Цитоплазма и ее органоиды: эндоплазматическая сеть, митохондрии и пластиды

Цитоплазма. Отграниченная от внешней среды плазматической мембраной, цитоплазма представляет собой внутреннюю полужидкую среду клеток. В цитоплазме эукариотических клеток располагаются ядро и различные органоиды. Ядро располагается в центральной части цитоплазмы. В ней сосредоточены и разнообразные включения – продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки. В составе основного вещества цитоплазмы преобладают белки. В цитоплазме протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной живой системы.

Эндоплазматическая сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети [55], [56].

Электронно-микроскопическая фотография ядра и участка эндоплазматической сети, расположенной в цитоплазме
Рис. 55. Электронно-микроскопическая фотография ядра и участка эндоплазматической сети, расположенной в цитоплазме (Видны каналы и более крупные полости эндоплазматической сети, митохондрии овальной формы. Видны также ядерная оболочка с порами, ядерный сок ядрышка. Увел. 20 000.)
Электронно-микроскопическая фотография гранулярной эндоплазматической сети с рибосомами
Рис. 56. Электронно-микроскопическая фотография гранулярной эндоплазматической сети с рибосомами (округлые темные тельца) на поверхности ее мембран. Увел. 70 000.

Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению. Известны два ее типа – гранулярная [56] и гладкая [57]. На мембранах каналов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец рибосом [56], которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности.
Гладкая эндоплазматическая сеть
Рис. 57. Гладкая эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть выполняет много разнообразных функций. Основная функция гранулярной эндоплазматической сети – участие в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах.

На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и углеводов. Все эти продукты синтеза накапливаются в каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются или накапливаются в цитоплазме в качестве клеточных включений. Эндоплазматическая сеть связывает между собой основные органоиды клетки [55].

Рибосомы. Рибосомы обнаружены в клетках всех организмов. Это микроскопические тельца округлой формы диаметром 15– 20 нм. Каждая рибосома состоит из двух неодинаковых по размерам частиц, малой и большой, как это показано на рисунке 58.

Схема полисомы и рибосомы
Рис. 58. Электронно-микроскопическая фотография полисомы и схема полисомы и рибосомы

В одной клетке содержится много тысяч рибосом, они располагаются либо на мембранах гранулярной эндоплазматической сети, либо свободно лежат в цитоплазме [56].

В состав рибосом входят белки и РНК.

Функция рибосом – это синтез белка. Синтез белка сложный процесс, который осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков объединенных рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой [58].

Синтезированные белки сначала накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к органоидам и участкам клетки, где они потребляются. Эндоплазматическая сеть н рибосомы, расположенные на ее мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспортировки белков.

Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток животных и растений содержатся мелкие тельца (0,2 – 7 мкм) – митохондрии (греч. «митос» – нить, «хондрнон» – зерно, гранула; [50], [59]).

Электронно-микроскопическая фотография митохондрии
Рис. 59. Электронно-микроскопическая фотография митохондрии. Видны наружная и внутренняя мембрана и кристы. Увел. 40 000.

Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннее стояние митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа [60] . Как видно на рисунке, оболочка митохондрии состоит из двух мембран – наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии [60]. Складки внутренней мембраны называют кристами (лат. «криста» – гребень, вырост). Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причем особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток, например мышечных.
Схема строения митохондрии по данным электронного микроскопа
Рис. 60. Схема строения митохондрии по данным электронного микроскопа

Митохондрии называют «силовыми станциями» клеток, так как их основная функция -. синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии, необходимый для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма.

Новые митохондрии образуются делением уже существующих в клетке митохондрий.

Пластиды. В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид: зеленые в хлоропласты; красные, оранжевые и желтые в хромопласты; бесцветные лейкопласты.

Хлоропласты. Эти органоиды содержатся в клетках листьев и других зеленых органов растений, а также у разнообразных водорослей. Размеры хлоропластов 4 – 6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших растений в одной клетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый цвет хлоропластов зависит от содержания в них пигмента хлорофилла. Хлоропласт – основной органоид клеток растений, в котором происходит фотосинтез, т. е. образование органических веществ (углеводов) из неорганических (CO2 и H2O) при использовании энергии солнечного света.

По строению хлоропласты сходны с митохондриями. От цитоплазмы хлоропласт отграничен двумя мембранами – наружной и внутренней [61]. Наружная мембрана гладкая, без складок и выростов, а внутренняя образует много складчатых выростов, направленных внутрь хлоропласта. Поэтому внутри хлоропласта сосредоточено большое количество мембран, образующих особые структуры – граны. Они сложены наподобие стопки монет [61].

Электронно-микроскопическая фотография хлоропласта
Рис. 61. Электронно-микроскопическая фотография хлоропласта. Увел. 40 000.

В мембранах гран располагаются молекулы хлорофилла, потому именно здесь происходит фотосинтез. В хлоропластах синтезируется и АТФ. Между внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК, РНК и рибосомы. Следовательно, в хлоропластах, так же как и в митохондриях, происходит синтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов. Хлоропласты размножаются делением.

Хромопласты находятся в цитоплазме клеток разных частей растений: в цветках, плодах, стеблях, листьях. Присутствием хромопластов объясняется желтая, оранжевая и красная окраска венчиков цветков, плодов, осенних листьев.

Лейкопласты бесцветны. Они содержатся в цитоплазме неокрашенных частей растений, например в стеблях, корнях, клубнях. Форма лейкопластов разнообразна. Примером широко распространенных лейкопластов могут служить лейкопласты клубней картофеля, в которых накапливаются зерна крахмала.

Хлоропласты, хромопласты и лейкопласты способны к взаимному переходу. Так, при созревании плодов или изменении окраски листьев осенью хлоропласты превращаются в хромопласты, а лейкопласты могут превращаться в хлоропласты, например, при позеленении клубней картофеля.

1. На рисунке 50 найдите органоиды, расположенные в цитоплазме. 2. Каковы строение и функции эндоплазматической сети, рибосом, митохондрий, хлоропластов? 3. Какие типы пластид находятся в растительной клетке и какова их роль? 4. Сравните функции митохондрий и хлоропластов.

Биология: