§ 10. Основні органели клітини

Продовжуємо нашу «подорож» у внутрішній світ клітини. Ви пам’ятаєте, що постійні структури цитоплазми називають органелами. На цьому уроці ми ознайомимося з будовою та основними функціями таких органел, як мітохондрії, хлоропласти та вакуолі.

Яка будова та функції мітохондрій? Ви знаєте, що без електричної енергії в нашому житлі не було б світла, не працювали б різноманітні електроприлади: телевізори, комп’ютери, пральні машини тощо. Електроенергію виробляють електростанції. Так само і клітина не може існувати без енергії. Енергія витрачається на її ріст, утворення складних речовин з більш простих, транспорт речовин по клітині. Значну частину енергії на ці процеси постачають мітохондрії (мал. 40). Ці органели є в клітинах рослин і тварин. Мітохондрій у клітинах різних типів може бути від 1 до 100 000 і більше, залежно від того, як активно відбуваються процеси перетворення енергії.

Мал. 40. А. Схема будови мітохондрії. Б. Фото мітохондрії, зроблене за допомогою електронного мікроскопа. Знайдіть на малюнку мембрани (1); взини внутрішньої мембрани – кристи (2)

Які є типи пластид? У клітинах рослин є органели, які об’єднують під назвою пластиди. Це хлоропласти, лейкопласти і хромопласти. У хлоропластів є багато спільних рис з мітохондріями. Але в клітинах грибів та багатоклітинних тварин їх немає. У хлоропластах міститься органічна речовина зеленого кольору – хлорофіл (пригадайте органели зеленого кольору, які ви бачили під час виконання лабораторного дослідження; це були саме хлоропласти).

Хлоропласти — органели рослинних клітин, у яких відбуваються процеси фотосинтезу (мал. 41). У них з води та вуглекислого газу утворюються молекули вуглеводів. Ці органели також беруть участь у перетворенні енергії в клітинах.

Мал. 41. А. Схема будови хлоропласта: 1 – мембрана; 2 – мембранні структури, у яких міститься хлорофіл. Б. Фото хлоропласта, зроблене за допомогою електронного мікроскопа

Безбарвні пластиди – лейкопласти – не містять хлорофілу. У них запасаються вуглеводи, білки, олії.

Хромопласти забарвлені в різні кольори: жовтий, червоний, фіолетовий тощо. Вони також не містять хлорофілу, тому зеленими не бувають. Ці пластиди надають різного забарвлення пелюсткам квіток, плодам, осінньому листю тощо.

Цікаво знати, що пластиди одного типу здатні перетворюватися на пластиди іншого типу. Лейкопласти за певних умов здатні перетворюватися на хлоропласти або хромопласти. Під час старіння листків, стебел, дозрівання плодів у хлоропластах може руйнуватися хлорофіл, і вони перетворюються на хромопласти. Але хромопласти на пластиди інших типів не перетворюються (мал. 42).

Мал. 42. Схема взаємоперетворення одних пластид на інші: 1 – хлоропласт; 2 – лейкопласт; 3 – хромопласт

Виявити хлоропласти в клітинах листка елодеї і простежити за їхнім рухом ви зможете, виконавши лабораторне дослідження.

ДОВЕДЕМО НА ПРАКТИЦІ

ЛАБОРАТОРНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ

РУХ ЦИТОПЛАЗМИ В КЛІТИНАХ ЛИСТКА ЕЛОДЕЇ

Обладнання і матеріали: світловий мікроскоп, предметні й накривні скельця, пінцети, препарувальні голки, фільтрувальний папір, дистильована вода, листок елодеї.

1. Перед початком роботи протягом 30-40 хвилин витримайте елодею в теплій воді (+20. +25 °С) за яскравого освітлення.

2. Підготуйте мікроскоп до роботи.

3. Виготовте тимчасовий мікропрепарат живих клітин з листка елодеї, помістіть його в краплину води на предметне скло й накрийте накривним скельцем. Клітини треба брати з листків, розташованих поблизу верхівки пагона.

4. Розгляньте препарат при малому збільшенні мікроскопа, виберіть ділянку із живими клітинами. Зверніть увагу на колір і форму хлоропластів у клітинах.

5. Перемістіть препарат так, щоб у поле зору потрапили видовжені клітини середньої частини листка.

6. При великому збільшенні мікроскопа простежте за рухом хлоропластів (за потреби підігрійте препарат, вводячи під накривне скельце теплу воду).

7. Придивіться до окремого хлоропласта та прослідкуйте за його переміщенням у цитоплазмі. Зверніть увагу на характер руху хлоропласта (рівномірний чи нерівномірний, перевертається чи ні, переміщується в одному чи різних напрямках тощо). Чим зумовлений рух хлоропластів у клітині?

Яка будова та функції вакуоль? Уважно розгляньте малюнок 43. Знайдіть у центрі клітини велику вакуолю (від лат. вакуус – порожній). Вакуолі мають мембрану, яка відокремлює їхній рідкий уміст від цитоплазми. У клітинах дрібні вакуолі зливаються в більші, які можуть займати майже весь об’єм цитоплазми. Такі вакуолі заповнені клітинним соком — водним розчином органічних і неорганічних речовин. У клітинному соку можуть міститися речовини, забарвлені в різні кольори – червоні, сині, жовті та ін. Вони зумовлюють забарвлення квіток, плодів тощо. Функції вакуоль клітин рослин різноманітні. Вони забезпечують збереження форми клітини, запасають поживні речовини або накопичують непотрібні клітині речовини.

У клітинах тварин немає вакуоль з клітинним соком, однак у деяких одноклітинних твариноподібних організмів та одноклітинних водоростей є скоротливі вакуолі. Про їхні функції ви дізнаєтеся згодом.

Серед клітинних органел особливе місце посідає ендоплазматична сітка. Це сукупність з’єднаних між собою маленьких канальців (мал. 44, 1). На поверхні частини канальців за допомогою електронного мікроскопа можна помітити дрібні кулясті органели.

Мал. 43. Клітина рослини: 1 – вакуоля з клітинним соком; 2 – клітинна оболонка; 3 – цитоплазма; 4 – ядро; 5 – хлоропласт; 6 – мітохондрія

Мал. 44. Ендоплазматична сітка (1); рибосоми (2), комплекс Гольджі (3)

Це рибосоми (мал. 44, 2). За їхньої участі утворюються білки. Речовини, утворені на ендоплазматичній сітці, накопичуються в комплексі Гольджі – сукупності сплощених порожнин (мал. 44, 3). За допомогою комплексу Гольджі речовини можуть змінюватися, транспортуватися до інших частин клітини або виводитися з неї.

УЗАГАЛЬНИМО ЗНАННЯ

• Мітохондрії – своєрідні енергетичні станції клітини: вони забезпечують її енергією.
• У клітинах рослин є три типи пластид: зелені – хлоропласти, безбарвні – лейкопласти, забарвлені в різні кольори, крім зеленого, – хромопласти. У хлоропластах здійснюється фотосинтез.
• Вакуолі рослинних клітин заповнені клітинним соком з розчиненими неорганічними та органічними речовинами.

Поповніть свій біологічний словник: мітохондрії, хлоропласти, вакуолі.

ПЕРЕВІРТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ

Виберіть одну правильну відповідь

• 1. Своєрідними енергетичними станціями клітини є: а) лейкопласти; б) хромопласти; в) вакуолі; г) мітохондрії.
• 2. Укажіть тип пластид, які здатні до фотосинтезу: а) лейкопласти; б) хлоропласти; в) хромопласти.
• 3. Основна функція лейкопластів: а) здійснення фотосинтезу; б) запасання поживних речовин; в) збереження форми клітини; г) транспорт речовин у клітину.

Дайте відповідь на запитання

• 1. Яка функція мітохондрій?
• 2. Чому хлоропласти мають зелений колір?
• 3. Які функції лейкопластів і хромопластів?
• 4. Які види вакуоль ви знаєте? Які їхні функції?

Поміркуйте. Чому зеленіють бульби картоплі, які тривалий час перебували на світлі?

Органели клітини і їх функції

Органели – це постійні внутрішньоклітинні структури, які мають певну будову і виконують відповідні функції. Органели діляться на дві групи:

Мембранні органели представлені двома варіантами:

Двомембранними компонентами є:

До одномембранних відносяться органели вакуолярної системи:

• ендоплазматичний ретикулум;
• комплекс Гольджі;
• лізосоми;
• вакуолі рослинних і грибних клітин;
• пульсуючі вакуолі та ін.

До немембранних органел відносяться рибосоми і клітинний центр, які постійно присутні в клітині. Виразність елементів цитоскелету (постійного компонента клітини) може значно змінюватися протягом клітинного циклу – від повного зникнення одного компонента (наприклад, цитоплазматичних трубочок під час поділу клітини) до появи нових структур (веретена поділу).

Загальною властивістю мембранних органел є те, що всі вони побудовані з ліпопротеїдних плівок (біологічних мембран), що замикаються самі на себе так, що утворюються замкнуті порожнини, або відсіки. Внутрішній вміст цих відсіків завжди відрізняється від гіалоплазми.

Двомембранні органели

До двомебранних органел відносяться пластиди і мітохондрії.

Пластида – характерні органели клітин автотрофних еукаріотичних організмів.

Їх забарвлення, форма і розміри дуже різноманітні. Розрізняють хлоропласти, хромопласти і лейкопласти.

Хлоропласти мають зелений колір, обумовлений присутністю основного пігменту – хлорофілу. Хлоропласти містять також допоміжні пігменти – каротиноїди (помаранчевого кольору). За формою хлоропласти – це овальні лінзовидні тільця розміром (5-10) х (2-4) мкм. В одній клітці листа може перебувати 15-20 і більше хлоропластів, а у деяких водоростей – лише 1-2 гігантських хлоропласта (хроматофора) різної форми.

Зовнішня мембрана відмежовує рідку внутрішню гомогенну середу хлоропласта – строму (матрикс). У стромі містяться білки, ліпіди, ДНК (кільцева молекула), РНК, рибосоми і запасні речовини (ліпіди, крохмальні і білкові зерна) а також ферменти, що беруть участь у фіксації вуглекислого газу.

Внутрішня мембрана хлоропласта утворює впячування всередину строми – тилакоїди, або ламелли, які мають форму сплощених мішечків (цистерн). Кілька таких тилакоїдів, що лежать один над одним, утворюють грану, і в цьому випадку вони називаються тілакоїдамі грани. Саме в мембранах тилакоїдів локалізовані світлочутливі пігменти, а також переносники електронів і протонів, які беруть участь у поглинанні і перетворенні енергії світла.

Хлоропласти в клітці здійснюють процес фотосинтезу.

Лейкопласти – дрібні безбарвні пластиди різної форми. Вони бувають кулястими, еліпсоїдними, гантелевидними, чашоподібними і т. д. У порівнянні з хлоропластами у них слабо розвинена внутрішня мембранна система.

Лейкопласти в основному зустрічаються в клітинах органів, прихованих від сонячного світла (коренів, кореневищ, бульб, насіння). Вони здійснюють вторинний синтез і накопичення запасних поживних речовин – крохмалю, рідше жирів і білків.

Хромопласти відрізняються від інших пластид своєрідною формою (дисковидною, зубчастою, серповидною, трикутною, ромбічною тощо) і забарвленням (помаранчеві, жовті, червоні). Хромопласти позбавлені хлорофілу і тому не здатні до фотосинтезу. Внутрішня мембранна структура їх слабо виражена.

Хромопласти присутні в клітинах пелюсток багатьох рослин:

Яскравий колір цих органів обумовлений різними пігментами, що відносяться до групи каргіноідів, які зосереджені в хромопласти. Таким чином, весь процес взаємоперетворення пластид можна представити у вигляді ряду змін, що йдуть в одному напрямку – від пропластид до хромопластів.

Мітохондрії – невід’ємні компоненти всіх еукаріотчних клітин.

Вони являють собою гранулярні або ниткопододібні структури товщиною 0,5 мкм і довжиною до 7-10 мкм.

Мітохондрії обмежені двома мембранами – зовнішньою і внутрішньою. Між зовнішньою і внутрішньою мембранами є так зване перімітохондріальний простір, який є місцем скупчення іонів водню Н +.

Зовнішня мітохондріальна мембрана відокремлює її від гіалоплазми. Внутрішня мембрана утворює безліч впячувань всередину мітохондрій – так званих крист. На мембрані крист або всередині неї розташовуються ферменти, у тому числі переносники електронів та іонів водню Н + , які беруть участь у кисневому диханні.

Зовнішня мембрана відрізняється високою проникністю, і деякі з’єднання легко проходять через неї. Внутрішня мембрана менш проникна. Обмежений нею внутрішній вміст мітохондрії (матрикс) за складом близький до цитоплазми.

Матрикс містить різні білки, в тому числі:

• ферменти;
• ДНК (кільцева молекула);
• всі типи РНК;
• амінокислоти;
• рибосоми;
• ряд вітамінів.

ДНК забезпечує деяку генетичну автономність мітохондрій, хоча в цілому їх робота координується ДНК ядра.