Определение органеллы
Термин органелла происходит от слова ‘орган И относится к отсекам внутри клетка которые выполняют определенную функцию. Эти отсеки обычно изолированы от остальной части цитоплазма через внутриклеточные мембраны. Эти мембраны могут быть похожи на плазматическая мембрана или сделаны из другого набора липидов и белков. Свойства мембраны обусловлены ее происхождением, например, с митохондрии или пластиды, или из-за его специфической функции, как видно с ядерная мембрана, Некоторые органеллы не связаны с мембраной и присутствуют в виде крупных комплексов, состоящих из РНК и белка, таких как рибосомы.
Изображения ниже являются представлениями растение, животные и бактериальные клетки, показывающие общие органеллы.
Есть три основные проблемы для клеток, поскольку они создают органеллы. Первое – это формирование и созревание основных строительных блоков органеллы. Это включает мембрану, ее мембраносвязанные макромолекулы и цитоскелетный механизм, который формирует органеллу. Кроме того, органелла должна содержать правильные химические вещества – белки, аминокислоты липиды, углеводы или их мономеры, а также кофакторы, ферменты и сигнальные молекулы. Эти молекулы должны быть специфически и часто активно транспортироваться в эти субклеточные компартменты. Наконец, органеллы должны поддерживаться в течение всей жизни клетки и аккуратно разделяться во время деление клеток, Существует множество различных стратегий, используемых клетками в живом мире для выполнения этих задач.
Различные типы клеток часто имеют преобладание определенной органеллы в зависимости от их основной роли в организме. Например, клетки паренхима в листьях полно хлоропластов, а клетки, образующие корень, часто лишены этой органеллы. Активный одноклеточный организм такой как парамеция может иметь быстро меняющийся вакуоль, Клетки, участвующие в белке секреция обычно имеют хорошо развитую сеть Гольджи и видные шероховатой эндоплазматической сети.
Примеры органелл
В эукариотических организмах почти каждая клетка имеет ядро (за исключением красного млекопитающего кровь клетки). Другие распространенные органеллы: митохондрии, пластиды (среди автотрофов), эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы и вакуоли. Некоторые специальные клетки, такие как нейроны, также содержат синаптические пузырьки. Все эти структуры связаны с мембраной. Макромолекулярные комплексы, такие как рибосомы, сплайсосомы, центриоли и центросомы, не окружены мембраной, но являются важными органеллами в большинстве клеток, выполняя жизненно важные функции, такие как организация цитоскелет, синтезирующих белки и перерабатывающих РНК.
бактерии содержат как белковые и липидные органеллы. Они могут быть изготовлены из простой монослойной мембраны (например, карбоксисомы) или из бислоя (магнитосомы). Органеллы у прокариот в настоящее время изучаются более широко, особенно с появлением лучших экспериментальных инструментов.
Типы органелл
Органеллы можно классифицировать несколькими способами. Простейшая классификация основана на их происхождении: присутствуют ли они у прокариот или эукариот. В то время как многие важные биохимические пути между этими двумя клеточными линиями имеют общую родословную, сложный план клеток разделяет большинство эукариотических клеток. Происхождение этого специфического вида сложности не очень известно. Эукариоты способны проводить тонко регулируемые цепочки биохимических реакций, прежде всего благодаря своей способности иметь субклеточную специализацию. Кроме того, присутствие органелл, которые могут генерировать АТФ, также обеспечивает энергию для управления этими метаболическими реакциями и поддержания более крупной клетки. С другой стороны, прокариотический генетический материал расположен в полуорганизованных областях, называемых нуклеоидами, которые обычно рассматриваются как часть цитоплазмы, которая содержит большую часть генетического материала клетки. Магнитосомы являются еще одним видом прокариотической органеллы, практически уникальным в связи с липидный бислой, Эти структуры образованы актиноподобными цитоскелетными структурами, которые участвуют в формировании и расположении органеллы в клетке.
Однако эта упрощенная классификация иногда сталкивается с трудностями, особенно с такими структурами, как митохондрии или хлоропласты, которые считаются древними эндосимбионтами. Однако, как правило, прокариотические органеллы часто проще с меньшей сложностью с точки зрения химического состава и структуры мембраны.
Даже в эукариотических клетках наличие и природа мембраны вокруг субклеточного компартмента является распространенным методом классификации. В то время как основные отсеки, такие как лизосомы и эндоплазматическая сеть связаны липидным бислоем, многие важные, но меньшие органеллы свободно взаимодействуют с цитоплазматической средой. Эти органеллы не заполнены жидкостью, а представляют собой сплошную массу белков, РНК или обоих. Рибосомы и сплайсосомы являются общими примерами для органелл, которые не связаны с мембраной. Некоторые люди также классифицируют клеточные стенки растений и бактерий, так как они созданы в основном из целлюлозы. Тем не менее, он расположен за пределами клеточная мембрана и, следовательно, нельзя по-настоящему считать внутриклеточную структуру.
Наконец, некоторые органеллы могут размножаться независимо от клеточный цикл потому что они содержат свой собственный генетический материал. Здесь пластиды и митохондрии имеют особое значение. Однако, хотя они размножаются, даже когда клетка находится в фазе G0, им необходимо импортировать большую часть механизма дупликации из цитоплазмы, тем самым делая их тесно связанными с потребностями клетки. Митохондрии и хлоропласты содержат уникальный генетический материал, независимый от остальной части ядра, и во многих случаях их количество в клетке может изменяться. Например, мускул волокна, которые сталкиваются с увеличением их потребности в АТФ, часто реагируют, увеличивая количество митохондрий в клетке. Растения и другие автотрофы могут демонстрировать аналогичные адаптации с хлоропластами.
Функции органелл
Деятельность одной клетки отражает деятельность организма. Клетка поглощает питательные вещества, переваривает и трансформирует их, метаболизирует их с образованием более крупных молекул, дышит и выпускает отходы Большинство клеток даже способствуют поддержанию внеклеточной среды, мало чем отличающейся от существования многих вид в рамках социальных структур.
питание
одноклеточный организмы поглощают пищу как крупные частицы из окружающей среды и подвергаются внутриклеточному пищеварению. Это требует присутствия органелл, таких как пищевые вакуоли или фагосомы и лизосомы, для переноса пищеварительных ферментов. За многоклеточный организмы, некоторые специализированные структуры доставляют питательные вещества в клетку, которая затем забирает их навалом или через специальные транспортеры. У большинства крупных животных пищеварительная система заботится о приеме пищи и расщеплении пищи на мономерные единицы, такие как глюкоза и аминокислоты. Ферменты, необходимые для этого процесса, синтезируются в грубой эндоплазматической сети и секретируются через сеть Гольджи. Переваренная пища доставляется в каждую камеру через сердечно-сосудистая система, который затем позволяет пассивный транспорт или использует энергию, чтобы активно поглощать питательные вещества.
Транспорт
Внутриклеточный транспорт часто управляется через перекрещивающиеся нити цитоскелета, которые действуют как коридоры. Эти нити образуют ряд путей, которые позиционируют органеллы и транспортные материалы. В этом упражнении им помогают моторные белки, которые обычно содержат два домена – один для взаимодействия с грузом, а другой для навигации по цитоскелетному филаменту. Например, большинство нейронов содержат длинный аксон, который проводит электрические импульсы по своей длине. Синаптические везикулы, содержащие нейротрансмиттеры, часто заполняют конец аксона и необходимы для передачи электрического сигнала от одного нейрона к другому в синапсе. Компоненты этих пузырьков перемещаются к синапсу по пути, созданному микротрубочками. Моторные белки, называемые кинезинами, приводят их в движение. Другие материалы, такие как ферменты или пептидные гормоны транспортируются через сеть Trans Golgi для использования клеткой или для высвобождения через экзоцитоз.
Наиболее драматичные события внутриклеточного транспорта происходят во время деления клеток. Хромосомы точно сегрегируются и транспортируются к противоположным полюсам клетки с помощью сложных и жестко регулируемых клеточных механизмов. Это включает в себя центросомы, динамические микротрубочек договоренности и множественные изменения хромосома структура.
пищеварение
Лизосомы являются основными структурами, участвующими во внутриклеточном пищеварении. Они содержат ряд гидролитических ферментов, которые активируются кислотным рН этих органелл. Эти ферменты синтезируются в неактивной форме в цитоплазме, а затем переносятся в органеллу через трансмембранные каналы. Лизосомы могут сливаться с другими органеллами, такими как фагосомы, для общего переваривания. Это играет важную роль и в иммунитете, когда патогенные микроорганизмы попадают в клетки иммунной системы и разрушаются под действием мощных гидролитических ферментов.
Поколение АТФ
Гетеротрофы часто полагаются на митохрондрию для аэробного дыхания и генерация АТФ. Автотрофы направляют энергию солнечного излучения или других химических процессов для образования высокоэнергетических связей в АТФ. Мембранные структуры обеих этих органелл важны для генерации АТФ.
Контроль и регулирование
Большие, сложные организмы должны использовать нервная система а также эндокринная система поддерживать гомеостаз, Внутри клетки наиболее важной органеллой для контроля и регуляции является ядро. Клетки получают информацию о внешней среде через сложные сигнальные каскады, которые часто приводят к изменениям содержания РНК или белка. Поэтому ядерная среда жестко регулируется, и импорт и экспорт материалов через ядерную оболочку является важным процессом для ячейки. Ядерная мембрана имеет ряд специальных структур, называемых ядерными порами, и транспортные белки, называемые импортинами, а экспортины обеспечивают вход и выход макромолекул. Эти макромолекулы могут вызывать определенный ген быть положительным, влиять на сплайсинг РНК, сигнализировать о начале клеточного деления или даже начать процесс апоптоз.
- апоптоз – Запрограммированная гибель клеток, которая происходит в многоклеточных организмах, которой предшествуют явные изменения в морфологии и биохимия клетки. Обычный во время развития, а также используется для предотвращения заболеваний.
- Эндосимбионты – Организмы, которые живут в других организмах.
- Моторные Белки – Белки, которые функционируют как молекулярные двигатели, преобразуя химическую энергию в механическую энергию, перемещаясь по подходящей поверхности.
- Положительная регуляция – В генетика относится к увеличению количества РНК-транскриптов, продуцируемых геном. Можно также сослаться на увеличение количества рецепторов, обнаруженных на поверхности клетки.
викторина
1. Что из этого является функцией митохондрий?A. ATP и GTP поколенияB. Деление клетокC. Передача ядерного генетического материалаD. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 1
верно. Как АТФ, так и ГТФ могут генерироваться во время цикла Креба в митохондриях. Хотя митохондрии могут продублироваться внутри клетки, их основная функция заключается не в том, чтобы участвовать в процессе деления клетки. Точно так же, хотя передача ядерного генетического материала является энергоемким процессом, нецелесообразно вовлекать митохондрии в этот процесс.
2. Какое из этих утверждений верно для внутриклеточного транспорта?A. Моторные белки, называемые кинезинами, несут синаптические пузырьки по пути, основанному на актине.B. Центросомы важны в сегрегации хромосом во время деления клетокC. Гладкая эндоплазматическая сеть участвует в синтезе и секреции белковD. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 2
В верно. Сегрегация хромосом во время деления клеток включает в себя ряд белков и мультибелковых структур и органелл, а также центросома играет важную роль в этом процессе. Моторные белки, которые несут синаптические пузырьки, обычно путешествуют вдоль микротрубочек, а не актиновых филаментов. Гладкая эндоплазматическая сеть в основном участвует в метаболизме и синтезе липидов. Грубый эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи являются структурами, определяющими синтез белков, которые должны секретироваться посредством экзоцитоза.
3. Почему ядерный импорт и экспорт должны строго регулироваться?A. Может влиять на экспрессию геновB. Может вызывать деление клеток или апоптозC. Может изменить содержание белка в клеткеD. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 3
D верно. Ядро является центром контроля гомеостаза в клетке и направляет его рост, обмен веществ и возможную смерть. Наличие определенных молекул – особенно ферментов или сигнальных молекул – может изменить экспрессию генов, увеличивая или уменьшая скорость транскрипция, Процессинг и экспорт этой РНК определяет содержание белка в клетке. Ядерный транспорт также важен как для деления клеток, так и для гибели клеток.