Что такое органоид? Строение и функции органоидов. Органоиды растительной клетки. Органоиды животной клетки

Клетка - это уровень организации живой материи, самостоятельная биосистема, которая обладает основными свойствами всего живого. Так, она может развиваться, размножаться, двигаться, адаптироваться и изменяться. Кроме этого, любым клеткам присущ обмен веществ, специфическое строение, упорядоченность структур и функций.

Наука, которая занимается изучением клеток, - это цитология. Ее предметом являются структурные единицы многоклеточных животных и растений, одноклеточные организмы - бактерии, простейшие и водоросли, состоящие всего из одной клетки.

Если говорить об общей организации структурных единиц живых организмов, то они состоят из оболочки и ядра с ядрышком. Также в их состав входят органоиды клетки, цитоплазма. На сегодняшний день высокоразвиты разнообразные методы исследования, но ведущее место занимает микроскопия, которая позволяет изучать строение клеток и исследовать ее основные структурные элементы.

Что такое органоид?

Органоиды (их еще называют органеллами) - постоянные составляющие элементы любой клетки, которые делают ее целостной и выполняют определенные функции. Это структуры, которые являются жизненно необходимыми для поддержания ее деятельности.

К органоидам относятся ядро, лизосомы, эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи, вакуоли и везикулы, митохондрии, рибосомы, а также клеточный центр (центросома). Сюда также относят структуры, которые образуют цитоскелет клетки (микротрубочки и микрофиламенты), меланосомы. Отдельно следует выделить органоиды движения. Это реснички, жгутики, миофибриллы и псевдоножки.

Все эти структуры взаимосвязаны и обеспечивают скоординированную деятельность клеток. Именно поэтому на вопрос: «Что такое органоид?» - можно ответить, что это компонент, который можно приравнять к органу многоклеточного организма.

Классификация органоидов

Клетки отличаются размерами и формой, а также своими функциями, но при этом они имеют сходное химическое строение и единый принцип организации. При этом вопрос о том, что такое органоид и какие это структуры, достаточно дискуссионный. Так, например, лизосомы или вакуоли иногда не относят к клеточным органеллам.

Если говорить о классификации данных компонентов клеток, то выделяют немембранные и мембранные органоиды. Немембранные - это клеточный центр и рибосомы. Органоиды движения (микротрубочки и микрофиламенты) также лишены мембран.

В основе строения мембранных органелл лежит наличие биологической мембраны. Одномебранные и двумембранные органоиды имеют оболочку с единой структурой, которая состоит из двойного слоя фосфолипидов и белковых молекул. Она отделяет цитоплазму от внешней среды, помогает клетке сохранять форму. Стоит вспомнить, что в клетках растений помимо мембраны еще есть и внешняя целлюлозная оболочка, которую называют клеточной стенкой. Она выполняет опорную функцию.

К мембранным органеллам относится ЭПС, лизосомы и митохондрии, а также лизосомы и пластиды. Их мембраны могут отличаться только по набору протеинов.

Если говорить о функциональной способности органелл, то некоторые из них способны синтезировать определенные вещества. Так, важные органоиды синтеза - митохондрии, в которых образуется АТФ. Рибосомы, пластиды (хлоропласты) и шероховатая эндоплазматическая сеть отвечают за синтез белков, гладкая ЭПС – за синтез липидов и углеводов.

Рассмотрим строение и функции органоидов более подробно.

Ядро

Данная органелла чрезвычайно важна, поскольку при ее удалении клетки перестают функционировать и погибают.

Ядро имеет двойную мембрану, в которой есть множество пор. При помощи них оно тесно связывается с эндоплазматической сетью и цитоплазмой. Данный органоид содержит хроматин - хромосомы, которые являются комплексом протеинов и ДНК. Учитывая это, можно сказать, что именно ядро является органеллой, которая отвечает за сохранение основного количества генома.

Жидкая часть ядра называется кариоплазмой. В ней содержатся продукты жизнедеятельности структур ядра. Наиболее плотная зона - ядрышко, в котором размещаются рибосомы, сложные белки и РНК, а также фосфаты калия, магния, цинка, железа и кальция. Ядрышко исчезает перед делением клеток и формируется снова на последних этапах данного процесса.

Эндоплазматическая сеть (ретикулум)

ЭПС - одномембранный органоид. Он занимает половину объема клетки и состоит из канальцев и цистерн, которые связаны между собой, а также с цитоплазматической мембраной и внешней оболочкой ядра. Мембрана данного органоида имеет такую же структуру, что и плазмалема. Данная структура целостная и не открывается в цитоплазму.

Эндоплазматический ретикулум бывает гладким и гранулярным (шероховатым). На внутренней оболочке гранулярной ЭПС размещаются рибосомы, в которых проходит синтез протеинов. На поверхности гладкой эндоплазматической сети рибосомы отсутствуют, но здесь проходит синтез углеводов и жиров.

Все вещества, которые образуются в эндоплазматической сети, переносятся по системе канальцев и трубочек к местам назначения, где накапливаются и впоследствии используются в различных биохимических процессах.

Учитывая синтезирующую способность ЭПС, шероховатый ретикулум размещается в клетках, основная функция которых - образование протеинов, а гладкий - в клетках, синтезирующих углеводы и жиры. Кроме этого, в гладком ретикулуме накапливаются ионы кальция, которые нужны для нормального функционирования клеток или организма в целом.

Надо также отметить, что ЭПС является местом образования аппарата Гольджи.

Лизосомы, их функции

Лизосомы - это клеточные органоиды, которые представлены одномембранными мешочками округлой формы с гидролитическими и пищеварительными ферментами (протеазы, липазы и нуклеазы). Для содержимого лизосом характерна кислая среда. Мембраны данных образований изолируют их от цитоплазмы, предупреждая разрушение других структурных компонентов клеток. При высвобождении ферментов лизосомы в цитоплазму происходит саморазрушение клетки - автолиз.

Следует отметить, что ферменты первично синтезируются на шероховатой эндоплазматической сетке, после чего перемещаются в аппарат Гольджи. Здесь они проходят модификацию, упаковываются в мембранные пузырьки и начинают отделяться, становясь самостоятельными компонентами клетки - лизосомами, которые бывают первичными и вторичными.

Первичные лизосомы - структуры, которые отделяются от аппарата Гольджи, а вторичные (пищеварительные вакуоли) - это те, которые образуются вследствие слияния первичных лизосом и эндоцитозных вакуолей.

Учитывая такую структуру и организацию, можно выделить основные функции лизосом:

• переваривание разных веществ внутри клетки;
• уничтожение клеточных структур, которые не нужны;
• участие в процессах реорганизации клеток.

Вакуоли

Вакуоли - это одномембранные органеллы сферической формы, которые являются резервуарами воды и растворенных в ней органических и неорганических соединений. В образовании данных структур участвует аппарат Гольджи и ЭПС.

В животной клетке вакуолей немного. Они мелкие и занимают не более 5% объема. Их основная роль - обеспечение транспорта веществ по всей клетке.

Вакуоли растительной клетки большие и занимают до 90% объема. В зрелой клетке есть только одна вакуоль, которая занимает центральное положение. Ее мембрану называют тонопластом, а содержимое - клеточным соком. Основные функции растительных вакуолей - обеспечение напряжения клеточной оболочки, накопление различных соединений и отходов жизнедеятельности клетки. Кроме того, эти органоиды растительной клетки поставляют воду, необходимую для процесса фотосинтеза.

Если говорить о составе клеточного сока, то в него входят следующие вещества:

• запасные - органические кислоты, углеводы и протеины, отдельные аминокислоты;
• соединения, которые образуются в процессе жизнедеятельности клеток и накапливаются в них (алкалоиды, дубильные вещества и фенолы);
• фитонциды и фитогормоны;
• пигменты, за счет которых плоды, корнеплоды и лепестки цветов окрашиваются в соответствующий цвет.

Комплекс Гольджи

Строение органоидов под названием «аппарат Гольджи» довольно простое. В клетках растений они выглядят как отдельные тельца с мембраной, в клетках животных они представлены цистернами, канальцами и пузырями. Структурная единица комплекса Гольджи - это диктиосома, которая представлена стопкой из 4-6 «цистерн» и мелких пузырьков, что отделяются от них и являются внутриклеточной транспортной системой, а также могут служить источником лизосом. Число диктиосом может колебаться от одной до нескольких сотен.

Комплекс Гольджи, как правило, размещается около ядра. В животных клетках – возле клеточного центра. Основными функциями этих органелл является следующее:

• секреция и накопление протеинов, липидов и сахаридов;
• модификация органических соединений, поступающих в комплекс Гольджи;
• данный органоид является местом образования лизосом.

Следует отметить, что ЭПС, лизосомы, вакуоли, а также аппарат Гольджи вместе образуют канальцево-вакуолярную систему, которая разделяет клетку на отдельные участки с соответствующими функциями. Кроме того, данная система обеспечивает постоянное обновление мембран.

Митохондрии - энергетические станции клетки

Митохондрии - двумембранные органоиды палочковидной, шаровидной или нитевидной формы, которые синтезируют АТФ. Они имеют внешнюю гладкую поверхность и внутреннюю мембрану с многочисленными складками, которые называются кристами. Следует отметить, что число крист в митохондриях может меняться в зависимости от потребности клетки в энергии. Именно на внутренней мембране сосредоточены многочисленные ферментные комплексы, синтезирующие аденозинтрифосфат. Здесь энергия химических связей превращается в макроэргические связи АТФ. Кроме того, в митохондриях проходит расщепление жирных кислот и углеводов с высвобождением энергии, которая накапливается и используется на процессы роста и синтеза.

Внутренняя среда данных органелл называется матриксом. Она содержит кольцевые ДНК и РНК, мелкие рибосомы. Интересно, что митохондрии - полуавтономные органоиды, поскольку зависят от функционирования клетки, но в то же время могут сохранять определенную самостоятельность. Так, они способны синтезировать собственные белки и ферменты, а также размножаться самостоятельно.

Считается, что митохондрии возникли при попадании в клетку-хозяина аэробных прокариотических организмов, что привело к образованию специфического симбиотического комплекса. Так, митохондриальная ДНК имеет такое же строение, как и ДНК современных бактерий, а синтез белков и в митохондриях, и в бактериях ингибируется одинаковыми антибиотиками.

Пластиды - органоиды растительной клетки

Пластиды являются достаточно крупными органеллами. Они присутствуют только в клетках растений и образуются из предшественников – пропластид, содержат ДНК. Эти органоиды играют важную роль в метаболизме и отделены от цитоплазмы двойной мембраной. Кроме этого, в них может образовываться упорядоченная система внутренних мембран.

Пластиды бывают трех типов:

1. Хлоропласты - наиболее многочисленные пластиды, отвечающие за фотосинтез, при котором образуются органические соединения и свободный кислород. Данные структуры имеют сложное строение и способны перемещаться в цитоплазме в сторону источника света. Основное вещество, которое содержится в хлоропластах, - хлорофилл, при помощи которого растения могут использовать энергию солнца. Следует отметить, что хлоропласты подобно митохондриям являются полуавтономными структурами, так как способны к самостоятельному делению и синтезу собственных белков.
2. Лейкопласты - бесцветные пластиды, которые под действием света превращаются в хлоропласты. Данные клеточные компоненты содержат ферменты. При помощи них глюкоза превращается и накапливается в форме крахмальных зерен. У некоторых растений эти пластиды способны накапливать липиды или протеины в виде кристаллов и аморфных телец. Наибольше количество лейкопластов сосредоточено в клетках подземных органов растений.
3. Хромопласты - производные других двух видов пластид. В них образуются каротиноиды (при разрушении хлорофилла), которые имеют красный, желтый или оранжевый цвет. Хромопласты - конечная стадия превращения пластид. Больше всего их в плодах, лепестках и осенних листьях.

Рибосомы

Что такое органоид под названием рибосома? Рибосомами называют немембранные органеллы, состоящие из двух фрагментов (малой и большой субъединицы). Их диаметр составляет около 20 нм. Они встречаются в клетках всех типов. Это органоиды животных и растительных клеток, бактерий. Образуются эти структуры в ядре, после чего переходят в цитоплазму, где размещаются свободно или прикрепляются к ЭПС. В зависимости от синтезирующих свойств рибосомы функционируют в одиночку или объединяются в комплексы, образуя полирибосомы. В данном случае эти немембранные органеллы связываются молекулой информационной РНК.

Рибосома содержит 4 молекулы р-РНК, которые составляют ее каркас, а также различные белки. Основная задача данного органоида - сбор полипептидной цепи, что является первой стадией синтеза протеинов. Те белки, которые образуются рибосомами эндоплазматического ретикулума, могут использоваться всем организмом. Протеины для потребностей отдельной клетки синтезируются рибосомами, которые размещаются в цитоплазме. Следует отметить, что рибосомы также встречаются в митохондриях и пластидах.

Цитоскелет клетки

Клеточный цитоскелет образуется микротрубочками и микрофиламентами. Микротрубочки представляют собой цилиндрические образования диаметром 24 нм. Их длина составляет 100 мкм-1 мм. Основной компонент - белок под названием тубулин. Он неспособен к сокращению и может разрушаться под действием колхицина. Микротрубочки располагаются в гиалоплазме и выполняют следующие функции:

• создают эластичный, но в то же время прочный каркас клетки, который позволяет ей сохранять форму;
• принимают участие в процессе распределения хромосом клетки;
• обеспечивают перемещение органелл;
• содержатся в клеточном центре, а также в жгутиках и ресничках.

Микрофиламенты - нити, которые размещаются под плазматической мембраной и состоят из белка актина или миозина. Они могут сокращаться, в результате чего идет перемещение цитоплазмы или выпячивание клеточной мембраны. Кроме того, данные компоненты принимают участие в образовании перетяжки при делении клетки.

Клеточный центр (центросома)

Данная органелла состоит из 2 центриолей и центросферы. Центриоль цилиндрической формы. Ее стенки образуются тремя микротрубочками, которые сливаются между собой посредством поперечных сшивок. Центриоли располагаются парами под прямым углом друг к другу. Следует отметить, что клетки высших растений лишены данных органоидов.

Основная роль клеточного центра - обеспечение равномерного распределения хромосом в ходе клеточного деления. Также он является центром организации цитоскелета.

Органеллы движения

К органоидам движения относят реснички, а также жгутики. Это миниатюрные выросты в виде волосков. Жгутик содержит 20 микротрубочек. Его основа размещается в цитоплазме и называется базальным тельцем. Длина жгутика составляет 100 мкм или более. Жгутики, которые имеют всего 10-20 мкм, называются ресничками. При скольжении микротрубочек реснички и жгутики способны колебаться, вызывая движение самой клетки. В цитоплазме могут содержаться сократительные фибриллы, которые называются миофибриллами - это органоиды животной клетки. Миофибриллы, как правило, размещаются в миоцитах - клетках мышечной ткани, а также в клетках сердца. Они состоят из более мелких волокон (протофибрилл).

Следует отметить, что пучки миофибрилл состоят из темных волокон - это анизотропные диски, а также светлых участков - это изотропные диски. Структурная единица миофибриллы - саркомер. Это участок между анизотропным и изотропным диском, который имеет актиновые и миозиновые нити. При их скольжении происходит сокращение саркомера, что приводит к движению всего мышечного волокна. При этом используется энергия АТФ и ионы кальция.

При помощи жгутиков движутся простейшие и сперматозоиды животных. Реснички являются органом движения инфузории-туфельки. У животных и человека они покрывают воздухоносные дыхательные пути и помогают избавляться от мелких твердых частиц, например, от пыли. Кроме этого, существуют еще псевдоножки, которые обеспечивают амебоидное движение и являются элементами многих одноклеточных и клеток животных (к примеру, лейкоцитов).

Большинство растений не могут перемещаться в пространстве. Их движения заключаются в росте, перемещениях листьев и изменениях потока цитоплазмы клеток.

Заключение

Несмотря на все разнообразие клеток, все они имеют сходную структуру и организацию. Строение и функции органоидов характеризуются идентичными свойствами, обеспечивая нормальное функционирование как отдельной клетки, так и всего организма.

Эту закономерность можно выразить следующим образом.

Таблица «Органоиды клетки эукариот»

Органоид	Растительная клетка	Животная клетка	Основные функции
ядро	есть	есть	хранение ДНК, транскрипция РНК и синтез протеинов
эндоплазматическая сетка	есть	есть	синтез протеинов, липидов и углеводов, накопление ионов кальция, образование комплекса Гольджи
митохондрии	есть	есть	синтез АТФ, собственных ферментов и белков
пластиды	есть	нет	участие в фотосинтезе, накопление крахмала, липидов, протеинов, каротиноидов
рибосомы	есть	есть	сбор полипептидной цепи (синтез белков)
микротрубочки и микрофиламенты	есть	есть	позволяют клетке сохранять определенную форму, являются составной частью клеточного центра, ресничек и жгутиков, обеспечивают перемещение органелл
лизосомы	есть	есть	переваривание веществ внутри клетки, уничтожение ее ненужных структур, участие в реорганизации клеток, обусловливают автолиз
большая центральная вакуоль	есть	нет	обеспечивает напряжение клеточной оболочки, накапливает питательные вещества и продукты жизнедеятельности клетки, фитонциды и фитогормоны, а также пигменты, является резервуаром воды
комплекс Гольджи	есть	есть	секретирует и накапливает протеины, липиды и углеводы, модифицирует питательные вещества, которые поступают в клетку, отвечает за образование лизосом
клеточный центр	есть, кроме высших растений	есть	является центром организации цитоскелета, обеспечивает равномерное расхождение хромосом при делении клеток
миофибриллы	нет	есть	обеспечивают сокращение мышечной ткани

Если сделать выводы, то можно сказать, что существуют незначительные различия между животной и растительной клеткой. При этом функциональные особенности и строение органоидов (таблица, указанная выше, подтверждает это) имеет общий принцип организации. Клетка функционирует как слаженная и целостная система. При этом функции органоидов взаимосвязаны и направлены на оптимальную работу и поддержание жизнедеятельности клетки.