Органеллы клетки и их функции¶
Органелла (от лат. organella — уменьшительное от organum, «орган») — постоянная специализированная структура внутри клетки, выполняющая определённую функцию и рассматриваемая как аналог органа многоклеточного организма. Органеллы характерны прежде всего для эукариотических клеток (животных, растительных, грибных, протистов), тогда как у прокариот (бактерий и архей) постоянных мембранных органелл нет. Термин применяется в цитологии и клеточной биологии; иногда его используют в узком смысле, исключая немембранные структуры, а иногда — широко, включая рибосомы, цитоскелет и включения.
¶Общая характеристика
Органеллы делят по наличию собственной мембраны и по происхождению. Большинство из них присутствует в клетке постоянно, но их число и размер зависят от типа клетки и её функционального состояния. Например, в клетках печени преобладают митохондрии и элементы эндоплазматической сети, а в клетках поперечнополосатых мышц — миофибриллы и множество митохондрий.
Ключевые признаки органелл:
- постоянство присутствия в клетке данного типа;
- выполнение специфической функции;
- наличие собственной структуры, отграниченной от цитозоля или встроенной в него.
¶Классификация
¶Мембранные органеллы
Ограничены одной или двумя мембранами:
- Одномембранные: эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли, везикулы.
- Двумембранные: митохондрии, пластиды (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты), а также ядро, которое часто выделяют отдельно.
¶Немембранные органеллы
Не имеют липидной оболочки: рибосомы, клеточный центр (центриоли), цитоскелет (микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты), жгутики и реснички.
¶Основные органеллы и их функции
| Органелла | Строение | Функция |
|---|---|---|
| Ядро | Двумембранная оболочка, хроматин, ядрышко | Хранение и реализация генетической информации |
| Митохондрии | Двумембранные, с кристами | Синтез АТФ, клеточное дыхание |
| ЭПС (шероховатая) | Мембранные цистерны с рибосомами | Синтез белков |
| ЭПС (гладкая) | Мембранные трубочки | Синтез липидов, детоксикация |
| Аппарат Гольджи | Стопка уплощённых цистерн | Сортировка и упаковка веществ |
| Лизосомы | Одномембранные пузырьки | Внутриклеточное переваривание |
| Пероксисомы | Одномембранные | Обезвреживание перекиси водорода |
| Рибосомы | Рибонуклеопротеидные комплексы | Синтез белка (трансляция) |
| Хлоропласты | Двумембранные, с тилакоидами | Фотосинтез (у растений) |
| Клеточный центр | Две центриоли | Деление клетки, сборка микротрубочек |
¶Митохондрии и пластиды
Митохондрии и пластиды обладают собственной кольцевой ДНК, рибосомами прокариотического типа и способны делиться независимо от деления клетки. Согласно эндосимбиотической теории, они произошли от свободноживущих бактерий, вступивших в симбиоз с древней эукариотической клеткой. Митохондрии обеспечивают аэробное дыхание и синтез АТФ; хлоропласты растений и водорослей осуществляют фотосинтез, преобразуя световую энергию в химическую.
¶Немембранные структуры
Рибосомы — универсальные органеллы, встречающиеся и у прокариот, и у эукариот; они состоят из рибосомной РНК и белков и осуществляют трансляцию. Цитоскелет поддерживает форму клетки, обеспечивает движение и внутриклеточный транспорт. Клеточный центр участвует в формировании веретена деления. Жгутики и реснички служат для движения клетки или перемещения жидкости вдоль её поверхности.
¶История изучения
Термин «органеллы» вошёл в употребление в конце XIX — начале XX века, когда с помощью светового микроскопа были описаны ядро, пластиды и митохондрии. Существенный вклад внесли российские учёные: И. Д. Чистяков в 1874 году наблюдал деление клеток и описал фигуры митоза, а И. И. Мечников в 1883 году открыл фагоцитоз и лизосомальную природу внутриклеточного пищеварения. Развитие электронной микроскопии в середине XX века позволило детально изучить ультраструктуру органелл. В 1950–1960-е годы были открыты рибосомы (Дж. Паладе), описана структура митохондрий и ЭПС, а в 1970-е подтверждена эндосимбиотическая теория.
¶Значение и патологии
Нарушения работы органелл лежат в основе многих заболеваний. Дисфункция митохондрий связана с митохондриальными болезнями, нейродегенеративными расстройствами и старением. Дефекты лизосомальных ферментов вызывают лизосомные болезни накопления (болезни Гоше, Тея — Сакса, Помпе). Нарушения цитоскелета приводят к наследственным заболеваниям крови и мышц. Понимание функций органелл важно для биотехнологии, медицины и разработки лекарственных препаратов.
¶Методы исследования
Для изучения органелл применяют световую и электронную микроскопию, дифференциальное центрифугирование, флуоресцентные метки и конфокальную микроскопию, а также методы молекулярной биологии. Российские научные центры, в частности институты Российской академии наук, ведут исследования клеточных структур, внося вклад в мировую цитологию.
Источники: учебники по общей биологии и цитологии, материалы по клеточной биологии, энциклопедические издания по естественным наукам.