Тема. Двумембранные органоиды

Занятие 4.
Тема. Двумембранные органоиды

1.Строение и функции митохондрий.

2. Строение и функции хлоропластов.
1.Митохондрии. Двумембранные, полуавтономные органоиды, которые обеспечивают клетку основной энергией, получаемой в результате окисления органических молекул с помощью кислорода. Присутствуют в клетках грибов, растений и животных. Форма, размеры и количество митохондрий чрезвычайно варьируют. По форме митохондрии могут быть палочковидными, округлыми, спиральными, чашевидными, разветвленными. Длина митохондрий колеблется в пределах от 1,5 до 10 мкм, диаметр – от 0,25 до 1,00 мкм. Количество митохондрий в клетке может достигать 500-1000 в тех клетках, которым нужно очень много энергии, т. е. количество митохондрий зависит от метаболической активности клетки. Кроме того, наибольшее количество митохондрий находится в участках клетки, которые потребляют больше энергии – вблизи ионных насосов, в мышечных клетках – вблизи миофибрилл.


Рис. . Строение и образование митохондрий
троение. Митохондрия имеет оболочку из двух мембран, наружная мембрана гладкая, внутренняя образует многочисленные складки – кристы. Кристы увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны, на них располагаются ферменты дыхательной цепи, создающие электрохимический протонный градиент в межмембранном пространстве и грибовидные тельца – АТФ-синтетазы, каждая из которых состоит из ножки, пронизывающей мембрану и головки, обращенной в матрикс. АТФ-синтетазы отвечают за фосфорилирование АДФ до АТФ.

Ширина межмембранного пространства (протонного резервуара) – 10-20 нм.

Внутреннее пространство митохондрий заполнено внутренней средой, матриксом. В матриксе содержатся различные ферменты (например, ферменты цикла Кребса), кольцевые ДНК, содержащие всего 37 генов в количестве от 1 до 50 таких молекул и собственный белоксинтезирующий аппарат.

Митохондриальные ДНК не связаны с белками («голые»), прикреплены к внутренней мембране. Для построения митохондрии требуется гораздо больше белков, чем кодирует кольцевая ДНК митохондрий, поэтому следует отметить, что информация о большинстве митохондриальных белков содержится в ядерной ДНК, и эти белки синтезируются в цитоплазме клетки, а затем транспортируются в митохондрии. Митохондриальная ДНК кодирует иРНК, тРНК, рРНК, формируя собственные системы репликации ДНК, транскрипции и трансляции некоторых белков. Генетический код ДНК митохондрий имеет несколько отличий от генетического кода эукариот. Рибосомы митохондрий прокариотического типа (70S-типа), большая часть рибосомальных белков синтезируется в цитоплазме, а затем транспортируется в митохондрии.

Размножение. Митохондрии живут около 10 суток, способны размножаться путем деления или отшнуровывания новых митохондрий от ранее существующих; разрушение их происходит с помощью автофагии. Наследуются митохондрии у многих видов, в том числе и у человека, по материнской линии, митохондрии отца разрушаются в процессе оплодотворения.

Происхождение. Согласно теории симбиогенеза митохондрии произошли от древних свободноживущих аэробных прокариотических организмов, которые, случайно проникнув в клетку-хозяина (анаэробную архебактерию) образовали с ней взаимовыгодный симбиотический комплекс. В пользу этой гипотезы свидетельствуют следующие данные. Во-первых, митохондриальная ДНК имеет такие же особенности строения, как и ДНК современных бактерий (замкнута в кольцо, не связана с белками). Во-вторых, митохондриальные рибосомы и рибосомы бактерий относятся к одному типу – 70S-типу. В-третьих, механизм деления митохондрий сходен с таковым бактерий. В-четвертых, синтез митохондриальных и бактериальных белков подавляется одинаковыми антибиотиками. Но в процессе эволюции большая часть генов митохондрий переместилась в ядро, и синтез большинства митохондриальных белков происходит в цитоплазме клетки, т. е. митохондрии являются полуавтономными органоидами эукариотической клетки.

Функции. Основная функция – окисление органических молекул с образованием энергии в форме тепла и в форме АТФ. Но в клетках бурого жира (например у медведя во время зимнего сна) митохондрии не образуют АТФ, вся энергия выделяется в форме тепла и поддерживает определенную температуру тела. Кроме этого в митохондриях происходит синтез некоторых (около 5%) митохондриальных белков.
2. Пластиды характерны только для растительных клеток. Различают три основных типа пластид: лейкопласты – бесцветные пластиды в клетках неокрашенных частей растений, хромопласты – окрашенные пластиды обычно желтого, красного и оранжевого цвета, хлоропласты – зеленые пластиды.


Рис. . Строение пластид

1 – наружная мембрана; 2 – внутренняя мембрана; 3 –строма; 4 – тилакоид;5- грана; 6 – ламелла; 7 – зерно первичного крахмала; 8 – липидные капли.

Хлоропласты. В клетках высших растений хлоропласты имеют форму двояковыпуклой линзы. Длина хлоропластов колеблется в пределах от 5 до 10 мкм, диаметр – от 2 до 4 мкм. Хлоропласты ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя имеет сложную складчатую структуру. Наименьшая складка называется тилакоидом. Группа тилакоидов, уложенных наподобие стопки монет, называется граной. В хлоропласте содержится в среднем 40-60 гран, расположенных в шахматном порядке. Граны связываются друг с другом уплощенными каналами – ламеллами. В мембраны тилакоидов встроены фотосинтетические пигменты и ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Главным фотосинтетическим пигментом являетсяхлорофилл а, именно он обуславливает зеленый цвет хлоропластов. Внутреннее пространство хлоропластов заполнено стромой. В строме имеются кольцевая «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, ферменты цикла Кальвина, зерна первичного крахмала. Внутри каждого тилакоида находится протонный резервуар, происходит накопление «Н+». Хлоропласты также как митохондрии способны к автономному размножению путем деления надвое или образуются из пропластид.

Хлоропласты содержатся в клетках зеленых частей высших растений, особенно много хлоропластов в листьях и зеленых плодах. Хлоропласты низших растений называют хроматофорами.

Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Полагают, что хлоропласты произошли от древних эндосимбиотическихцианобактерий (теория симбиогенеза). Основанием для такого предположения является сходство хлоропластов и современных бактерий по ряду признаков (кольцевая, «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, способ размножения).

Лейкопласты. Форма варьирует (шаровидные, округлые, чашевидные и др.). Лейкопласты ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя образует малочисленные тилакоиды. В строме имеются кольцевая «голая» ДНК, рибосомы 70S-типа, ферменты синтеза и гидролиза запасных питательных веществ. Пигменты отсутствуют. Особенно много лейкопластов имеют клетки подземных органов растения (корни, клубни, корневища и др.). Функция: синтез, накопление и хранение запасных питательных веществ. В зависимости от накопленных органических веществ различают амилопласты – лейкопласты, которые синтезируют и накапливают крахмал, элайопласты – масла, протеинопласты – белки. Кроме того, в одном и том же лейкопласте могут накапливаться разные вещества.

Хромопласты. Ограничены двумя мембранами. Наружная мембрана гладкая, внутренняя или также гладкая, или образует единичные тилакоиды. В строме имеются кольцевая ДНК и пигменты – каротиноиды, придающие хромопластам желтую, красную или оранжевую окраску. Форма накопления пигментов различна: в виде кристаллов, липидных капель и др. Содержатся в клетках зрелых плодов, лепестков, осенних листьев, редко – корнеплодов. Хромопласты считаются конечной стадией развития пластид.

Функция: окрашивание цветов и плодов и тем самым привлечение опылителей и распространителей семян.

Все виды пластид могут образовываться из пропластид. Пропластиды – мелкие органоиды, содержащиеся в образовательных тканях зародыша семени. Поскольку пластиды имеют общее происхождение, между ними возможны взаимопревращения. Лейкопласты могут превращаться в хлоропласты (позеленение клубней картофеля на свету) и хромопласты (при созревании корнеплодов). Хлоропласты в темноте становятся лейкопластами, осенью, при разрушении хлорофилла – хромопластами (изменение окраски листьев связано с выявлением каротиноидов – пигментов желтого цветаксантофиллов и оранжевых пигментов каротинов). Превращение хромопластов в лейкопласты или хлоропласты считается невозможным.

Тесты: 7-8 кл. 

1.Какое строение имеют митохондрии и пластиды:

Одномембранное Двумембранное Немембранное Как называются внутренние структуры митохондрий:

  1. Граны

  2. Кристы

  3. Матрикс

Где в митохондриях находятся молекулы ДНК, РНК, рибосомы:

  1. Кристы

  2. Наружная мембрана

  3. Матрикс

  4. Строма

Почему митохондрии называют энергетическими станциями клеток:

  1. Осуществляют синтез белка

  2. Синтез АТФ

  3. Синтез углеводов

  4. Расщепление АТФ

Какие органоиды являются общими для клеток растений и животных:

  1. ЭПС

  2. Рибосомы

  3. Пластиды

  4. Митохондрии

Какие пластиды содержат пигмент хлорофилл:

  1. Лейкопласты

  2. Хлоропласты

  3. Хромопласты

Какие структуры образованы внутренней мембраной хлоропласта:

  1. Тилакоиды гран

  2. Строма

3. Кристы

8. Какие из пластид выполняют функцию накопления запасного крахмала?

1) Лейкопласты.  3) Хлоропласты.

2) Хромопласты.

9. Благодаря каким особенностям митохондрии и пластиды являются полуавтономными органоидами?

  1) Имеют свою ДНК.  3) Синтезируют АТФ.

  2) Имеют двухмембранное строение.

10.  Какие пластиды имеют оранжевый цвет?

1) Лейкопласты.  3) Хромопласты.

2) Хлоропласты.

Часть 2. Выберите правильные суждения:

Главным фотосинтетическим пигментом является хлорофилл  в В мышцах много митохондрий   Внутреннее пространство митохондрий заполнено  матриксом Рибосомы митохондрий прокариотического типа (70S-типа)  Наследуются митохондрии у многих видов по отцовской линии В хлоропласте содержится в среднем  100-200 гран, расположенных в шахматном порядке. Хлорофилл а  обуславливает зеленый цвет хлоропластов Хлоропласты низших растений называют хроматофорами

Тесты 9-11 кл.

1.  Как называются внутренние структуры митохондрий?

1) Граны. 3) Кристы.

2). Матрикс. 4) Строма.

2. Благодаря какой функции митохондрии получили название дыхательного центра клетки?

1) Синтеза АТФ. 3) Расщепления АТФ.

2) Окисления органических веществ до

СО2 и Н2О.

3. В какой части митохондрий происходит окисление органических веществ?

1) Вкристах. 3) В матриксе.

2) На наружной мембране.

4. Что расположено на внутренней мембране митохондрий?

1) Молекулы ДНК. 3) Рибосомы.

2) Ферменты. 4) Молекулы АТФ.

5. Какое строение имеют пластиды?

1) Это тельце, ограниченное мембраной.

2) Это тельце, ограниченное двумя мембранами.

3) Это внутренняя мембрана, образующая выросты.

4) Это наружная мембрана, образующая выросты.

5) Это внутренняя мембрана, образующая систему мешочков.

6. В какой части хлоропластов находятся молекулы ДНК?

1) На наружной мембране. 3) На кристах.

2) В гранах. 4) В строме.

7. Какие пластиды имеют зеленый цвет?

1) Лейкопласты. 3) Хлоропласты.

2) Хромопласты.

8 . Какие из пластид выполняют функцию накопления запасного крахмала?

1) Лейкопласты. 3) Хлоропласты.

2) Хромопласты.

9. В каком органоиде происходит фотосинтез?

1) В хлоропластах. 3) В хроматине.

2) В лейкопластах. 4) В хлорофилле.

  10. Какое строение имеют митохондрии?

1) Одномембранное. 3) Немембранное.

2) Двухмембранное.

11. Где в митохондриях происходит синтез АТФ?

1) Вкристах.

2) В матриксе.

3) На наружной мембране митохондрий.

4) Вне митохондрий.

1 2. Какие функции выполняют митохондрии?

1) Аккумуляция энергии в виде макроэргических связей АТФ.

2) Аккумуляция энергии в виде макроэргических связей АДФ.

3) Синтез углеводов.

4) Синтез структурных белков.

13 . К какой группе органоидов относятся пластиды?

1) Одномембранных. 3) Немембранных.

2) Двухмембранных.

1 4. Благодаря каким особенностям митохондрии и пластиды являются полуавтономными органоидами?

1) Имеют свою ДНК. 3) Синтезируют АТФ.

2) Имеют двухмембранное строение.

15 . Какие пластиды имеют оранжевый цвет?

1) Лейкопласты. 3) Хромопласты.

2) Хлоропласты.

16 . Какие из пластид выполняют функцию фотосинтеза?

1) Лейкопласты. 3) Хромопласты.

2) Хлоропласты.

17.  Бесцветные пластиды, в которых накапливаются органические вещества (крахмал) – это: 

1) лейкопласты  б) хромопласты  в) хлоропласты  г) все ответы верны

18. Процесс фотосинтеза протекает в пластидах, содержащих  хлорофилл:

1)а  2) в  3)с

19. Все виды пластид могут образовываться из:

1) пропластид  2) лейкопластов  3) хлоропластов

20.  Длина митохондрий колеблется в пределах от:

  1)  1,5 до 10 мкм  2) от 20 до 30 мкм  3) от 40 до 50 мкм

Часть 2. Выберите правильные суждения:

Главным фотосинтетическим пигментом является хлорофилл а  В  сердце много митохондрий   Внутреннее пространство митохондрий заполнено  матриксом Рибосомы митохондрий прокариотического типа (70S-типа)  Наследуются митохондрии у многих видов по отцовской линии В хлоропласте содержится в среднем  100-200 гран, расположенных в шахматном порядке. Хлорофилл а  обуславливает зеленый цвет хлоропластов Хлоропласты низших растений называют хромопластами В матриксе содержатся различные ферменты (например, ферменты цикла Кребса) В мембраны тилакоидов встроены фотосинтетические пигменты и ферменты   В зависимости от накопленных органических веществ различают: амилопласты,   элайопласты, протеинопласты

  12.Граны связываются друг с другом уплощенными - тилакоиды