Мембранни органели на клетката

Клетъчни органели

Органелите (органелите) са задължителни микроструктури за всички клетки, изпълняващи определени жизненоважни функции. Прави се разлика между мембранни и немембранни органели. Мембранните органели, отделени от околната хиалоплазма чрез мембрани, включват ендоплазмения ретикулум, вътрешния мрежест апарат (Голджи комплекс), лизозомите, пероксизомите и митохондриите.

Мембранни органели на клетката

Всички мембранни органели са изградени от елементарни мембрани, чийто принцип на организация е подобен на структурата на цитолемите. Цитофизиологичните процеси са свързани с постоянна адхезия, сливане и разделяне на мембраните, като са възможни адхезия и обединяване само на топологично идентични мембранни монослоеве. По този начин, външният слой на всяка органелна мембрана, обърнат към хиалоплазмата, е идентичен с вътрешния слой на цитолемата, а вътрешният слой, обърнат към кухината на органела, е подобен на външния слой на цитолемата.

Ендоплазменият ретикулум (reticulum endoplasmaticum) е единична непрекъсната структура, образувана от система от цистерни, каналчета и сплескани торбички. Електронните микрографии разграничават гранулиран (гранулиран, гранулиран) и негранулиран (гладък, агранулиран) ендоплазмен ретикулум. Външната страна на гранулирания ретикулум е покрита с рибозоми, докато негранулираната страна няма рибозоми. Грануларният ендоплазмен ретикулум синтезира (върху рибозоми) и транспортира протеини. Негранулираният ретикулум синтезира липиди и въглехидрати и участва в техния метаболизъм [например, стероидни хормони в надбъбречната кора и Лайдиговите клетки (сустеноцити) на тестисите; гликоген в чернодробните клетки]. Една от най-важните функции на ендоплазмения ретикулум е синтезът на мембранни протеини и липиди за всички клетъчни органели.

Вътрешният ретикуларен апарат, или Голджи комплекс (apparatus reticularis internus), представлява съвкупност от торбички, везикули, цистерни, тръбички и пластинки, ограничени от биологична мембрана. Елементите на Голджи комплекса са свързани помежду си чрез тесни каналчета. Структурите на Голджи комплекса са мястото, където се синтезират и натрупват полизахариди, протеиново-въглехидратни комплекси, които се отделят от клетките. Така се образуват секреторни гранули. Голджи комплексът присъства във всички човешки клетки, с изключение на еритроцитите и роговите люспи на епидермиса. В повечето клетки Голджи комплексът е разположен около или близо до ядрото, в екзокринните клетки - над ядрото, в апикалната част на клетката. Вътрешната изпъкнала повърхност на структурите на Голджи комплекса е обърната към ендоплазмения ретикулум, а външната, вдлъбната повърхност е обърната към цитоплазмата.

Мембраните на Голджиевия комплекс се образуват от гранулирания ендоплазмен ретикулум и се транспортират чрез транспортни везикули. Секреторните везикули постоянно се отделят от външната страна на Голджиевия комплекс, а мембраните на неговите цистерни се обновяват постоянно. Секреторните везикули доставят мембранен материал за клетъчната мембрана и гликокаликса. Това осигурява обновяването на плазмената мембрана.

Лизозомите (лизозоми) са везикули с диаметър 0,2-0,5 μm, съдържащи около 50 вида различни хидролитични ензими (протеази, липази, фосфолипази, нуклеази, гликозидази, фосфатази). Лизозомните ензими се синтезират върху рибозомите на гранулирания ендоплазмен ретикулум, откъдето се пренасят чрез транспортни везикули до Голджи комплекса. Първичните лизозоми се отделят от везикулите на Голджи комплекса. В лизозомите се поддържа киселинна среда, чието pH варира от 3,5 до 5,0. Мембраните на лизозомите са устойчиви на съдържащите се в тях ензими и предпазват цитоплазмата от тяхното действие. Нарушаването на пропускливостта на лизозомната мембрана води до активиране на ензимите и тежко увреждане на клетката, включително нейната смърт.

Във вторичните (зрели) лизозоми (фаголизозоми), биополимерите се разграждат до мономери. Последните се транспортират през лизозомната мембрана в клетъчната хиалоплазма. Неразградените вещества остават в лизозомата, в резултат на което лизозомата се трансформира в т.нар. остатъчно тяло с висока електронна плътност.

Пероксизомите (peroxysomae) са везикули с диаметър от 0,3 до 1,5 µm. Те съдържат окислителни ензими, които разрушават водородния пероксид. Пероксизомите участват в разграждането на аминокиселините, метаболизма на липидите, включително холестерол, пурини, и детоксикацията на много токсични вещества. Смята се, че пероксизомните мембрани се образуват чрез пъпкуване от негранулирания ендоплазмен ретикулум, а ензимите се синтезират от полирибозоми.

Митохондриите (mitochondrii), които са „енергийните станции на клетката“, участват в процесите на клетъчно дишане и преобразуване на енергията във форми, достъпни за използване от клетката. Основните им функции са окислението на органични вещества и синтезът на аденозин трифосфат (АТФ). Митохондриите са кръгли, удължени или пръчковидни структури с дължина 0,5-1,0 μm и ширина 0,2-1,0 μm. Броят, размерът и местоположението на митохондриите зависят от функцията на клетката, нейните енергийни нужди. В кардиомиоцитите, мускулните влакна на диафрагмата, има много големи митохондрии. Те са разположени на групи между миофибрили, заобиколени от гликогенови гранули и елементи на негранулирания ендоплазмен ретикулум. Митохондриите са органели с двойни мембрани (всяка с дебелина около 7 nm). Между външната и вътрешната митохондриална мембрана има междумембранно пространство с ширина 10-20 nm. Вътрешната мембрана образува множество гънки или кристи. Обикновено кристите са ориентирани по дългата ос на митохондрията и не достигат до противоположната страна на митохондриалната мембрана. Благодарение на кристите, площта на вътрешната мембрана се увеличава драстично. По този начин, повърхността на кристите на една митохондрия на хепатоцит е около 16 μm. Вътре в митохондрията, между кристите, има финозърнеста матрица, в която се виждат гранули с диаметър около 15 nm (митохондриални рибозоми) и тънки нишки, представляващи молекули дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК).

Синтезът на АТФ в митохондриите се предшества от начални етапи, протичащи в хиалоплазмата. В нея (при липса на кислород) захарите се окисляват до пируват (пировинова киселина). Едновременно с това се синтезира и малко количество АТФ. Основният синтез на АТФ се осъществява върху мембраните на кристите в митохондриите с участието на кислород (аеробно окисление) и ензими, присъстващи в матрикса. По време на това окисление се образува енергия за клетъчните функции, а също така се освобождават въглероден диоксид (CO2 ₎ и вода (H2O ₎. В митохондриите се синтезират молекули на информация, транспорт и рибозомни нуклеинови киселини (РНК) върху собствени ДНК молекули.

Митохондриалната матрица съдържа и рибозоми с размер до 15 nm. Митохондриалните нуклеинови киселини и рибозоми обаче се различават от подобни структури на тази клетка. По този начин митохондриите имат собствена система, необходима за синтеза на протеини и самовъзпроизвеждането. Увеличаването на броя на митохондриите в клетката става чрез нейното делене на по-малки части, които растат, увеличават размера си и са способни да се делят отново.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]