10 класс. Биология. Строение клетки. Митохондрии. Пластиды. Органоиды движения

Комментарии преподавателя

 Митохондрии

Ми­то­хон­дрии (см. Рис. 1) име­ют­ся во всех эу­ка­ри­о­ти­че­ских клет­ках. Они участ­ву­ют в про­цес­сах кле­точ­но­го ды­ха­ния и за­па­са­ют энер­гию в виде мак­ро­эр­ги­че­ских свя­зей мо­ле­ку­лы АТФ, то есть в до­ступ­ной форме для боль­шин­ства про­цес­сов, свя­зан­ных с за­тра­той энер­гии в клет­ке.

Впер­вые ми­то­хон­дрии в виде гра­нул в мы­шеч­ных клет­ках на­блю­дал в 1850 г. Р. Кёл­ли­кер (швей­цар­ский эм­брио­лог и ги­сто­лог). Позд­нее, в 1898 г., Л. Ми­ха­элис (гер­ман­ский био­хи­мик и хи­мик-ор­га­ник) по­ка­зал, что они иг­ра­ют важ­ную роль в ды­ха­нии.

Рис. 1. Ми­то­хон­дрии

Число ми­то­хон­дрий в клет­ках не по­сто­ян­но, оно за­ви­сит от вида ор­га­низ­ма и типа клет­ки. В клет­ках, по­треб­ность ко­то­рых в энер­гии ве­ли­ка, со­дер­жит­ся много ми­то­хон­дрий (в одной пе­че­ноч­ной клет­ке их может быть около 1000), в менее ак­тив­ных клет­ках ми­то­хон­дрий го­раз­до мень­ше. Чрез­вы­чай­но силь­но ва­рьи­ру­ют­ся также раз­ме­ры и формы ми­то­хон­дрий. Они могут быть спи­раль­ны­ми, округ­лы­ми, вы­тя­ну­ты­ми и раз­ветв­лен­ны­ми. Их длина ко­леб­лет­ся от 1,5 мкм до 10 мкм, а ши­ри­на – от 0,25 до 1 мкм. В более ак­тив­ных клет­ках ми­то­хон­дрии круп­нее.

Ми­то­хон­дрии спо­соб­ны из­ме­нять свою форму, а неко­то­рые могут пе­ре­ме­щать­ся в более ак­тив­ные участ­ки клет­ки. Такое пе­ре­ме­ще­ние спо­соб­ству­ет на­коп­ле­нию ми­то­хон­дрий в тех ме­стах клет­ки, где выше по­треб­ность в АТФ.

Каж­дая ми­то­хон­дрия окру­же­на обо­лоч­кой, со­сто­я­щей из двух мем­бран (см. Рис. 2). На­руж­ную мем­бра­ну от­де­ля­ет от внут­рен­ней неболь­шое рас­сто­я­ние (6-10 нм) – ме­жмем­бран­ное про­стран­ство. Внут­рен­няя мем­бра­на об­ра­зу­ет мно­го­чис­лен­ные греб­не­вид­ные склад­ки – кри­сты. Кри­сты су­ще­ствен­но уве­ли­чи­ва­ют по­верх­ность внут­рен­ней мем­бра­ны. На кри­стах про­ис­хо­дят про­цес­сы кле­точ­но­го ды­ха­ния, необ­хо­ди­мые для син­те­за АТФ. Ми­то­хон­дрии яв­ля­ют­ся по­лу­ав­то­ном­ны­ми ор­га­нел­ла­ми, со­дер­жа­щи­ми ком­по­нен­ты, ко­то­рые необ­хо­ди­мы для син­те­за соб­ствен­ных бел­ков. Внут­рен­няя мем­бра­на окру­жа­ет жид­кий мат­рикс, в ко­то­ром на­хо­дят­ся белки, фер­мен­ты, РНК, коль­це­вые мо­ле­ку­лы ДНК, ри­бо­со­мы.

Рис. 2. Струк­ту­ра ми­то­хон­дрии

 Митохондриальные болезни

Ми­то­хон­дри­аль­ные за­бо­ле­ва­ния – это груп­па на­след­ствен­ных за­бо­ле­ва­ний, свя­зан­ных с де­фек­та­ми функ­ци­о­ни­ро­ва­ния ми­то­хон­дрий, а, сле­до­ва­тель­но, с на­ру­ше­ни­я­ми энер­ге­ти­че­ских функ­ций в клет­ках эу­ка­ри­от, в част­но­сти че­ло­ве­ка.

Ми­то­хон­дри­аль­ные за­бо­ле­ва­ния пе­ре­да­ют­ся детям обоих полов по жен­ской линии, по­сколь­ку зи­го­те от спер­ма­то­зо­и­да пе­ре­да­ет­ся одна по­ло­ви­на ядер­но­го ге­но­ма, а от яй­це­клет­ки – вто­рая по­ло­ви­на ядер­но­го ге­но­ма и ми­то­хон­дрии.

Эф­фек­ты таких за­бо­ле­ва­ний очень раз­но­об­раз­ны. Из-за раз­лич­но­го рас­пре­де­ле­ния де­фект­ных ми­то­хон­дрий в раз­ных ор­га­нах у од­но­го че­ло­ве­ка это может при­ве­сти к за­бо­ле­ва­нию пе­че­ни, у дру­го­го – к за­бо­ле­ва­нию мозга, при­чем бо­лезнь может на­рас­тать с те­че­ни­ем вре­ме­ни. Неболь­шое ко­ли­че­ство де­фект­ных ми­то­хон­дрий в ор­га­низ­ме может при­ве­сти  лишь к неспо­соб­но­сти че­ло­ве­ка вы­дер­жи­вать фи­зи­че­скую на­груз­ку, со­от­вет­ству­ю­щую его воз­рас­ту.

В общем слу­чае ми­то­хон­дри­аль­ные за­бо­ле­ва­ния про­яв­ля­ют­ся се­рьез­нее при ло­ка­ли­за­ции де­фект­ных ми­то­хон­дрий в мозге, мыш­цах, клет­ках пе­че­ни, так как эти ор­га­ны тре­бу­ют боль­шо­го ко­ли­че­ства энер­гии для вы­пол­не­ния своих функ­ций.

В на­сто­я­щее время ле­че­ние ми­то­хон­дри­аль­ных за­бо­ле­ва­ний на­хо­дит­ся в ста­дии раз­ра­бот­ки, но рас­про­стра­нен­ным те­ра­пев­ти­че­ским ме­то­дом слу­жит симп­то­ма­ти­че­ская про­фи­лак­ти­ка с по­мо­щью ви­та­ми­нов.

 Пластиды

Пла­сти­ды ха­рак­тер­ны ис­клю­чи­тель­но для рас­ти­тель­ных кле­ток. Каж­дая пла­сти­да со­сто­ит из обо­лоч­ки, со­сто­я­щей из двух мем­бран. Внут­ри пла­сти­ды можно на­блю­дать слож­ную си­сте­му мем­бран и более или менее го­мо­ген­ное ве­ще­ство – стро­му. Пла­сти­ды яв­ля­ют­ся по­лу­ав­том­ны­ми ор­га­нел­ла­ми, так как со­дер­жат бе­лок­син­те­зи­ру­ю­щий ап­па­рат и могут ча­стич­но обес­пе­чить себя бел­ком.

Пла­сти­ды обыч­но клас­си­фи­ци­ру­ют на ос­но­ва­нии со­дер­жа­щих­ся в них пиг­мен­тов. Раз­ли­ча­ют три типа пла­стид.

1. Хло­ро­пла­сты (см. Рис. 3) – это пла­сти­ды, в ко­то­рых про­те­ка­ет фо­то­син­тез. Они со­дер­жат хло­ро­филл и ка­ро­ти­но­и­ды. Обыч­но хло­ро­пла­сты имеют форму диска диа­мет­ром 4-5 мкм. В одной клет­ке ме­зо­фил­ла (се­ре­ди­на листа) может на­хо­дить­ся 40-50 хло­ро­пла­стов, а в квад­рат­ном мил­ли­мет­ре листа – около 500 000.

Рис. 3. Хло­ро­пла­сты

Внут­рен­няя струк­ту­ра хло­ро­пла­ста слож­ная (см. Рис. 4). Стро­ма про­ни­за­на раз­ви­той си­сте­мой мем­бран, име­ю­щих форму пу­зырь­ков – ти­ла­ко­и­дов. Ти­ла­ко­и­ды об­ра­зу­ют еди­ную си­сте­му. Как пра­ви­ло, они со­бра­ны в стоп­ки – граны, на­по­ми­на­ю­щие стол­би­ки монет. Ти­ла­ко­и­ды от­дель­ных гран свя­за­ны между собой ти­ла­ко­и­да­ми стро­мы, или ла­мел­ла­ми. Хло­ро­фил­лы и ка­ро­ти­но­и­ды встро­е­ны в ти­ла­ко­ид­ные мем­бра­ны. В стро­ме хло­ро­пла­стов на­хо­дят­ся коль­це­вые мо­ле­ку­лы ДНК, РНК, ри­бо­со­мы, белки, ли­пид­ные капли. Там же про­ис­хо­дят пер­вич­ные от­ло­же­ния за­пас­но­го по­ли­са­ха­ри­да – крах­ма­ла, в виде крах­маль­ных зерен.

Рис. 4. Струк­ту­ра хло­ро­пла­ста

Крах­маль­ные зерна – это вре­мен­ные хра­ни­ли­ща про­дук­тов фо­то­син­те­за. Они могут ис­чез­нуть из хло­ро­пла­стов, если по­ме­стить рас­те­ние на 24 часа в тем­но­ту. По­явят­ся они снова через 2-3 часа, если вы­не­сти рас­те­ние на свет.

Как из­вест­но, фо­то­син­тез де­лит­ся на две фазы: све­то­вую и тем­но­вую (см. Рис. 5). Све­то­вая фаза про­ис­хо­дит на ти­ла­ко­и­дах мем­бра­ны, а тем­но­вая – в стро­ме хло­ро­пла­ста.

Рис. 5. Фо­то­син­тез

2. Хро­мо­пла­сты – пиг­мен­ти­ро­ван­ные пла­сти­ды (см. Рис. 6). Они не со­дер­жат хло­ро­филл, но со­дер­жат ка­ро­ти­но­и­ды, ко­то­рые окра­ши­ва­ют плоды, цвет­ки, неко­то­рые корни и ста­рые ли­стья в крас­ные, жел­тые и оран­же­вые цвета.

Хро­мо­пла­сты могут об­ра­зо­вы­вать­ся из хло­ро­пла­стов, ко­то­рые при этом те­ря­ют хло­ро­филл и внут­рен­ние мем­бран­ные струк­ту­ры и на­чи­на­ют син­те­зи­ро­вать ка­ро­ти­но­и­ды. Такое про­ис­хо­дит при со­зре­ва­нии пло­дов.

Рис. 6. Хро­мо­пла­сты

3. Лей­ко­пла­сты – непиг­мен­ти­ро­ван­ные пла­сти­ды (см. Рис. 7). Неко­то­рые из них могут на­кап­ли­вать крах­мал, на­при­мер ами­ло­пла­сты, дру­гие могут син­те­зи­ро­вать и на­кап­ли­вать белки или ли­пи­ды.

На свету лей­ко­пла­сты могут пре­вра­щать­ся в хло­ро­пла­сты. Так, на­при­мер, про­ис­хо­дит с клуб­нем кар­то­фе­ля, ко­то­рый со­дер­жит много лей­ко­пла­стов, на­кап­ли­ва­ю­щих крах­мал. Если вы­не­сти клу­бень кар­то­фе­ля на свет, он по­зе­ле­не­ет.

Рис. 7. Лей­ко­пласт

 Каротиноиды. Использование в практической деятельности человека

Ка­ро­ти­но­и­ды – это ши­ро­ко рас­про­стра­нен­ная и мно­го­чис­лен­ная груп­па пиг­мен­тов. К ним от­но­сят­ся ве­ще­ства, ко­то­рые окра­ши­ва­ют в жел­тый, оран­же­вый и крас­ный цвета. Ка­ро­ти­но­и­ды со­дер­жат­ся в цвет­ках рас­те­ний, в неко­то­рых кор­нях, в со­зре­ва­ю­щих пло­дах.

Ка­ро­ти­но­и­ды син­те­зи­ру­ют­ся не толь­ко выс­ши­ми рас­те­ни­я­ми, но и во­до­рос­ля­ми, неко­то­ры­ми бак­те­ри­я­ми, ми­це­ли­аль­ны­ми гри­ба­ми и дрож­жа­ми.

При­сут­ству­ют ка­ро­ти­но­и­ды в ор­га­низ­мах неко­то­рых чле­ни­сто­но­гих, рыб, птиц и мле­ко­пи­та­ю­щих, но они не син­те­зи­ру­ют­ся внут­ри ор­га­низ­ма, а по­сту­па­ют вме­сте с пищей. На­при­мер, ро­зо­вая окрас­ка фла­мин­го обу­слов­ле­на по­еда­ни­ем ма­лень­ких крас­ных рач­ков, в ко­то­рых со­дер­жат­ся ка­ро­ти­но­и­ды.

В те­че­ние мно­гих лет ка­ро­ти­но­и­ды ис­поль­зу­ют­ся в прак­ти­че­ской де­я­тель­но­сти че­ло­ве­ка. Они при­ме­ня­ют­ся в сель­ском хо­зяй­стве, пи­ще­вой про­мыш­лен­но­сти и в ме­ди­цине. При до­бав­ле­нии бе­та-ка­ро­ти­на в пи­ще­вой про­дукт он не толь­ко на­сы­ща­ет про­дукт опре­де­лен­ным цве­том (жел­тым), но и ви­та­ми­ни­зи­ру­ет его (на­сы­ща­ет ви­та­ми­ном А). В ме­ди­цине ка­ро­тин ис­поль­зу­ет­ся для ле­че­ния ави­та­ми­но­за по ви­та­ми­ну А.

 Гипотеза симбиогенеза

По по­во­ду про­ис­хож­де­ния эу­ка­ри­о­ти­че­ских кле­ток боль­шин­ство ис­сле­до­ва­те­лей при­дер­жи­ва­ет­ся ги­по­те­зы сим­био­ги­не­за.

Идея о том, что эу­ка­ри­о­ти­че­ская клет­ка (клет­ка жи­вот­ных и рас­те­ний) пред­став­ля­ет собой сим­био­ти­че­ский ком­плекс, была пред­ло­же­на Ме­реж­ков­ским (рус­ский бо­та­ник, зоо­лог, фи­ло­соф, пи­са­тель), под­твер­жде­на Фа­мин­цы­ным (рус­ский бо­та­ник), а ги­по­те­за в ее со­вре­мен­ном виде пред­став­ле­на Линн Мар­гу­лис (аме­ри­кан­ский био­лог). Кон­цеп­ция со­сто­ит в том, что ор­га­нел­лы (на­при­мер, ми­то­хон­дрии и пла­сти­ды), ко­то­рые от­ли­ча­ют эу­ка­ри­о­ти­че­скую клет­ку от про­ка­ри­о­ти­че­ской, из­на­чаль­но были сво­бод­но­жи­ву­щи­ми бак­те­ри­я­ми и за­хва­че­ны круп­ной клет­кой про­ка­ри­от, ко­то­рая их не съела, а пре­вра­ти­ла в сим­бион­тов. Далее к по­верх­но­сти клет­ки-хо­зя­и­на при­кре­пи­лась дру­гая груп­па сим­бион­тов – жгу­ти­ко­по­доб­ных бак­те­рий, ко­то­рые резко уве­ли­чи­ли по­движ­ность хо­зя­и­на, а со­от­вет­ствен­но, шансы на вы­жи­ва­ние.

Несмот­ря на то что эта ги­по­те­за вы­гля­дит до­ста­точ­но фан­та­стич­ной, тем не менее в со­вре­мен­ном мире есть под­твер­жде­ние того, что она имеет право на су­ще­ство­ва­ние: у неко­то­рых ин­фу­зо­рий в ка­че­стве сим­бион­тов вы­сту­па­ют хло­рел­лы (од­но­кле­точ­ные во­до­рос­ли), при­чем ин­фу­зо­рии пе­ре­ва­ри­ва­ют любую дру­гую од­но­кле­точ­ную во­до­росль, ко­то­рая по­па­ла в ее ор­га­низм, кроме хло­рел­лы.

Сход­ство ми­то­хон­дрий и хло­ро­пла­стов со сво­бод­ны­ми про­ка­ри­о­ти­че­ски­ми клет­ка­ми (со сво­бод­ны­ми бак­те­ри­я­ми)

1. У ми­то­хон­дрий и хло­ро­пла­стов име­ют­ся коль­це­вые мо­ле­ку­лы ДНК, что свой­ствен­но бак­те­ри­аль­ной клет­ке.

2. Ми­то­хон­дрии и хло­ро­пла­сты имеют мел­кие ри­бо­со­мы, такие же как в про­ка­ри­о­ти­че­ской клет­ке.

3. Об­ла­да­ют бе­лок­син­те­зи­ру­ю­щим ап­па­ра­том.

 Органоиды движения

Мно­гие клет­ки спо­соб­ны к дви­же­нию, при­чем ме­ха­низ­мы дви­га­тель­ных ре­ак­ций могут быть раз­лич­ны­ми.

Раз­ли­ча­ют такие типы дви­же­ния: аме­бо­ид­ные дви­же­ния (амеба и лей­ко­ци­ты), рес­нич­ные дви­же­ния (ин­фу­зо­рия ту­фель­ка), жгу­ти­ко­вые дви­же­ния (спер­ма­то­зо­и­ды), мы­шеч­ные дви­же­ния.

Жгу­тик всех эу­ка­ри­о­ти­че­ских кле­ток имеет длину около 100 мкм. На по­пе­реч­ном срезе (см. Рис. 8) можно уви­деть, что по пе­ри­фе­рии жгу­ти­ка рас­по­ло­же­ны 9 пар мик­ро­тру­бо­чек, а в цен­тре – 2 мик­ро­тру­боч­ки.

Рис. 8. По­пе­реч­ный срез жгу­ти­ка

Все пары мик­ро­тру­бо­чек свя­за­ны между собой. Белок, осу­ществ­ля­ю­щий это свя­зы­ва­ние, ме­ня­ет свою кон­фор­ма­цию за счет энер­гии, вы­де­ля­ю­щей­ся при гид­ро­ли­зе АТФ. Это при­во­дит к тому, что пары мик­ро­тру­бо­чек на­чи­на­ют дви­гать­ся друг от­но­си­тель­но друга, жгу­тик из­ги­ба­ет­ся и клет­ка на­чи­на­ет дви­же­ние.

Таков же ме­ха­низм дви­же­ния рес­ни­чек, длина ко­то­рых со­став­ля­ет всего 10-15 мкм. Ко­ли­че­ство рес­ни­чек, в от­ли­чие от жгу­ти­ков, ко­ли­че­ство ко­то­рых на по­верх­но­сти клет­ки огра­ни­че­но, может быть очень боль­шим. На­при­мер, на по­верх­но­сти од­но­кле­точ­ной ин­фу­зо­рии-ту­фель­ки на­счи­ты­ва­ет­ся до 15 000 рес­ни­чек, с по­мо­щью ко­то­рых она может пе­ре­дви­гать­ся со ско­ро­стью 3 мм/с.

источник конспекта - http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/bosnovy-citologii-b/stroenie-kletki-mitohondrii-plastidy-organoidy-dvizheniya

источник видео - https://vimeo.com/99166811

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=K-T1-vqo4l4

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=aeoKhDVajdM

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=cBoOQDo5TJk

источник презентации - http://www.myshared.ru/slide/download/

Файлы