Цитоплазма: энергетический и опорно-сократительный аппараты

Какие органоиды участвуют в процессах обеспечения клетки энергией?

Энергетический аппарат клетки представлен митохондриями и пластидами. Эти органоиды обеспечивают клетку энергией, которая выделяется при окислительных процессах и запасается в виде макроэргических связей молекул АТФ.

Митохондрии – мелкие тельца (их размеры составляют 0,2 – 2,0 мкм в ширину и 2 – 10 мкм в длину), имеющие эллиптическую, сферическую, палочковидную и другие формы (рис. 10). Их число в клетках варьирует в широких пределах – от нескольких десятков до тысячи и более. Например, в клетках печени число митохондрий составляет около 800. Это объясняется активным функционированием данного органа.

Энергетический и опорно-сократительный аппараты клетки
Рис. 10. Энергетический и опорно-сократительный аппараты клетки

Под световым микроскопом митохондрии имеют вид мелких зерен и нитей, что и обусловило их название (от греч. mitos – нить, chondros – зерно). Митохондрии имеют наружную и внутреннюю мембраны, разделенные межмембранным пространством. Внутри митохондрии находится матрикс, он представляет собой однородное мелкозернистое вещество умеренной плотности и заполняет всю полость митохондрии. Внутрь матрикса обращены складки внутренней мембраны – кристы.
Наружная мембрана митохондрий обладает высокой проницаемостью для молекул и содержит большое количество транспортных белков. Внутренняя мембрана характеризуется низкой проницаемостью (даже для мелких ионов), в ней расположены транспортные белки, например АТФ-синтетаза, которая катализирует синтез АТФ.

В состав матрикса входят ферменты (их несколько сотен), собственные рибосомы (митохондриальные) и ДНК. Как уже было отмечено, ДНК митохондрий, в отличие от ядерной ДНК, имеет кольцевую форму. В связи с тем что у митохондрий имеются собственные ДНК и рибосомы, эти органоиды отличаются относительной самостоятельностью, или, точнее сказать, полуавтономностью, но в то же время часть наследственной информации о митохондриях содержится в ДНК ядра клетки. Живут митохондрии недолго (около 10 суток), они разрушаются с участием лизосом. Разрушенные митохондрии заменяются новыми, которые образуются делением материнских митохондрий.

Пластиды находятся в цитоплазме только растительных клеток. Различают зеленые пластиды – хлоропласты, красные, желтые и оранжевые – хромопласты и бесцветные – лейкопласты. Пластиды способны к взаимному превращению. Свет – один из факторов, регулирующих взаимопревращение пластид. Например, лейкопласты на свету преобразуются в хлоропласты. В лейкопластах откладываются запасные питательные вещества, главным образом крахмальные зерна. Хромопласты могут развиваться из хлоропластов, что и происходит при созревании плодов. Хромопласты придают желто-оранжевую окраску лепесткам цветков и плодам.

Хлоропласты – органоиды, в которых происходят жизненно важные для клетки процессы, в частности фотосинтез. Рассмотрим их строение более подробно (см. рис. 10). Эти органоиды, подобно митохондриям, имеют две мембраны – наружную и внутреннюю, которые разделены межмембранным пространством. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет складчатое строение, благодаря чему образуются тилакоиды. Складчатость способствует повышению эффективности химических процессов, что имеет существенное значение для обеспечения световой фазы фотосинтеза. В мембраны встроен пигмент – хлорофилл, улавливающий свет, и ферменты, синтезирующие АТФ.

Внутреннее содержимое пластид – строма содержит, как и у митохондрий, собственные рибосомы, ДНК и разнообразные ферменты. Пластиды, так же как и митохондрии, полуавтономны.

В хлоропластах осуществляются синтез углеводов, АТФ и биосинтез белка, поэтому их можно отнести и к синтетическому, и к энергетическому аппаратам клетки.

Опорно-сократительный аппарат клетки включает микротрубочки и микрофиламенты. Эти структуры входят в состав более сложных органоидов: ресничек, жгутиков, клеточного центра, ложноножек – и в состав подмембранных образований клетки (см. рис. 10). Они обеспечивают пространственную организацию цитоплазмы, движение, сокращение клеток и др. С участием опорно-сократительного аппарата происходит движение цитоплазмы, фагоцитоз, сокращение мышц, движение сперматозоидов и т. д.

Микротрубочки представляют собой полые цилиндрические образования длиной до нескольких микрометров. Они участвуют в поддержании формы клетки, обеспечивают внутриклеточный транспорт, движение ресничек, образуют основу центриолей клеточного центра и ресничек. Микротрубочки обеспечивают движение хромосом в митозе, поскольку формируют веретено деления.

Клеточный центр встречается в клетках животных и низших растений. Это органоид немембранного строения. Он состоит из двух полых цилиндрических структур – центриолей, которые состоят из микротрубочек и располагаются вблизи друг друга во взаимно-перпендикулярных плоскостях. Клеточный центр принимает участие в делении клетки. Клетки высших растений лишены центриолей.

Микрофиламенты представляют собой тонкие белковые нити, лежащие в цитоплазме поодиночке или пучками. Они обеспечивают в клетке важные функции: сократимость мышечных клеток, процессы фагоцитоза и пиноцитоза, перемещение внутри цитоплазмы органоидов, образование микроворсинок.

Итак, цитоплазма клетки – сложная система, состоящая из клеточного матрикса, органоидов и включений. Все элементы цитоплазмы тесно взаимосвязаны между собой и обеспечивают структурно-функциональное единство клетки.

Вопросы и задания

  1. Сравните строение митохондрий и пластид.
  2. Какое значение имеет наличие в митохондриях и пластидах собственных рибосом и ДНК?
  3. С чем связаны взаимопревращения пластид в клетках растений?
  4. Приведите примеры, доказывающие взаимосвязь органоидов в клетке.
Биология: