Charakterystyka zdecydowanej większości komórek. Główną funkcją jest utlenianie związków organicznych i wytwarzanie cząsteczek ATP z uwolnionej energii. Małe mitochondrium jest główną stacją energetyczną całego organizmu.

Pochodzenie mitochondriów

Obecnie wśród naukowców panuje bardzo popularna opinia, że ​​mitochondria nie pojawiły się w komórce samodzielnie w trakcie ewolucji. Najprawdopodobniej stało się to z powodu wychwytywania przez prymitywną komórkę, która w tym czasie nie była w stanie samodzielnie wykorzystywać tlenu, bakterii, która mogła to zrobić i dlatego była doskonałym źródłem energii. Taka symbioza okazała się skuteczna i utrzymała się w kolejnych pokoleniach. Teorię tę potwierdza obecność własnego DNA w mitochondriach.

Jak zbudowane są mitochondria?

Mitochondria mają dwie błony: zewnętrzną i wewnętrzną. Główną funkcją błony zewnętrznej jest oddzielenie organelli od cytoplazmy komórki. Składa się z warstwy bilipidowej i przenikających przez nią białek, przez które odbywa się transport cząsteczek i jonów niezbędnych do pracy. Choć gładka, wewnętrzna tworzy liczne fałdy – cristae, które znacznie zwiększają jej powierzchnię. Błona wewnętrzna składa się głównie z białek, w tym enzymów łańcucha oddechowego, białek transportowych i dużych kompleksów syntetazy ATP. To właśnie w tym miejscu zachodzi synteza ATP. Pomiędzy błoną zewnętrzną i wewnętrzną znajduje się przestrzeń międzybłonowa z zawartymi w niej enzymami.

Wewnętrzna przestrzeń mitochondriów nazywana jest matrix. Znajdują się tu układy enzymatyczne utleniania kwasów tłuszczowych i pirogronianu, enzymy cyklu Krebsa, a także dziedziczny materiał mitochondriów - DNA, RNA i aparat do syntezy białek.

Do czego potrzebne są mitochondria?

Główną funkcją mitochondriów jest synteza uniwersalnej formy energii chemicznej – ATP. Biorą także udział w cyklu kwasów trikarboksylowych, przekształcając pirogronian i kwasy tłuszczowe w acetylo-CoA, a następnie go utleniając. W tej organelli przechowywany i dziedziczony jest mitochondrialny DNA, kodujący reprodukcję tRNA, rRNA i niektórych białek niezbędnych do normalnego funkcjonowania mitochondriów.

Organella z podwójną błoną, mitochondrium, jest charakterystyczna dla komórek eukariotycznych. Funkcjonowanie organizmu jako całości zależy od funkcji mitochondriów.

Struktura

Mitochondria składają się z trzech wzajemnie połączonych elementów:

• membrana zewnętrzna;
• wewnętrzna membrana;
• matryca.

Zewnętrzna gładka błona składa się z lipidów, pomiędzy którymi znajdują się białka hydrofilowe tworzące kanaliki. Cząsteczki przechodzą przez te kanaliki podczas transportu substancji.

Błony zewnętrzne i wewnętrzne znajdują się w odległości 10-20 nm. Przestrzeń międzybłonowa jest wypełniona enzymami. W przeciwieństwie do enzymów lizosomalnych biorących udział w rozkładzie substancji, enzymy w przestrzeni międzybłonowej przenoszą reszty kwasu fosforowego na substrat przy zużyciu ATP (proces fosforylacji).

Membrana wewnętrzna jest upakowana pod membraną zewnętrzną w formie licznych fałd – cristae.
Są wykształceni:

• lipidy przepuszczalne tylko dla tlenu, dwutlenku węgla i wody;
• białka enzymatyczne, transportowe biorące udział w procesach oksydacyjnych i transporcie substancji.

Tutaj, za sprawą łańcucha oddechowego, następuje drugi etap oddychania komórkowego i powstawanie 36 cząsteczek ATP.

TOP 4 artykułyktórzy czytają razem z tym

Pomiędzy fałdami znajduje się półpłynna substancja - matryca.
Matryca zawiera:

• enzymy (setki różnych typów);
• kwasy tłuszczowe;
• białka (67% białek mitochondrialnych);
• mitochondrialny kolisty DNA;
• rybosomy mitochondrialne.

Obecność rybosomów i DNA wskazuje na pewną autonomię organelli.

Ryż. 1. Struktura mitochondriów.

Enzymatyczne białka macierzy biorą udział w utlenianiu pirogronianu – kwasu pirogronowego podczas oddychania komórkowego.

Oznaczający

Główną funkcją mitochondriów w komórce jest synteza ATP, tj. wytwarzanie energii. W wyniku oddychania komórkowego (utleniania) powstaje 38 cząsteczek ATP. Synteza ATP zachodzi w oparciu o utlenianie związków organicznych (substratu) i fosforylację ADP. Substratem dla mitochondriów są kwasy tłuszczowe i pirogronian.

Ryż. 2. Tworzenie pirogronianu w wyniku glikolizy.

Ogólny opis procesu oddychania przedstawiono w tabeli.

Gdzie to się dzieje?	Substancje	Procesy
Cytoplazma		W wyniku glikolizy rozkłada się na dwie cząsteczki kwasu pirogronowego, które przedostają się do matrix
		Odszczepiana jest grupa acetylowa, która przyłącza się do koenzymu A (CoA), tworząc acetylokoenzym A (acetylo-CoA) i uwalniana jest cząsteczka dwutlenku węgla. Acetylo-CoA może powstawać także z kwasów tłuszczowych przy braku syntezy węglowodanów
	Acetylo-CoA	Wchodzi w cykl Krebsa lub cykl kwasu cytrynowego (cykl kwasu trikarboksylowego). Cykl rozpoczyna się od utworzenia kwasu cytrynowego. Następnie w wyniku siedmiu reakcji powstają dwie cząsteczki dwutlenku węgla, NADH i FADH2
	NADH i FADH2	Po utlenieniu NADH rozkłada się na NAD+, dwa wysokoenergetyczne elektrony (e –) i dwa protony H+. Elektrony są przenoszone do łańcucha oddechowego, zawierającego trzy kompleksy enzymatyczne, na wewnętrznej błonie. Przepływowi elektronu przez kompleksy towarzyszy uwolnienie energii. Jednocześnie protony są uwalniane do przestrzeni międzybłonowej. Wolne protony mają tendencję do powrotu do matrycy, co tworzy potencjał elektryczny. Wraz ze wzrostem napięcia H+ przedostaje się do wewnątrz przez syntazę ATP, specjalne białko. Energia protonów jest wykorzystywana do fosforylacji ADP i syntezy ATP. H+ łączy się z tlenem tworząc wodę.

Ryż. 3. Proces oddychania komórkowego.

Mitochondria to organelle, od których zależy funkcjonowanie całego organizmu. Oznakami dysfunkcji mitochondriów są zmniejszenie szybkości zużycia tlenu, wzrost przepuszczalności błony wewnętrznej i obrzęk mitochondriów. Zmiany te powstają w wyniku zatrucia toksycznego, chorób zakaźnych, niedotlenienia.

Czego się nauczyliśmy?

Z lekcji biologii dowiedzieliśmy się o cechach strukturalnych mitochondriów oraz pokrótce omówiliśmy funkcje i proces oddychania komórkowego. Dzięki pracy mitochondriów powstający podczas glikolizy kwas pirogronowy oraz kwasy tłuszczowe utleniają się do dwutlenku węgla i wody. W wyniku oddychania komórkowego uwalniana jest energia, która jest wydawana na funkcje życiowe organizmu.

Testuj w temacie

Ocena raportu

Średnia ocena: 4.4. Łączna liczba otrzymanych ocen: 67.

O KOMPLEKSIE W PROSTYM JĘZYKU.

Temat ten jest złożony i złożony, natychmiast wpływający ogromna ilość procesy biochemiczne zachodzące w naszym organizmie. Ale nadal spróbujmy dowiedzieć się, czym są mitochondria i jak działają.

Zatem mitochondria są jednym z najważniejszych składników żywej komórki. W uproszczeniu można powiedzieć, że tak stacja energetyczna komórki. Ich działanie opiera się na utlenianiu związków organicznych i wytwarzaniu potencjału elektrycznego (energii uwalnianej podczas rozkładu cząsteczki ATP) w celu przeprowadzenia skurcz mięśni.

Wszyscy wiemy, że praca naszego organizmu przebiega ściśle zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki. Energia nie powstaje w naszym ciele, a jedynie ulega przemianie. Organizm wybiera jedynie formę przemiany energii, nie wytwarzając jej, z chemicznej na mechaniczną i termiczną. Głównym źródłem całej energii na planecie Ziemia jest Słońce. Energia docierająca do nas w postaci światła jest absorbowana przez chlorofil roślinny, gdzie wzbudza elektron atomu wodoru i w ten sposób oddaje energię materii żywej.

Nasze życie zawdzięczamy energii małego elektronu.

Praca mitochondrium polega na stopniowym przenoszeniu energii elektronów wodoru pomiędzy atomami metali obecnymi w grupach kompleksów białkowych łańcucha oddechowego (łańcucha transportu elektronów białek), gdzie każdy kolejny kompleks ma większe powinowactwo do elektronu, przyciągając go niż poprzedni, aż elektron nie łączy się z tlenem cząsteczkowym, który ma największe powinowactwo elektronowe.

Za każdym razem, gdy elektron jest przenoszony wzdłuż obwodu, uwalniana jest energia, która gromadzi się w postaci gradientu elektrochemicznego, a następnie realizuje się w postaci skurczu mięśni i wydzielania ciepła.

Nazywa się szeregiem procesów oksydacyjnych zachodzących w mitochondriach, które umożliwiają przeniesienie potencjału energetycznego elektronu „oddychanie wewnątrzkomórkowe” lub często „łańcuch oddechowy”, ponieważ elektron jest przenoszony wzdłuż łańcucha od atomu do atomu, aż dotrze do miejsca docelowego, atomu tlenu.

Mitochondria potrzebują tlenu do przekazywania energii w procesie utleniania.

Mitochondria zużywają do 80% tlenu, który wdychamy.

Mitochondria to trwała struktura komórkowa zlokalizowana w jej cytoplazmie. Średnica mitochondrium wynosi zwykle od 0,5 do 1 µm. Ma ziarnistą strukturę i może zajmować do 20% objętości komórki. Ta trwała organiczna struktura komórki nazywana jest organellą. Organelle obejmują także miofibryle – kurczliwe jednostki komórki mięśniowej; a jądro komórkowe jest również organellą. Ogólnie rzecz biorąc, każda trwała struktura komórkowa jest organellą.

Mitochondria zostały odkryte i po raz pierwszy opisane przez niemieckiego anatoma i histologa Richarda Altmanna w 1894 r., a nazwę tej organelli nadał inny niemiecki histolog K. Bend w 1897 r. Ale dopiero w 1920 roku niemiecki biochemik Otto Wagburg ponownie udowodnił, że procesy oddychania komórkowego są powiązane z mitochondriami.

Istnieje teoria, według której mitochondria powstały w wyniku wychwytywania przez prymitywne komórki, komórki, które same nie mogły wykorzystywać tlenu do wytwarzania energii, bakterii protogenotowych, które mogłyby to zrobić. Właśnie dlatego, że mitochondrium było wcześniej odrębnym żywym organizmem, nadal ma swoje własne DNA.

Mitochondria reprezentowały wcześniej niezależny żywy organizm.

Progenoci w trakcie ewolucji przenieśli wiele swoich genów do powstałego jądra, dzięki zwiększonej efektywności energetycznej, i przestali być niezależnymi organizmami. Mitochondria są obecne we wszystkich komórkach. Nawet plemnik ma mitochondria. To dzięki nim wprawiany jest w ruch ogon plemnika, który realizuje jego ruch. Ale szczególnie wiele mitochondriów jest tam, gdzie energia jest potrzebna do jakichkolwiek procesów życiowych. A są to oczywiście przede wszystkim komórki mięśniowe.

W komórkach mięśniowych mitochondria można łączyć w grupy gigantycznych rozgałęzionych mitochondriów, połączonych ze sobą poprzez kontakty międzymitochondrialne, w których stworzyć spójny, działający system współpracy. Przestrzeń w takiej strefie ma zwiększoną gęstość elektronową. Nowe mitochondria powstają w wyniku prostego podziału poprzednich organelli. Najczęściej nazywany jest najbardziej „prostym” mechanizmem dostarczania energii dostępnym dla wszystkich komórek ogólna koncepcja glikoliza

Jest to proces sekwencyjnego rozkładu glukozy do kwasu pirogronowego. Jeśli ten proces nastąpi bez udziału tlenu cząsteczkowego lub z niewystarczającą obecnością, wtedy nazywa się to glikoliza beztlenowa. W tym przypadku glukoza rozkładana jest nie na produkty końcowe, lecz na kwas mlekowy i pirogronowy, które następnie ulegają dalszym przemianom podczas fermentacji. Dlatego uwolniona energia jest mniejsza, ale tempo jej wytwarzania jest szybsze. W wyniku beztlenowej glikolizy z jednej cząsteczki glukozy komórka otrzymuje 2 cząsteczki ATP i 2 cząsteczki kwasu mlekowego. Ten „podstawowy” proces energetyczny może zachodzić w dowolnej komórce. bez udziału mitochondriów.

W obecność tlenu cząsteczkowego odbywa się wewnątrz mitochondriów glikoliza tlenowa w łańcuchu oddechowym. Kwas pirogronowy w warunkach tlenowych bierze udział w cyklu kwasów trikarboksylowych, zwanym cyklem Krebsa. W wyniku tego wieloetapowego procesu z jednej cząsteczki glukozy powstaje 36 cząsteczek ATP. Porównanie bilansu energetycznego komórki z rozwiniętymi mitochondriami i komórek, w których nie są one rozwinięte(z wystarczającą ilością tlenu) różnica w całkowitym wykorzystaniu energii glukozy wewnątrz komórki jest prawie 20-krotna!

U ludzi włókna mięśnie szkieletowe Móc warunkowo dzieli się na trzy typy w oparciu o właściwości mechaniczne i metaboliczne: - wolno utleniające; - szybki glikolityczny; - szybko utleniająco-glikolityczny.

Szybkie włókna mięśniowe Zaprojektowany do szybkiej i ciężkiej pracy. Do ich redukcji wykorzystują głównie szybkie źródła energii, czyli fosforan kryatyny i beztlenową glikolizę. Zawartość mitochondriów w tego typu włóknach jest znacznie mniejsza niż w wolnokurczliwych włóknach mięśniowych.

Powolne włókna mięśniowe wykonują powolne skurcze, ale są w stanie pracować przez długi czas. Jako energię wykorzystują tlenową glikolizę i syntezę energii z tłuszczów. Dostarcza to znacznie więcej energii niż glikoliza beztlenowa, ale wymaga w zamian więcej czasu, ponieważ łańcuch degradacji glukozy jest bardziej złożony i wymaga obecności tlenu, którego transport do miejsca konwersji energii również wymaga czasu. Powolne włókna mięśniowe nazywane są czerwonymi ze względu na mioglobinę, białko odpowiedzialne za dostarczanie tlenu do włókna. Wolnokurczliwe włókna mięśniowe zawierają znaczną liczbę mitochondriów.

Powstaje pytanie: w jaki sposób i przy pomocy jakich ćwiczeń można w komórkach mięśniowych rozwijać rozgałęzioną sieć mitochondriów? Istnieją różne teorie i metody szkoleniowe, a o nich w materiale na.

Specjalne struktury - mitochondria - odgrywają ważną rolę w życiu każdej komórki. Struktura mitochondriów pozwala organelli działać w trybie półautonomicznym.

Ogólna charakterystyka

Mitochondria odkryto w 1850 r. Jednak zrozumienie struktury i przeznaczenia mitochondriów stało się możliwe dopiero w 1948 roku.

Ze względu na dość duży rozmiar organelle są wyraźnie widoczne w mikroskopie świetlnym. Maksymalna długość wynosi 10 mikronów, średnica nie przekracza 1 mikrona.

Mitochondria występują we wszystkich komórkach eukariotycznych. Są to organelle dwubłonowe, zwykle w kształcie fasoli. Mitochondria występują również w kształtach kulistych, nitkowatych i spiralnych.

Liczba mitochondriów może się znacznie różnić. Na przykład jest ich około tysiąca w komórkach wątroby i 300 tysięcy w oocytach. Komórki roślinne zawierają mniej mitochondriów niż komórki zwierzęce.

TOP 4 artykułyktórzy czytają razem z tym

Ryż. 1. Lokalizacja mitochondriów w komórce.

Mitochondria są plastikowe. Zmieniają kształt i przemieszczają się do aktywnych centrów komórki. Zwykle w komórkach i częściach cytoplazmy, w których zapotrzebowanie na ATP jest większe, znajduje się więcej mitochondriów.

Struktura

Każde mitochondrium jest oddzielone od cytoplazmy dwiema błonami. Zewnętrzna membrana jest gładka. Struktura błony wewnętrznej jest bardziej złożona. Tworzy liczne fałdy – cristae, które zwiększają powierzchnię funkcjonalną. Pomiędzy obiema membranami znajduje się przestrzeń 10-20 nm wypełniona enzymami. Wewnątrz organelli znajduje się matryca - substancja żelowa.

Ryż. 2. Struktura wewnętrzna mitochondria.

Tabela „Struktura i funkcje mitochondriów” szczegółowo opisuje składniki organelli.

Mieszanina	Opis	Funkcje
Zewnętrzna membrana	Składa się z lipidów. Zawiera duża liczba białko porin, które tworzy kanaliki hydrofilowe. Cała błona zewnętrzna jest przesiąknięta porami, przez które cząsteczki substancji przedostają się do mitochondriów. Zawiera także enzymy biorące udział w syntezie lipidów	Chroni organelle, wspomaga transport substancji
	Znajdują się one prostopadle do osi mitochondriów. Mogą wyglądać jak płytki lub rurki. Liczba cristae różni się w zależności od typu komórki. W komórkach serca jest ich trzy razy więcej niż w komórkach wątroby. Zawiera fosfolipidy i białka trzech typów: Katalizujące – biorą udział w procesach oksydacyjnych; Enzymatyczny - uczestniczy w tworzeniu ATP; Transport - transport cząsteczek z matrixu tam i z powrotem	Wykonuje drugi etap oddychania za pomocą łańcucha oddechowego. Następuje utlenianie wodoru, w wyniku którego powstaje 36 cząsteczek ATP i wody
	Składa się z mieszaniny enzymów, kwasów tłuszczowych, białek, RNA, rybosomów mitochondrialnych. To tutaj znajduje się własne DNA mitochondriów.	Przeprowadza pierwszy etap oddychania - cykl Krebsa, w wyniku którego powstają 2 cząsteczki ATP

Główną funkcją mitochondriów jest wytwarzanie energii komórkowej w postaci cząsteczek ATP w wyniku reakcji fosforylacji oksydacyjnej – oddychania komórkowego.

Oprócz mitochondriów komórki roślinne zawierają dodatkowe półautonomiczne organelle - plastydy.
W zależności od celu funkcjonalnego wyróżnia się trzy typy plastydów:

• chromoplasty - gromadzą i przechowują pigmenty (karoten) o różnych odcieniach, które nadają kolor kwiatom roślinnym;
• leukoplasty - zaopatrzyć się składniki odżywcze na przykład skrobia w postaci ziaren i granulek;
• chloroplasty - najważniejsze organelle zawierające zielony pigment (chlorofil), który nadaje roślinom kolor i przeprowadza fotosyntezę.

Ryż. 3. Plastydy.

Czego się nauczyliśmy?

Zbadaliśmy cechy strukturalne mitochondriów - organelli z podwójną błoną, które przeprowadzają oddychanie komórkowe. Błona zewnętrzna składa się z białek i lipidów i transportuje substancje. Wewnętrzna membrana tworzy fałdy - cristae, na których zachodzi utlenianie wodoru. Cristae są otoczone matrycą - żelową substancją, w której zachodzą niektóre reakcje oddychania komórkowego. Macierz zawiera mitochondrialny DNA i RNA.

Testuj w temacie

Ocena raportu

Średnia ocena: 4.4. Łączna liczba otrzymanych ocen: 82.

Mitochondria

Mitochondria odkryto w komórkach zwierzęcych w 1882 r., a w roślinach dopiero w 1904 r. (w pylnikach lilii wodnych). Funkcje biologiczne określono po wyodrębnieniu i oczyszczeniu frakcji poprzez wirowanie frakcyjne. Zawierają 70% białka i około 30% lipidów, niewielką ilość RNA i DNA, witaminy A, B6, B12, K, E, kwas foliowy i pantotenowy, ryboflawinę i różne enzymy. Mitochondria mają podwójną błonę, zewnętrzna izoluje organelle od cytoplazmy, a wewnętrzna tworzy cristae. Cała przestrzeń pomiędzy membranami wypełniona jest matrixem (ryc. 13).

Główną funkcją mitochondriów jest udział w oddychaniu komórkowym. Rolę mitochondriów w oddychaniu ustalono w latach 1950-1951. Złożony układ enzymatyczny cyklu Krebsa koncentruje się na błonach zewnętrznych. Podczas utleniania substratów oddychania uwalniana jest energia, która natychmiast ulega akumulacji w powstałych cząsteczkach ADP, a głównie ATP, w procesie fosforylacji oksydacyjnej zachodzącej w cristae. Energia zmagazynowana w wysokoenergetycznych związkach jest następnie wykorzystywana na zaspokojenie wszelkich potrzeb ogniwa.

Tworzenie mitochondriów w komórce następuje w sposób ciągły z mikrociał; ich występowanie jest najczęściej związane z różnicowaniem struktur błonowych komórki. Można je przywrócić w komórce poprzez podział i pączkowanie. Mitochondria nie są długowieczne; ich żywotność wynosi 5-10 dni.

Mitochondria to „stacje energetyczne” komórki. Koncentrują energię, która magazynowana jest w „akumulatorach” energii – cząsteczkach ATP, a nie ulega rozpraszaniu w komórce. Naruszenie struktury mitochondriów prowadzi do zakłócenia procesu oddychania i ostatecznie do patologii organizmu.

Aparat Golgiego.Aparat Golgiego(synonim - dictyosomy) to stosy 3-12 spłaszczonych, zamkniętych krążków otoczonych podwójną błoną zwaną cisternae, od krawędzi których splecione są liczne pęcherzyki (300-500). Szerokość zbiorników wynosi 6-90 A, grubość membran 60-70 A.

Aparat Golgiego jest ośrodkiem syntezy, akumulacji i uwalniania polisacharydów, w szczególności celulozy, i bierze udział w dystrybucji i wewnątrzkomórkowym transporcie białek, a także w tworzeniu wakuoli i lizosomów. W komórkach roślinnych udało się prześledzić udział aparatu Golgiego w powstaniu płytki środkowej i wzroście błony pektocelulozowej komórki.

W tym okresie najbardziej rozwinięty jest aparat Golgiego aktywne życie komórki. W miarę starzenia się stopniowo zanika, a następnie znika.

Lizosomy.Lizosomy- raczej małe (około 0,5 mikrona średnicy) zaokrąglone korpusy. Pokryte są błoną białkowo-lipidową. Lizosomy zawierają liczne enzymy hydrolityczne, które pełnią funkcję wewnątrzkomórkowego trawienia (lizy) makrocząsteczek białek, kwasów nukleinowych i polisacharydów. Ich główną funkcją jest trawienie poszczególnych odcinków protoplastu komórki (autofagia – samopożeranie). Proces ten zachodzi poprzez fagocytozę lub pinocytozę. Biologiczna rola tego procesu jest dwojaka. Po pierwsze, działa ochronnie, gdyż podczas chwilowego braku produktów rezerwowych komórka podtrzymuje życie dzięki konstytucjonalnym białkom i innym substancjom, a po drugie, następuje uwolnienie z nadmiaru lub zużytych organelli (plastydów, mitochondriów itp.). błona lizosomowa zapobiega uwalnianiu enzymów do cytoplazmy, w przeciwnym razie całość zostałaby strawiona przez te enzymy.

W martwej komórce lizosomy ulegają zniszczeniu, enzymy trafiają do komórki i cała jej zawartość zostaje strawiona. Pozostaje tylko otoczka pektocelulozowa.

Lizosomy są produktami działania aparatu Golgiego, oderwanymi od niego pęcherzykami, w których organella ta gromadziła enzymy trawienne.

Sferosomy- okrągłe ciałka białkowo-lipidowe o wielkości 0,3-0,4 mikrona. Najprawdopodobniej są one pochodnymi aparatu Golgiego lub siateczki śródplazmatycznej. Kształtem i rozmiarem przypominają lizosomy. Ponieważ sferosomy zawierają kwaśną fosfatazę, prawdopodobnie są spokrewnione z lizosomami. Niektórzy autorzy uważają, że sferosomy i lizosomy są sobie równoważne, ale najprawdopodobniej jedynie pod względem pochodzenia i formy. Istnieje przypuszczenie o ich udziale w syntezie tłuszczów (A. Frey-Wissling).

Rybosomy- bardzo małe organelle, ich średnica wynosi około 250A, mają kształt prawie kulisty. Część z nich jest przyczepiona do zewnętrznych błon retikulum endoplazmatycznego, część z nich występuje w stanie wolnym w cytoplazmie. Komórka może zawierać do 5 milionów rybosomów. Rybosomy znajdują się w chloroplastach i mitochondriach, gdzie syntetyzują część białek, z których zbudowane są te organelle, oraz funkcjonujące w nich enzymy.

Główną funkcją jest synteza określonych białek na podstawie informacji pochodzących z jądra. Ich skład: białko i rybosomalny kwas rybonukleinowy (RNA) w równych proporcjach. Ich struktura składa się z małych i dużych podjednostek utworzonych z rybonukleotydów.

Mikrotubule.Mikrotubule- osobliwe pochodne retikulum endoplazmatycznego. Znaleziono w wielu komórkach. Już sama ich nazwa mówi o ich kształcie – jednej lub dwóch równoległych rurkach z wgłębieniem w środku. Średnica zewnętrzna w granicach 250A. Ściany mikrotubul zbudowane są z cząsteczek białka. Mikrotubule tworzą włókna wrzecionowe podczas podziału komórki.

Rdzeń

Jądro zostało odkryte w komórce roślinnej przez R. Browna w 1831 roku. Znajduje się w centrum komórki lub w pobliżu błony komórkowej, ale jest otoczony ze wszystkich stron cytoplazmą. W większości przypadków na komórkę przypada jedno jądro; w komórkach niektórych glonów i grzybów znajduje się kilka jąder. Zielone algi o strukturze niekomórkowej mają setki jąder. Wielojądrzaste komórki nieartykułowanych laticiferów. W komórkach bakterii i sinic nie ma jąder.

Kształt jądra jest najczęściej zbliżony do kształtu kuli lub elipsy. Zależy od kształtu, wieku i funkcji komórki. W komórce merystematycznej jądro jest duże, okrągłe i zajmuje 3/4 objętości komórki. W komórkach miąższowych naskórka, które posiadają dużą centralną wakuolę, jądro ma kształt soczewkowaty i przemieszcza się wraz z cytoplazmą na obwód komórki. Jest to oznaka wyspecjalizowanej, ale już starzejącej się komórki. Komórka bez jądra może tylko żyć krótki czas. Jądrowane komórki rurki sitowej są żywymi komórkami, ale nie żyją długo. We wszystkich innych przypadkach komórki bezjądrowe są martwe.

Rdzeń ma podwójną otoczkę, poprzez pory, w których znajduje się zawartość
jądra (nukleoplazma) mogą komunikować się z zawartością cytoplazmy. Błony błony jądrowej są wyposażone w rybosomy i komunikują się z błonami retikulum endoplazmatycznego komórki. Nukleoplazma zawiera jedno lub dwa jąderka i chromosomy. Nukleoplazma jest koloidalnym układem zoli, konsystencją przypominającą zagęszczoną żelatynę. Według krajowych biochemików (Zbarsky I.B. i in.) Jądro zawiera cztery frakcje białek: białka proste - globuliny 20%, dezoksyrybonukleoproteiny - 70%, białka kwasowe - 6% i białka resztkowe 4%. Zlokalizowane są w następujących strukturach jądrowych: białka DNA (białka zasadowe) – w chromosomach, białka RNA (białka kwasowe) – w jąderkach, częściowo w chromosomach (podczas syntezy informacyjnego RNA) oraz w błonie jądrowej. Globuliny stanowią podstawę nukleoplazmy. Białka resztkowe (charakter nieokreślony) tworzą błonę jądrową.

Większość białek jądrowych to złożone alkaliczne dezoksyrybonukleoproteiny oparte na DNA.

Cząsteczka DNA.Cząsteczka DNA– polinukleotyd i składa się z nukleotydów. Nukleotyd składa się z trzech składników: cząsteczki cukru (deoksyrybozy), cząsteczki zasady azotowej i cząsteczek kwasu fosforowego. Deoksyryboza jest połączona z zasadą azotową wiązaniem glikozydowym, a z kwasem fosforowym wiązaniem estrowym. DNA zawiera różne kombinacje Istnieją tylko 4 rodzaje nukleotydów, różniące się między sobą zasadami azotowymi. Dwie z nich (adenina i guanina) należą do związków azotu purynowego, a cytozyna i tymina do związków pirymidynowych. Cząsteczki DNA nie są zlokalizowane w jednej płaszczyźnie, ale składają się z dwóch spiralnych nici, tj. dwa równoległe łańcuchy skręcone wokół siebie tworzą jedną cząsteczkę DNA. Są one utrzymywane razem przez wiązania wodorowe pomiędzy zasadami azotowymi, przy czym zasady purynowe jednego łańcucha łączą się z zasadami pirymidynowymi drugiego (ryc. 14). Strukturę i chemię cząsteczki DNA odkryli naukowcy angielscy (Crick) i amerykańscy (Watson) i upublicznieni w 1953 roku. Ten moment uważa się za początek rozwoju genetyki molekularnej. Masa cząsteczkowa DNA wynosi 4-8 milionów. Liczba nukleotydów (. różne opcje) do 100 tys. Cząsteczka DNA jest bardzo stabilna, jej stabilność zapewnia fakt, że w całej jej strukturze ma tę samą grubość – 20A (8A – szerokość zasady pirymidynowej + 12A – szerokość zasady purynowej). Jeżeli do organizmu zostanie wprowadzony radioaktywny fosfor, znacznik zostanie wykryty we wszystkich związkach zawierających fosfor z wyjątkiem DNA (Levi, Sikewitz).

Cząsteczki DNA są nośnikami dziedziczności, ponieważ w ich strukturze kodowana jest informacja o syntezie określonych białek, które determinują właściwości organizmu. Zmiany mogą nastąpić pod wpływem czynników mutagennych (promieniowanie radioaktywne, silne środki chemiczne – alkaloidy, alkohole itp.).

Cząsteczka RNA.Cząsteczki kwasu rybonukleinowego (RNA). znacznie mniej cząsteczek DNA. Są to pojedyncze łańcuchy nukleotydów. Wyróżnia się trzy rodzaje RNA: rybosomalny, najdłuższy, tworzący liczne pętle, informacyjny (szablon) i transportowy, najkrótszy. Rybosomalny RNA jest zlokalizowany w rybosomach siateczki śródplazmatycznej i stanowi 85% całkowitego RNA komórki.

Messenger RNA w swojej strukturze przypomina liść koniczyny. Jego ilość wynosi 5% całkowitego RNA w komórce. Jest syntetyzowany w jąderkach. Jego montaż zachodzi w chromosomach podczas interfazy. Jego główną funkcją jest przenoszenie informacji z DNA do rybosomów, gdzie zachodzi synteza białek.

Transferowy RNA, jak obecnie ustalono, to cała rodzina związków powiązanych strukturą i funkcją biologiczną. Każdy żywa komórka według przybliżonych szacunków zawiera 40-50 pojedynczych transferowych RNA i ich całkowita liczba w przyrodzie, jeśli weźmiemy pod uwagę różnice gatunkowe, jest ona ogromna. (Akademik V. Engelhardt). Nazywa się je transportem, ponieważ ich cząsteczki biorą udział w usługach transportowych w wewnątrzkomórkowym procesie syntezy białek. Łącząc się z wolnymi aminokwasami, dostarczają je do rybosomów tworzącego się łańcucha białkowego. Są to najmniejsze cząsteczki RNA, składające się średnio z 80 nukleotydów. Zlokalizowane są w macierzy cytoplazmatycznej i stanowią około 10% komórkowego RNA

RNA zawiera cztery zasady azotowe, ale w przeciwieństwie do DNA, cząsteczka RNA zawiera uracyl zamiast tyminy.

Struktura chromosomów. Chromosomy odkryli po raz pierwszy pod koniec XIX wieku klasycy cytologii Fleming i Strasburger (1882, 1884) oraz rosyjski badacz komórek I.D. Czistyakow odkrył je w 1874 r.

Podstawowy element konstrukcyjny chromoza - jądro. Mają inny kształt. Są to pręty proste lub zakrzywione, korpusy owalne, kulki, których rozmiary są różne.

W zależności od położenia centromeru rozróżnia się chromosomy proste, równoramienne i nierównoramienne. Wewnętrzną strukturę chromosomów pokazano na ryc. 15, 16. Należy zaznaczyć, że deoksyrybonukleoproteina jest monomerem chromosomu.

Chromosom zawiera 90-92% dezoksyrybonukleoprotein, z czego 45% to DNA, a 55% to białko (histon). Niewielka ilość RNA (posłańca) jest również obecna w chromosomie.

Chromosomy mają także wyraźnie określoną strukturę poprzeczną – obecność pogrubionych obszarów – dysków, które już w 1909 r. nazywano genami. Termin ten zaproponował duński naukowiec Johansen. W 1911 roku amerykański naukowiec Morgan udowodnił, że geny są głównymi jednostkami dziedzicznymi i są rozmieszczone w chromosomach w sposób liniowy, w związku z czym chromosom ma jakościowo różne sekcje. W 1934 roku amerykański naukowiec Paynter udowodnił nieciągłość struktury morfologicznej chromosomów i obecność dysków w chromosomach, a dyski są miejscami, w których gromadzi się DNA. Dało to początek tworzeniu map chromosomowych, które wskazywały lokalizację (locus) genu determinującego konkretną cechę organizmu. Gen to odcinek podwójnej helisy DNA, który zawiera informacje o strukturze pojedynczego białka. Jest to odcinek cząsteczki DNA, który determinuje syntezę jednej cząsteczki białka. DNA nie bierze bezpośredniego udziału w syntezie białek. Zawiera i przechowuje jedynie informacje o strukturze białka.

Struktura DNA, składająca się z kilku tysięcy kolejno rozmieszczonych 4 nukleotydów, jest kodem dziedziczności.

Kod dziedziczności. Synteza białek. Pierwszego przekazu na temat kodu DNA dokonał amerykański biochemik Nirenberg w 1961 roku w Moskwie podczas Międzynarodowego Kongresu Biochemicznego. Istota kodu DNA jest następująca. Każdy aminokwas odpowiada części łańcucha DNA składającej się z trzech sąsiadujących nukleotydów (triplet). Na przykład sekcja składająca się z T-T-T (triplet 3 nukleotydów zawierających tyminę) odpowiada aminokwasowi lizynie, tripletowi A (adenina) - C (cytozyna) - A (adenina) - cysteina itp. Załóżmy, że gen jest reprezentowany przez łańcuch nukleotydów ułożony w następującej kolejności: A-C-A-T-T-A-A-C-C-A-A-G-G-G. Rozbijając ten szereg na trojaczki, możemy od razu rozszyfrować, które aminokwasy i w jakiej kolejności będą się znajdować w syntetyzowanym białku.

Liczba możliwych kombinacji 4 dostępnych nukleotydów w trójkach wynosi 4×64. Na podstawie tych zależności liczba różnych trojaczków jest więcej niż wystarczająca, aby dostarczyć informacji na temat syntezy wielu białek, które determinują zarówno strukturę, jak i funkcje organizmu. W celu syntezy białek dokładna kopia tej informacji jest wysyłana do rybosomów w postaci informacyjnego RNA. Oprócz mRNA bierze udział w dekodowaniu i syntezie duża liczba cząsteczki różnych transportujących kwasów rybonukleinowych (tRNA), rybosomy i szereg enzymów. Każdy z 20 aminokwasów wiąże się z T-RNA - cząsteczka po cząsteczce. Każdy z 20 aminokwasów ma swój własny tRNA. tRNA posiada grupy chemiczne, które potrafią „rozpoznać” swój aminokwas, wybierając go spośród dostępnych aminokwasów. Dzieje się to za pomocą specjalnych enzymów. Po rozpoznaniu swojego aminokwasu t-RNA nawiązuje z nim połączenie. Na początku łańcucha (cząsteczki) i-RNA przyłącza się rybosom, który poruszając się wzdłuż i-RNA łączy się ze sobą w łańcuch polipeptydowy dokładnie te aminokwasy, których kolejność jest szyfrowana przez sekwencję nukleotydów tego I-RNA. W rezultacie powstaje cząsteczka białka, której skład jest kodowany w jednym z genów.

Jądra- integralna część konstrukcyjna rdzenia. Są to ciała kuliste. Są bardzo zmienne, zmieniają swój kształt i strukturę, pojawiają się i znikają. Jest ich jeden lub dwa. Dla każdej rośliny pewna liczba. Jąderka znikają, gdy komórka przygotowuje się do podziału, a następnie pojawiają się ponownie; wydaje się, że biorą udział w syntezie kwasów rybonukleinowych. Jeśli jąderko zostanie zniszczone przez skupioną wiązkę promieni rentgenowskich lub ultrafioletowych, podział komórek zostaje zahamowany.

Rola jądra w życiu komórki. Jądro pełni funkcję centrum kontrolnego komórki, kieruje jej aktywnością i zawiera nośniki dziedziczności (geny), które decydują o cechach danego organizmu. Rolę jądra można odkryć, usuwając je z komórki za pomocą technik mikrochirurgicznych i obserwując konsekwencje tego. Szereg doświadczeń potwierdzających jego ważną rolę w regulacji wzrostu komórek Gemmerling przeprowadził na jednokomórkowej zielonej aldze Acetobularia. Wodorosty te osiągają wysokość 5 cm, wyglądają jak grzyby i mają coś w rodzaju „korzenia” i „nog”. Kończy się u góry dużym „kapeluszem” w kształcie dysku. Komórka tego glonu ma jedno jądro, zlokalizowane w podstawnej części komórki.

Hammerling odkrył, że jeśli trzpień zostanie przecięty, dolna część nadal żyje, a kapelusz po operacji ulega całkowitej regeneracji. Górna część, pozbawiona jądra, przeżywa przez pewien czas, ale ostatecznie umiera, nie mogąc przywrócić dolnej części. Dlatego jądro acetobularia jest niezbędne dla reakcji metabolicznych leżących u podstaw wzrostu.

Jądro uczestniczy w tworzeniu błony komórkowej. Można to zilustrować eksperymentami z algami Voucheria i Spyrogyra. Wypuszczając do wody zawartość komórek z wyciętych nitek, możemy otrzymać grudki cytoplazmy z jednym, kilkoma jądrami lub bez jąder. W pierwszych dwóch przypadkach błona komórkowa utworzyła się normalnie. W przypadku braku rdzenia skorupa nie utworzyła się.

W eksperymentach I.I. Gerasimova (1890) ze spirogyrą stwierdzono, że komórki z podwójnym jądrem podwajają długość i grubość chloroplastu. W komórkach wolnych od jądra proces fotosyntezy trwa, powstaje skrobia asymilacyjna, ale jednocześnie proces jej hydrolizy zostaje zahamowany, co tłumaczy się brakiem enzymów hydrolitycznych, które w rybosomach mogą być syntetyzowane jedynie zgodnie z zasadą informacje z DNA jądra. Życie protoplastu bez jądra jest niepełne i krótkotrwałe. W eksperymentach I.I. Gerasimowa, wolne od jądra komórki Spirogyry żyły 42 dni i umarły. Jedną z najważniejszych funkcji jądra jest zaopatrywanie cytoplazmy w kwas rybonukleinowy niezbędny do syntezy białek w komórce. Usunięcie jądra z komórki prowadzi do stopniowego zmniejszania się zawartości RNA w cytoplazmie i spowolnienia syntezy w niej białek.

Najważniejszą rolą jądra jest przekazywanie cech charakterystycznych z komórki na komórkę, z organizmu na organizm, i dzieje się to podczas procesu podziału jądra i komórki jako całości.

Podział komórek. Komórki rozmnażają się przez podział. W tym przypadku z jednej komórki powstają dwie komórki potomne z tym samym zestawem materiału dziedzicznego zawartego w chromosomach, co komórka macierzysta. W komórkach somatycznych chromosomy są reprezentowane przez dwa, tak zwane chromosomy homologiczne, które zawierają geny alleliczne (nosiciele o przeciwnych cechach, na przykład biały i czerwony kolor płatków grochu itp.), Cechy dwóch par rodzicielskich. Pod tym względem w komórkach somatycznych ciała rośliny zawsze znajduje się podwójny zestaw chromosomów, oznaczony jako 2p. Chromosomy mają wyraźną indywidualność. Ilość i jakość chromosomów jest cechą charakterystyczną każdego gatunku. Zatem w komórkach truskawek diploidalny zestaw chromosomów wynosi 14, (2n), w jabłku - 34, w topinamburu - 102 itd.

Mitoza (kariokineza)– podział komórek somatycznych po raz pierwszy opisali E. Russov (1872) i I.D. Chistyakov (1874). Jego istota polega na tym, że z komórki macierzystej w wyniku podziału powstają dwie komórki potomne z tym samym zestawem chromosomów. Cykl komórkowy składa się z interfazy i samej mitozy. Metodą mikroautoradiografii ustalono, że najdłuższa i najbardziej złożona jest interfaza - okres jądra „spoczynkowego”, ponieważ W tym okresie ilość materiału jądrowego podwaja się. Interfaza dzieli się na trzy fazy:

Q1 - presyntetyczny (jego czas trwania wynosi 4-6 godzin);

S - syntetyczny (10-20 godzin);

Q2 - postsyntetyczny (2-5 godzin).

W fazie Q1 mają miejsce przygotowania do reduplikacji DNA. W fazie S następuje reduplikacja DNA; W fazie Q2 powstają enzymy i struktury niezbędne do zainicjowania mitozy. Zatem w interfazie cząsteczki DNA w chromosomach są dzielone na dwie identyczne nici, a informacyjne RNA są składane na ich macierzy. Ten ostatni przenosi informację o budowie konkretnych białek do cytoplazmy, a w jądrze każda z nici DNA uzupełnia brakującą połowę swojej cząsteczki. W procesie tym pojawia się powielanie (reduplikacja). unikalna cecha DNA, na które składa się zdolność DNA do dokładnej reprodukcji. Powstałe cząsteczki potomnego DNA są automatycznie otrzymywane jako dokładne kopie cząsteczki macierzystej, ponieważ podczas reduplikacji do każdej połowy dodawane są komplementarne (A-T; G-C; itp.) zasady ze środowiska.

Podczas profazy podziału mitotycznego zauważalne stają się zduplikowane chromosomy. W metafazie wszystkie znajdują się w strefie równikowej, ułożone w jednym rzędzie. Tworzą się włókna wrzecionowe (z łączących się ze sobą mikrotubul). Błona jądrowa i jąderko zanikają. Pogrubione chromosomy są podzielone wzdłużnie na dwa chromosomy potomne. To jest istota mitozy. Zapewnia precyzyjną dystrybucję zduplikowanych cząsteczek DNA pomiędzy komórkami potomnymi. Zapewnia tym samym transmisję informacji dziedzicznej zakodowanej w DNA.

W anafazie chromosomy potomne zaczynają przemieszczać się do przeciwnych biegunów. W środku pojawiają się pierwsze fragmenty błony komórkowej (fragmoblast).

Podczas telofazy następuje tworzenie jąder w komórkach potomnych. Zawartość komórki macierzystej (organelli) jest rozdzielana pomiędzy powstałe komórki potomne. Błona komórkowa jest w pełni uformowana. To kończy cytokinezę (ryc. 17).

Mejoza - podział redukcyjny został odkryty i opisany w latach 90. ubiegłego wieku przez V.I. Istota podziału polega na tym, że z komórki somatycznej zawierającej zestaw chromosomów 2n (podwójny, diploidalny) powstają cztery komórki haploidalne, przy czym „n” oznacza połowę zestawu chromosomów. Ten typ podziału jest złożony i składa się z dwóch etapów. Pierwsza to redukcja przez chromozę. Zduplikowane chromosomy znajdują się w strefie równikowej parami (dwa równoległe homologiczne chromosomy). W tym momencie może nastąpić koniugacja (sprzęganie) z chromozą, crossover (crossover) i w efekcie może nastąpić wymiana odcinków chromozy. W rezultacie część genów chromosomów ojcowskich przechodzi do składu chromosomów matczynych i odwrotnie. W wyniku tego nie zmienia się wygląd obu chromosomów, ale zmienia się ich skład jakościowy. Dziedziczność ojcowska i matczyna jest redystrybuowana i mieszana.

W anafazie mejozy homologiczne chromosomy za pomocą nici wrzeciona rozpraszają się do biegunów, gdzie po krótkim okresie spoczynku (nitki znikają, ale nie tworzy się podział między nowymi jądrami) proces mitozy rozpoczyna się - metafaza, w której wszystkie chromosomy znajdują się w tej samej płaszczyźnie, a ich podłużny podział następuje na chromosomy potomne. Podczas anafazy mitozy za pomocą wrzeciona rozpraszają się do biegunów, gdzie powstają cztery jądra, a w rezultacie cztery komórki haploidalne. W komórkach niektórych tkanek w trakcie ich rozwoju, pod wpływem pewnych czynników, dochodzi do niepełnej mitozy i liczba chromosomów w jądrach podwaja się ze względu na to, że nie rozchodzą się one do biegunów. W wyniku takich zaburzeń o charakterze naturalnym lub sztucznym powstają organizmy tetraploidalne i poliploidalne. Za pomocą mejozy powstają komórki płciowe - gamety, a także zarodniki, elementy rozmnażania płciowego i bezpłciowego roślin (ryc. 18).

Amitoza to bezpośredni podział jądra. Podczas amitozy wrzeciono nie tworzy się, a błona jądrowa nie ulega rozpadowi, jak podczas mitozy. Wcześniej amitozę uważano za prymitywną formę podziału. Obecnie ustalono, że wiąże się to z degradacją organizmu. Jest to uproszczona wersja bardziej złożonego rozszczepienia jądrowego. Amitoza występuje w komórkach i tkankach jądra, bielmie, miąższu bulw, ogonkach liściowych itp.