Curs 7. Organele cu două membrane
Mitocondrii. Dvumembrannye, organite semi-autonome care furnizează energie primară celule produse prin oxidarea moleculelor organice cu oxigen. Prezent în celulele ciuperci, plante și animale. Forma, mărimea și cantitatea mitocondriilor variază enorm. Forma mitocondrii poate fi în formă de tijă, rotundă, în spirală, în formă de cupă, ramificată. Lungimea mitocondriile variază de la 1,5 până la 10 microni în diametru - de la 0,25 la 1,00 microni. Numărul de mitocondrială in celula poate ajunge în acele celule, care au nevoie de o mulțime de energie, de ex., E. Numărul mitocondriilor este dependentă de activitatea metabolică a celulei. In plus, cel mai mare număr de mitocondrii localizate în site-urile de celule care consumă mai multă energie - în apropierea pompelor de ioni, in celulele musculare - lângă myofibrils.
Fig. Structura și formarea mitocondriilor
Structura. Mitochondria are o membrană cu două membrane, membrana exterioară este netedă, membrana interioară formează numeroase pliuri - cristae. Cristi mărește suprafața membranei interioare, enzimele lanțului respirator fiind situate pe ele. crearea unui gradient de proton electrochimic în spațiul intermembranar și corpuri asemănătoare ciupercilor - sintetază ATP. fiecare dintre acestea constând dintr-o tulpină care pătrunde în membrană și un cap îndreptat spre matrice. ATP sintetazele sunt responsabile pentru fosforilarea ADP la ATP.
Lățimea spațiului intermembranar (rezervorul de protoni) este de 10-20 nm.
Spațiul intern al mitocondriilor este umplut cu un mediu intern, o matrice. Matricea conține diferite enzime (de exemplu, enzimele ciclului Krebs), ADN circular. conținând numai 37 de gene într-o cantitate de la 1 la 50 de astfel de molecule și aparate proprii de sinteză a proteinelor.
ADN-ul mitocondrial nu este legat de proteine ("goale"), atașat la membrana interioară. Pentru construirea mitocondriilor necesita mult mai multe proteine decât ADN-ul mitocondrial codifică inelul, deci trebuie remarcat faptul că informația despre proteinele cele mai multe mitocondriale continute in ADN-ul nuclear, iar proteinele sunt sintetizate în citoplasmă și apoi transportat în mitocondrie. ADN-ul mitocondrial codifică mARN, tARN, rRNA, formând propriile sisteme de replicare a ADN-ului, transcripția și translația unor proteine. Codul genetic al ADN-ului mitocondrial are câteva diferențe față de codul genetic al eucariotelor. Ribozomii mitocondriilor tip procariote (70S-tip), majoritatea proteinelor ribozomale sintetizate în citoplasmă și apoi transportate în mitocondrii.
Reproducerea. Mitochondria trăiește timp de aproximativ 10 zile, fiind capabilă să se multiplice prin împărțirea sau dezlipirea mitocondriilor noi de cele existente anterior; distrugerea lor se produce prin autofagie. Mitochondria este moștenită în multe specii, inclusiv la om, pe linia maternă, iar mitocondriile tatălui sunt distruse în timpul fertilizării.
Origine. Conform mitocondriile teoriei symbiogenesis provenit de la organisme procariote liber aerobe vechi care au pătruns accidental în celula gazdă (Archaea anaerob) formată cu un complex de simbioză reciproc avantajoase. Următoarele date demonstrează această ipoteză. În primul rând, ADN-ul mitocondrial are aceleași trăsături structurale ca ADN-ul bacteriilor moderne (închis într-un inel, care nu este asociat cu proteinele). În al doilea rând, ribozomii mitocondriali și ribozomii de bacterii aparțin aceluiași tip - tip 70S. În al treilea rând, mecanismul de divizare a mitocondriilor este similar cu cel al bacteriilor. În al patrulea rând, sinteza proteinelor mitocondriale și bacteriene este suprimată de aceleași antibiotice. Dar în procesul de evoluție a majorității genelor din mitocondrie mutat în nucleu, iar sinteza majorității proteinelor mitocondriale are loc în citoplasmă celulei, adică. E. Mitocondriile sunt organite semiautonom celulelor eucariote.
Funcția. Funcția principală este oxidarea moleculelor organice cu formarea de energie sub formă de căldură și sub formă de ATP. Dar în celulele de grăsime brună (de exemplu, în urs în timpul somnului de iarnă) mitocondriile nu formează ATP, toată energia este eliberată sub formă de căldură și menține o anumită temperatură a corpului. În plus, în mitocondriile, sintetizează unele (aproximativ 5%) proteine mitocondriale.
Plastidele sunt caracteristice numai celulelor vegetale. Există trei tipuri principale de plastide: leucoplaste - plastide incolore în celulele părți nevopsite ale plantelor, cromoplaste - plastidele sunt de obicei colorate cloroplaste galben, roșu și portocaliu, - plastide verzi.
Fig. Structura plastidelor
1 - membrană externă; 2 - membrană internă; 3 -stroma; 4-tilacoid; 5-granule; 6 - lamelă; 7 - boabe de amidon primar; 8 - picături de lipide.
Cloroplaste. În celulele plantelor superioare, cloroplastele au forma unei lentile biconvexe. Lungimea cloroplastelor variază între 5 și 10 μm, diametrul variază de la 2 la 4 μm. Cloroplastele sunt limitate la două membrane. Membrana exterioară este netedă, membrana interioară are o structură pliată complexă. Cea mai mică pliu se numește tilacoid. Un grup de tylakoide stivuite ca o grămadă de monede se numește un boabe. Cloroplastul conține o medie de 40-60 de boabe aranjate în ordine eșalonată. Granulele sunt conectate între ele prin canale aplatizate - lamele. Pigmenții fotosintetici și enzimele care susțin sinteza ATP sunt încorporate în membranele tialacoide. Principalul pigment fotosintetic este clorofila a. este cauza culorii verzi a cloroplastelor. Spațiul interior al cloroplastelor este umplut cu o stromă. În stomă există ADN inelar "goale", ribozomi de tip 70S, enzime din ciclul Calvin, boabe primare de amidon. În interiorul fiecărui tilacoid este un rezervor de protoni, se produce acumularea de "H +". Cloroplastele, precum și mitocondriile, sunt capabile de reproducere autonomă prin împărțirea în două sau formate din proplastide.
Cloroplastele se găsesc în celulele părților verzi ale plantelor superioare, în special multe cloroplaste din frunze și fructe verzi. Cloroplastele plantelor inferioare se numesc cromatografi.
Funcția principală a cloroplastelor este fotosinteza. Se crede că cloroplastele au provenit din cianobacteriile endosimbotice antice (teoria simbiogenezei). Baza pentru o astfel de presupunere este asemănarea cloroplastelor și a bacteriilor moderne pentru o serie de caracteristici (inel, ADN "gol", ribozomi de tip 70S, o metodă de reproducere).
Leucoplaste. Forma variază (globular, rotund, în formă de cupă etc.). Leucoplastele sunt limitate la două membrane. Membrana exterioară este netedă, membrana interioară formează tilacoide mici. În stomă există ADN inelar "gol", ribozomi de tip 70S, enzime pentru sinteza și hidroliza nutrienților de rezervă. Pigmentele sunt absente. Mai ales multe leucoplaste au celule ale organelor subterane ale plantei (rădăcini, tuberculi, rizomi, etc.). Funcție: sinteza, depozitarea și stocarea de nutrienți de rezervă. În funcție de substanțele organice acumulate, distingem amiloplastele - leucoplastele, care sintetizează și acumulează amidonul, elioplasturile - uleiurile, proteinele proteice - proteinele. În plus, se pot acumula substanțe diferite în același leucoplast.
Cromoplaste. Limitat la două membrane. Membrana exterioară este netedă, internă sau netedă, sau formează un singur tilacoid. În stomă există ADN inel și pigmenți - carotenoide, dând cromoplastelor o culoare galbenă, roșie sau portocalie. acumulare Forma de pigmenți variază: sub formă de cristale, picaturi de lipide și altele ținute în cuști de fructe coapte, petale, frunze de toamna rar - rădăcini .. Cromoplastele sunt considerate etapa finală de dezvoltare a plastidelor.
Funcție: vopsirea florilor și a fructelor și atragerea astfel a polenizatorilor și a distribuitorilor de semințe.
Toate tipurile de plastide pot fi formate din proplastide. Proplastidele sunt organoide mici conținute în țesuturile educaționale ale embrionului de semințe. Deoarece plastidele au o origine comună, interconversiile sunt posibile între ele. Leucoplastele pot fi transformate în cloroplaste (tuberculii verzi de cartofi în lumină) și cromoplasti (la maturarea culturilor de rădăcini). Cloroplastele în întuneric sunt leucoplaste toamna, distrugerea clorofilei - cromoplaste (schimbarea culorii frunzelor asociate cu identificarea carotenoide - pigmenti de xantofile galbeni și pigmenți portocalii caroten). Transformarea cromoplastelor în leucoplaste sau cloroplaste este considerată imposibilă.
Structura și funcțiile nucleului. De regulă, celula eucariote are un nucleu, dar există celule cu două nuclee (infusoria) și multinucleate (opalină). Unele celule foarte specializate pierd din nou nucleul (eritrocite de mamifere, tuburi de sârmă angiospermică). Forma miezului este de obicei sferică, diametrul este de 3 până la 10 μm.
Fig. Structura nucleului
Nucleu din citoplasmă delimitat cu membrana nucleară a două membrane între care spațiul perinuclear, fantă îngustă (15-40 nm), umplut cu substanță semilichidă. În unele locuri, membranele se îmbină între ele, formând pori prin care are loc metabolismul între nucleu și citoplasmă. Membrana exterioară este acoperită cu ribozomi și este legată de membrane de EPS granular, formând un singur sistem de canale de comunicare.
Membrana interioară este netedă, sub ea este un laminat nuclear - parte a carioscheletului, constând din filamente intermediare. Lama nucleară susține forma nucleului, participă la ambalarea ordonată a cromatinei în interiorul nucleului și la organizarea porilor nucleari.
Karyoplasma (sucul nuclear, nucleoplasma) este mediul intern al nucleului, în care sunt localizate cromatina și unul sau mai multe nucleoli. Compoziția sucului nuclear include diverse proteine (inclusiv enzimele nucleului), nucleotide libere.
Nucleul este un corp rotund, dens, scufundat în sucuri nucleare. Numărul de nucleoli depinde de starea funcțională a nucleului și variază de la 1 la 10 sau mai mult. Nucleoli se găsesc numai în nucleele neuniforme, în timpul mitozei dispare. Nucleul se formează în anumite regiuni ale cromozomilor care conțin informații despre structura ARNm. Astfel de situri sunt numite organizatori nucleolari și conțin numeroase copii ale genelor care codifică ARNm. Subunitățile RRNA sunt formate din ARNm și proteinele din citoplasmă. Astfel, nucleolul este un grup de subunități rRNA și ribozomale în diferite stadii ale formării lor.
Cromatină - structuri nucleoproteinice interne ale nucleului, colorate de niște coloranți și având o formă diferită de nucleol. Cromatina are aspectul de aglomerări, granule și filamente. Compoziția chimică a cromatinei: ADN (30-45%), proteine histone (30-50%), proteine non-histone (4-33%), Cromatina este un complex de dezoxiribonucleoproteine (DNP). În funcție de starea funcțională, se disting cromatina: heterochromatin și euchromatin. Euchromatina - părți genetic active, heterochromatina - inactivitate genetică a cromatinei. Eucromatina cu microscopie ușoară nu este distinctă, slab colorată și prezintă secvențe de cromatină deconcentrate (despiralizate, nedeclarate). Heterochromatinul sub microscopul luminos are aspectul de bulgări sau granule, colorat intens și reprezintă zone condensate (spirală, compactată) de cromatină. Cromatina este o formă de existență a materialului genetic în celule interfazice. În timpul diviziunii celulare (mitoză, meioză), cromatina este transformată în cromozomi.
Funcțiile kernelului: stocarea informațiilor ereditare și transferarea lor către celulele fiice în procesul de divizare, reglarea activității vitale a celulei prin reglarea sintezei diferitelor proteine, localizarea formării subunităților ribozomilor.
Fig. Structura cromozomilor. Compactarea ADN
1 - cromozom echilibrat (metacentric); 2 - cromozom non-egalizator (submetacentric); 3 - cromozom brusc neegalabil (acrocentric); 4 - un cromozom cu un singur corp (telocentric); 5 - cromozomul prin satelit; 6 - cromatide; 7 - centromere; 8 - telomeres; 9 - sateliți; 10 - organizatori nucleolari; 11 - cromozomi omologi.
Cromozomii sunt organele nucleului, care sunt cromatină condensată și apar în celulă în timpul mitozei sau meiozei. Cromozomii și cromatina sunt diferite forme de organizare spațială a complexului de deoxiribonucleoproteină (DNP), care corespunde diferitelor faze ale ciclului de viață al celulei. Compoziția chimică a cromozomilor este aceeași ca și în cromatină: ADN până la 40%, proteine până la 60%. Baza cromatidului este o moleculă continuă de ADN dublu catenar,
lungimea ADN a unui cromatid poate ajunge la câțiva centimetri. Este clar că o moleculă de această lungime nu poate fi localizată în cușcă într-o formă alungită, dar este supusă împachetării, obținând o structură tridimensională definită sau conformație. Următoarele niveluri de ambalare spațială a ADN și DNP se disting: nucleozomale (înveliș ADN pe globulele de proteine - nucleozomi). Fiecare globule, nucleozomul constă din 8 molecule de proteine histone, ADN-ul face aproximativ 1,75 cifră de afaceri în jurul nucleozomului. Nucleozomii sunt răsuciți în spirală pentru a forma un fibrină nucleozomală; fibrilul nucleozomial se asamblează în bucle mari, distanțate foarte aproape, formând o cromonă. Cromonul este răsucite într-o suprasolicitare, formând un cromatid. Cromozomul înainte de împărțirea celulei constă în două cromatide. În cromozom se distinge constricția primară, umerii cromozomului (părți ale cromozomului de pe ambele părți ale constricției primare), telomeres (secțiunile de capăt ale umerilor care protejează cromozomii de lipirea împreună). Unele cromozomi au secvențe secundare care separă o parte a cromozomului, numită însoțitor (la om, cinci perechi de cromozomi au restricții secundare). În zona constricțiilor secundare, copii ale genelor care conțin informații despre structura ARNm, prin urmare, acești cromozomi se numesc nucleul-formatori. Prin poziție, centromerele cromozomului sunt împărțite în metacentrice (echilaterale), submetacentrice (neechilaterale), acrocentrice (brusc inegale), centrice pe corp (o coloană vertebrală) și satelit.
Fig. Idiograma unui cariotip uman
În procesul de transformare a cromatinei în cromozomi, DNP formează nu numai spirale și super-spirale, ci și bucle și super-bucle. Prin urmare, procesul de formare a cromozomilor, care are loc în proza mitozei sau meioza profazei 1, este mai bine numit nu condensare, ci condensare cromozomială.
Celulele somatice conțin un set dublu-2n de cromozomi diploid. Celulele genitale sunt haploide, single-n. Setul diplomatic de muște de fructe - 8, cimpanzeu - 48, cancer de râu - 196 de cromozomi. Cromozomii din setul diploid sunt împărțiți în perechi, cromozomii unei perechi au aceeași structură, dimensiune, set de gene și se numesc omologi.
Cariotipul este o colecție de caracteristici referitoare la numărul, dimensiunea și structura cromozomilor metafază caracteristice unei specii.
O idiogramă este o reprezentare grafică a unui cariotip. În reprezentanții diferitelor specii, cariotipurile sunt diferite, ale aceleiași specii - la fel. Autozomii sunt cromozomi, la fel pentru cariotipurile masculine și feminine. Cromozomii de sex sunt cromozomi, conform cărora cariotipul masculin diferă de cel feminin. Cariotipul uman (2n = 46, n = 23) conține 22 de perechi de autozomi și 1 pereche de cromozomi sexuali. Cromozomii sexului unei femei sunt "XX", bărbații sunt "XY". Cromozomul X - submetacentric, Y-cromozomul - acrocentric.
Funcțiile cromozomilor sunt stocarea informațiilor ereditare și transferul de material genetic din celula mamă către celulele fiice.
Condiții și concepte cheie
1. Cristale, matrice. 2. Rezervor de protoni de mitocondrie. 3. Tilacoide, granule, lamele. 4. Cromatofori. 5. Amiloplaste, elioplaste, proteoplasti. 6. Lamă nucleară. 7. nucleul. 8. Cromatină, eucromatină, heterochromatin. 9. Nucleozom, fibrilă nucleozomală. 10. Chromonemul, cromatida. 11. Karyotype, idiogramă. 12. Cromozomi omologi. 13. Centromere, telomer, constricție secundară. 13. Organizator de nucleu.
Întrebări cheie pentru repetare
1. Structura mitocondriilor.
2. Enzimele membranei interioare a mitocondriilor.
3. Originea și funcția mitocondriilor.
4. Structura și funcția cloroplastelor.
5. Tipuri și funcții ale leucoplastelor și cromoplastelor.
6. Structura și funcțiile nucleului.
7. Structura și tipurile de cromozomi.
8. Nivelurile principale ale ambalării ADN-ului spațial în cromozom.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: