Эндоплазматический ретикулум: структура, виды и функции

Г) Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — Студопедия

Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной.

Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети. Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению.

Известны два ее типа – гранулярная и гладкая.

На мембранах каналов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец – рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности. ЭПС выполняет много разнообразных функций.

Основная функция гранулярной эндоплазматической сети – участие в синтезе белка, который осуществляется в рибосомах. На мембранах гладкой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и углеводов.

Все эти продукты синтеза накапливаются в каналах и полостях, а затем транспортируются к различным органоидам клетки, где потребляются или накапливаются в цитоплазме в качестве клеточных включений. ЭПС связывает между собой основные органоиды клетки(рис. 2.13).

Рис. 2.13. Строение эндоплазматической сети (ЭПС) или ретикулума

Д) Аппарат Гольджи

Строение этого органоида сходно в клетках растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы. Выполняет много важных функций.

Одномембранный органоид. Представляет собой стопки уплощенных «цистерн» с расширенными краями, с которыми связана система мелких одномембранных пузырьков (пузырьки Гольджи).

Пузырьки Гольджи в основном сконцентрированы на стороне, примыкающей к ЭПС, и по периферии стопок.

Полагают, что они переносят в аппарат Гольджи белки и липиды, молекулы которых, передвигаясь из цистерны в цистерну, подвергаются химической модификации.

Все эти вещества сначала накапливаются, химически усложняются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме (рис. 2.14-2.15).

Рис. 2.14. Строение аппарата Гольджи

Функции:

– накопление белков, липидов, углеводов;

– модификация и упаковка в мембранные пузырьки (везикулы) поступивших органических веществ; секреция белков, липидов, углеводов;

– место образования лизосом.

– секреторная функция, поэтому аппарат Гольджи хорошо развит в секреторных клетках.

Рис. 2.15. Комплекс Гольджи

Е) Лизосомы

Представляют собой небольшие округлые тельца. Внутри лизосомы находятся ферменты, расщепляющие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. К пищевой частице, поступившей в цитоплазму, подходят лизосомы, сливаются с ней, и образуется одна пищеварительная вакуоль, внутри которой находится пищевая частица, окруженная ферментами лизосом.

Одномембранные органоиды. Представляют собой мелкие пузырьки (диаметр от 0,5 до 2 мкм), содержащие набор гидролитических ферментов.

Ферменты синтезируются на шероховатой ЭПС, перемещаются в аппарат Гольджи, где происходит их модификация и упаковка в мембранные пузырьки лизосом. Лизосома может содержать от 20 до 60 различных видов гидролитических ферментов.

Расщепление веществ с помощью ферментов называют лизисом. Различают первичные и вторичные лизосомы. Первичными называются лизосомы, отпочковавшиеся от аппарата Гольджи.

Вторичными называются лизосомы, образовавшиеся в результате слияния первичных лизосом с эндоцитозными вакуолями. В этом случае в них происходит переваривание веществ, поступивших в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза, поэтому их можно назвать пищеварительными вакуолями.

Функции лизосом:

– переваривание захваченных клеткой при эндоцитозе веществ или частиц (бактерий, других клеток),

– аутофагия — уничтожение ненужных клетке структур, например, во время замены старых органоидов новыми, или переваривание белков и других веществ, произведенных внутри самой клетки,

– автолиз — самопереваривание клетки, приводящее к ее гибели (иногда этот процесс не является патологическим, а сопровождает развитие организма или дифференцировку некоторых специализированных клеток) (рис. 2.16-2.17).

Пример: При превращении головастика в лягушку, лизосомы, находящиеся в клетках хвоста, переваривают его: хвост исчезает, а образовавшиеся во время этого процесса вещества всасываются и используются другими клетками тела.

Рис. 2.16. Образование лизосом

Рис. 2.17. Функционирование лизосом

Основные компоненты прокариотической клетки

Основными компонентами прокариотической клетки являются:

• Клеточная стенка, которая окружает клетку извне, защищает её, придаёт устойчивую форму, предотвращающую от осмотического разрушения. У бактерий клеточная стенка состоит из муреина, построенного из длинных полисахаридных цепей, соединенных между собой короткими пептидными перемычками. Клеточная стенка архей не содержит муреина, а построена в основном из разнообразных белков и полисахаридов.
• Жгутики — органеллы движения некоторых бактерий. Бактериальный жгутик построен значительно проще эукариотического, и он в 10 раз тоньше, внешне не покрыт плазматической мембраной и состоит из одинаковых молекул белков, которые образуют цилиндр. В мембране жгутик закреплен при помощи базального тела.
• Плазматическая и внутренние мембраны. Общий принцип устройства клеточных мембран не отличается от эукариот, однако химическом составе мембраны есть немало различий, в частности, в мембранах прокариот отсутствуют молекулы холестерина и некоторых липидов, присущих мембранам эукариот. Большинство прокариотических клеток (в отличие от эукариотических) не имеют внутренних мембран, которые разделяют цитоплазму на отделы (компартменты). Только у некоторых фотосинтетических и аэробных бактерий плазмалемма образует вгибание внутрь клетки, что выполняет соответствующие метаболические функции.
• Нуклеоид — не ограниченный мембранами участок цитоплазмы, в котором расположена кольцевая молекула ДНК — «бактериальная хромосома», где хранится весь генетический материал клетки.
• Плазмиды — небольшие дополнительные кольцевые молекулы ДНК, несущие обычно всего несколько генов. Плазмиды, в отличие от бактериальной хромосомы, не являются обязательным компонентом клетки. Обычно они придают бактерии определенные полезные для неё свойства, такие как устойчивость к антибиотикам, способность усваивать из среды определенные энергетические субстраты, способность инициировать половой процесс и тд.
• Рибосомы прокариот, как и у всех других живых организмов, отвечают за осуществление процесса трансляции (одного из этапов биосинтеза белка). Однако бактериальные рибосомы несколько меньше, чем эукариотические и имеют другой состав белков и РНК. Из-за этого бактерии, в отличие от эукариот, чувствительны к таким антибиотикам, как эритромицин и тетрациклин, которые избирательно действуют на прокариотические рибосомы.
• Споры (эндоспоры) — окруженные плотной оболочкой структуры, содержащие ДНК бактерии и обеспечивающее выживание в неблагоприятных условиях. К образованию спор способны лишь некоторые виды прокариот, например в частности возбудитель столбняка, возбудитель ботулизма и возбудитель сибирской язвы. Для образования эндоспоры клетка реплицирует свою ДНК и окружает копию плотной оболочкой, из созданной структуры удаляется избыток воды, и в ней замедляется метаболизм. Споры бактерий могут выдерживать довольно жесткие условия среды, такие как длительное высушивание, кипячение, коротковолновое облучение.

Функция хромосом

Функция хромосом заключается:

1) в хранении наследственной информации. Хромосомы являются носителями генетической информации;

2) передаче наследственной информации. Наследственная информация передается путем репликации молекулы ДНК;

3) реализации наследственной информации. Благодаря воспроизводству того или иного типа и-РНК и, соответственно, того или иного типа бел- ка осуществляется контроль над всеми процессами жизнедеятельности клетки и всего организма.

Таким образом, хромосомы с заключенными в них генами обусловливают непрерывный ряд воспроизведения.

Генетические функции хромосом до начала 40-х годов XX века большинство исследователей связывали с белками. Как писал русский биолог, генетик Николай Константинович Кольцов, «трудно было признать, что за такой простенькой молекулой, как ДНК, столь сложные функции». Однако в дальнейшем именно ДНК была идентифицирована как генетический материал всех растений, животных, микроорганизмов и большинства вирусов.

Хромосомы осуществляют сложную координацию и регуляцию процессов в клетке вследствие заключенной в них генетической информации, обеспечивающей синтез первичной структуры белков-ферментов.

У каждого вида в клетках находится определенное количество хромосом. Они являются носителями генов, определяющих наследственные свойства клеток и организмов вида. Ген – это участок молекулы ДНК хромосомы, на котором синтезируются различные молекулы РНК (трансляторы генетической информации). Ген является функционально неделимой единицей генетического материала и представлен в виде определенного числа (не менее трех) линейно расположенных нуклеотидов. Именно последовательность нуклеотидов в цепях ДНК определяет код генетической информации, способной транскрибироваться (списываться, как с матрицы) на молекулы иРНК, а они, в свою очередь, транслируют (передают) в соответствии с кодом последовательность включения аминокислот в синтезирующуюся полимерную молекулу белка по принципу «один ген – один белок». Количество нуклеотидов в хромосомах огромно. Например, гены, входящие в состав хромосом человека, могут содержать до двух миллионов пар нуклеотидов.

Образование в клетке

Субъединицы рибосом формируются в ядрышке. Матрицей для синтеза рибосомальной РНК является ДНК. Для полного созревания они проходят несколько этапов:

• Эосома – первая фаза, при этом в ядрышке на ДНК синтезируется лишь рРНК;
• неосома – структура включающая не только рРНК, но и белки, после ряда модификаций выходит в цитоплазму;
• рибисома – зрелая органелла, состоящая из двух субъединиц.

Функции элементов рибосом
Структура	Строение	Функции
Большая субъединица	Большая субъединица Треугольная, в диаметре 16нм, состоит из 3 молекул РНК и 33 белковых молекул Трансляция, декодирование генетической информации	Трансляция, декодирование генетической информации
Малая субъединица	Вогнутая, овальная, в диметре 14нм, состоит из 1 молекулы РНК и 21 белковых молекул	Объединение аминокислот, создание пептидных связей, синтез новых молекул белка

Как нарисовать растительную клетку?

• Жизненные формы стали активно размножаться методом деления телесной оболочки, на части. Далее образовались организмы, у которых ядро отделено от цитоплазмы, в ядре содержится информация о наследственности, и подается в цитоплазму. Так появились первые растения, животные и грибы.
• Относятся данные виды к классу – ядерных организмов. Все живые организмы, состоят из множества клеток, объединенных в целостный механизм, благодаря которому – осуществляется ход развития данного организма. У растений, имеющих многоклеточные части – функции физиологических процессов в клетках, разделены по степени их назначения и расположения в теле. Клетки растений, в отличие от животных, обладают упругой оболочкой, всесторонне окутывающей внутренний слой. Природное строение клетки имеет обтекаемую форму, которую часто изображают плоской, в схематическом рисунке.

Нарисовать

• Оболочка растительной клетки является достаточно сложной конфигурацией. Внешний слой растительной клетки укрыт непроницаемым слоем клетчатки – клеточной стенкой, имеющей мелкие поры. Дальше располагается тонкая пленочная оболочка, охватывающая  внутренность клетки – плазматическая мембрана.
• Жидкое вещество в клетке – цитоплазма, составленная из вакуолей – частиц, наполненных жидким содержимым. В центральной зоне клетки или возле мембраны, размещено – ядро, тельце, имеющее внутри ядерный сок и ядрышко. Ядро также, окаймлено отдельной пленкой и соседствует с пластидами, маленькими телами, расположенными вокруг него по цитоплазме.

Растительная и животная клетка

Строение животных клеток

Схема строения клетки животных

Используйте приведенные ниже ссылки, чтобы получить более подробную информацию о различных органеллах, которые содержатся в клетках животных.

