Біологія 10 клас

Розділ 3 Клітинний рівнь організації живої природи

 

Тема 6. Структура клітинного рівня: біомолекули та органели клітин

 

§ 38. ДВОМEMБРАННІ ОРГАНЕЛИ: МІТОХОНДРІЇ  І ПЛАСТИДИ

 

Терміни та поняття: мітохондрії, кристи, матрикс, клітинне дихання, пластиди, хлоропласти, хлорофіл, тилакоїд, грани, строма, лейкопласт, хромопласти, каротиноїди, пропластида, меристема, симбіотопічне походження.

Мітохондрії та їх функції в клітині. Ми вже згадували, що мітохондрії і пластиди не мають просторових зв’язків з іншими мембранними компонентами клітини. Мітохондрії (від грец. мітос — нитка і хондріон — зерно) присутні майже в усіх еукаріотичних клітинах. Виняток становлять внутрішньоклітинні паразитичні одноклітинні тварини — мікроспоридії. Вони є своєрідни ми «енергетичними паразитами», оскільки використовують для своїх потреб енергію клітини хазяїна.

 

Мал. 187.Схема будови мітохондрії:

1  — молекули АТФ-синтетази; 2 — матрикс; 3 — мембранний

простір; 4 — кристи; 5 — рибосоми; 6 — гранули; 7 — ДНК; 8 — зовнішня мембрана; 9 — внутрішня мембрана

 

Мітохондрії мають вигляд кулястих тілець, паличок, ниток (завдовжки від 0,5 до 10 мкм і більше) (мал. 187). Іноді мітохондрії розгалужуються (наприклад, у клітинах найпростіших, м’язових волокнах). Кількість цих органел у клітині різна: від 1 до 100 000 і більше. Вона залежить від того, наскільки активно в клітині відбуваються процеси обміну речовин. У клітинах зелених рослин мітохондрій менше, ніж у клітинах тварин, оскільки їх функції (синтез АТФ) виконують і хлоропласти.

Поверхневий апарат мітохондрій складається з двох мембран. Зовнішня мембрана гладенька. Вона відмежовує цю органелу від гіалоплазми. Внутрішня мембрана утворює випинання всередину мітохондрії у вигляді трубчастих чи гребінчастих утворів — крист. Кристи мають різне розташування і часто розгалужуються. Між зовнішньою і внутрішньою мембранами мітохондрій є щілина завширшки 10-20 нм. На поверхні внутрішньої мембрани, оберненій всередину мітохондрії, є особливі грибоподібні утвори — АТФ-соми (від грец. сома — тіло). Вони містять комплекс ферментів, необхідних для синтезу АТФ.

Внутрішній простір міто хондрій за пов не ний напіврідкою речовиною — матриксом. У ньому містяться молекули ДНК, іРНК, тРНК, рибосоми, гранули, утворені солями Кальцію і Магнію.

Основна функція мітохондрій — синтез АТФ. Цей процес відбувається за допомогою енергії, яка вивільняється під час окиснення органічних сполук. Початкові етапи цих процесів відбуваються у матриксі, а наступні, зокрема синтез АТФ, — у внутрішній мембрані.

Кисень проникає в мітохондрії, де він вступає в багатоступінчасту реакцію з різними поживними речовинами — білками, вуглеводами тощо. Цей процес називається клітинним диханням. В результаті виділяється хімічна енергія, яку клітка запасає в особливій речовині — аденозинтрифосфатній кислоті, або АТФ. Це універсальний накопичувач енергії, яку організм витрачає на ріст, рух, підтримку своєї життєдіяльності.

Мітохондрії в клітині постійно оновлюються. Наприклад, у клітинах печінки тривалість життя мітохондрій становить приблизно 10 діб.

Кількість мітохондрій залежить від активності клітини, її енергетичних витрат. З тієї самої причини змінюється їх кількість і в процесі онтогенезу: в молодих ембріональних клітинах вони більш численні, ніж у відносно старих пост- ембріональних.

Що таке пластиди. Пластиди (від грец. пластос — виліплений) належать до особливого класу органел, які властиві лише рослинам і бувають кількох типів. Пластиди рослин мають єдине походження, подібну будову і можуть взаємоперетворюватися. Головна їх особливість — це подвійна мембрана і наявність молекули ДНК, що має форму кільця. Нові пластиди утворюються шляхом поділу навпіл старих. Як і в мітохондрій, зовнішня мембрана виконує захисну і транспортну функції, а внутрішня утворює складну систему мембран, на яких відбуваються складні біохімічні процеси.

Усі реакції фотосинтезу проходять в особливих пластидах зеленого кольору — хлоропластах (мал. 188) (від грец. хлорос — зелений і пластос — виліплений), що пов’язано з наявністю в них особливого пігменту, який має назву хлорофіл (від грец. хлорос — зелений і філлон — листок). Вони містяться в цитоплазмі клітин листків, стебел, плодів, оцвітини й інших клітин органів рослин зеленого кольору. Їх добре видно у світловий мікроскоп (їх розміри 2-5 мкм), найчастіше вони овальної форми (мал. 189). Кожна клітина має від 20 до 40 хлоропластів.

Як і всі інші пластиди, хлоропласт оточений подвійною мембраною і має складну внутрішню систему мембран. Основною структурою хлоропластів є тилакоїд, який складається з одношарової мембрани, за формою нагадує плаский мішечок і містить хлорофіл. Тилакоїди складені в стоси, наче монети. Ці структури називаються гранами. Весь простір між ними заповнений рідкою речовиною — матриксом, який у хлоропластів називається стромою (від грец. строма — підстилка). Хлоропласти містять рибосоми, ДНК, ферменти, вони здатні синтезувати білки, ліпіди і крохмаль, що зумовлює їх відносну незалежність від інших клітинних структур. У хлоропластах містяться також крохмальні зерна і жирові включення, які являють собою енергетичний запас клітини. Під впливом різних чинників, а також під час старіння клітини внутрішня структура хлоропластів спрощується і вони перетворюються на пластиди інших типів.

Лейкопласти (від грец. лейкос — білий і пластос — виліплений) — це безбарвні пластиди. Як правило, вони концентруються в незабарвлених підземних частинах рослин, а також у насінні, стрижні стебла. Лейкопласти можуть місти ти різні речовини (білки, крохмаль), що зумовлює їх просту будову (мал. 190). Такі пластиди не мають тилакоїдної організації. Під дією світла лейкопласти здатні перетворюватися на хлоропласти.

Хромопласти (від грец. хрома — колір і пластос) містять пігменти каротиноїди. Вони утворюються з хлоропластів та лейкопластів, бувають оранжевого, червоного або коричневого кольору (мал. 191) і відповідно забарвлюють квітки, старі листки, плоди і навіть корені рослин (пригадайте моркву). На відміну від хлоропластів, внутрішній простір хромопластів не має складної системи мембран, лише зустрічаються окремі тилакоїди. Хромопласти не здатні перетворюватися на хлоропласти та лейкопласти.

 

Мал. 188. Будова хлоропласту: 1  — зовнішня мембрана;

2 — грани; 3 — хлорофіл;

4 — внутрішня мембрана; 5 — строма; 6 — тилакоїди

Мал. 189.Хлоропласти під світловим мікроскопом

 

Мал. 190.Лейкопласти

 

Мал. 191.Хромопласти в клітинах червоного перцю

 

Усі пластиди утворюються з пропластид (від грец. протос — перший і пластиди), які містяться в клітинах меристеми (від грец. мерістос — той, що здатний ділитися). (Пригадайте, це та тканина, за рахунок якої відбувається ріст рослини й утворюються всі інші тканини.) На світлі у пропластидах починається синтез хлорофілу і водночас утворюється складна система внутрішніх мембран — вони перетворюються на хлоропласти. В темряві розвиток йде іншим шляхом — у пластиді не синтезується хлорофіл і не утворюються тилакоїди: вона стає лейкопластом. Однак, якщо клітину, що розвинулась у темряві, піддати дії світла, в ній утворяться нормальні тилакоїди і вона стане хлоропластом (мал. 192).

Автономність мітохондрій і пластид. При вивченні особливостей будови, хімічного складу, розмноження і функціонування хлоропластів і мітохондрій в них можна побачити багато спільного і те, що властиве для клітини в цілому. Вони мають зовнішній покрив, що складається з двох шарів мембрани. В них є свій власний генетичний апарат (молекула ДНК). Вони синтезують специфічні білки і РНК, які не синтезуються в інших частинах клітини, і які входять до складу їх мембран. Мітохондрії і пластиди утворюються шляхом поділу. Як і у випадку з клітинами, де реалізується принцип «кожна клітина — від клітини», нові пластиди і мітохондрії утворюються за рахунок поділу навпіл старих, тобто реалізується принцип: кожна мітохондрія — від мітохондрії, а пластиди — від пластид.

Саме функціональна автономність мітохондрій і пластид, особливості їх будови й утворення нових шляхом поділу нагадують примітивних прокаріотів, що дало підставу висунути гіпотезу про їх симбіотопічне походження. (Пригадайте, що таке симбіоз.) Відповідно до цього припущення, колись дрібні примітивні бактерії вторглися, подібно до паразитів, у тіло більших і, можливо, прогресивно побудованих бактерій, а потім улаштувалися там подібно до того, як це роблять паразити в тілі хазяїна. Згодом ці бактерії-паразити настільки удосконалилися в процесі еволюції, що перетворилися на частини клітини хазяїна, без яких ці клітини вже не можуть жити. Причому мітохондрїї утворилися від певних дрібних гетеротрофних бактерій, а пластиди — від стародавніх синьо-зелених водоростей (ціанобактерій).

Мітохондрії — це двомембранні органели клітини, що містять молекули ДНК, в яких відбувається тканинне дихання.

Пластиди — особливі двомембранні органели рослинних клітин. Саме в хлоропластах, одному із різновидів пластид, що містять хлорофіл, відбувається процес фотосинтезу. Пластиди і мітохондрії в клітині мають певну автономність. Це дає підставу вважати, що вони виникли внаслідок симбіозу.

 





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити