Классификация двумембранных органоидов: описание, сходные признаки

Органоиды, расположенные внутри любой клетки, обеспечивают ее жизнедеятельность, служат механизмом для реализации возложенных функций. Каждый органоид имеет определенное строение и четкий набор структурных единиц. Исходя из этого органеллы живой клетки бывают одно-, двумембранные и не имеющие мембран. Несмотря на микроскопические размеры любой тканевой единицы – клетки, особенности ее строения постоянны, поскольку обеспечивают исполнение общеорганизменной нагрузки.

Что такое двумембранные органоиды

Самостоятельность клетки поддерживают двумембранные органеллы, процесс образования которых обусловлен делением существующих клеточных элементов. В двумембранных присутствует собственный геном, который характеризуется кольцевой формой и напоминает геном клетки бактерий.

Существует теория, что двумембранные органоиды имеют происхождение общее с прокариотами. Вступив в симбиоз с клетками-эукариотами, они «нашли себя» внутри последних. Это объясняет сходство внешней мембраны органелл двумембранной природы с таковой у эукариот, а внутренней – у прокариот. Факт также не противоречит гипотезе, утверждающей, что органоидная мембрана – не что иное, как оболочка пищеварительной вакуоли, имеющей специфическое название – фагосома.

Двумембранные органеллы существуют полуавтономно. Способность к делению – их вторая характерная особенность.

Клеточная система предусматривает существование немембранных органоидов. К ним относятся:

• клеточный центр;
• цитоскелет;
• рибосомы.

Типы органоидов

По наличию и количеству мембран они делятся на:

• одномембранные;
• двумембранные;
• немембранные.

Как мембранные, так и немембранные органеллы, характеризуются определенным составом, имеют конкретные свойства и исполняют функции. Такие объемные зоны имеют иное название – компартменты. Их расположение внутри гиалоплазмы имеет определенные закономерности.

Комплекс Гольджи, лизомомы, пероксисомы, митохондрии, эндоплазматическая сеть – перечень органелл, отграниченных от гиалоплазмы мембраной, строение которой похоже на цитолеммы. Их жизнедеятельность связана с разделением либо слипанием (слиянием) мембран. Такие процессы характеризуются объединением исключительно идентичных слоев мембраны.

Виды двумембранных органоидов

Такие органеллы, как митохондрии, пластиды и ядро (у эукариот) имеют две мембраны. Митохондрии являются энергетическим источником для всей клетки, а пластиды играют  главную роль в фотосинтезе. При этом, если хлоропласты, содержащие хлорофилл, являются непосредственным участником выработки кислорода на свету, то от хромопластов зависит окраска органов растений. Лейкопласты же накапливают крахмал.

Митохондрии интересны и тем, что содержат «личные» рибосомы и ДНК. С помощью них образовываются белки внутри органелл.

Для части микроорганизмов (к примеру, амебы) характерно наличие одной митохондрии. Вырабатываемой нею энергии хватает для жизнедеятельности простейшего. В то же время жировая ткань подкожной клетчатки не имеет их вообще, поскольку в ней не происходит энергетических процессов. Половые клетки (сперматозоиды) имеют несколько митохондрий, что обеспечивает их высокую подвижность. Большое количество этих органелл содержится в миофибрильном волокне. В таком случае говорят о митохондриальном ретикулуме – слившихся двумембранных органоидах.

Ядро внутри клетки – критерий деления их на прокариоты и эукариоты. Не содержащие ядра прокариоты хранят передающуюся по наследству генетическую информацию в определенном участке цитоплазмы, который имеет более плотную структуру. Выглядит это кольцеобразной плазмидой.

Эукариоты имеют органоид ядро, отграниченное от гиалоплазмы двумембранной оболочкой. Внутри ядра – генносодержащие структуры, которые при делении равномерно «раздают» наследственную информацию молодым клеткам.

Строение

Для описываемых органелл характерно наличие кольцевой нити ДНК, в которой содержатся гены. В них закодирована часть белков органоида. Вторая часть генной информации находится в ядре. Ее источником является цитоплазма, что объясняет причину невозможности существования митохондрий и пластид отдельно от клетки.

Слои мембраны органелл различаются по строению. Так, внешняя похожа на мембрану клеток, а внутренняя сходна с бактериальной мембраной, особенно с учетом ее липидного и белкового состава. За счет большого количества белков (в них велико содержание ферментов) в органеллах с помощью кислорода происходят интенсивные окислительные процессы и соответствующий синтез АТФ.

Мембраны в двухмембранных органеллах отделены одна от другой межмембранным пространством. Относительно митохондрий это – матрикс, в котором расщепляются аминокислоты, остатки углеводов, жирные кислоты.

Пластиды содержат не только наружную и внутреннюю оболочки, но и мембранные мешочки. Это не что иное, как впяченная внутрь внутренняя мембрана (научное название: тилакоиды и ламеллы). Источником образования пластид являются пропластиды, для которых свойственны взаимные превращения друг в друга.

Оболочка ядра как бы вытекает из эндоплазматической сети. Она характеризуется сложным составом и имеет много отверстий, называемых порами. Посредством пор обе оболочки мембраны сообщаются друг с другом. В то же время здесь содержатся особые пептиды, функцией которых является определение веществ, которые проникают внутрь из внутритканевой жидкости и выводятся наружу.

Функции

Кристы на внутренней оболочке митохондрий содержат дыхательные ферменты, а также ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Это – гарантия эффективного клеточного дыхания.

Функции митохондрий в организме строго определены. Это:

• образование АТФ;
• обмен энергией с участием кислорода;
• белковый синтез (внутримитохондриальный, с использованием специфической ДНК и собственных рибосом);
• переработка жирных кислот и углеводов, происходящая на внешней мембране и находящейся по ее периметру гиалоплазме;
• цикл трикарбоновых кислот.

Функции пластид обеспечиваются их строением. Хлоропласты, имея ровную наружную оболочку и массу крист на внутренней, локализуют в себе пигментные вещества. Важнейшее из них – хлорофилл. Он зеленого цвета в отличие от оранжевого ксантофилла и каротина.

Внутри хлоропласта находится строма, которая необходима для темновых реакций: синтеза глюкозы. Для этого используется воды и СО₂. Строма содержит молекулы ДНК кольцевой формы, РНК, рибосомы и ферменты.

Пластиды также отнесены к полуавтономным органоидам, которые могут синтезировать белок. Способны делиться.

Исходя из вышеописанных особенностей строения ядра, схематически сформулировать его функции можно следующим образом:

1. Главная роль в хранении и передаче наследственной информации (в случае деления клетки).
2. Контроль синтеза белка, в результате чего регулируется вся жизнедеятельность клетки.
3. Образование субъединичных структур – рибосом.

Полуавтономные двумембранные органоиды

Органоиды, в которых содержатся «личные» ДНК, а также РНК и рибосомы, которые могут образовывать белок, относятся к полуавтономным. В их компетенции превращать Е в АТФ. Митохондрии и пластиды – непосредственные представители полуавтономных двумембранных органелл.

Все эукариотические клетки «укомплектованы» митохондриями. Они – незаменимые участники клеточного дыхания, способны накапливать энергию в виде АТФ-молекул, содержащих макроэргические связи. Все протекающие в клетке процессы происходят с затратой энергии, содержащейся в АТФ.

Митохондрии в состоянии менять форму, а также выбирать для своего расположения активные участки цитоплазмы. Это способствует концентрации органелл там, где энергетическая потребность в них выше.

Двумембранная оболочка имеет межмембранное пространство шириной 6-10 нм. Внутренняя часть располагается кристами, на которых протекают процессы клеточного дыхания. Это – неотъемлемая часть синтеза АТФ.

В митохондриях имеются и собственные белки, ферменты, РНК и кольцевые ДНК. Они располагаются в матриксе.

Пластиды имеются в растительных клетках. Внутреннее содержимое (строма) отделено от гиалоплазмы двумембранной оболочкой. В их характеристике важно то, что в пластидах содержится аппарат, синтезирующий белок. Поэтому органелла в состоянии запасать его для себя в достаточном количестве.

Современная классификация пластид следующая:

• хлоропласты;
• хромопласты;
• лейкопласты.

Сложная структура хлоропласта позволяет справиться с возложенной на органеллу серьезной функцией – фотосинтезом. Тилакоиды – развитая пузырьковая сеть мембран – собраны в граны. Строма содержит кольцевые ДНК, РНК, рибосомы, капли липидов и белки. Запасные полисахариды (крахмал) накапливаются здесь же, крахмальными зернами. Хлоропласты имеют размер 4-5 мкм, выглядят в виде дисков и содержат каротиноиды и хлорофилл. Клетка мезофилла может содержать 40-50 таких органелл.

Основной признак хромопластов – наличие пигмента. В них нет хлорофилла, но есть каротиноиды красного, желтого или оранжевого цвета. Для их образования расходуются хлоропласты, в которых разрушается хлорофилл, а содержащиеся структурные элементы приступают к синтезу каротиноидов. Такой процесс характерен для периода плодосозревания.

Третья разновидность пластид – лейкопласты – способны накапливать крахмал, в частности, амилопласты. Отдельные из них в состоянии образовывать белки и липиды, а также накапливать их внутри себя.

Присутствие света инициирует превращение лейкопластов в хлорополасты.