Это бесцветные или окрашенные тельца в протоплазме растительных клеток, представляющие собой сложную систему внутренних мембран (мембранные органеллы) и выполняющие различные функции. Бесцветные пластиды называют лейкопластами , различно окрашенные (желтого, оранжевого или красного цвета) - хромопластами , зеленые - хлоропластами . В клетке высших растений содержится около 40 хлоропластов в которых происходит фотосинтез . Они, как уже было сказано, способны к автономному размножению, не зависящему от деления клетки. Размеры и форма митохондрий и хлоропластов, наличие в их матриксе кольцевых двухцепочных ДНК и собственных рибосом делают эти органеллы похожими на бактериальные клетки. Существует теория симбиотического происхождения эукариотической клетки , согласно которой предки современных митохондрий и хлоропластов были когда-то самостоятельными прокариотическими организмами.
Пластиды характерны только для растений. Они не найдены у грибов и у большинства животных, исключая некоторых фотосинтезирующих простейших.
Предшественниками пластид являются пропластиды , мелкие, обычно бесцветные образования, находящиеся в делящихся клетках корней и побегов . Если развитие пропластид в более дифференцированные структуры задерживается из-за отсутствия света, в них может появиться одно или несколько проламеллярных телец (скопления трубчатых мембран). Такие бесцветные пластиды называются этиопластами . Этиопласты превращаются в хлоропласты на свету, а из мембран проламеллярных телец формируются тилакоиды . В зависимости от окраски, связанной с наличием или отсутствием тех или иных пигментов, различают три основных типа пластид (см. выше) - хлоропласты , хромопласты и лейкопласты . Обычно в клетке встречаются пластиды только одного типа. Однако установлено, что одни типы пластид могут переходить в другие.
Пластиды - относительно крупные образования клетки. Самые большие из них - хлоропласты - достигают у высших растений 4-10 мкм длины и хорошо различимы в световой микроскоп. Форма окрашенных пластид чаще всего линзовидная или эллиптическая. В клетках встречаются, как правило, несколько десятков пластид, но у водорослей, где пластиды нередко крупны и разнообразны по форме, число их иногда невелико (1-5). Такие пластиды называются хроматофорами . Лейкопласты и хромопласты могут иметь различную форму.
Основная функция хлоропластов - фотосинтез. Центральная роль в этом процессе принадлежит хлорофиллу , точнее - нескольким его модификациям. Световые реакции фотосинтеза осуществляются преимущественно в гранах , темновые - в строме
Лекция № 6.
Количество часов: 2
МИТОХОНДРИИ И ПЛАСТИДЫ
1.
2. Пластиды, строение, разновидности, функции
3.
Митохондрии и пластиды – двухмембранные органоиды эукариотических клеток. Митохондрии встречаются во всех клетках животных и растений. Пластиды характерны для клеток растений, осуществляющих фотосинтетические процессы. Эти органоиды имеют сходный план строения и некоторые общие свойства. Однако по основным метаболическим процессам они существенно отличаются друг от друга.
1. Митохондрии, строение, функциональное значение
Общая характеристика митохондрий. Митохондрии (греч. “митос” - нить, “хондрион” - зерно, гранула) – округлые, овальные или палочковидные двухмембранные органоиды диаметром около 0,2-1 мкм и длиной до 7-10 мкм. Эти органоиды можно обнаружить с помощью световой микроскопии, поскольку они обладают достаточной величиной и высокой плотностью. Особенности внутреннего строения их можно изучить только с помощью электронного микроскопа. Митохондрии были открыты в 1894 г. Р. Альтманом, который дал им название «биобласты». Термин "митохондрия" был введен К. Бенда в 1897 г. Митохондрии имеются практически во всех эукариотических клетках. У анаэробных организмов (кишечные амебы и др.) митохондрии отсутствуют. Число митохондрий в клетке колеблется от 1 до 100 тыс. и зависит от типа, функциональной активности и возраста клетки. Так в растительных клетках митохондрий меньше, чем в животных; а в молодых клетках больше, чем в старых. Жизненный цикл митохондрий составляет несколько дней. В клетке митохондрии обычно скапливаются вблизи участков цитоплазмы, где возникает потребность в АТФ. Например, в сердечной мышце митохондрии находятся вблизи миофибрилл, а в спермиях образуют спиральный футляр вокруг оси жгутика.
Ультрамикроскопическое строение митохондрий. Митохондрии ограничены двумя мембранами, каждая из которых имеет толщину около 7 нм. Внешнюю мембрану от внутренней отделяет межмембранное пространство шириной около 10-20 нм. Внешняя мембрана гладкая, а внутренняя образует складки – кристы (лат. “криста” – гребень, вырост), увеличивающие ее поверхность. Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен. Особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток, например мышечных. В кристах располагаются цепи переноса электронов и сопряженного с ним фосфорилирования АДФ (окислительное фосфорилирование). Внутреннее пространство митохондрий заполнено гомогенным веществом, называемым матриксом. Митохондриальные кристы обычно полностью не перегораживают полость митохондрии. Поэтому матрикс на всем протяжении является непрерывным. В матриксе содержатся кольцевые молекулы ДНК, митохондриальные рибосомы, встречаются отложения солей кальция и магния. На митохондриальной ДНК происходит синтез молекул РНК различных типов, рибосомы участвуют в синтезе ряда митохондриальных белков. Малые размеры ДНК митохондрий не позволяют кодировать синтез всех митохондриальных белков. Поэтому синтез большинства белков митохондрий находится под ядерным контролем и осуществляется в цитоплазме клетки. Без этих белков рост и функционирование митохондрий невозможно. Митохондриальная ДНК кодирует структурные белки, ответственные за правильную интеграцию в митохондриальных мембранах отдельных функциональных компонентов.
Размножение митохондрий. Митохондрии размножаются путем деления перетяжкой или фрагментацией крупных митохондрий на более мелкие. Образовавшиеся таким путем митохондрии могут расти и снова делиться.
Функции митохондрий. Основная функция митохондрий заключается в синтезе АТФ. Этот процесс происходит в результате окисления органических субстратов и фосфорилирования АДФ. Первый этап этого процесса происходит в цитоплазме в анаэробных условиях. Поскольку основным субстратом является глюкоза, то процесс носит название гликолиза. На данном этапе субстрат подвергается ферментативному расщеплению до пировиноградной кислоты с одновременным синтезом небольшого количества АТФ. Второй этап происходит в митохондриях и требует присутствия кислорода. На этом этапе происходит дальнейшее окисление пировиноградной кислоты с выделением СО 2 и переносом электронов на акцепторы. Эти реакции осуществляются с помощью ряда ферментов цикла трикарбоновых кислот, которые локализованы в матриксе митохондрии. Освободившиеся в процессе окисления в цикле Кребса электроны переносятся в дыхательную цепь (цепь переноса электронов). В дыхательной цепи они соединяются с молекулярным кислородом, образуя молекулы воды. В результате этого небольшими порциями выделяется энергия, которая запасается в виде АТФ. Полное окисление одной молекулы глюкозы с образованием диоксида углерода и воды обеспечивает энергией перезарядку 38 молекул АТФ (2 молекулы в цитоплазме и 36 в митохондриях).
Аналоги митохондрий у бактерий. У бактерий митохондрий нет. Вместо них у них имеются цепи переноса электронов, локализованные в мембране клетки.
2. Пластиды, строение, разновидности, функции. Проблема происхождения пластид
Пластиды (от. греч. plastides – создающие, образующие) – это двухмембранные органоиды, характерные для фотосинтезирующих эукариотных организмов. Различают три основных типа пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Совокупность пластид в клетке называют пластидомом. Пластиды связаны между собой единым происхождением в онтогенезе от пропластид меристематических клеток. Каждый их этих типов при определенных условиях может переходить один в другой. Как и митохондрии, пластиды содержат собственные молекулы ДНК. Поэтому они также способны размножаться независимо от деления клетки.
Хлоропласты (от греч. « chloros » – зеленый, « plastos » - вылепленный) – это пластиды, в которых осуществляется фотосинтез.
Общая характеристика хлоропластов. Хлоропласты представляют собой органоиды зеленого цвета длиной 5-10 мкм и шириной 2-4 мкм. У зеленых водорослей встречаются гигантские хлоропласты (хроматофоры), достигающие длины 50 мкм. У высших растений хлоропласты имеют двояковыпуклую или эллипсоидную форму. Количество хлоропластов в клетке может варьировать от одного (некоторые зеленые водоросли) до тысячи (махорка). В клетке высших растений в среднем находится 15-50 хлоропластов. Обычно хлоропласты равномерно распределены по цитоплазме клетки, но иногда они группируются около ядра или клеточной оболочки. По-видимому, это зависит от внешних воздействий (интенсивность освещения).
Ультрамикроскопическое строение хлоропластов. От цитоплазмы хлоропласты отделены двумя мембранами, каждая из которых имеет толщину около 7 нм. Между мембранами находится межмембранное пространство диаметром около 20-30 нм. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет складчатую структуру. Между складками располагаются тилакоиды , имеющие вид дисков. Тилакоиды образуют стопки наподобие столбика монет, называемые гранами. М ежду собой граны соединены другими тилакоидами (ламелы, фреты ). Число тилакоидов в одной гране варьирует от нескольких штук до 50 и более. В свою очередь в хлоропласте высших растений находится около 50 гран (40-60), расположенных в шахматном порядке. Такое расположение обеспечивает максимальную освещенность каждой граны. В центре граны находится хлорофилл, окруженный слоем белка; затем располагается слой липоидов, снова белок и хлорофилл. Хлорофилл имеет сложное химическое строение и существует в нескольких модификациях (a , b , c , d ). У высших растений и водорослей в качестве основного пигмента содержится х лорофилл а с формулой С 55 Н 72 О 5 N 4 М g . В качестве дополнительных содержатся хлорофилл b (высшие растения, зеленые водоросли), хлорофилл с (бурые и диатомовые водоросли), хлорофилл d (красные водоросли). Образование хлорофилла происходит только при наличии света и железа, играющего роль катализатора. Матрикс хлоропласта представляет собой бесцветное гомогенное вещество, заполняющее пространство между тилакоидами. В матриксе находятся ферменты "темновой фазы" фотосинтеза, ДНК, РНК, рибосомы. Кроме этого, в матриксе происходит первичное отложение крахмала в виде крахмальных зерен.
Свойства хлоропластов:
· полуавтономность (имеют собственный белоксинтезирующий аппарат, однако большая часть генетической информации находится в ядре);
· способность к самостоятельному движению (уходят от прямых солнечных лучей);
· способность к самостоятельному размножению.
Размножение хлоропластов. Хлоропласты развиваются из пропластид, которые способны реплицироваться путем деления. У высших растений также встречается деление зрелых хлоропластов, но крайне редко. При старении листьев и стеблей, созревании плодов хлоропласты утрачивают зеленую окраску, превращаясь в хромопласты.
Функции хлоропластов. Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Кроме фотосинтеза хлоропласты осуществляют синтез АТФ из АДФ (фосфорилирование), синтез липидов, крахмала, белков. В хлоропластах также синтезируются ферменты, обеспечивающие световую фазу фотосинтеза.
Хромопласты (от греч. chromatos – цвет, краска и « plastos » – вылепленный) – это окрашенные пластиды. Цвет их обусловлен наличием следующих пигментов: каротина (оранжево-желтый), ликопина (красный) и ксантофилла (желтый). Хромопластов особенно много в клетках лепестков цветков и оболочек плодов. Больше всего хромопластов в плодах и увядающих цветках и листьях. Хромопласты могут развиваться из хлоропластов, которые при этом теряют хлорофилл и накапливают каротиноиды. Это происходит при созревании многих фруктов: налившись спелым соком, они желтеют, розовеют или краснеют. Основная функция хромопластов заключается в обеспечении окраски цветов, плодов, семян.
В отличие от лейкопластов и особенно хлоропластов внутренняя мембрана хлоропластов не образует тилакоидов (или образует одиночные). Хромопласты – это конечный итог развития пластид (в хромопласты превращаются хлоропласты и пластиды).
Лейкопласты (от греч. leucos – белый, plastos – вылепленный, созданный) . Это бесцветные пластиды округлой, яйцевидной, веретенообразной формы. Находятся в подземных частях растений, семенах, эпидермисе, сердцевине стебля. Особенно богаты лейкопластами клубни картофеля. Внутренняя оболочка образует немногочисленные тилакоиды. На свету из хлоропластов образуются хлоропласты. Лейкопласты, в которых синтезируется и накапливается вторичный крахмал называют амилопластами , масла – эйлалопластами , белки – протеопластами. Основная функция лейкопластов – это аккумуляция питательных веществ.
3. Проблема происхождения митохондрий и пластид. Относительная автономия
Существует две основные теории происхождения митохондрий и пластид. Это теории прямой филиации и последовательных эндосимбиозов. Согласно теории прямой филиации митохондрии и пластиды образовались путем компартизации самой клетки. Фотосинтезирующие эукариоты произошли от фотосинтезирующих прокариот. У образовавшихся автотрофных эукариотических клеток путем внутриклеточной дифференцировки образовались митохондрии. В результате утраты пластид от автотрофов произошли животные и грибы.
Наиболее обоснованной является теория последовательных эндосимбиозов. Согласно этой теории возникновение эукариотической клетки прошло через несколько этапов симбиоза с другими клетками. На первой стадии клетки типа анаэробных гетеротрофных бактерий включили в себя свободноживущие аэробные бактерии, превратившиеся в митохондрии. Параллельно этому в клетке-хозяине прокариотической генофор формируется в обособленное от цитоплазмы ядро. Таким путем возникла первая эукариотическая клетка, которая была гетеротрофной. Возникшие эукариотические клетки путем повторных симбиозов включили в себя синезеленые водоросли, что привело к появлению в них структур типа хлоропластов. Таким образом, митохондрии уже были у гетеротрофных эукариотических клеток, когда последние в результате симбиоза приобрели пластиды. В дальнейшем в результате естественного отбора митохондрии и хлоропласты утратили часть генетического материала и превратились в структуры с ограниченной автономией.
Доказательства эндосимбиотической теории:
1. Сходство структуры и энергетических процессов у бактерий и митохондрий, с одной стороны, и у синезеленых водорослей и хлоропластов, с другой стороны.
2. Митохондрии и пластиды имеют собственную специфическую систему синтеза белков (ДНК, РНК, рибосомы). Специфичность этой системы заключается в автономности и резком отличии от таковой в клетке.
3. ДНК митохондрий и пластид представляет собой небольшую циклическую или линейную молекулу, которая отличается от ДНК ядра и по своим характеристикам приближается к ДНК прокариотических клеток. Синтез ДНК митохондрий и пластид не зависит от синтеза ядерной ДНК.
4. В митохондриях и хлоропластах имеются и-РНК, т-РНК, р-РНК. Рибосомы и р-РНК этих органоидов резко отличаются от таковых в цитоплазме. В частности рибосомы митохондрий и хлоропластов, в отличие от цитоплазматических рибосом, чувствительны к антибиотику хлорамфениколу, подавляющему синтез белка у прокариотических клеток.
5. Увеличение числа митохондрий происходит путем роста и деления исходных митохондрий. Увеличение числа хлоропластов происходит через изменения пропластид, которые, в свою очередь, размножаются путем деления.
Эта теория хорошо объясняет сохранение у митохондрий и пластид остатков систем репликации и позволяет построить последовательную филогению от прокариот к эукариотам.