• Центриоли — самовоспроизводящиеся органеллы, состоящие из девяти пучков микротрубочек и встречающиеся только в клетках животных. Они помогают в организации деления клеток, но не являются существенными для этого процесса.
• Реснички и Жгутики — необходимы для передвижения клеток. В многоклеточных организмах реснички функционируют для перемещения жидкости или веществ вокруг неподвижной клетки, а также для передвижения клетки или группы клеток.
• Эндоплазматический ретикулум — сеть мешочков, которая производит, обрабатывает и переносит химические соединения внутри и снаружи клетки. Он связан с двуслойной ядерной оболочкой, обеспечивающей трубопровод между ядром и цитоплазмой.
• Эндосомы — мембранно-связанные везикулы, образованные совокупностью сложных процессов, известных как эндоцитоз, и обнаружены в цитоплазме практически любой клетки животных. Основным механизмом эндоцитоза является обратное тому, что происходит во время экзоцитоза или клеточной секреции.
• Комплекс (аппарат) Гольджи — отдел распределения и доставки химических веществ клетки. Он модифицирует белки и жиры, встроенные в эндоплазматический ретикулум, а также подготавливает их к экспорту за пределы клетки.
• Промежуточные филаменты — широкий класс волокнистых белков, которые играют важную роль как структурных, так и функциональных элементов цитоскелета. Они функционируют как элементы, которые помогают поддерживать форму и жесткость клетки.
• Лизосомы — осуществляют пищеварительные функции, перерабатывая клеточные отходы.
• Микрофиламенты — нити из глобулярных белков, называемые актином. Эти филаменты являются преимущественно структурными по своей функции и важным компонентом цитоскелета.
• Микротрубочки — прямые, полые цилиндры, присутствующие в цитоплазме всех эукариотических клеток (у прокариот их нет) и выполняющие различные функции, от транспортировки до структурной поддержки.
• Митохондрии — продолговатые органеллы, которые находятся в цитоплазме каждой эукариотической клетки. В клетке животных они являются основными генераторами энергии, превращая кислород и питательные вещества в энергию.
• Ядро — высокоспециализированная органелла, которая служит в качестве информационно-административного центра клетки. Эта органелла имеет две основные функции: 1) хранение наследственного материала клетки или ДНК; 2) координиция деятельность клетки, которая включает в себя рост, посредственный метаболизм, синтез белка и размножение (деление клеток).
• Пероксисомы — группа связанных одной мембраной сферических органелл, встречающиеся в цитоплазме.
• Плазматическая мембрана — защитный слой клетки, который также регулируют прохождение молекул внутрь и из клеток.
• Рибосомы — крошечные органеллы, состоящие из приблизительно 60% РНК и 40% белка. У эукариот рибосомы состоят из четырех нитей РНК. В прокариотах они включают три нити РНК.

Особенности строения

Рибосомы находятся на гранулярном эндоплазматическом ретикулуме или свободно плавают в цитоплазме. Крепятся они к эндоплазматической сети своей большой субъединицей и синтезируют белок, который выводится за пределы клетки, используется всем организмом. Цитоплазменные рибосомы в основном обеспечивают внутренние потребности клетки.

Форма шаровидная или овальная, в диаметре около 20нм.

На этапе трансляции к мРНК может прикрепляться несколько рибосом, образуя новую структуру – полисому. Сами же они образуются в ядрышке, внутри ядра.

Выделяют 2 вида рибосом:

• Малые – находятся в прокариотических клетках, а также в хлоропластах и митохондриальном матриксе. Они не связаны с мембраной и имеют меньшие размеры (в диаметре до 15нм).
• Большие – находятся в эукариотических клетках, могут достигать в диаметре до 23нм, связываются с эндоплазматической сетью или крепятся к мембране ядра.

Схема строения

Строение обоих видов идентичное. В состав рибосомы входят две субъединицы — большая и малая, которые в сочетании напоминают гриб. Объединяются они при помощи ионов магния, сохраняя между соприкасающимися поверхностями небольшую щель. При дефиците магния субъединицы отдаляются, происходит дезагрегация и рибосомы уже не могут выполнять свои функции.

Химический состав

Рибосомы состоят из высокополимерной рибосомальной РНК и белка в соотношении 1:1. В них сосредоточено примерно 90% всей клеточной РНК. Малая и большая субъединицы содержат около четырех молекул рРНК, которая имеет вид нитей собранных в клубок. Окружены молекулы белками и формируют вместе рибонуклеопротеид.

Полирибосомы – это объединение информационной РНК и рибосом, которые нанизываются на нить иРНК. В период отсутствия синтезирующих процессов, рибосомы разъединяются и обмениваются субъединицами. При поступлении иРНК они снова собираются в полирибосомы.

Количество рибосом может изменяться в зависимости от функциональной нагрузки на клетку. Десятки тысяч находятся в клетках с высокой митотической активностью (меристема растений, стволовые клетки).

функции

Грубая эндоплазматическая сеть — это органелла-разгибатель, состоящая из плоских, выпуклых и герметичных мешочков, расположенных рядом с ядерной мембраной..

Этот тип ретикулума называют «грубым», потому что он имеет рифленую текстуру на своей внешней поверхности, которая находится в контакте с цитозолем и рибосомами..

Рибосомы, которые находятся рядом с шероховатой эндоплазматической сетью, известны как рибосомы, прикрепленные к мембране и прочно прикрепленные к цитозольной стороне сети. Приблизительно 13 миллионов рибосом присутствуют в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме любой клетки печени.

В целом, этот тип ретикулума равномерно распределяется по внутренней части любой клетки, однако его можно увидеть в более высокой концентрации вблизи ядра и аппарата Гольджи любой эукариотической клетки. (SoftSchools.com, 2017)

рибосомы

Рибосомы, обнаруженные в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме, имеют функцию получения многих белков. Этот процесс известен как трансляция и происходит главным образом в клетках поджелудочной железы и пищеварительного тракта, местах, где необходимо приготовить большое количество белков и ферментов..

Грубый эндоплазматический ретикулум работает в сочетании с рибосомами, прикрепленными к мембране, чтобы извлекать полипептиды и аминокислоты из цитозоля и продолжать процесс производства белка. В рамках этого процесса сетка отвечает за нанесение «метки» каждому белку на ранней стадии его образования..

Белки продуцируются плазматической мембраной, аппаратом Гольджи, секреторными везикулами, лизосомами, эндосомами и самой эндоплазматической сетью. Некоторые белки откладываются в просвете или пустом пространстве внутри сети, в то время как другие обрабатываются в пределах одного и того же.

В просвете белки смешиваются с группами сахаров с образованием гликопротеинов. Некоторые из них могут также смешиваться с группами металлов во время их прохождения через эндоплазматический ретикулум, образуя цепочки полипептидов, которые связываются с образованием гемоглобина..

Сворачивание белка

Внутри просвета шероховатой эндоплазматической сети белки складываются в биохимические единицы сложной архитектуры, которые кодируются для создания более сложных структур.. 

Контроль качества белков

В просвете также происходит исчерпывающий процесс контроля качества белков. Каждый из них проверяется на возможные ошибки.

В случае обнаружения неправильно свернутого белка просвет отклонит его и не позволит ему продолжаться в процессе формирования более сложных структур..

Отклоненные белки хранятся в просвете или перерабатываются и в конечном итоге разлагаются на аминокислоты. Например, эмфизема легких типа А возникает, когда контроль качества, который происходит в просвете грубого эндоплазматического ретикулума, постоянно отклоняет белки, которые были неправильно сложены..

Неправильно свернутый белок приведет к измененному генетическому сообщению, которое будет невозможно прочитать в просвете..

Этот белок никогда не покинет просвет ретикулума. В настоящее время проводятся исследования, которые связывают этот процесс с возможными сбоями, вызванными в организме в присутствии ВИЧ..

Контроль качества и муковисцидоз

Существует тип муковисцидоза, который возникает, когда аминокислота (фениламин) отсутствует в определенном месте в процессе производства белка.

Эти белки могут хорошо работать без аминокислоты, однако просвет обнаруживает, что в этом белке есть ошибка, и отклоняет его, не давая ему развиваться в процессе обучения..

В этом случае пациент с муковисцидозом полностью теряет способность создавать более сложные белки, поскольку в просвете не пропускаются белки низкого качества (Benedetti, Bánhegyi, & Burchell, 2005).

От прицельной сетки к аппарату Гольджи

В большинстве случаев белки переносятся в аппарат Гольджи для «прекращения». В этом месте они транспортируются в пузырьки или, возможно, они расположены между поверхностью эндоплазматического ретикулума и аппаратом Гольджи. После завершения они отправляются в определенные места внутри тела (Rogers, 2014).