КЛЕТЪЧНИ ОРГАНЕЛИ В ЖИВОТИНСКИ И РАСТИТЕЛНИ КЛЕТКИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На органели клетки са структури, които правят клетките - като "малки тела" - те изпълняват, метаболитни, синтетичен, структурни функции на производството и консумацията на енергия.

Тези структури се съдържат в клетъчната цитоплазма и като цяло всички еукариотни клетки са съставени от основен набор от вътреклетъчни органели. Те могат да бъдат разграничени между мембранозни (имат плазмена мембрана) и немембранозни (нямат плазмена мембрана).

Източник: pixabay.com

Всяка органела има уникален набор от протеини, които обикновено се намират на мембраната или вътре в органелата.

Има органели, отговорни за разпределението и транспортирането на протеини (лизозоми), други осъществяват метаболитни и биоенергетични функции (хлоропласти, митохондрии и пероксизоми), за клетъчната структура и движение (нишки и микротрубове), а има и такива, които са част от повърхността клетка (плазмена мембрана и клетъчна стена).

В прокариотните клетки липсват мембранни органели, докато в еукариотните клетки можем да намерим и двата вида органели. Тези структури също могат да бъдат класифицирани според тяхната функция в клетката.

Органели: мембранозни и не мембранозни

Мембранозни органели

Тези органели имат плазмена мембрана, която позволява вътрешната среда да бъде отделена от клетъчната цитоплазма. Мембраната има везикуларна и тръбна форма и може да се плисира като в гладкия ендоплазмен ретикулум или да се сгъне в органелата, както в митохондриите.

Тази организация на плазмената мембрана в органелите дава възможност да се увеличи тяхната повърхностна площ и също така да се образуват вътреклетъчни подразделения, където се съхраняват или секретират различни вещества като протеини.

Сред мембранните органели намираме следното:

-Метална мембрана, която разграничава клетъчните и други клетъчни органели.

-Груб ендоплазмен ретикулум (RER), място, където се осъществява синтеза на протеини и модифицирането на новосинтезирани протеини.

-Гладък ендоплазмен ретикулум (REL), където се синтезират липиди и стероиди.

-Golgi апарат, модифицира и пакетира протеини и липиди за транспорт.

-Ендозоми, участват в ендоцитозата и също класифицират и пренасочват протеините към техните крайни дестинации.

-Лизозоми, съдържат храносмилателни ензими и участват във фагоцитоза.

-Транспорт на везикули, превеждане на материал и участие в ендоцитоза и екзоцитоза.

-Митохондриите и хлоропластите произвеждат ATP, осигуряващ на клетката енергия.

-Peroxisomes, участващи в производството и разграждането на H ₂ O ₂ и мастни киселини.

Немембранозни органели

Тези органели нямат плазмена мембрана, която ги разграничава и в тях изключителните протеини обикновено се самосъбират в полимерите, които са част от структурните елементи на цитоскелета.

Сред немембранозните цитоплазмени органели откриваме:

-Микротубули, които съставляват цитоскелета заедно с актинови микрофиламенти и междинни нишки.

-Филаменти, са част от цитоскелета и се класифицират в микрофиламенти и междинни нишки.

-Центриоли, цилиндрични структури, от които произлизат базалните тела на ресничките.

-Рибозомите, участват в синтеза на протеини и са съставени от рибозомна РНК (rRNA).

Органели в животински клетки

Животна клетка (Източник: Animal_cell_structure_en.svg: LadyofHats (Mariana Ruiz) производна работа: Mel 23 беседа чрез Wikimedia Commons)

Животните извършват ежедневни дейности по защита, хранене, храносмилане, движение, възпроизвеждане и дори смърт. Много от тези дейности също се извършват в клетките, които съставляват тези организми, и се извършват от клетъчните органели, които съставляват клетката.

По принцип всички клетки в организма имат една и съща организация и използват сходни механизми за извършване на всички свои дейности. Въпреки това, някои клетки могат да се специализират толкова в една или повече функции, че се различават от другите, като имат по-голям брой или размер на определени клетъчни структури или региони.

В рамките на клетките могат да бъдат разграничени два основни региона или отделения: ядрото, което е най-изявената органела на еукариотните клетки, и цитоплазмата, която съдържа другите органели и някои включвания в цитоплазмената матрица (като разтворители и органични молекули).

сърцевина

Ядрото е най-голямата органела в клетката и представлява най-забележителната характеристика на еукариотните клетки, като това, което ги отличава от прокариотичните клетки. Добре се разграничава от две ядрени мембрани или обвивки, които имат пори. Вътре в ядрото е ДНК под формата на хроматин (кондензиран и разрохкан) и нуклеолът.

Ядрените мембрани позволяват да се изолира вътрешността на ядрото на клетъчната цитоплазма, в допълнение да служи като структура и опора на споменатата органела. Този плик е изграден от външна и вътрешна мембрана. Функцията на ядрената обвивка е да предотвратява преминаването на молекули между ядрената вътрешност и цитоплазмата.

Комплексите от пори в ядрените мембрани позволяват селективно преминаване на протеини и РНК, поддържайки вътрешния състав на ядрото стабилен и изпълнявайки ключови роли в регулацията на генната експресия.

Клетъчният геном се съдържа в тези органели, поради което той служи като склад за генетичната информация на клетката. Транскрипцията и обработката на РНК и репликацията на ДНК се случват в ядрото, а само преводът се извършва извън този органел.

Плазмената мембрана

Пластмасова мембрана

Плазмената или клетъчната мембрана е структура, съставена от два слоя амфипатни липиди, с хидрофобна и хидрофилна част (липиден двуслоен) и някои протеини (интегрална мембрана и периферна). Тази структура е динамична и участва в различни физиологични и биохимични процеси в клетките.

Плазмената мембрана е отговорна за поддържането на вътрешността на клетката изолирана от заобикалящата среда. Той контролира преминаването на всички вещества и молекули, които влизат и напускат клетката чрез различни механизми, като проста дифузия (в полза на концентрационен градиент) и активен транспорт, където се изискват транспортни протеини.

Груб ендоплазмен ретикулум

Ендоплазменият ретикулум е изграден от мрежа от тубули и саксии (цистерни), които са заобиколени от мембрана, която се простира от ядрото (външна ядрена мембрана). Той е и един от най-големите органели в клетките.

Грубият ендоплазмен ретикулум (RER) има голям брой рибозоми на външната си повърхност и също съдържа везикули, които се простират до апарата на Голджи. Той е част от системата за синтез на протеини в клетката. Синтезираните протеини преминават в резервоарите RER, където се трансформират, натрупват и транспортират.

Секреторните клетки и клетките с голямо количество плазмена мембрана, като неврони, имат добре развит груб ендоплазмен ретикулум. Рибозомите, които съставляват RER, са отговорни за синтеза на секреторни протеини и протеини, изграждащи други клетъчни структури като лизозоми, апарат на Голджи и мембрани.

Гладък ендоплазмен ретикулум

Гладкият ендоплазмен ретикулум (REL) участва в липидния синтез и му липсват мембранно свързани рибозоми. Той е изграден от къси тръби, които имат тенденция да имат тръбна структура. Той може да бъде отделен от RER или да бъде разширение от него.

Клетките, свързани с липидния синтез и стероидната секреция, имат силно развити RELs. Тази органела също участва в процесите на детоксикация и конюгиране на вредни вещества, като е силно развита в чернодробните клетки.

Те имат ензими, които модифицират хидрофобните съединения като пестициди и канцерогени, превръщайки ги във водоразтворими продукти, които лесно се разграждат.

апарат на Голджи

В апарата на Голджи се получават синтезираните и модифицирани протеини в ендоплазмения ретикулум. В тази органела тези протеини могат да претърпят други модификации, за да бъдат окончателно транспортирани до лизозоми, плазмени мембрани или предназначени за секреция. Гликопротеините и сфингомиелинът се синтезират в апарата на Голджи.

Тази органела е съставена от някои видове торбички, заобиколени от мембрана, известна като цистерни, и те представляват свързани везикули. Клетките, които секретират протеини чрез екзоцитоза и тези, които синтезират мембрана и свързани с мембраната протеини, имат високо активен апарат на Голджи.

Структурата и функцията на апарата Голджи представя полярност. Частта, най-близка до RER, се нарича мрежа cis-Golgi (CGN) и има изпъкнала форма. Протеините от ендоплазмения ретикулум влизат в този регион, за да бъдат транспортирани в органелата.

Стакът Голджи представлява средния участък на органелата и е мястото, където се осъществяват метаболитните дейности на тази структура. Районът на зреене на комплекса Голджи е известен като транс-Голджи мрежа (TGN), има вдлъбната форма и е точката на организация и разпределение на протеините към техните крайни дестинации.

лизозоми

Част от клетка, включително лизозома

Лизозомите са органели, които съдържат ензими, способни да разграждат протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати и липиди. Те са основно храносмилателната система на клетките, разграждащи биологични полимери, улавени от външната страна на клетката и собствените продукти на клетките (автофагия).

Въпреки че могат да се предлагат в различни форми и размери, в зависимост от продукта, улавен за храносмилането, тези органели обикновено са плътни сферични вакуоли.

Частиците, улавени от ендоцитозата, се транспортират до ендозоми, които по-късно узряват в лизозоми чрез агрегиране на кисели хидролази от апарата на Голджи. Тези хидролази са отговорни за разграждането на протеини, нуклеинови киселини, полизахариди и липиди.

пероксизомите

Графично представяне на пероксизом.

Източник: Rock 'n Roll

Пероксизомите са малки органели (микротяла) с обикновена плазмена мембрана, които съдържат окислителни ензими (пероксидази). Окислителната реакция, провеждана от тези ензими, произвежда водороден пероксид (H ₂ O ₂).

В тези органели каталазата е отговорна за регулирането и усвояването на H ₂ O _{2, като} контролира нейната клетъчна концентрация. Клетките на черния дроб и бъбреците имат значителни количества пероксизоми, които са основните центрове за детоксикация в организма.

Броят на пероксизомите, съдържащи се в клетката, се регулира в отговор на диета, консумация на определени лекарства и в отговор на различни хормонални стимули.

Митохондриите

Митохондриите. Взето и редактирано от: LadyofHats.

Клетките, които консумират и генерират значителни количества енергия (като набраздени мускулни клетки), имат изобилни количества митохондрии. Тези органели играят критична роля в производството на метаболитна енергия в клетките.

Те са отговорни за производството на енергия под формата на АТФ от разграждането на въглехидратите и мастните киселини, чрез процеса на окислително фосфорилиране. Те могат също да бъдат описани като мобилни генератори на енергия, способни да се движат около клетката, осигурявайки необходимата енергия.

Митохондриите се характеризират с това, че съдържат собствена ДНК и могат да кодират tRNA, rRNA и някои митохондриални протеини. Повечето от митохондриалните протеини се превеждат върху рибозомите и се транспортират до митохондриите под действието на специфични сигнали.

Сглобяването на митохондриите включва протеини, кодирани от техния собствен геном, други протеини, кодирани в ядрения геном, и протеини, внесени от цитозола. Броят на тези органели се увеличава чрез разделяне по време на интерфаза, въпреки че тези разделения не са синхронизирани с клетъчния цикъл.

Рибозомите

Рибозомите са малки органели, които участват в синтеза на протеини. Те са съставени от две субединици, насложени една върху друга, съдържащи протеини и РНК. Те играят важна роля в изграждането на полипептидни вериги по време на превода.

Рибозомите могат да бъдат намерени свободно в цитоплазмата или свързани с ендоплазмения ретикулум. Активно участват в синтеза на протеини, те се свързват от мРНК във вериги от до пет рибозоми, наречени полирибозоми. Клетките, специализирани в синтеза на протеини, имат големи количества от тези органели.

Органели в растителни клетки

Морфоанатомия на растителна клетка (Източник: Ævar Arnfjörð Bjarmason / галерия чрез Wikimedia Commons)

Повечето от описаните по-рано органели (ядро, ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи, рибозоми, плазмена мембрана и пероксизоми) се намират като част от растителните клетки, където основно изпълняват същите функции като в животинските клетки.

Основните органели в растителните клетки, които ги разграничават от другите организми, са пластидите, вакуолите и клетъчната стена. Тези органели са заобиколени от цитоплазмена мембрана.

Клетъчна стена

Клетъчната стена е глюкопротеинова мрежа, съществуваща практически във всички растителни клетки. Той играе важна роля в клетъчния обмен на вещества и молекули и в циркулацията на водата на различни разстояния.

Тази структура се състои от целулоза, хемицелулози, пектини, лигнин, суберин, фенолни полимери, йони, вода и различни структурни и ензимни протеини. Тази органела се заражда в цитокинезата чрез поставяне на клетъчната плоча, която представлява дял, образуван от сливането на везикули на Голджи в центъра на митотичната фигура.

Сложните полизахариди на клетъчната стена се синтезират в апарата на Голджи. Клетъчната стена, известна още като извънклетъчна матрица (ECM), не само осигурява здравина и определени форми на клетката, но също така участва в процеси като клетъчен растеж, диференциация и морфогенеза и реакции на стимули от околната среда.

вакуоли

Вакуолите са една от най-големите органели, присъстващи в растителните клетки. Те са заобиколени от обикновена мембрана и са оформени като чували, съхраняващи вода и резервни вещества като нишестета и мазнини или отпадни вещества и соли. Те са съставени от хидролитични ензими.

Те се намесват в процесите на екзоцитоза и ендоцитоза. Протеините, транспортирани от апарата на Голджи, навлизат във вакуоли, които поемат функцията на лизозомите. Те също така участват в поддържането на тургор налягане и осмотичен баланс.

пластиди

Пластидите са органели, заобиколени от двойна мембрана. Те се класифицират в хлоропласти, амилопласти, хромопласти, олеинопласти, протеинопласти, пропласти и етиопласти.

Тези органели са полуавтономни, тъй като съдържат свой собствен геном, известен като нуклеоид в матрицата на органела или строма, както и машини за репликация, транскрипция и превод.

Пластидите изпълняват различни функции в растителните клетки, като синтез на вещества и съхранение на хранителни вещества и пигменти.

Видове пластиди

Хлоропластите се считат за най-важните пластиди. Те са сред най-големите органели в клетките и се намират в различни региони в него. Те присъстват в зелени листа и тъкани, съдържащи хлорофил. Те се намесват в улавянето на слънчевата енергия и фиксирането на атмосферния въглерод в процеса на фотосинтеза.

-Амилопластите се намират в резервните тъкани. Липсва хлорофил и са пълни с нишесте, служещи за склад за тях, а също така участват в гравитропното възприятие в кореновата капачка.

-Хромопластите съхраняват пигменти, наречени каротини, които са свързани с оранжевото и жълтото оцветяване на есенните листа, цветя и плодове.

-Олеинопластите съхраняват масла, докато протеинопластите съхраняват протеини.

-Пропластидиите са малки пластиди, намиращи се в меристематични клетки на корени и стъбла. Функцията им не е много ясна, въпреки че се смята, че са предшественици на останалите пластиди. Реформацията на пропластидите е свързана с повторната диференциация на някои зрели пластиди.

-Етиопластите се намират в котиледони от растения, отглеждани в тъмното. При излагане на светлина те бързо се диференцират в хлоропласти.

Препратки

1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Въведение в клетъчната биология. Panamerican Medical Ed.
2. Briar, C., Gabriel, C., Lasserson, D., & Sharrack, B. (2004). Основното в нервната система. Elsevier,
3. Cooper, GM, Hausman, RE & Wright, N. (2010). Клетката. (с. 397-402). Marban.
4. Flores, RC (2004). Биология 1. Редакционен прогресо.
5. Jiménez García, L. J & H. Merchand Lasios. (2003 г.). Клетъчна и молекулярна биология. Мексико. Редакционно образование Pearson.
6. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2003). Молекулярно-клетъчна биология. Пето издание. Ню Йорк: WH Freeman.
7. Magloire, K. (2012). Пропукване на AP изпита по биология. Преглед на Принстън.
8. Пиърс, BA (2009). Генетика: концептуален подход. Panamerican Medical Ed.
9. Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Хистология. Редакция Médica Panamericana.
10. Sandoval, E. (2005). Техники, прилагани при изследването на анатомията на растенията (том 38). Пумас.
11. Scheffler, I. (2008). Митохондриите. Второ издание. Wiley
12. Starr, C., Taggart, R., Evers, C., & Starr, L. (2015). Биология: Единството и многообразието на живота. Нелсън образование.
13. Stille, D. (2006). Животински клетки: Най-малките единици на живота. Проучване на науката.
14. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Въведение в микробиологията. Panamerican Medical Ed.