Двумембранные органоиды: строение, функции и происхождение

Двумембранные органоиды — митохондрии и пластиды — являются важнейшими структурными компонентами эукариотической клетки. Они выполняют специфические функции, необходимые для поддержания жизнедеятельности клетки. Митохондрии отвечают за энергообеспечение клетки, а пластиды — за фотосинтез у растений. В данной статье мы подробно рассмотрим строение этих органоидов, их основные функции в клетке, а также версии о происхождении митохондрий и пластид в ходе эволюции эукариотической клетки.

Строение митохондрий

Митохондрии являются двумембранными органоидами клетки. Они имеют сложное строение, которое обеспечивает выполнение ими основной функции — синтеза АТФ, молекулы-накопителя энергии. Митохондрия снаружи покрыта гладкой наружной мембраной. Внутри расположена внутренняя мембрана, образующая многочисленные складки — кристы. Кристы значительно увеличивают площадь внутренней мембраны. Между мембранами находится межмембранное пространство. Внутри митохондрии расположен матрикс, содержащий митохондриальную ДНК, рибосомы, ферменты и другие вещества.

• Наружная и внутренняя мембраны
• Межмембранное пространство
• Матрикс с митохондриальной ДНК и рибосомами
• Кристы внутренней мембраны

Такое строение митохондрий позволяет им эффективно выполнять свои функции в клетке.

Функции митохондрий в клетке

Митохондрии выполняют в клетке важнейшую функцию — они участвуют в клеточном дыхании, в ходе которого происходит окисление органических веществ и выделение энергии для синтеза АТФ. Митохондрии являются «энергетическими станциями» клетки, обеспечивающими ее потребность в энергии.

В митохондриях протекают реакции цикла Кребса и дыхательной цепи переноса электронов. Эти процессы сопряжены с окислительным фосфорилированием, в результате которого синтезируется большое количество молекул АТФ. Таким образом, основная функция митохондрий — обеспечение клетки энергией за счет синтеза АТФ.

Кроме того, в митохондриях осуществляется синтез некоторых важных органических веществ, например гема. Также в митохондриях происходит β-окисление жирных кислот. Митохондрии участвуют в обмене кальция и регуляции уровня кальция в клетке.

Следовательно, митохондрии выполняют крайне важные функции в обеспечении жизнедеятельности клетки. Их основная роль — синтез АТФ в процессах клеточного дыхания. Без нормально функционирующих митохондрий клетка не может получать достаточно энергии.

Происхождение митохондрий

Согласно эндосимбиотической теории, выдвинутой в 1960-х годах, митохондрии произошли от внутриклеточных симбионтов — аэробных бактерий, которые в процессе эволюции вошли в клетку-хозяина. Эта теория основана на сходстве митохондрий с бактериями.

Как и бактерии, митохондрии имеют две мембраны и собственный генетический аппарат, представленный кольцевой ДНК с бактериальным типом РНК-полимеразы. Митохондриальные рибосомы также близки к бактериальным.

Предполагается, что предком митохондрий были аэробные бактерии, способные к окислительному фосфорилированию. Около 2 млрд лет назад они были поглощены клеткой-хозяином, но не переварены, а стали симбионтами, получившими защиту и питательные вещества в обмен на АТФ.

Митохондрии, скорее всего, являются потомками аэробных бактерий, которые в ходе эволюции превратились в органоиды эукариотической клетки, выполняющие функцию обеспечения ее энергией.

Строение пластид

Пластиды — это двумембранные органоиды, которые встречаются в клетках эукариотических фотосинтезирующих организмов. Как и митохондрии, пластиды ограничены двумя мембранами и имеют собственный генетический аппарат.

Внешняя мембрана пластид гладкая, она отделяет органоид от остальной цитоплазмы. Внутренняя мембрана может образовывать складки — ламеллы или тилакоиды. Пространство между мембранами называется перипластидным пространством.

Внутри пластиды находится строма — полужидкий матрикс, содержащий ДНК, РНК, рибосомы, ферменты и другие вещества. Строма окружена внутренней мембраной пластиды.

В зависимости от пигментов и выполняемых функций различают три основных типа пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Хлоропласты содержат зеленые пигменты и осуществляют фотосинтез. Хромопласты синтезируют и накапливают различные пигменты, придающие окраску плодам и цветкам. Лейкопласты не содержат пигментов.

Пластиды — важные органоиды растительной клетки, участвующие в фотосинтезе, синтезе пигментов и запасания питательных веществ. Их строение оптимизировано для выполнения этих функций.

Типы пластид и их функции

Существует три основных типа пластид: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Они различаются по строению, составу пигментов и выполняемым функциям.

Хлоропласты содержат зеленые пигменты — хлорофиллы и каротиноиды. Они присутствуют в клетках всех фотосинтезирующих растений. Основная функция хлоропластов — фотосинтез, в ходе которого на свету образуются органические вещества из неорганических с использованием энергии света.

Хромопласты отвечают за синтез и накопление различных пигментов, окрашивающих листья, цветки и плоды растений. К хромопластам относятся хромопласты красного цвета, оранжевые каротинопласты, фиолетовые антоцианопласты.

Лейкопласты не содержат пигментов. Они присутствуют в клетках неокрашенных тканей растений. Лейкопласты участвуют в синтезе и отложении запасных питательных веществ, таких как крахмал и белки. Разные типы пластид выполняют специализированные функции, связанные с фотосинтезом, окраской растений и синтезом запасных питательных веществ.

Происхождение пластид по эндосимбиотической теории

Согласно эндосимбиотической теории, пластиды, как и митохондрии, произошли от симбиотических бактерий. Предполагается, что предками хлоропластов были фотосинтезирующие цианобактерии, которые около 1,5 млрд лет назад были поглощены эукариотической клеткой.

Эта теория основана на сходстве пластид с цианобактериями — наличие двух мембран, кольцевой ДНК, рибосом. Кроме того, хлоропласты способны к автономному белковому синтезу, как и бактерии.

В результате эволюционного симбиоза часть генов цианобактерий была перенесена в ядерный геном клетки-хозяина. А пластиды превратились в органоиды, осуществляющие фотосинтез и снабжающие клетку органическими веществами.

Таким образом, пластиды вероятно являются потомками фотосинтезирующих цианобактерий, ставших эндосимбионтами эукариотической клетки и превратившихся в органоиды, оптимизированные для фотосинтеза.