Открыть сервисСервис

Клеточные органеллы

Клеточные органеллы — структурные и функциональные комплексы цитоплазмы эукариотической клетки, ограниченные мембранами или мембранными системами и выполняющие специализированные биохимические функции. В отличие от прокариотических клеток, у которых отсутствуют мембранные органеллы, эукариотическая клетка содержит набор компартментов, разделённых липидными бислоями, что позволяет одновременно протекать несовместимым процессам и повышает эффективность обмена веществ.

Классификация

Органеллы делятся на две большие группы.

Мембранные органеллы

ОрганеллаМембраныОсновная функция
Ядродвойная (ядерная оболочка)хранение и экспрессия ДНК
Митохондриядвойнаяокислительное фосфорилирование
Пластиды (хлоропласты, хромопласты, лейкопласты)двойнаяфотосинтез, запасание и пигменты
Эндоплазматическая сеть (ЭПР)одинарнаясинтез белков и липидов, детоксикация
Аппарат Гольджиодинарная (сборка цистерн)сортировка и модификация белков
Лизосомыодинарнаявнутриклеточное пищеварение
Вакуолиодинарнаязапасание, тургор, хранение отходов
Пероксисомыодинарнаяокисление жирных кислот, разрушение пероксида водорода

Немембранные структуры

К ним относятся рибосомы (комплексы рРНК и белков, синтез белка), центриоли и базальные тельца (организация микротрубочек), цитоскелет (микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты), а также клеточная стенка у растений, грибов и бактерий.

Митохондрии

Митохондрии — двумембранные органеллы диаметром 0,5–10 мкм, в которых происходит основной синтез АТФ. Внутренняя мембрана образует складки — кристы, увеличивающие площадь поверхности. На кристах расположен дыхательный цепный переносчик электронов и АТФ-синтаза. Митохондрии обладают собственной кольцевой ДНК и рибосомами, близкими к бактериальным, что подтверждает эндосимбиотическую гипотезу их происхождения (Линн Маргулис, 1967). В клетке может быть от единичных митохондрий (сперматозоиды) до нескольких тысяч (клетки сердечной мышцы).

Пластиды

Пластиды встречаются только у растений и водорослей. Хлоропласты содержат тилакоиды, собранные в граны, и являются местом световой стадии фотосинтеза. Лейкопласты запасают крахмал (амилопласты), липиды или белки. Хромопласты содержат каротиноиды и придают плодам и листьям жёлтую, оранжевую или красную окраску. Пластиды, как и митохондрии, имеют собственный геном и двойную мембрану.

Эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи

ЭПР подразделяется на шероховатую (с рибосомами на цитоплазматической стороне) и гладкую. Шероховатая ЭПР синтезирует белки, предназначенные для секреции, встраивания в мембраны или поступления в лизосомы. Гладкая ЭПР участвует в синтезе липидов и стероидов, метаболизме углеводов и ионов кальция, а в гепатоцитах — в детоксикации. Аппарат Гольджи принимает белки из ЭПР, модифицирует их (гликозилирование, фосфорилирование), сортирует и направляет в мембранные пузырьки к месту назначения.

Лизосомы и пероксисомы

Лизосомы — одномембранные пузырьки с кислой средой (pH ≈ 4,5–5,0), содержащие гидролитические ферменты. Они участвуют в расщеплении захваченной фагоцитозом пищи, старых органелл (аутофагия) и внеклеточного матрикса. Нарушение функции лизосом лежит в основе группы заболеваний — лизосомных болезней накопления (болезнь Гоше, болезнь Помпе). Пероксисомы разрушают пероксид водорода с помощью каталазы и участвуют в β-окислении очень длинноцепочечных жирных кислот.

Вакуоли

У растительных клеток центральная вакуоль может занимать до 90 % объёма и ограничена тонопластом. Она хранит воду, ионы, сахара, пигменты (антоцианы) и продукты обмена, поддерживает тургорное давление. У одноклеточных протистов сократительная вакуоль выводит избыток воды.

Рибосомы

Рибосомы — немембранные гранулы диаметром 20–30 нм, состоящие из рРНК и белков. В эукариотах они имеют субъединицы 60S и 40S, в прокариотах — 50S и 30S. Свободные рибосомы синтезируют белки цитоплазмы, связанные с ЭПР — секреторные и мембранные белки. Рибосомы есть и в митохондриях, и в пластидных стромах.

Происхождение органелл

Согласно эндосимбиотической теории, митохондрии произошли от аэробных протобактерий, а пластиды — от цианобактерий, поглощённых древними гетеротрофными эукариотами. Двойная мембрана, собственный геном и бактериальные рибосомы служат аргументами в пользу этой гипотезы. ЭПР, аппарат Гольджи и лизосомы, по-видимому, возникли в результате дифференциации мембранных систем самой эукариотической клетки.

Значение

Клеточные органеллы обеспечивают компартментализацию — разделение биохимических процессов в пространстве. Это позволяет поддерживать разные pH, концентрации ионов и редокс-потенциалы в разных частях клетки, повышая скорость и точность обмена веществ. Нарушение структуры или функции органелл лежит в основе многих заболеваний, включая митохондриальные патологии, лизосомные болезни накопления и пероксисомные дефекты.

Источники

  • Альбертс Б. и др. «Молекулярная биология клетки».
  • Лодиш Х. и др. «Молекулярная биология клетки».
  • Каменский А. А. «Общая биология».
  • Маргулис Л. «Симбиогенез и происхождение клетки».
Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru