Лизосомы. Митохондрии. Пластиды

 

1. Строение и функции лизосом

 

Лизосомы – мелкие округлые тельца, одномембранные. В лизосомах находятся большой набор ферментов, которые способны расщеплять поступившие в клетку питательные вещества. Формируются лизосомы в комплексе В 1949 году де Дювон описал лизосомы.

Когда в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза попадают различные питательные вещества, то их необходимо переварить. При этом белки должны разрушиться отдельных аминокислот, полисахариды до отдельных молекул глюкозы или фруктозы, липиды – до гликогена и жирных кислот. Чтобы внутриклеточное переваривание стало возможным, фагоцитарный и пиноцитарный пузырек должен слиться с лизосомой.

Благодаря лизосомам питательные вещества не теряются, а превращаются и расходуются на формирование новых органов. Например у лягушек лизосомы постепенно переваривают все клетки хвоста головастиков при его превращении в лягушку.

 

2. Строение и функции митохондрий.

 

Митохондрии отграничены от цитоплазмы 2 мембранами, имеют вид мелких зерен, которые располагаются в цитоплазме хаотично или упорядочено. Количество митохондрий в клетке прямо пропорционально функциональной активности клетки.

 

Внешняя мембрана отграничивает внутреннее содержимое митохондрии – матрикс. Внутренняя мембрана складчатая – образует кристы (складки). Содержимое митохондрий представлено гомогенным веществом, в котором много белков, ферментов, фосфолипидов, молекул ДНК, имеющих кольцевую структуру, немного рибосом.

 

Функции митохондрий:

1. участвуют в обмене веществ, так как содержат ферменты.

2. участвуют в процессе дыхания, синтезе молекул АТФ.

3. осуществление синтеза белка, так как имеют свою специфическую ДНК.

 

Митохондрии содержатся во всех эукариотических клетках, а вот в прокариотических их нет. Этот факт, а также наличие в митохондриях ДНК позволило ученым выдвинуть гипотезу о том, что предки митохондрий когда-то были свободноживущими существами, напоминающими бактерии. Со временем они поселились в клетках других организмов, возможно, паразитируя в них. А затем за многие миллионы лет превратились в важнейшие органоиды, без которых ни одна клетка не могла существовать.

 

4. Строение и функции пластид. (Объяснение учителя с элементами беседы и использованием таблиц и рис. 27 на стр. 54).

Пластиды – органоиды, присущие только растительным клеткам.

 

ВОПРОС: Перечислите известные вам виды пластид. (Хлоропласты, хромопласты, лейкопласты, у низших растений вместо пластид имеются хроматофоры).

 

У высших растений один вид пластид может переходить в другой.

 

Подробнее познакомимся со строением и функциями хлоропластов.

Хлоропласты имеют 2 мембраны: наружную и внутреннюю. Внутренняя мембрана образует выросты внутрь хлоропласта – ламеллы. Совокупность ламелл хлоропласта наз. стромой. Ламеллы могут в ряде мест образуют локальные расширения, имеющие вид уплощенных мешочков – тилакоидов. Тилакоиды располагаются стопками, один над другим, напоминая стопки монет. Эти стопки наз гранами. Пигиент хлорофилл располагается внутри мембран тилакоида.

Функция хлоропластов: фотосинтез.

У лейкопластов стромы нет. У хромопластов строма развита несколько хуже, чем у хлоропластов.

Как и митохондрии, пластиды содержат собственные молекулы ДНК. Поэтому они также способны самостоятельно размножаться, независимо от деления клетки.

 

«Строение и функции органоидов клетки

Органоиды клетки	Особенности строения	Выполняемые функции
Лизосомы	Небольшие пузырьки, окруженные мембраной	Переваривание веществ
Митохондрии	Покрыты 2 слойной мембраной. Внутренняя имеет многочисленные складки и выступы - кристы	Синтез АТФ. Обеспечение клетки энергией при расщеплении АТФ
Пластиды	Тельца, окруженные двойной мембраной
Лейкопласты	Бесцветные	Накопление крахмала
Хлоропласты	Зеленые	Фотосинтез
хромопласты	Красные, оранжевые, желтые	Накопление каратиноидов

 

 

КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР. ОРГАНОИДЫ ДВИЖЕНИЯ. КЛЕТОЧНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ

 

 

Одной из важнейших составляющих клетки являются микротрубочки – полые цилиндрические структуры, которые поддерживают форму клетки, создавая цитоскелет. Они связаны с цитоплазматической и ядерной мембранами, обеспечивают движение внутриклеточных структур, входят в состав органоидов движения и клеточного центра.

 

Клеточный центр играет важную роль в формировании цитоскелета – внутреннего скелета клетки, образованного системой микротрубочек и пучков белковых волокон, тесно связанных с наружной мембраной и ядерной оболочкой и выходящих из области клеточного центра.

 

Строение клеточного центра: представлен двумя центриолями, расположено перпендикулярно друг к другу. Каждая центриоль состоит из цилиндра, образованного девятью триплетами трубочек, связанных между собой.

Значение: принимает участие в делении клетки, образуя нити веретена деления.

 

ОРГАНОИДЫ ДВИЖЕНИЯ

Органоиды	Строение	Функции
1. Реснички	Короткие многочисленные выросты на поверхности мембраны	Удаление частичек пыли (реснитчатый эпителий дыхательных путей)
2. Жгутики	Единичные длинные цитоплазматические выросты на поверхности клетки	Передвижение (сперматозоиды, зооспоры одноклеточные организмы)
3. Ложноножки (псевдоподии)	Амебоидные выступы цитоплазмы	Образуется для захвата пищи или передвижения
4. Миофибриллы	Тонкие нити, входящие в состав клетки	Служат для сокращения мышечных волокон

 

СРАВНЕНИЕ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ

Животная клетка	Растительная клетка
Сходства
1. Сходный химический состав 2. Сходны по основным проявлениям жизнедеятельности. 3. Единый принцип организации.
Различия
Отсутствие клеточной стенки	Имеется клеточная стенка из целлюлозы
Гетеротрофный тип питания	Наличие хлоропластов, автотрофный тип питания
Резервный углевод - гликоген	Имеется крупная вакуоль

 

 

КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР. ОРГАНОИДЫ ДВИЖЕНИЯ. КЛЕТОЧНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ

 

 

Клеточный центр расположен в цитоплазме всех клеток вблизи от ядра. Он играет важную роль в формировании внутреннего скелета клетки – цитоскелета. Из клеточного центра расходится множество микротрубочек, поддерживающих форму клетки и играющих роль своеобразных рельсов для движения органоидов по цитоплазме.

Велика роль клеточного центра при делении клеток, когда центриоли расходятся к полюсам делящейся клетки и образуют веретено деления.

У высших растений клеточный центр устроен по другому, центриоли не образуются.

 

1. Органоиды движения, их строение и функции. (Объяснение учителя с элементами беседы и использованием таблиц и рис. 29 на с. 57 учебника)

Некоторые клетки способны к движению, например инфузория туфелька, амеба, эвглена зеленая. Двигаются они при помощи особых органоидов – ресничек и жгутиков.

 

Жгутики имеют большую длину (сперматозоиды млекопитающих) они достигают 100 мкм. Реснички гораздо короче. Внутреннее строение ресничек и жгутиков одинаково: они образованы такими же микротрубочками, как центриоли клеточного центра. В основании каждой реснички и жгутика лежит базальное тельце, которое укрепляет их в цитоплазме клетки. На работу жгутиков и ресничек расходуется энергия АТФ.

Органоиды движения часто встречаются и у клеток многоклеточных организмов. Например, эпителий бронхов человека покрыт множеством ресничек. Все реснички каждой эпителиальной клетки двигаются строго согласованно, образуя своеобразные волны, хорошо заметные под микроскопом. Это приспособление к очистке бронхов от инородных частиц и пыли. Жгутики есть у таких специализированных клеток как сперматозоиды.

 

2. Клеточные включения, их отличия от органоидов движения и роль в клетке. (Объяснение учителя)

Помимо обязательно имеющихся органоидов, в клетке есть образования то появляющиеся, то исчезающие в зависимости от ее состояния. Эти образования наз. клеточные включения. Чаще всего клеточные включения находятся в цитоплазме и представляют собой питательные вещества или гранулы веществ, синтезируемые этой клеткой. Это могут быть мелкие капли жира, гранулы крахмала или гликогена, реже – гранулы белка, кристаллы солей.

 

 

Органоиды клетки	Особенности строения	Выполняемые функции
Клеточный центр	Образован центриолями и микротрубочками	Участвует в формировании внутреннего скелета клетки – цитоскелета. Играет важную роль при делении клетки.
Органоиды движения	Реснички, жгутики	Осуществляют различные виды движения

 

 

БАКТЕРИИ

 

Особенности строения и жизнедеятельности бактерий:

1. Снаружи клетку окружает плотная оболочка.

2. В цитоплазме находится очень много рибосом.

3. Впячивания цитоплазматической мембраны выполняют функции многих органоидов.

4. Имеются включения, содержащие запасные питательные вещества.

5. Носитель наследственного материала – ДНК или РНК – часто замкнут в виде кольца и не образует оформленного ядра.

6. Размножаются путем деления. Которое наступает после удвоения бактериальной хромосомы – кольцевой ДНК – или после полового процесса, протекающего в форме обмена генетическим материалом между особями.

7. При неблагоприятных условиях образуют споры.

8. По типу питания бывают:

БАКТЕРИИ
АВТОТРОФНЫЕ	ГЕТЕРОТРОФНЫЕ
Фотосинтетики Зеленые, пурпурные	Хемосинтетики Железобактерии, серобактерии, нитрофицирующие	Паразиты Холерный вибрион, Столбнячная палочка	Сапрофиты Бактерия гниения, бактерии брожения

 

9. Значение.

РОЛЬ БАКТЕРИЙ В ПРИРОДЕ
В результате гнилостных бактерий природа очищается от погибших растений и животных	Многие бактерии принимают участие в геохимических процессах образования серы, фосфора, каменного угля, нефти и т.д.	Бактерии играют важную роль в круговороте азота: нитрифицирующие и азотфиксирующие повышают плодородие почвы

 

РОЛЬ БАКТЕРИЙ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

1. Паразитические (патогенные) бактерии вызывают заболевания: чуму, холеру, туберкулез, менингит, тиф.

2. служат для приготовления сывороток и вакцин; являются основой получения антибиотиков (стрептомицина, нистатина, эритромицина).

3. бактерии молочнокислого брожения необходимы для изготовления молочнокислых продуктов и квашения. Бактерии уксуснокислого брожения используется для получения винного уксуса.

4. бактерии вызывают разрушение или коррозию многих промышленных материалов – металлов, дерева, бумаги.

5. бактерии гниения и брожения приводят к порче продуктов питания.

 

 

ОСНОВНЫЕ РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ПРОКАОТАМИ И ЭУКАРИОТАМИ

Характеристика	Прокариоты	Эукариоты
Размеры клеток	Диаметр 0,5 – 5 мкм	Диаметр до 40 мкм, объем в 1000 – 10000 раз больше, чем у прокариот
Генетический материал	Кольцевая ДНК находится в цитоплазме, нет ядра, хромосом, ядрышка	Молекулы ДНК связаны с белками и образуют хромосомы внутри оформленного ядра, там же есть ядрышко
Органоиды	Органоидов мало. Не имеется двумембранных органоидов. Внутренние мембраны встречаются редко; если они есть, на них протекают процессы дыхания или фотосинтеза	Немембранные – рибосомы, микротрубочки, клеточный центр. Одномембранные – комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли. Двумембранные – ЭПС, митохондрии, пластиды.
Клеточные стенки	Жесткие, содержат полисахариды и аминокислоты. Основной арматурный компонент – муреин.	У растений и грибов жесткие, содержат полисахариды. Основной арматурный компонент у растений – целлюлоза, у грибов – хитин.
Фотосинтез	Хлоропластов нет. Происходит на мембранах, без специфической упаковки	Происходит в специализированных органоидах – пластидах, имеющих специализированное строение
Фиксация азота	Некоторые обладают этой способностью	Ни один эукариотический организм не способен к фиксации азота

«Различия в строении клеток эукариот и прокариот»

 

Органоиды клетки	Содержится ли органоид в клетке эукариот	Содержится ли органоид в клетках прокариот
Клеточная мембрана	Да	Да
Цитоплазма	Да	Да
Рибосомы	Да	Да
Митохондрии	Да	Нет
ЭПС	Да	Нет
Комплекс Гольджи	Да	Нет
Пластиды	Да	Нет

 

 

АССИМИЛЯЦИЯ И ДИССИМИЛЯЦИЯ. МЕТАБОЛИЗМ.

 

Метаболизм– ряд стадий, на каждой из которых молекула под действием ферментов слегка видоизменяется до тех пор, пока не образуется необходимое организму соединение.

 

Обмен веществ – последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах в процессе их жизни.

 

Обмен веществ складывается из 2 взаимосвязанных процессов – анаболизма и катаболизма.

МЕТАБОЛИЗМ

АССИМИЛЯЦИЯ (анаболизм, пластический обмен)	ДИССИМИЛЯЦИЯ (катаболизм, энергетический обмен)
Накопление веществ и энергии	Расходование веществ и энергии

 

Ассимиляцияили анаболизм (пластический обмен), - совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клеток.

 

1. в ходе ассимиляции происходит биосинтез сложных молекул из простых молекул – предшественников или из молекул веществ, поступивших из внешней среды.

2. Важнейшими процессами ассимиляции являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойственны всем организмам) и синтез углеводов (только у растений, некоторых бактерий и цианобактерий).

3. В процессе ассимиляции при образовании сложных молекул идет накопление энергии, главным образом в виде химических связей.

Диссимиляция или катаболизм (энергетический обмен) – совокупность реакций. В которых происходит распад органических веществ с высвобождением энергии.

 

1. При разрыве химических связей в молекулах органических соединений энергия высвобождается и запасается в виде молекул АТФ.

2. Синтез АТФ у эукариот происходит в митохондриях и хлоропластах, у прокариот – в цитоплазме, на мембранных структурах.

3. Диссимиляция обеспечивает все биохимические процессы в клетке энергией.

 

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

Название этапа, локализация в организме	Особенности протекания этапов	Энергетическая ценность
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ (в органах пищеварения)	Молекулы сложных органических веществ расщепляются под действием ферментов на более мелкие: белки – аминокислоты, углеводы – глюкоза, жиры – глицерин и жирные кислоты	Небольшое количество энергии рассеивается в виде тепла
БЕСКИСЛОРОДНЫЙ (неполный) гликолиз; у микроорганизмов - брожение	Дальнейшее расщепление молекул (при участии ферментов) до более простых соединений. Так, глюкоза распадается на 2 молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая затем восстанавливается в молочную кислоту (С3Н6О3); в реакциях участвуют Н3РО4 и АДФ: У дрожжевых грибов – спиртовое брожение	При расщеплении глюкозы 60% выделяющейся энергии превращается в тепло; 40% идет на синтез 2 молекул АТФ – эта часть энергии запасается
КИСЛОРОДНЫЙ (протекает в матриксе митохондрий и на внутренних мембранах)	При доступе кислорода к клеткам образовавшиеся на предыдущем этапе вещества окисляется до СО2 и Н2О Образовавшиеся молекулы АТФ выходят за пределы митохондрий и участвуют во всех процессах клетки, где необходима энергия	При окислении 2 молекул молочной кислоты образуется 36 молекул АТФ

 

- Энергию (АТФ) живые существа могут получить несколькими способами: фотосинтез (1 этап) и путем окисления органических веществ.

АТФ обеспечивает энергией все функции клетки: механическую работу, биосинтез веществ, деление и т. д. синтез АТФ главным образом происходит в митохондриях. Как вы помните на синтез 1 моля АТФ из АДФ необходимо 40 кДж Е.

 

Энергетический обмен в клетке подразделяют на 3 этапа.

Первый этап – подготовительный. Во время него крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. Полисахариды распадаются до моносахаридов, белки – до аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот. В ходе этих превращений энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется.

 

Второй этап – неполное бескислородное расщепление веществ. На этом этапе вещества, образующиеся во время подготовительного этапа, разлагаются при помощи ферментов в отсутствие кислорода. Разберем этот этап на примере гликолиза – ферментативного расщепления глюкозы. Гликолиз происходит в животных клетках и у некоторых микроорганизмов. Суммарно этот процесс можно представить в виде следующего уравнения:

 

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О

 

Таким образом, при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая во многих клетках, например в мышечных, превращается в молочную кислоту (С3Н6О3), причем высвободившиеся при этом энергии достаточно для превращение двух молекул АДФ в 2 молекулы АТФ. Несмотря на кажущуюся простоту, гликолиз – процесс многоступенчатый, насчитывающий более 10 стадий, катализируемых разными ферментами. Только 40% выделяющейся энергии запасается клеткой в виде АТФ, а остальные 60% - рассеивается в виде тепла. Благодаря многостадийности гликолиза выделяющиеся небольшие порции тепла не успевает нагреть клетку до опасного уровня. Гликолиз происходит в цитоплазме клетки.

 

У большинства растительных клеток и некоторых грибов второй этап энергетического обмена представлен спиртовым брожением:

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О

 

Исходные продукты спиртового брожения те же, что и у гликолиза, но в результате образуется этиловый спирт, углекислый газ, вода и 2 молекулы АТФ. Есть такие микроорганизмы, которые разлагают глюкозу до ацетона, уксусной кислоты и других веществ, но в любом случае «энергетическая прибыль» клетки составляет 2 молекулы АТФ.

 

Третий этап энергетического обмена – полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. При этом вещества, образованные на втором этапе, разрушаются до конечных продуктов – СО2 и Н2О. этот этап можно представить себе в следующем виде:

 

2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 +36АДФ = 6СО2 + 42Н2О + 36 АТФ

 

Таким образом, окисление 2 молекул трехугольной кислоты, образовавшихся при ферментативном расщеплении глюкозы до СО2 и Н2О, приводит к выделению большого количества энергии, достаточного для образования 36 молекул АТФ.

Клеточное дыхание происходит в кристах митохондрий. Коэффициент полезного действия этого процесса выше, чем у гликолиза, и составляют приблизительно 55%. В результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

Для получения энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит сахарам.