Комплекс Гольджи представляет собой стопку дискообразных мембранных мешочков (цистерн), несколько расширенных ближе к краям, и связанную с ними систему пузырьков Гольджи. В растительных клетках обнаруживается ряд отдельных стопок (диктиосомы), в животных клетках часто содержится одна большая или несколько, соединённых трубками, стопок.
1. Накапливает и выводит органические вещества, синтезируемые в эндоплазматической сети
2. Образует лизосомы
3. Формирование углеводных компонентов гликокаликса - в основном, гликолипидов.
Лизосомы представляют собой неотъемлемую часть состава клетки. Они являются разновидностью везикул. Эти клеточные помощники, являясь частью вакуома, покрыты оболочкой из мембраны и наполнены гидролитическими ферментами. Важность существования лизосом внутри клетки обеспечена секреторной функцией, которая необходима в процессе фагоцитоза и аутофагоцитоза.
Выполняют пищеварительную функцию - переваривают пищевые частицы и удаляют отмершие органоиды.
Первичные лизосомы - это мелкие мембранные пузырьки, которые имеют деаметр около ста нм, заполненные гомогенным мелкодисперсным содержимым, являющим собой набор гидролитических ферментов. В лизосомах есть около сорока ферментов.
Вторичные лизосомы образуются при слиянии первичных лизосом с эндоцитозными либо с пиноцитозными вакуолями. Если сказать иначе, то вторичные лизосомы - это внутриклеточные пищеварительные вакуоли, ферменты которых поставляются первичными лизосомами, а материал для переваривания - эндоцитозной (пиноцитозной) вакуолью.
19. Эпс, ее разновидности, роль в процессах синтеза веществ.
Эндоплазматическая сеть в разных клетках может быть представлена в форме уплощенных цистерн, канальцев или отдельных везикул. Стенка этих образований состоит из билипидной мембраны и включенных в нее некоторых белков и отграничивает внутреннюю среду эндоплазматической сети от гиалоплазмы.
Различают две разновидности эндоплазматической сети:
зернистая (гранулярная или шероховатая);
незернистая или гладкая.
На наружной поверхности мембран зернистой эндоплазматической сети содержатся прикрепленные рибосомы. В цитоплазме могут быть обе разновидности эндоплазматической сети, но обычно преобладает одна форма, что и обуславливает функциональную специфичность клетки. Следует помнить, что названные две разновидности являются не самостоятельными формами эндоплазматической сети, так как можно проследить переход зернистой эндоплазматической сети в гладкую и наоборот.
Функции зернистой эндоплазматической сети:
синтез белков, предназначенных для выведения из клетки ("на экспорт");
отделение (сегрегация) синтезированного продукта от гиалоплазмы;
конденсация и модификация синтезированного белка;
транспорт синтезированных продуктов в цистерны пластинчатого комплекса или непосредственно из клетки;
синтез билипидных мембран.
Гладкая эндоплазматическая сеть представлена цистернами, более широкими каналами и отдельными везикулами, на внешней поверхности которых отсутствуют рибосомы.
Функции гладкой эндоплазматической сети:
участие в синтезе гликогена;
синтез липидов;
дезинтоксикационная функция - нейтрализация токсических веществ, посредством соединения их с другими веществами.
Пластинчатый комплекс Гольджи (сетчатый аппарат) представлен скоплением уплощенных цистерн и небольших везикул, ограниченных билипидной мембраной. Пластинчатый комплекс подразделяется на субъединицы - диктиосомы. Каждая диктиосома представляет собой стопку уплощенных цистерн, по периферии которых локализуются мелкие пузырьки. При этом, в каждой уплощенной цистерне периферическая часть несколько расширена, а центральная сужена.
Так и животных, и обычно состоит из совокупности чашеобразных отделов с мембраной, называемых цистернами, которые выглядят как стопка сдутых воздушных шаров.
Однако у некоторых одноклеточных жгутиковых имеется 60 цистерн, формирующих аппарат Гольджи. Точно так же количество стопок комплекса Гольджи в изменяется в зависимости от ее функций. , как правило, содержат от 10 до 20 стопок на одну клетку, объединенных в один комплекс трубчатыми соединениями между цистернами. Аппарат Гольджи обычно расположен близко к .
История открытия
Из-за относительно больших размеров комплекс Гольджи был одной из первых наблюдаемых органелл в клетках. В 1897 году итальянский врач по имени Камилло Гольджи, изучающий нервную систему, использовал новую технологию окрашивания, которую сам же разработал (и которая актуальна в наши дни). Благодаря новому методу, ученый смог разглядеть клеточную структуру и назвал ее внутренним ретикулярным аппаратом.
Вскоре после того, как он публично объявил о своем открытии в 1898 году, структура была названа в его честь, становясь универсально известной как аппарат Гольджи. Тем не менее, многие ученые того времени не верили, что Гольджи наблюдал настоящую органеллу клетки, и списывали открытие ученного на визуальное искажение, вызванное окрашиванием. Изобретение электронного микроскопа в двадцатом веке окончательно подтвердило, что аппарат Гольджи является клеточной органеллой.
Строение
У большинства эукариот аппарат Гольджи формируется из стопок мешочков, состоящих из двух основных отделов: цис-отдела и транс-отдела. Цис-отдел представляет собой комплекс сплюснутых мембранных дисков, известных как цистерны, происходящие из везикулярных кластеров, которые устремляются из эндоплазматического ретикулума.
Клетки млекопитающих обычно содержат от 40 до 100 стопок. Как правило, от в каждая стопка включает от 4 до 8 цистерн. Однако у некоторых наблюдается около 60 цистерн. Этот набор цистерн разбит на цис, медиальные и транс-отделы. Транс-отдел представляет собой конечную цистернальную структуру, из которой белки упаковываются в везикулы, предназначенные для лизосом, секреторных везикул или клеточной поверхности.
Функции
Аппарат Гольджи часто считается отделом распределения и доставки химических веществ клетки. Он модифицирует белки и липиды (жиры), которые продуцируются в , и готовит их для экспорта за пределы клетки или для транспортировки в другие места внутри клетки. Белки и липиды, построенные в гладком и шероховатом эндоплазматическом ретикулуме, укладываются в крошечные пузырьковые везикулы, которые движутся через , пока не достигнут комплекса Гольджи.
Везикулы сливаются с мембранами Гольджи и высвобождают, содержащиеся внутри молекулы в органеллу. Оказавшись внутри, соединения дополнительно обрабатываются с помощью аппарата Гольджи, а затем направляются в везикуле к месту назначения внутри или вне клетки. Экспортируемые продукты представляют собой секреции белков или гликопротеинов, которые являются частью функции клетки в организме. Другие вещества возвращаются в эндоплазматический ретикулум или могут созревать, чтобы впоследствии стать .
Модификации молекул, которые осуществляются в комплексе Гольджи, происходят упорядоченным образом. Каждая цистерна имеет два основных отдела: цис-отдел - это конец органеллы, где вещества поступают из эндоплазматического ретикулума для обработки, а также транс-отдел, где они выходят в форме меньших отдельных везикул. Следовательно, цис-отдел расположен вблизи эндоплазматического ретикулума, откуда поступает большая часть веществ, а транс-отдел расположен вблизи клетки, куда отправляются многие из веществ, модифицирующиеся в аппарате Гольджи.
Химический состав каждого отдела, а также ферменты, содержащиеся в люменах (внутренних открытых пространствах цистерн) между отделами, являются отличительными. Белки, углеводы, фосфолипиды и другие молекулы, образующиеся в эндоплазматическом ретикулуме, переносятся на аппарат Гольджи, чтобы подвергнутся биохимическому модифицированию при переходе от цис к транс-отделам комплекса. Ферменты, присутствующие в люмене Гольджи, модифицируют углеводную часть гликопротеинов путем добавления или вычитания отдельных мономеров сахара. Кроме того, аппарат Гольджи сам по себе производит самые разнообразные макромолекулы, включая полисахариды.
Комплекс Гольджи в растительных клетках продуцирует пектины и другие полисахариды, необходимые для структуры растений и обмена веществ. Продукты, экспортируемые аппаратом Гольджи через транс-отдел, в конечном итоге сливаются с плазматической мембраной клетки. Среди наиболее важных функций комплекса - сортировка большого количества макромолекул, продуцируемых клеткой, и их транспортировка в необходимые пункты назначения. Специализированные молекулярные идентификационные метки или метки, такие как фосфатные группы, добавляются ферментами Гольджи, чтобы помочь в этом процессе сортировки.
1. К какой группе органоидов относятся лизосомы, эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи?
Одномембранные, двумембранные, немембранные.
Лизосомы, эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи являются одномембранными органоидами.
2. Каково строение и функции эндоплазматической сети? Чем шероховатая ЭПС отличается от гладкой?
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) представляет собой систему каналов и полостей, окружённых мембраной и пронизывающих гиалоплазму клетки. Мембрана эндоплазматической сети по строению сходна с плазмалеммой. ЭПС может занимать до 50% объёма клетки, её каналы и полости нигде не обрываются и не открываются в гиалоплазму.
Различают шероховатую и гладкую ЭПС. На мембране шероховатой ЭПС расположено множество рибосом, мембрана гладкой ЭПС не содержит рибосом. На рибосомах шероховатой ЭПС синтезируются белки, выводимые за пределы клетки, а также мембранные белки. На поверхности гладкой ЭПС происходит синтез липидов, олиго- и полисахаридов. Кроме того, в гладкой ЭПС, накапливаются ионы Са 2+ – важные регуляторы функций клеток и организма в целом. Гладкая ЭПС клеток печени осуществляет процессы расщепления и обезвреживания токсичных веществ.
Шероховатая ЭПС лучше развита в клетках, которые синтезируют большое количество белков (например, в клетках слюнных желез и поджелудочной железы, осуществляющих синтез пищеварительных ферментов; в клетках поджелудочной железы и гипофиза, вырабатывающих гормоны белковой природы). Гладкая ЭПС хорошо развита в клетках, которые синтезируют, например, полисахариды и липиды (клетки надпочечников и половых желез, вырабатывающие стероидные гормоны; клетки печени, осуществляющие синтез гликогена и др.).
Вещества, которые образуются на мембранах ЭПС, накапливаются внутри полостей сети и преобразуются. Например, белки приобретают свойственную им вторичную, третичную или четвертичную структуру. Затем вещества заключаются в мембранные пузырьки и транспортируются в комплекс Гольджи.
3. Как устроен комплекс Гольджи? Какие функции он выполняет?
Комплекс Гольджи – это система внутриклеточных мембранных структур: цистерн и пузырьков, в которых накапливаются и модифицируются вещества, синтезированные на мембранах ЭПС.
Вещества доставляются в комплекс Гольджи в мембранных пузырьках, которые отшнуровываются от ЭПС и присоединяются к цистернам комплекса Гольджи. Здесь эти вещества претерпевают различные биохимические превращения, а затем снова упаковываются в мембранные пузырьки и большая их часть транспортируется к плазмалемме. Мембрана пузырьков сливается с цитоплазматической мембраной, а содержимое выводится за пределы клетки. В комплексе Гольджи растительных клеток синтезируются полисахариды клеточной стенки. Ещё одна важная функция комплекса Гольджи – образование лизосом.
4. Самые крупные комплексы Гольджи (до 10 мкм) обнаружены в клетках эндокринных желез. Как вы думаете, с чем это связано?
Главная функция клеток эндокринных желез – секреция гормонов. Синтез гормонов происходит на мембранах ЭПС, а накопление, преобразование и выведение этих веществ осуществляет комплекс Гольджи. Поэтому в клетках эндокринных желез сильно развит комплекс Гольджи.
5. Что общего в строении и функциях эндоплазматической сети и комплекса Гольджи? Чем они отличаются?
Сходство:
● Представляют собой комплексы внутриклеточных мембранных структур, ограниченных одинарной мембраной от гиалоплазмы (т.е. являются одномембранными органоидами).
● Способны отделять мембранные пузырьки, содержащие различные органические вещества. Вместе составляют единую систему, обеспечивающую синтез веществ, их модификацию и выведение из клетки (обеспечивают "экспорт").
● Лучше всего развиты в тех клетках, которые специализируются на секреции биологически активных веществ.
Различия:
● Основные мембранные компоненты эндоплазматической сети – каналы и полости, а комплекса Гольджи – уплощённые цистерны и мелкие пузырьки.
● ЭПС специализируется на синтезе веществ, а комплекс Гольджи – на накоплении, модификации и выведении из клетки.
И (или) другие существенные признаки.
6. Что представляют собой лизосомы? Как они образуются? Какие функции выполняют?
Лизосомы – небольшие мембранные пузырьки, которые отшнуровываются от цистерн аппарата Гольджи и содержат набор пищеварительных ферментов, способных расщеплять различные вещества (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и др.) до более простых соединений.
Пищевые частицы, поступающие в клетку извне, упаковываются в фагоцитарные пузырьки. Лизосомы сливаются с этими пузырьками – так образуются вторичные лизосомы, в которых под действием ферментов питательные вещества расщепляются до мономеров. Последние путём диффузии поступают в гиалоплазму, а непереваренные остатки выводятся за пределы клетки путём экзоцитоза.
Помимо переваривания веществ, поступивших в клетку извне, лизосомы принимают участие в расщеплении внутренних компонентов клетки (молекул и целых органоидов), повреждённых или отслуживших свой срок. Этот процесс получил название аутофагии. Кроме того, под действием ферментов лизосом может происходить самопереваривание старых, утративших функциональную активность или повреждённых клеток и тканей.
7*. Предположите, почему ферменты, находящиеся в лизосоме, не расщепляют её собственную мембрану. К каким последствиям для клетки может привести разрыв мембран лизосом?
Структурные компоненты мембран лизосом ковалентно связаны с большим количеством олигосахаридов (необычайно сильно гликозилированы). Это не позволяет ферментам лизосом взаимодействовать с мембранными белками и липидами, т.е. "переваривать" мембрану.
Вследствие разрыва мембран лизосом пищеварительные ферменты попадают в гиалоплазму, что может привести к расщеплению структурных компонентов клетки и даже к автолизу – самоперевариванию клетки. Однако ферменты лизосом работают в кислой среде (рН внутри лизосом составляет 4,5 - 5,0), если же среда близка к нейтральной, что характерно для гиалоплазмы (рН = 7,0 - 7,3), их активность резко снижается. Это один из механизмов защиты клеток от самопереваривания в случае спонтанного разрыва мембран лизосом.
8*. Установлено, что к молекулам многих веществ, подлежащих выведению из клетки, в комплексе Гольджи «пришиваются» определённые олиго- или полисахариды, причём к разным веществам - различные углеводные компоненты. В таком модифицированном виде вещества и выводятся во внеклеточную среду. Как вы думаете, для чего это нужно?
Углеводные компоненты являются своеобразными метками или "удостоверениями", в соответствии с которыми вещества поступают к местам их функционирования, не будучи по пути расщеплёнными под действием ферментов. Таким образом, по углеводным меткам организм отличает служебные вещества от чужеродных и подлежащих переработке.
* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.
Лизосома - это одномембранный органоид эукариотической клетки, имеющий в основном шаровидную форму и не превышающий по размеру 1 мкм. Характерны для клеток животных, где могут содержаться в больших количествах (особенно в клетках, способных к фагоцитозу). В растительных клетках многие функции лизосом выполняет центральная вакуоль.
Строение лизосомы
Лизосомы отграничивает от цитоплазмы несколько десятков гидролитических (пищеварительных) ферментов , расщепляющих белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Ферменты относятся к группам протеаз, липаз, нуклеаз, фосфатаз и др.
В отличие от гиалоплазмы, внутренняя среда лизосом имеет кислую реакцию, а содержащиеся здесь ферменты активны только при низком pH.
Изоляция ферментов лизосом необходима, иначе, оказавшись в цитоплазме, они могут разрушить клеточные структуры.
Образование лизосом
Лизосомы образуются в . Ферменты (по-сути белки) лизосом синтезируются на шероховатой , после чего транспортируются в Гольджи с помощью везикул (пузырьков, ограниченных мембраной). Здесь белки модифицируются, приобретают свою функциональную структуру, упаковываются в другие пузырьки – первичны лизосомы , – которые отрываются от аппарата Гольджи. Далее, превращаясь во вторичные лизосомы , выполняют функцию внутриклеточного переваривания. В некоторых клетках первичные лизосомы секретируют свои ферменты за пределы цитоплазматической мембраны.
Функции лизосом
О функциях лизосом говорит уже их название: lysis - расщепление, soma - тело.
При попадании в клетку питательных веществ, каких-либо микроорганизмов лизосомы принимают участие в их переваривании. Кроме того, они разрушают ненужные структуры самой клетки и даже целые органы организмов (например, хвост и жабры в процессе развития многих земноводных).
Ниже дается описание основным, но не единственным функциям лизосом.
Переваривание частиц, поступивших в клетку путем эндоцитоза
Путем эндоцитоза (фогоцитоза и пиноцитоза) в клетку поступают относительно крупные материалы (питательные вещества, бактерии и др.). При этом цитоплазматическая мембрана впячивается внутрь клетки, во впячивание попадает структура или вещество, после чего впячивание отшнуровывается во внутрь, и образуется пузырек (эндосома ), окруженный мембраной, – фагоцитарный (с твердыми частицами) или пиноцитарный (с растворами).
Подобным способом может происходить усваивание пищи (например, у амеб). В данном случае вторичную лизосому также называют пищеварительной вакуолью . Переваренные вещества поступают из вторичной лизосомы в цитоплазму. Другой вариант - переваривание попавших в клетку бактерий (наблюдается у фагоцитов - специализированных для защиты организма лейкоцитов).
Оставшиеся во вторичной лизосоме ненужные вещества удаляются из клетки путем экзоцитоза (обратен эндоцитозу). Лизосома с непереваренными подлежащими удалению веществами называются остаточным тельцем .
Автофагия
Путем автофагии (аутофагии) клетка избавляется от ненужных ей собственных структур (различных органелл и др.).
Сначала такой органоид окружается элементарной мембраной, отделившейся от гладкой ЭПС. После этого образовавшийся пузырек сливается с первичной лизосомой. Образуется вторичная лизосома, которая называется автофагической вакуолью . В ней происходит переваривание клеточной структуры.
Автофагия особенно выражена в клетках, находящихся в процессе дифференциации.
Автолиз
Под автолизом понимают саморазрушение клетки. Характерен при метаморфозах, омертвении тканей.
Автолиз наступает, когда содержимое многих лизосом высвобождается в цитоплазму. Обычно в достаточно нейтральной среде гиалоплазмы ферменты лизосом, которым необходима кислая среда, становятся неактивными. Однако, когда разрушается много лизосом, то кислотность среды повышается, а ферменты остаются активными и расщепляют клеточные структуры.