Относительная автономия хлоропластов и пластид. В некоторых отношениях митохондрии и хлоропласты ведут себя как автономные организмы. Например, эти структуры образуются только из исходных митохондрий и хлоропластов. Это было продемонстрировано в опытах на растительных клетках, у которых образование хлоропластов подавляли антибиотиком стрептомицином, и на клетках дрожжей, где образование митохондрий подавляли другими препаратами. После таких воздействий клетки уже никогда не восстанавливали отсутствующие органеллы. Причина в том, что митохондрии и хлоропласты содержат определенное количество собственного генетического материала (ДНК), который кодирует часть их структуры. Если эта ДНК утрачивается, что и происходит при подавлении образования органелл, то структура не может быть воссоздана. Оба типа органелл имеют свою собственную белок-синтезирующую систему (рибосомы и транспортные РНК), которая несколько отличается от основной белок-синтезирующей системы клетки; известно, например, что белок-синтезирующая система органелл может быть подавлена с помощью антибиотиков, тогда как на основную систему они не действуют. ДНК органелл ответственна за основную часть внехромосомной, или цитоплазматической, наследственности. Внехромосомная наследственность не подчиняется менделевским законам, так как при делении клетки ДНК органелл передается дочерним клеткам иным путем, нежели хромосомы. Изучение мутаций, которые происходят в ДНК органелл и ДНК хромосом, показало, что ДНК органелл отвечает лишь за малую часть структуры органелл; большинство их белков закодированы в генах, расположенных в хромосомах. Относительная автономия митохондрий и пластид рассматривается как одно из доказательств их симбиотического происхождения.
Пластиды.
Пластиды высших растений бывают 3-х типов. У низших (водорослей, например) они более разнообразны.
хлоропласты (Хлорос – зеленые) по форме похожи на зерно чечевицы. Поэтому есть название – хлорофилловые зерна. Пигмент хлорофилл придает растениям зеленый цвет.
Хромопласты – (Хромос –цвет) окрашены различно. Образованы пигментами красного, желтого, оранжевого цвета.
Лейкопласты (бесцветные).
Хлоропласты находятся в зеленых частях растений. Все пластиды всегда находятся только в цитоплазме растительных клеток. Ни в вакуолях, ни в оболочке пластид не бывает. Цитоплазма – часть протопласта. В виде геля или золя. Состоит из живой части и органоидов: кристаллические белковые зерна, мембранные системы. Основной органоид – ядро. Хлоропласты по консистенции полужидкие, в них происходит фотосинтез.
Фотосинтез – сложный биохимический процесс, комплекс биохимических реакций. Суммарное уравнение фотосинтеза –
6Н 2 0+6СО 2 + h→С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 .
Фотосинтез – многоступенчатый процесс. Переносчик ē – цитохромы С. Роль фотосинтеза – космическая. Ее трудно переоценить. В результате фотосинтеза ежегодно образуется 400 млрд тонн органических веществ. При этом связывается в процессе фотоситеза 160 млрд тонн углевода. К счастью, столько же органических веществ и разлагается в результате жизнедеятельности человека, животных, микроорганизмов. Микроорганизмы возвращают в атмосферу СО 2 . Иначе планета была бы завалена неразложенной органикой, истощили запас углекислого газа, которого в атмосфере 0,3 – 0,03%.
Масса растений в 220 раз больше массы всех животных. В фундаменте цепей питания находятся растения. Однако по количеству видов растения значительно уступают. Насекомых более 1 млн видов. Всех растений – 500 тыс видов.
Строение хлоропласта.
Хлоропласт представляет собой двойную белково – липоидную мембрану. Двойная мембрана есть еще только у митохондрий, у остальных органелл – одинарная. Тело хлоропласта – строма, полужидкая. В нее погружены различные мембранные структуры. Их 2 типа: плоские дисковидные мешочки, уложенные стопочками – граны. На мембранах гран находится пигмент хлорофилл – источник энергии для фотосинтеза. Граны связаны между собой более узкими мембранами – тилакоидами стромы. Не имеют форму дисков. Их совокупность образует единую систему. Синтез органических веществ происходит в строме. Кроме хлорофилла есть и другие пигменты – красный – каротин, желтый – ксантофилл, их меньше, чем хлорофиллов.
Кроме пигментов содержится ДНК – вещество наследственности, РНК – посредник в переносе наследственной информации, рибосомы. Причем, синтез белка в хлоропластах не зависит от ядерной ДНК. Если белок синтезируется, то он присутствует в биосинтезе.
Внутри стромы находятся шаровидные образования, крахмалистые – результат фотосинтеза, трансформируется в другие части клетки.
Хромопласты – имеют различные оттенки красного, желтого, оранжевого цветов и находятся в ярко – окрашенных частях растений. Например, лепестки цветов, поды, корнеплоды – хромопласты придают им яркую окраску. Форма хромопластов неодинакова даже в пределах одной клетки. Зрелые хромопласты – твердые. Цвет зависит от соотношения каротина и ксантофилла. Т.к. эти пигменты откладываются в виде кристаллов, то их различное взаиморасположение придает различную форму пластидам. Роль хромопластов заключается в том, что яркая окраска венчиков привлекает насекомых – опылителей. Яркие плоды – привлекательны для животных, распространяющих семена. Хромопласты содержатся в корнеплодах. Морковь, содержит каротин = провитамин А. В плодах шиповника, рябины, яркие румяные яблоки, желтые лютики, оранжевые настурции, летнее разнотравье – результат присутствия хромопластов. Плоды вишни, сливы окрашены антоцианом клеточного сока. Белые венчики результат отсутствия пигментов, или наличия лейкопластов. Тем не менее, белые душистые цветки ландыша в хвойном лесу привлекают насекомых ярким белым пятном.
Лейкопласты – бесцветные. Располагаются в таких частях растений как кожица листьев, корневища, корни, корнеплоды, клубни картофеля. Не имеют пигментов, поэтому бесцветные. С трудом наблюдаются в микроскоп. Роль лейкопластов – накопление питательных веществ, увеличение размеров, определяют форму, тогда их называют по веществам: если накапливается крахмал, то образуются крахмальные зерна = амилопласты; если масло в виде капель = олеинопласты (элайопласты); если белки = называются протеинопласты-белковые зерна.
Форма лейкопластов – видовой признак.
Все пластиды имеют общее происхождение, поэтому могут превращаться друг в друга. Например, осеннее изменение окраски листьев – хлоропласты превращаются в хромопласты. При понижении температуры распад хлорофилла происходит быстрее, чем распад каротиноидов. Позеленение бесцветного ростка (глазки картофеля) – лейкопласты переходят в хлоропласты. Хромопласты – конечный продукт превращения. Хромопласты не могут превращаться в другие структуры. Яблоки, шиповник превращаются из зеленых в красные – аналогичный процесс взаимоперехода пластид. Если зеленые побеги держать в темноте, то они светлеют.
Пластиды не могут синтезироваться из других веществ.
Гетеротрофы питались фаго- или пиноцитозом. Полагают, что при встрече клеток гетеротрофов и цианобактерий образовывались пищеварительные вакуоли, клетки переваривались, а питательные вещества использовались гетеротрофами. Поскольку в результате попадала часть веществ фотосинтеза, то постепенно перестраивались биохимические процессы. Такой симбиоз был выгоден для обоих организмов. Гетеротрофы получали органические вещества, а синезеленые водоросли – постоянство среды, защиту, углекислый газ, воду. В пользу этой гипотезы говорит двойная мембрана. Одна мембрана – принадлежность бактерии,– пищеварительной вакуоли гетеротрофа, а другая – оболочка сине-зеленой водоросли. Митохондрии имеют также симбиотическое происхождение.
Доказательством этой гипотезы служит автономное поведение хлоропластов внутри клеток, собственная биосинтетическая система. Размножение делением независимо от ядра клетки.
Недостаток теории: сине-зеленые водоросли способны к самостоятельному существованию на примитивном уровне. У современных – другой биохимический состав, другие пигменты, хлорофилл, другие запасные питательные вещества, не образуется крахмал.
Пластиды характерны только для растений. В зависимости от окраски, связанной с наличием тех или иных пигментов или их отсутствием, различают 3 основных типа пластид: – хлоропласты(зеленые)
– хромопласты (желтого, оранжевого или красного)
– лейкопласты (бесцветные) обычно в клетке встречается пластиды только одного типа. Одни типы пластид могут переходить в другие.
Пластиды – относительно крупные образования клетки. Самые большие из них – хлоропласты. Лейкопласты и хромопласты могут иметь различную форму.
Хлоропласты встречаются во всех зеленых органах растений, лейкопласты весьма обычно в клетках органов, скрытых от солнечного света – корнях, корневищах, клубнях, а также в ситовидных элементах некоторых покрытосемянных
Хромопласты содержаться в клетках лепестков многих растений, зрелых окрашенных плодах, иногда в корнеплодах.
Строение пластид: они имеют оболочку, образованную двумя биомембранами: наружней и внутренней. Внутренняя мембрана вдается в полость хлоропласта немногочисленными выростами. Мембранная оболочка отграничивает от гиалоплазмы клетки матрикс хлоропласта, так называемую строму. Строма и выросты внутренней мембраны образуют особые плоские мешки – тилакоидами (ламеллами).группы дисковидных тилакоидов связаны друг с другом таким образом, что их полости оказываются непрерывными, образуют граны. В мембранах тилакоидов сосредоточен главнейший пигмент зеленых растений хлорофилл и вспомогательные пигменты каротиноиды.
Генетический аппарат хлоропластов автономен, они содержат свою собственную ДНК.
Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Основная функция которого принадлежит хлорофиллу. световые реакции фотосинтеза осуществляют преимущественно в гранах, темновые – в строме хлоропластов. помимо фотосинтеза, в хлоропластах осуществляется синтез АТФ и АДФ., синтез и гидролиз липидов, крахмала и белков
Анатомическое строение лекарственного сырья «корни» (Radicus).
Стебли древесных растений используют для получения лекарственного сырья «кора» - «Cortex», например, «кора крушины», «кора калины». Кору этих растений заготавливают от стеблей определенного возраста – от 3 до 5 лет (не старше). Весной во время сокодвижения, когда камбий активен, по нему легко отделить кору (бытовой термин) от древесины. Кору снимают в виде отдельных узких полосок с молодых веточек. Зная строение древесного стебля, можно перечислить и гистологические элементы лекарственного сырья «кора». Снаружи видна перидерма со специфическими признаками конкретного вида растения (цвет, число и форма чечевичек). Далее расположены ткани первичной коры: число слоев клеток колленхимы, хлоренхимы, особенности клеток эндодермы. Затем видна часть центрального цилиндра, снятая по слою камбия. Здесь могут быть тяжи (группы клеток) перициклической склеренхимы, иногда склереиды и ткани вторичной флоэмы, в паренхиме которой или в отдельных вместилищах выделений синтезируются и накапливаются органические вещества. Это могут быть дубильные вещества, флавоноиды, смолы и др.
Хлоропласты
– это зеленые пластиды высших растений, содержащие хлорофилл – фотосинтезирующий пигмент. Представляют собой тельца округлой формы размерами от 4 до 10 мкм. Химический состав хлоропласта: примерно 50% белка, 35% жиров, 7% пигментов, малое количество ДНК и РНК. У представителей разных групп растений комплекс пигментов, определяющих окраску и принимающих участие в фотосинтезе, отличается. Это подтипы хлорофилла и каротиноиды (ксантофилл и каротин). При рассматривании под световым микроскопом видна зернистая структура пластид – это граны. Под электронным микроскопом наблюдаются небольшие прозрачные уплощенные мешочки (цистерны, или граны), образованные белково-липидной мембраной и располагающиеся в непосредственно в строме. Причем некоторые из них сгруппированы в пачки, похожие на столбики монет (тилакоиды гран), другие, более крупные находятся между тилакоидами. Благодаря такому строению, увеличивается активная синтезирующая поверхность липидно-белково-пигментного комплекса гран, в котором на свету происходит фотосинтез.
Хромопласты
Лейкопласты
представляют собой бесцветные пластиды, основная функция которых обычно запасающая. Размеры этих органелл относительно небольшие. Они округлой либо слегка продолговатой формы, характерны для всех живых клеток растений. В лейкопластах осуществляется синтез из простых соединений более сложных – крахмала, жиров, белков, которые сохраняются про запас в клубнях, корнях, семенах, плодах. Под электронным микроскопом заметно, что каждый лейкопласт покрыт двухслойной мембраной, в строме есть только один или небольшое число выростов мембраны, основное пространство заполнено органическими веществами. В зависимости от того, какие вещества накапливаются в строме, лейкопласты делят на амилопласты, протеинопласты и элеопласты.
74. Каково строение ядра, роль в клетке? Какие структуры ядра обуславливают его функции? Что такое хроматин?
Ядро – основной компонент клетки, несущей генетическую информации Ядро – располагается в центре. Форма различная, но всегда круглая или овальная. Размеры различны. Содержимое ядра – жидкая консистенция. Различают оболочку, хроматин, кариолимфу (ядерный сок), ядрышко. Ядерная оболочка состоит из 2 мембран, разделённых перенуклеарным пространством. Оболочка снабжена порами, через которые происходит обмен крупными молекулами различных веществ. Оно может находиться в 2 состояниях: покоя – интерфазы и деления – митоза или мейоза.
Ядро осуществляет две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением генетической информации, другую — с ее реализацией, с обеспечением синтеза белка.
В первую группу входят процессы, связанные с поддержанием наследственной информации в виде неизменной структуры ДНК. Эти процессы связаны с наличием так называемых репарационных ферментов, ликвидирующих спонтанные повреждения молекулы ДНК (разрыв одной из цепей ДНК, часть радиационных повреждений), что сохраняет строение молекул ДНК практически неизменным в ряду поколений клеток или организмов. Далее, в ядре происходит воспроизведение или редупликация молекул ДНК, что дает возможность двум клеткам получить совершенно одинаковые и в качественном и в количественном смысле объемы генетической информации. В ядрах происходят процессы изменения и рекомбинации генетического материала, что наблюдается во время мейоза (кроссинговер). Наконец, ядра непосредственно участвуют в процессах распределения молекул ДНК при делении клеток.
Другой группой клеточных процессов, обеспечивающихся активностью ядра, является создание собственно аппарата белкового синтеза. Это не только синтез, транскрипция на молекулах ДНК разных информационных РНК и рибосомных РНК. В ядре эукариотов происходит также образование субъедениц рибосом путем комплексирования синтезированных в ядрышке рибосомных РНК с рибосомными белками, которые синтезируются в цитоплазме и переносятся в ядро.
Таким образом, ядро представляет собой не только вместилище генетического материала, но и место, где этот материал функционирует и воспроизводится. Поэтому выпадение лил нарушение любой из перечисленных выше функций губительно для клетки в целом. Так нарушение репарационных процессов будет приводить к изменению первичной структуры ДНК и автоматически к изменению структуры белков, что непременно скажется на их специфической активности, которая может просто исчезнуть или измениться так, что не будет обеспечивать клеточные функции, в результате чего клетка погибает. Нарушения редупликации ДНК приведут к остановке размножения клеток или к появлению клеток с неполноценным набором генетической информации, что также губительно для клеток. К такому же результату приведет нарушение процессов распределения генетического материала (молекул ДНК) при делении клеток. Выпадение в результате поражения ядра или в случае нарушений каких-либо регуляторных процессов синтеза любой формы РНК автоматически приведет к остановке синтеза белка в клетке или к грубым его нарушениям.
Хроматин
(греч. χρώματα - цвета, краски) - это вещество хромосом - комплекс ДНК, РНК и белков. Хроматин находится внутри ядра клеток эукариот и входит в состав нуклеоида у прокариот. Именно в составе хроматина происходит реализация генетической информации, а также репликация и репарация ДНК.
75. Каково строение и типы хромосом? Что такое кариотип, аутосомы, гетеросомы, диплоидный и гаплоидный наборы хромосом?
Хромосомы – органоиды клеточного ядра, совокупность которых определяет основные наследственные свойства клеток и организмов. Полный набор хромосом в клетке, характерный для данного организма, называется кариотипом. В любой клетке тела большинства животных и растений каждая хромосома представлена дважды: одна из них получена от отца, другая – от матери при слиянии ядер половых клеток в процессе оплодотворения. Такие хромосомы называются гомологичными, набор гомологичных хромосом – диплоидным. В хромосомном наборе клеток раздельнополых организмов присутствует пара (или несколько пар) половых хромосом, как правило, различающихся у разных полов по морфологическим признакам; остальные хромосомы называются аутосомами. У млекопитающих в половых хромосомах локализованы гены, определяющие пол организма.
Значение хромосом как клеточных органоидов, ответственных за хранение, воспроизведение и реализацию наследственной информации, определяется свойствами биополимеров, входящих в их состав.
Аутосомами
у живых организмов с хромосомным определением пола называют парные хромосомы, одинаковые у мужских и женских организмов. Иными словами, кроме половых хромосом, все остальные хромосомы у раздельнополых организмов будут являться аутосомами.
Аутосомы обозначают порядковыми номерами. Так, у человека в диплоидном наборе имеется 46 хромосом, из них - 44 аутосомы (22 пары, обозначаемые номерами с 1-го по 22-й) и одна пара половых хромосом (XX у женщин и XY у мужчин).
Гаплоидный набор хромосом Начнем с гаплоидного. Он представляет собой скопление совершенно разных хромосом, т.е. в организме-гаплоиде есть несколько этих нуклеопротеидных структур, непохожих друг на друга (фото). Гаплоидный набор хромосом характерен для растений, водорослей и грибов. Диплоидный набор хромосом Этот набор является таким собранием хромосом, при котором у каждой из них есть двойник, т.е. эти нуклепротеидные структуры расположены попарно (фото). Диплоидный набор хромосом характерен для всех животных, в том числе и человека. Кстати, о последнем. У здорового человека их 46, т.е. 23 пары. Однако его пол определяют всего две, называемые половыми, — Х и Y- Читайте подробнее на SYL.ru:
76. Дайте определение клеточного цикла, охарактеризуйте его фазы. Какие функции жизни обеспечиваются делением клеток?
Клеточный цикл - это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или гибели.
Клеточный цикл эукариот состоит из двух периодов:
1Период клеточного роста, называемый «интерфаза», во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки.
2Периода клеточного деления, называемый «фаза М» (от слова mitosis - митоз).
Деление клетки. Рост организма осуществляется за счет деления его клеток. Способность к делению — важнейшее свойство клеточной жизнедеятельности. Делясь, клетка удваивает все свои структурные компоненты, и в результате возникают две новые клетки. Наиболее распространенным способом деления клетки является митоз — непрямое деление клетки.
Предыдущая24252627282930313233343536373839Следующая
Пластиды
Пластиды являются основными цитоплазматическими органеллами клеток автотрофных растений. Название происходит от греческого слова «plastos», что в переводе означает «вылепленный».
Главная функция пластид – синтез органических веществ, благодаря наличию собственных ДНК и РНК и структур белкового синтеза. В пластидах также содержатся пигменты, обусловливающие их цвет. Все виды данных органелл имеют сложное внутреннее строение. Снаружи пластиду покрывают две элементарные мембраны, имеется система внутренних мембран, погруженных в строму или матрикс.
Классификация пластид по окраске и выполняемой функции подразумевает деление этих органоидов на три типа: хлоропласты, лейкопласты и хромопласты. Пластиды водорослей именуются хроматофорами.
Хлоропласты – это зеленые пластиды высших растений, содержащие хлорофилл – фотосинтезирующий пигмент. Представляют собой тельца округлой формы размерами от 4 до 10 мкм. Химический состав хлоропласта: примерно 50% белка, 35% жиров, 7% пигментов, малое количество ДНК и РНК. У представителей разных групп растений комплекс пигментов, определяющих окраску и принимающих участие в фотосинтезе, отличается. Это подтипы хлорофилла и каротиноиды (ксантофилл и каротин). При рассматривании под световым микроскопом видна зернистая структура пластид – это граны. Под электронным микроскопом наблюдаются небольшие прозрачные уплощенные мешочки (цистерны, или граны), образованные белково-липидной мембраной и располагающиеся в непосредственно в строме.
Причем некоторые из них сгруппированы в пачки, похожие на столбики монет (тилакоиды гран), другие, более крупные находятся между тилакоидами. Благодаря такому строению, увеличивается активная синтезирующая поверхность липидно-белково-пигментного комплекса гран, в котором на свету происходит фотосинтез.
Хромопласты – пластиды, окраска которых бывает желтого, оранжевого или красного цвета, что обусловлено накоплением в них каротиноидов. Благодаря наличию хромопластов, характерную окраску имеют осенние листья, лепестки цветов, созревшие плоды (помидоры, яблоки). Данные органоиды могут быть различной формы – округлой, многоугольной, иногда игольчатой.
Лейкопласты представляют собой бесцветные пластиды, основная функция которых обычно запасающая. Размеры этих органелл относительно небольшие.
Они округлой либо слегка продолговатой формы, характерны для всех живых клеток растений. В лейкопластах осуществляется синтез из простых соединений более сложных – крахмала, жиров, белков, которые сохраняются про запас в клубнях, корнях, семенах, плодах. Под электронным микроскопом заметно, что каждый лейкопласт покрыт двухслойной мембраной, в строме есть только один или небольшое число выростов мембраны, основное пространство заполнено органическими веществами. В зависимости от того, какие вещества накапливаются в строме, лейкопласты делят на амилопласты, протеинопласты и элеопласты.
Все виды пластид имеют общее происхождение и способны переходить из одного вида в другой. Так, превращение лейкопластов в хлоропласты наблюдается при позеленении картофельных клубней на свету, а в осенний период в хлоропластах зеленых листьев разрушается хлорофилл, и они трансформируются в хромопласты, что проявляется пожелтением листьев. В каждой определенной клетке растения может быть только один вид пластид.
Пластиды - это органоиды клеток растений и некоторых фотосинтезирующих простейших. У животных и грибов пластид нет.
Пластиды делятся на несколько типов. Наиболее важный и известный - хлоропласт, содержащий зеленый пигмент хлорофилл, который обеспечивает процесс фотосинтеза.
Другими видами пластид являются разноцветные хромопласты и бесцветные лейкопласты. Также выделяют амилопласты, липидопласты, протеинопласты, которые часто считают разновидностями лейкопластов.
Все виды пластид связаны между собой общим происхождением или возможным взаимопревращением. Пластиды развиваются из пропластид – более мелких органоидов меристематических клеток.
Строение пластид
Большинство пластид относится к двумембранным органоидам, у них есть внешняя и внутренняя мембраны.
Однако встречаются организмы, чьи пластиды имеют четыре мембраны, что связано с особенностями их происхождения.
Во многих пластидах, особенно в хлоропластах, хорошо развита внутренняя мембранная система, формирующая такие структуры как тилакоиды, граны (стопки тилакоидов), ламелы – удлиненные тилакоиды, соединяющие соседние граны. Внутренне содержимое пластид обычно называют стромой. В ней помимо прочего находятся крахмальные зерна.
Считается, что в процессе эволюции пластиды появились аналогично митохондриям - путем внедрения в клетку-хозяина другой прокариотической клетки, способной в данном случае к фотосинтезу. Поэтому пластиды считают полуавтономными органеллами. Они могут делиться независимо от делений клетки, у них есть собственная ДНК, РНК, рибосомы прокариотического типа, т. е. собственный белоксинтезирующий аппарат. Это не значит, что в пластиды не поступают белки и РНК из цитоплазмы. Часть генов, управляющей их функционированием, находится как раз в ядре.
Функции пластид
Функции пластид зависят от их типа. Хлоропласты выполняют фотосинтезирующую функцию. В лейкопластах накапливаются запасные питательные вещества: крахмал в амилопластах, жиры в элайопластах (липидопластах), белки в протеинопластах.
Хромопласты, за счет содержащихся в них пигментов-каротиноидов, окрашивают различные части растений – цветки, плоды, корнеплоды, осенние листья и др. Яркий окрас часто служит своеобразным сигналом для животных-опылителей и распространителей плодов и семян.
В дегенерирующих зеленых частях растений хлоропласты превращаются в хромопласты. Пигмент хлорофилл разрушается, поэтому остальные пигменты, несмотря на малое количество, становятся в пластидах заметными и окрашивают туже листву в желто-красные оттенки.
Пластиды - это органоиды растительных клеток. Одним из видов пластид являются фотосинтезирующие хлоропласты. Другие распространенные разновидности - хромопласты и лейкопласты. Все их объединяет единство происхождения и общий план строения. Различает - преобладание определенных пигментов и выполняемые функции.
Пластиды развиваются из пропластид, которые присутствуют в клетках образовательной ткани и существенно меньше по размеру, чем зрелый органоид. Кроме того, пластиды способны к делению надвое перетяжкой, что подобно делению бактерий.
В строении пластид выделяют внешнюю и внутреннюю мембраны, внутреннее содержимое - строму, внутреннюю мембранную систему, которая особенно развита в хлоропластах, где формирует тилакоиды, граны и ламелы.
В строме содержится ДНК, рибосомы, различные типы РНК. Таким образом, как и митохондрии, пластиды способны к самостоятельному синтезу части необходимых белковых молекул. Считается, что в процессе эволюции пластиды и митохондрии появились в результате симбиоза разных прокариотических организмов, один из которых стал клеткой-хозяином, а другие - ее органеллами.
Функции пластид зависят от их вида:
- хлоропласты → фотосинтез,
- хромопласты → окраска частей растения,
- лейкопласты → запас питательных веществ.
Растительные клетки содержат преимущественно один из видов пластид. В хлоропластах преобладает пигмент хлорофилл, поэтому содержащие их клетки зеленые. В хромопластах содержатся пигменты каротиноиды, которые придают цвет от желтого, через оранжевый к красному.
Лейкопласты бесцветны.
Окраска хромопластами цветков и плодов растения в яркие цвета привлекает насекомых-опылителей и животных-распространителей семян. В осенних листьях происходит разрушение хлорофилла, в результате цвет определяется каротиноидами. Из-за этого листва приобретает соответствующую окраску. При этом хлоропласты превращаются в хромопласты, которые часто рассматривают как конечную стадию развития пластид.
Лейкопласты при освещении способны превращаться в хлоропласты. Это можно наблюдать у клубней картофеля, когда на свету они начинают зеленеть.
Выделяют несколько видов лейкопластов в зависимости от типа накапливаемых в них веществ:
- протеинопласты → белки,
- элайопласты , или липидопласты, → жиры,
- амилопласты → углеводы, обычно в виде крахмала.