Значение и функции двумембранных и одномембранных органоидов клетки

Что такое клеточные органоиды?

Сравним клетку с человеческим организмом. В теле человека все функции жизнедеятельности разделяются между системами органов. Связывание деятельности органов происходит благодаря кровеносной и нервной системам. Каждая система выполняет собственную роль.

Подобное явление происходит внутри клетки. Вместо систем органов в ней располагаются органеллы или органоиды. Дадим им более научное определение.

Определение и классификация

Клеточные органоиды (органеллы) — внутриклеточные элементы, обладающие определенной структурой и наделенные конкретной функцией. Простыми словами органы клетки.

Наличие полного состава внутриклеточных органоидов — условие существования клетки. Органеллы находятся в ней в полном цикле — от рождения до деления или гибели. По количеству и наличию мембраны принято делить органоиды на три класса:

• немембранные;
• одномембранные;
• двумембранные.

Общие особенности органоидов

Перечислим отличительные особенности клеточных органелл:

• Занимают субклеточный уровень в организации живой материи. Выше находиться клеточный уровень, а ниже — молекулярный.
• Делят между собой жизненно важные функции, которые объединяются при помощи центрального управления — ядра.
• Не могут существовать вне клетки.
• Являются диагностическим признаком определенных клеток. По анализу органоидного состава можно судить о виде и происхождении клетки.
• Основными органоидами принято считать:цитоплазму, ядро и цитоплазматическую мембрану. Остальные органеллы дополняют функции, но также являются жизненно важными.

Функции клеточных органоидов 

Напомним, что полноценный состав органелл составляет всю совокупность жизненных процессов клетки. По порядку укажем процессы и увидим схожесть с человеческим организмом:

• дыхание — клетка окисляет вещества кислородом или без него и получает от этого энергию;
• питание — клетка поглощает питательные вещества для процессов метаболизма;
• рост и развитие — клетка с момента рождения постепенно увеличивается в размерах и претерпевает изменения в строенииразмножение — клетка способна к делению, образованию себе подобных;
• выделение — продукты обмена вещества секретируются через специальные структуры;
• раздражимость — многие клетки способны воспринимать сигнал из окружающей среды и посылать на него реакцию.

Существует в природе уникальный клеточный процесс, несвойственный человеческому организму — дифференцировка. Это процесс изменения клетки, направленный на ее специализацию к определенной роли. Простыми словами, подготовка к будущей профессии клетки.

Пример

Стволовые кровяные клетки не отличаются друг от друга и в основном активно делятся. Одни из них претерпевают кардинальные изменения и становиться незрелыми эритроцитами с ядром. Делиться уже не могут и отправляются в кровяное русло для дальнейшего созревания. В крови сбрасывают ядро и становятся постклеточной структурой — зрелым эритроцитом. Их новая роль — транспортировка питательных веществ и кислорода.

 Разделение клеток по органоидному составу

Можно поделить клетки по совокупности органелл. Существует две группы:

1. Прокариоты (прокариотические клетки): обладают меньшими размерами; не имеют ядра и пластид; генетически материал хранят прямо в цитоплазме; основные представители — бактериальные организмы.
2. Эукариоты (эукариотические клетки): обладают большими размерами; имею ядро и пластидные органоиды; генетически материал упакован в ядро клетки; основные представители — клетки животных, растений и грибов.

На самом деле, в данном разделении участвует и эволюционный возраст клеток. Прокариоты появились намного раньше, что доказывает их упрощенное строение. Эукариотические клетки появляются позже и становятся более совершенными и сложными.

Существует теория эндосимбиоза, которая предполагает возможность возникновения двумембранных органоидов из прокариотических клеток. Доказательством служат следующие одинаковые свойства:

• цитоплазматическая мембрана из двух слоев;
• хранение генетического материала в цитоплазме;
• небольшие размеры;
• отсутствие сложных структур;
• способ размножения путем деления.

Таким образом, прокариотические клетки вступили в симбиоз с эукариотами и превратились в двумембранных органоидов.

Функции одномембранных органоидов

Дадим определение каждому органоиду и определим его функции и биологическое значение. Также приведем сравнительные пример с организмом человека. К одномембранными органеллам относят: эндоплазматическую сеть (ЭПС), аппарат Гольджи (комплекс Гольджи), лизосомы, пероксисомы, вакуоли.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Эндоплазматическая сеть (Эндоплазматический ретикулум, ЭПС, ЭПР)

Эндоплазматическая сеть (Эндоплазматический ретикулум, ЭПС, ЭПР) — совокупность мембранных цистерн, которые подразделяют клетки на отдельные ячейки — компартменты.

Существует два вида данного органоида:

Гладкая эндоплазматическая сеть (г-ЭПС): 

• не имеет образований поверх мембраны; 
• является местом синтеза липидов и углеводов; 
• накапливает определенные реагенты и метаболиты для осуществления синтеза.

Шероховатая эндоплазматическая сеть (ш-ЭПС): 

• имеет поверх мембраны рибосомы, отвечающие за биосинтез белка; 
• становятся местом синтеза белковых молекул; 
• также накапливают соответствующие реагенты.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи (Комплекс Гольджи) — система трубочек, мембранных цистерн и пузырьков, расположенная вокруг ядра в виде стопки.

Является складом для некоторых метаболитов. Внутри аппарата Гольджи происходят реакции модификации белков в ферменты, гормоны и другие многофункциональные биологически активные вещества.

Также из комплекса Гольджи образуются секреторные пузырьки, в которые упаковывается секрет. В дальнейшем секреторный пузырек сливается с внешней мембраной, а внутренней вещество выходит из клетки наружу. Аппарат Гольжди также участвует в образовании первичных лизосом.

Комплекс Гольджи больше развит у клеток желез. Эндоплазматическая сеть и Аппарат Гольжди — это аналоги синтезирующих желез, в которых синтезируются жизненно важные вещества.

Лизосомы

Лизосомы — пузырьки, наполненные пищеварительными ферментами (энзимами) — протеазы, липазы, фосфатазы, нуклеазы.

Задача данного органоида внутриклеточное пищеварения. Лизосома ловит частички пищи или сливается с пищеварительной вакуолью и начинает процессы расщепления.

Последствием пищеварительных процессов становятся непереваренные остатки. Лизосома с такими остатками называется «вторичной». Она выводит остатки через мембрану.

Лизосомы являются аналогами человеческого желудка. 

Заметка  

Интересно, что лизосомы содержат саморазрушающие ферменты, которые уничтожают саму клетку. Данное явление является частью запрограммированной смерти клетки — апоптоза.

 Пероксисомы 

Пероксисомы — подобные лизосомам пузырьки с ферментом каталазой.

Функция данного органоида разрушение токсичного вещества пероксида водорода (перекись водорода H2O2). Функции пероксисомы аналогичны человеческой печени. Больше пероксисом в теле человека содержится именно в этом органе.

Вакуоли

 Вакуоли  — одномембранные пузыри различных размеров.

По расположению и функциям можно поделить данный органоид на несколько видов:

Растительные вакуоли: 

• находятся в клетках растений; 
• выравнивают осмотическое давление; 
• накапливают питательные вещества для клеточных процессов.

Сократительные вакуоли: 

• находятся в некоторых одноклеточных животных организмов; 
• выкачивают излишки воды из клетки, тем самым выравнивая осмотическое давление.

Пищеварительные вакуоли: 

• находятся в животных клетках; 
• принимают питательные вещества и переваривают их.

Вакуоли являются аналогами запасающих структур тела человека: жировых клеток, печени, мышц и других.

Функции двумембранных органоидов

Важным отличаем двумембранных органоидов является наличие мембраны из двух слоев. К ним относят: митохондрии, пластиды и ядро.

Митохондрии

Митохондрии  — органоид в форме палочек, которые отвечают за кислородное дыхание клетки. Они представлены двумя мембранами: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана образует впячивания — кристы. На поверхности внутренней мембраны расположены окислительные ферменты, обеспечивающие процесс дыхания.

Полость митохондрии заполнена содержимым — матриксом. Внутри него погружены рибосомы и кольцевые молекулы ДНК.

Бескислородный этап дыхания осуществляется в цитоплазме. В результате кислородного этапа образуются 36 молекул АТФ при окислении одной молекулы глюкозы.

Можно сравнить митохондрии с органами дыхания многих животных — легкими. Хотя в какой-то степени — это неверно. Легочное дыхание осуществляется легкими — это обмен газов. Клеточное дыхание в организме человека происходит в митохондриях — это окисление питательных веществ.

Пластиды

Пластиды — органоиды, встречающиеся преимущественно только в клетках высших растений и водорослей.

Принято выделять три типа пластид:

• Хлоропласты — зеленые органоиды, внутри которых расположены структуры с пигментом хлорофиллом. Под внутренней мембраной содержат дисковидные образования — тилакоиды, которые собираются в стопки — граны. Задача хлоропластов — образование кислорода с затратой углекислого газа.
• Хромопласты — окрашенные пластиды, содержащие пигменты — каратиноиды. Придают разную окраску плодам, листьям и лепесткам цветов. Основная функция — привлечение внимания травоядных и переносящих пыльцу животных.
• Лейкопласты — белые пластиды, которые накапливают питательные вещества в растении: пептиды, липиды и крахмальный углевод. Находятся внутри плодов и запасающих структур.

Ядро

Ядро  — двумембранная главная структура, которая обеспечивает хранение и передачу генетической информации.

Также ядро управляет всеми жизненными процессами клетками. Обеспечивает слаженную работу органоидов. Принимает участие в делении клетки.

По большому счету, можно сравнить ядро с нервной системой человека.

 Подведем итоги

Внутреннее устройство клетки чем-то напоминает строение организма человека. Аналогом мозга можно считать ядро. Аналогом желудка — лизосомы. Таким образом, клетка, подобно организму человека, представляет собой прочную систему, в которой каждый элемент взаимосвязан и не может быть убран.