Строение и функции биологических мембран.

В особо активных клетках биологические мембраны могут составлять до 90 % ее сухого вещества.

Строение: Толщина биологических мембран в большинстве случаев 5...10 нм. В состав биомембран входят липиды, белки, пигменты, гликолипиды и т. д. Но их основу составляет бимолекулярный слой (бислой) фосфолипидов, неполярные гидрофобные хвосты которых погружены в толщу мембран, а полярные гидрофильные группы ориентированы наружу. Молекулы мембранных белков расположены на обеих сторонах липидного бислоя или внедрены в него на различную глубину, некоторые пронизывают мембрану насквозь. Они образуют гидрофильные поры, по которым проходят полярные молекулы. В мембранах встречаются тысячи различных белков, выполняющие разнообразные функции. Две стороны мембраны могут отличаться одна от другой и по составу белков, и по свойствам.

Функции: 1.Избирательная проницаемость (полупроницаемость): одни вещества проходят через нее с трудом или вообще не проходят, другие — наоборот. Благодаря этому мембраны регулируют поступление веществ в клетку и перемещение внутри нее.

2. Мембранное строение органелл обеспечивает огромное увеличение внутренней деятельной поверхности клетки.

3. На мембранах наиболее продуктивно работают многочисленные ферментные системы: концентрирование ферментов, упорядоченное их расположение ускоряют реакции, организуют их сопряжение (принцип конвейера).

4. Мембраны позволяют осуществлять пространственное разделение биохимических реакций и таким образом обеспечивают их последовательное протекание в одной и той же клетке.

5. Благодаря мембранам осуществляется компартментация протопласта (подразделение на изолированные отсеки, органеллы) эукариотической клетки. Компартментация обеспечивает специализацию отдельных участков цитоплазы, пространственную организацию биохимических процессов. Создаваемая мембранами микрогетерогенность позволяет синтезировать различные вещества из одних и тех же предшественников в одно время в миниатюрном общем объеме. В каждом типе органелл поддерживается оптимальная концентрация ионов, отличная от их концентрации в других органеллах. Таким образом при помощи компартментации клеточного содержимого происходит разделение труда на субклеточном уровне.

Плазмалемма — наружная цитоплазматическая мембрана, отделяет цитоплазму от клеточной стенки. Играет важную роль в обмене веществ между цитоплазмой и внешней средой, в построении клеточной стенки. Изнутри связана с сократимыми микрофиламентами подстилающего слоя гиалоплазмы, которые обеспечивают изменение ее формы. Участвует в межклеточных контактах, образует выросты и впячивания в активных клетках.

Тонопласт — внутренняя вакуолярная мембрана, играет барьерную роль, определяя во многом физиологические свойства клетки.

Органеллы растительной клетки.

Многообразные функции цитоплазмы выполняют специализированные обособленные органеллы погруженные в ее матрикс – гиалоплазму. Их возможное число в одной клетке:1 ядро, 20 пластид, 700 митохондрий, 400 диктиосом, 500 тыс. рибосом, 500 млн. и более молекул ферментов, представленных 10 тыс. различных типов.

НЕ МЕМБРАННЫЕ ОРГАНЕЛЛЫ

Рибосомы.

Относятся к числу универсальных органелл, содержатся во всех клетках.

Строение: каждая рибосома состоит из двух субъединиц (большой и малой), на которые может диссоциировать. В состав рибосом эукариот входят четыре молекулы рибосомальной РНК (рРНК) и белки. Молекулы рРНК образуют структурный каркас, с определенными участками которого связаны соответствующие белки.

Формирование: субъединиц рибосом происходит в ядре, сборка — в цитоплазме на молекуле и-РНК.

Функция– биосинтез белка.

На одной молекуле и-РНК могут объединяться 4...40 рибосом, образуя полирибосому (полисому). Число полирибосом в клетке указывает на интенсивность биосинтеза белка.

ОДНОМЕМБРАННЫЕ ОРГАНЕЛЛЫ

Эндоплазматическая сеть, эндоплазматический ретикулум(от лат. reticulum — сеточка)— ЭР.

Это сложная трехмерная мембранная система неопределенной протяженности.

Строение: Представляет собой непрерывно изменяющуюся разветвленную систему ультрамикроскопических каналов, пузырьков и цистерн, ограниченных элементарной мембраной и заполненных бесструктурным матриксом (энхилемой), отличным от гиалоплазмы.

Различают два вида ЭР:

1. Агранулярный ЭР — это длинные канальцы с гладкой поверхностью принимающие участие в синтезе жиров, углеводов, стероидных гормонов, накоплении и выведении ядовитых веществ.

2. Гранулярный ЭР — это пузырьки, цистерны и короткие канальцы несущие рибосомы.

Синтезированные в рибосомах белки транспортируются по ЭР, здесь могут происходить их видоизменение и концентрация.

Формирование: ЭР способен к значительному увеличению своего объема без каких-либо признаков включения в него мембранного материала извне. Это наблюдение наводит на мысль о том, что мембраны обладают способностью к самосборке.

Функция:

1. Канальцы ЭР соединясь с наружной ядерной мембраной, осуществляют связь ядра с цитоплазмой.

2. Часть канальцев ЭР, проходя из одной клетки в другие (т.н. плазмодесмы), обеспечивают связь между ними (клетками).

3. ЭР поддерживает структуру цитоплазмы и служит основным внутриклеточным транспортным путем, по которому передвигаются вещества.

4. Эр – основное место синтеза клеточных мембран (мембраны вакуолей, микротелец и цистерны диктиосом).

Аппарат Гольджи (комплекс Гольджи(по имени итал. уч. К. Гольджи)).

Строение: Состоит из отдельных диктиосом и пузырьков Гольджи. Диктиосомы — органеллы, представляющие собой пачки (2...7 и более) плоских округлых цистерн, ограниченных мембраной и заполненных матриксом. По краям цистерны переходят в состоящую из трубочек сеть. От этой сети или от края цистерн отчленяются пузырьки Гольджи.

Диктиосомы полярны:

— на одной стороне стопки (образующей) происходит добавление новых цистерн, возникающих, по-видимому, из ЭР,

— на другой (секретирующей, т.е. отделяющей) — образование пузырьков, приводящее к разрушению цистерн.

Формирование: из Эр.

Функции:

1. Накопление, конденсация и упаковка веществ, подлежащие изоляции или удалению из цитоплазмы, — чужеродные, ядовитые и т. д. Упакованные в пузырьки, они поступают в вакуоли.

2. Аппарат Гольджи — место синтеза полисахаридов (пектинов, гемицеллюлоз, слизей), идущих на построение клеточной стенки. Они также упаковываются в пузырьки, которые направляются к плазмалемме, прорывают ее и освобождают свое содержимое в просвет между плазмалеммой и клеточной стенкой, для построения которой эти вещества используются. Мембрана пузырька идет на пополнение плазмалеммы. (Пузырьки Гольджи участвуют также в формировании новых клеточных стенок и плазмалеммы, происходящем после митоза.)

Лизосомы.

Лизосомы - (от греч. слов «лизео» – растворяю, «сома» – тело).

Строение: округлые одномембранные органеллы, в матриксе которых содержится большое число гидролитических ферментов. Обнаружены у большинства эукариотических клеток, но особенно часто в клетках животных и грибов.

Формирование: в аппарате Гольджи.

Функции: Лизосомы осуществляют внутриклеточное переваривание, автолиз. Локальный автолиз обеспечивает использование части цитоплазмы для поддержания жизнеспособности всей клетки. Например, при разрушении нефункционирующих пластид и митохондрий, период существования которых может быть меньше периода жизни клетки. Гидролитические ферменты лизосом очищают всю полость клетки после отмирания ее протопласта (например, при образовании сосудов).

Пероксисомы (микротельца).

Строение: Микротельца – это сферические или палочковидные мелкие (0,2...1,5 мкм)одномембранные органеллы с плотным матриксом, состоящим в основном из окислительно-восстановительных ферментов, встречаются во многих тканях у большого числа видов растений. Они обычны для хлоренхимы (ткани содержащей хлоропласты) двудольных и однодольных, где они часто связаны с хлоропластами. Микротельца имеют одну ограничивающую мембрану и гранулярный или фибриллярный матрикс, в котором могут находиться кристаллические белковые включения.

Формирование: в Эр.

Функции: Микротельца содержат ферменты, набор которых меняется в зависимости от типа клетки и степени ее дифференциации:

- микротельца называют пероксисомами, если они участвуют в метаболизме гликолевой кислоты, имеющем непосредственное отношение к фотодыханию,

- глиоксисомами, если они содержат ферменты глиоксилатного цикла, необходимые для превращения жиров в углеводы, что происходит во многих семенах во время прорастания.

ДВУМЕМБРАННЫЕ ОРГАНЕЛЛЫ

Митохондрии.

Строение: Округлые или цилиндрические, реже нитевидные органеллы, видимые в световой микроскоп. Длина их достигает 10 мкм, диаметр 0,2...1 мкм. Митохондрии имеют двумембранное строение, внутри — бесструктурный матрикс. Внутренняя мембрана образует выросты — кристы, которые в растительных клетках обычно имеют вид трубочек. Образование крист увеличивает внутреннюю активную поверхность. В матриксе содержатся кольцевые молекулы митохондриальной ДНК, специфические иРНК, тРНК и рибосомы (прокариотического типа), отличные от цитоплазматических. Здесь происходит автономный синтез белков внутренних мембран митохондрий.

Функции: Основная функция митохондрий — образование энергии. На внутренних мембранах митохондрий в процессе внутриклеточного дыхания происходит аэробное окисление метаболитов (продуктов обмена веществ) с выделением энергии. Митохондрии — основной аппарат клетки, в котором химическая энергия метаболитов превращается в энергию макроэргических фосфатных связей АДФ и АТФ, утилизируемых клеткой в процессе жизнедеятельности. В клетках митохондрии концентрируются около ядра, хлоропластов, жгутиков там, где велик расход энергии.

Формирование: Число митохондрий увеличивается в результате их деления перешнуровкой по кристам.

Пластиды.

Это органеллы, характерные исключительно для растительных клеток. В них происходит первичный и вторичный синтез углеводов. Форма, размеры, строение и функции пластид различны.

По окраске (наличию или отсутствию пигментов) различают три типа пластид:

Зеленые хлоропласты,