитоскелет

Терміни й поняття: мітохондрії, кристи, пластиди, хлоропласти, хром оплисти, лейкопласти, тилакоїд, цитоскелет, мікротрубочки, мікрофібрили.

Двомембранні органели. Крім органел, що побудовані з одного шару плазматичної мембрани, у клітинах тварин, рослин і грибів обов’язково є органели, тіло яких побудоване з двох шарів — зовнішнього та внутрішнього. Ці органели пов’язані з енергетичними процесами, що відбуваються у клітинах.

Мітохондрії (від грец. мітос — нитка, хондріон — гранула) — невід’ємні компоненти будь-якої клітини тварин, рослин та грибів (іл. 12.1). До складу клітини може входити від двох-трьох до кількох тисяч мітохондрій, зокрема — у клітинах печінки ссавця їх близько 2,5 тисяч. Число мітохондрій залежить від фізіологічної активності клітини: що більше роботи вона виконує, то більше в ній мітохондрій.

Іл. 12.1. Схема будови мітохондрії: 1 — кристи; 2 — матрикс; 3 — внутрішня мембрана; 4 — зовнішня мембрана

Звичайні за розміром мітохондрії добре помітні у світловий мікроскоп: вони нагадують зернятка, палички або тоненькі нитки. У клітинах, що містять дуже багато мітохондрій, утворюється справжня мережа, яку називають гігантською мітохондрією. Внутрішню будову мітохондрій вивчено за допомогою електронного мікроскопа. Зовнішня мембрана мітохондрії регулює надходження і виведення речовин. А на внутрішній мембрані відбуваються хімічні реакції, унаслідок яких вивільняється енергія.

Для того щоб більш повно використовувати об'єм мітохондрії, внутрішня мембрана утворює складки — кристи (від лат. кріста — гребінь, плюмаж). Проміжки між кристами заповнені густою рідиною — матриксом, який містить іони К+ і Са2+, а також ферменти, завдяки яким відбуваються синтез АТФ. Крім того, у мітохондріях є ДНК, РНК і власні рибосоми. Молекули ДНК мають кільцеву форму. Рибосоми в мітохондріях за розмірами значно менші за ті, що містяться в цитоплазмі. Така організація мітохондрій забезпечує їм достатню незалежність від цитоплазми, адже вони самі здатні синтезувати власні білки, рости й розмножуватись у результаті поділу материнської мітохондрії на дві дочірні.

Функції мітохондрій. Мітохондрії — це енергетичні станції клітин. Із цитоплазми до мітохондрій надходять багаті на енергію органічні сполуки: моносахариди, жири, амінокислоти. Тут вони окиснюються Оксигеном і розщеплюються до найпростіших неорганічних сполук, зокрема СO2 та Н2O. Частина енергії, вивільненої у процесі розщеплення органічних речовин, розсіюється у вигляді теплоти, а решта — акумулюється шляхом синтезу молекул АТФ.

Пластиди. Ці органели властиві лише рослинам і бувають кількох типів. Пластиди (від грец. пластос — виліплений) мають єдине походження, подібну будову й можуть взаємно перетворюватись. Особливість будови, яка поєднує їх з мітохондріями, — це подвійна мембрана та генетичний апарат у вигляді молекули ДНК, що має форму кільця. Нові пластиди утворюються, подібно до мітохондрій, шляхом поділу навпіл старих. Зовнішня мембрана виконує захисну функцію, а внутрішня утворює систему мембран, на яких відбуваються складні біохімічні процеси, зокрема фотосинтезу. Розрізняють кілька типів пластид, усі вони можуть перетворюватися з одного типу пластид на інший.

Реакції фотосинтезу відбуваються в пластидах зеленого кольору — хлоропластах (від грец. хлорос — зелений), що пов'язано з наявністю в них особливого пігменту — хлорофілу (від грец. хлорос — зелений, філлон — листок) (іл. 12.2). Вони містяться в клітинах листків, стебел, плодів, оцвітини й інших клітин органів рослин зеленого кольору. їх добре помітно у світловий мікроскоп, найчастіше вони овальної форми. Кожна клітина зазвичай має 20-40 хлоропластів, тоді як у клітинах водоростей наявний переважно один хлоропласт.

Іл. 12.2. Хлоропласти в клітинах паренхіми листка

Іл. 12.3. Схема будови хлоропласта: 1 — зовнішня мембрана; 2 — внутрішня мембрана; 3 — строма; 4 — тилакоїд; 5 — грана

Хлоропласт, як і інші пластиди, має подвійну мембрану (іл. 12.3). При цьому внутрішня мембрана утворює цілу систему мембран. Її основою є тилакоїд (від грец. тилакос — мішечок, еідос — вигляд), який складається з одношарової мембрани, а за формою нагадує плаский мішечок і містить хлорофіл. Тилакоїди складені у грани, що нагадують стопки монет, і сполучаються спеціальними каналами.

Весь простір між тилакоїдами заповнений рідким умістом — матриксом, який у хлоропластів має назву строма (від грец. строма — підстилка). Хлоропласти містять рибосоми, ДНК, ферменти, вони здатні синтезувати білки, ліпіди та крохмаль, що зумовлює їх відносну незалежність від інших клітинних структур. У хлоропластах містяться також крохмальні зерна та жирові включення, що є енергетичним запасом клітини. Під впливом різних чинників, а також під час старіння клітини внутрішня структура хлоропластів спрощується, і вони перетворюються на пластиди інших типів.

Лейкопласти (від грец. леукос — білий і пласт) — це безбарвні пластиди (іл. 12.4). Зазвичай вони концентруються в незабарвлених підземних частинах рослин, а також у насінні, стрижні стебла. Лейкопласти синтезують і накопичують білки, крохмаль і жири. Те, що вони є просто місцем зберігання речовин, зумовлює їх просту будову. Такі пластиди не мають тилакоїдної організації. Під дією світла лейкопласти перетворюються на хлоропласти.

Хромопласти (від грец. хрома — колір і пласт) містять пігменти каротиноїди (від лат. карота — морква та еідос — вигляд), які бувають оранжевого, червоного або коричневого кольору й відповідно забарвлюють квітки, старі листки, плоди та навіть корені рослин (морква, буряк) (іл. 12.5). Внутрішній простір хромопластів, на відміну від хлоропластів, не має складної системи мембран, у ньому трапляються лише окремі тилакоїди.

Іл. 12.4. Лейкопласти в клітинах бульби картоплі

Іл. 12.5. Хромопласти в клітині червоного перцю

Іл. 12.6. Цитоскелет тваринної клітини

Іл. 12.7. Мікротрубочка побудована з молекул двох типів білка

Цитоскелет. Кожна клітина, особливо тваринна, яка не має клітинних стінок, підтримує сталість своєї форми завдяки цитоскелету, що міститься в цитоплазмі живої клітини й побудований зі спеціальних білків (іл. 12.6). Головними елементом цитоскелета клітини є мікротрубочки й мікрофіламенти (від мікрос — малий та філаментос — нитка). Зазвичай вони формують своєрідний каркас, який дозволяє клітинам зберігати форму.

Саме мікротрубочкн утворюють псевдоподії амеби та забезпечують сталість форми нейронів, для яких характерні довгі вирости — аксони. Особливо багато мікротрубочок в епітеліальних клітинах. Мікротрубочки — це порожнисті витягнуті утворення з білка, що за формою нагадують саме трубочки. Їх можна побачити лише в електронний мікроскоп (іл. 12.7).

В усіх без винятку клітинах мікротрубочки побудовані з особливих білків. Під час поділу клітини з мікротрубочок формується мітотичний апарат клітини, який забезпечує рівний розподіл генетичного матеріалу між двома дочірніми клітинами.

Джгутики та війки еукаріотних одноклітинних істот також побудовані з мікротрубочок.

Кожен джгутик або війка складаються з двох центральних мікротрубочок, а також із дев'яти периферійних груп, до кожної з яких входить дві мікротрубочки (іл. 12.8). Біля основи кожної війки чи джгутика розміщене базальне тільце. Ця структура також складається з дев'яти пар радіально розташованих мікротрубочок.

Іл. 12.8. Будова джгутика: 1 — мембрана джгутика; 2 — периферичні групи з двох мікротрубочок; 3 — пара центральних мікротрубочок; 4 — радіальна шпиця; 5 — внутрішні «ручки»; 6 — зовнішні «ручки»

Клітинний центр. Особливою органелою клітин організмів, здатних до активного руху, є центросома, або клітинний центр (іл. 11.1). Таку назву пояснюють тим, що ця структура зазвичай міститься у центральній частині клітини поблизу ядра і її добре помітно у світловий мікроскоп. Саме тут — центр організації та формування мікротрубочок.

Клітинний центр відіграє важливу роль у процесі розмноження клітин, забезпечуючи поділ материнської клітини на дві рівнозначні частини. Побудований він із двох центріолей (іл. 12.9), які відтворюються шляхом подвоєння, причому цей процес зазвичай збігається з поділом клітини.

Руховий апарат клітини. Основу рухового апарату клітини становлять мікрофібрнли (від грец. мікрос — маленький і лат. фібрила — нитка), що одним кінцем прикріплені до зовнішньої плазматичної мембрани, а іншим — до будь-якої органели чи макромолекули. Таким чином вони утворюють щось на зразок «м'язового» апарату клітини, який забезпечує переміщення окремих органел і рух цитоплазми. Вони тонші за мікротрубочки та мають ниткоподібну форму.

Мікрофібрнли побудовані з білків й здатні до скорочення та розтягування. їх наявність у клітинах тварин дає їм змогу змінювати форму. Особливі мікрофібрили — міофібрили — обов'язково наявні в скелетних і серцевих м'язових клітинах.

Іл. 12.9. Будова клітинного центру: 1 — центріолі; 2 — мікротрубочки

Розрізняють волокна тонші, які складаються з білка актину, й товщі, які складаються з міозину. Саме взаємодія цих білків і спричиняє м'язові скорочення.

Особливу роль у житті клітин відіграють органели з подвійною клітинною мембраною — мітохондрїї та пластиди. Вони мають між собою багато спільного, адже їм властивий свій генетичний апарат. Крім того, вони здатні розмножуватися поділом навпіл і відповідають за енергетичні процеси, що відбуваються в клітинах. Мітохондрїї — це двомембранні органоїди клітини, які містяться в усіх клітинах рослин, тварин та грибів. Пластиди притаманні лише клітинам рослин. Пластиди, що містять хлорофіл (хлоропласти), мають найбільш складну будову, в них відбувається фотосинтез. Цитоскелет — це особливий клітинний апарат, головним чином тваринних клітин. Він складається з мікротрубочок і мікрофіламентів. Функція цитоскелета — з одного боку, підтримання сталої форми клітин, з іншого — зміна форми клітин, переміщення органел в цитоплазмі та рух самої цитоплазми.

Ціла низка органоїдів клітини побудовані не з клітинної мембрани, а з особливих білків (цитоскелет) або рРНК (рибосоми). Крім того, деякі з них (включення) є тимчасовими компонентами клітини.

1. Які органели називають двомембранними? 2. У чому полягають функції мітохондрій? 3. Що подібного і що відмінного в будові пластид і мітохондрій? 4. Укажіть, які пігменти містяться у хлоропластах, а які — в хромопластах? 5. Що таке цитоскелет і в яких клітинах він особливо розвинутий? 6. У яких істот немає клітинного центру? 7. За допомогою яких структур клітини можуть змінювати свою форму? 8. Де в клітині зосереджені рибосоми? 9. Яка роль міофібрил?

• Чому окиснення органічних речовин у мітохондріях, за якого вивільняється значна кількість енергії, відбувається без підвищення температури в клітині?

• Чому у квіткових рослин немає клітинного центру?