Учебник MAXIMUM Education

Интернет-энциклопедия по школьным предметам от Maximum Education. Учебник поможет решить домашнее задание, подготовиться к контрольной и вспомнить прошлые темы.

10 класс
Биология

Двумембранные органоиды

К двумембранным органоидам относятся:

  • Митохондрии

  • Пластиды

Митохондрии – полуавтономные органеллы клетки, основной функцией которых является синтез АТФ – универсального носителя энергии.

Дыхание (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) происходит также за счёт ферментативных систем митохондрий.

Внутренний просвет митохондрий, называемый матриксом, отграничен от цитоплазмы двумя мембранами, наружной и внутренней, между которыми располагается межмембранное пространство. Внутренняя мембрана митохондрии образует складки, так называемые кристы.

В матриксе содержатся различные ферменты, принимающие участие в дыхании и синтезе АТФ. Благодаря наличию выпячиваний мембраны увеличивается ее площадь, а значит и количество ферментов, осуществляющих окислительное фосфорилирование. Центральное значение для синтеза АТФ имеет водородный потенциал внутренней мембраны митохондрии.

Митохондрии имеют собственный ДНК-геном и прокариотические рибосомы, что, безусловно, указывает на симбиотическое происхождение этих органелл.

В ДНК митохондрий закодированы не все митохондриальные белки, большая часть их генов находятся в ядерном геноме, а другие нужные им продукты синтезируются в цитоплазме клетки, а затем транспортируются в митохондрии. Геномы митохондрий отличаются по размерам: например, геном человеческих митохондрий содержит всего 13 генов.

Пластиды (от др.-греч. Πλαστόс – вылепленный) – полуавтономные органеллы высших растений, водорослей и некоторых фотосинтезирующих простейших.

Пластиды бывают следующих типов:

Хлоропласты (от греч. Χλωρός – «зелёный») – зелёные пластиды, которые встречаются в клетках фотосинтезирующих эукариот.

С их помощью происходит фотосинтез. Хлоропласты содержат пигмент хлорофилл.

В одной клетке листа может находиться 15-20 и более хлоропластов, а у некоторых водорослей – лишь 1-2 гигантских хлоропласта (хроматофора) различной формы.

Хлоропласты ограничены от цитоплазмы двумя мембранами – наружной и внутренней. Наружная мембрана отграничивает жидкую внутреннюю гомогенную среду хлоропласта – строму. В строме содержатся белки, липиды, ДНК (кольцевая молекула), РНК, рибосомы и запасные вещества (липиды, крахмальные и белковые зерна), а также ферменты, участвующие в фиксации углекислого газа.

Внутренняя мембрана хлоропласта образует впячивания внутрь стромы – тилакоиды, которые имеют форму уплощенных мешочков (цистерн) , благодаря чему увеличивается площадь рабочей поверхности хлоропластов. Несколько таких тилакоидов, лежащих друг над другом, образуют грану. Именно в мембранах тилакоидов локализованы светочувствительные пигменты, а также переносчики электронов и протонов, которые участвуют в поглощении и преобразовании энергии света.

На экзамене может попасться не только вопрос про хлоропласты, но и про любой другой вид пластид. По окраске и выполняемой функции выделяют следующие типы пластид:

Пропластиды — предшественники остальных типов пластид. Они дифференцируются в другие пластиды.

Лейкопласты — бесцветные пластиды. Располагаются в запасающих тканях (клубнях, корневищах). Служат для запасания питательных веществ.

Выделяют следующие типы лейкопластов: амилопласты, элайопласты, протеинопласты.

  • Амилопласты — внешне похожи на пропластиды, но в строме содержатся гранулы крахмала. Амилопласты, как правило, присутствуют в запасающих органах растений, в частности в клубнях картофеля. Амилопласты высших растений могут превращаться в хлоропласты.

  • Элайопласты — служат для запасания жиров.

  • Протеинопласты — служат для запасания белков.


Следующий тип пластид — этиопласты.

  • Этиопласты, или темновые пластиды, развиваются из пропластид в темноте, при освещении они превращаются в хлоропласты.
    Хлоропласты — зеленые пластиды за счет пигмента хлорофилла. Преимущественно находятся в зеленых частях растения (стебли, листья). Основная функция — фотосинтез.

  • Хромопласты — красные/желтые пластиды за счет содержащихся в них пигментов — каротиноидов. Находятся в лепестках и плодах растений. Их основная функция — окрашивание лепестков и плодов. Хромопласты могут развиваться из пропластид или повторно дифференцироваться из хлоропластов; также хромопласты могут превращаться в хлоропласты.

Зафиксируем информацию об основных типах пластид в таблице.

Тип пластиды Цвет Место нахождения Функция
Хлоропласт зеленые зеленые части растения фотосинтез
Хромопласт красные/желтые лепестки, плоды окрашивание лепестков и плодов
Лейкопласт бесцветные запасающие ткани (в клубнях, корневищах) запас питательных веществ

Пластиды каждого типа имеют свое строение и несут свои, им присущие функции. Однако возможны переходы пластид из одного типа в другой.

Теория симбиогенеза (происхождение митохондрий и хлоропластов)

Современная теория симбиогенеза утверждает, что митохондрии и хлоропласты – потомки определённых групп бактерий, которые вступили в симбиоз с предками современных эукариот. В ходе эволюции бактерии-эндосимбионты превратились в полуавтономные органоиды. Они сохранили способность синтезировать некоторые белки автономно от клетки-хозяина и способность размножаться путем деления. Но значительная часть генетического материала митохондрий и хлоропластов переместилась в ядро. В результате эти органоиды утратили способность размножаться вне клетки-хозяина, свойственную многим симбиотическим бактериям.

Доказательства теории симбиогенеза:

  • имеют собственный генетический аппарат – кольцевая молекула ДНК без гистонов,

  • имеют свой аппарат синтеза белка – рибосомы прокариотического типа,

  • размножаются бинарным делением независимо от деления клетки,

  • двуслойная мембрана: внутренний слой сходен по составу с бактериальными клетками, а внешний – с мембранами пищеварительных вакуолей эукариот (это не случайно, т.к. бактерия была съедена эукариотической клеткой, а значит, оказалась в пищеварительной вакуоли).