Митохондриите.

Митохондриите- органела, състояща се от две мембрани с дебелина около 0,5 микрона.

Енергийна станция на клетката; основната функция е окислението на органичните съединения и използването на енергията, освободена по време на тяхното разграждане, в синтеза на молекулите на АТФ (универсален източник на енергия за всички биохимични процеси).

По своята структура те са цилиндрични органели, намиращи се в еукариотната клетка в количества от няколкостотин до 1-2 хиляди и заемащи 10-20% от вътрешния й обем. Размерът (от 1 до 70 микрона) и формата на митохондриите също варират значително. Освен това ширината на тези части на клетката е относително постоянна (0,5-1 µm). Възможност за промяна на формата. В зависимост от това в кои области на клетката във всеки даден момент има повишена консумация на енергия, митохондриите са в състояние да се придвижват през цитоплазмата до области с най-голяма консумация на енергия, използвайки структурите на клетъчната рамка на еукариотната клетка за движение.

Красиви митохондрии в 3D изображение)

Алтернатива на множеството разпръснати малки митохондрии, функциониращи независимо една от друга и доставящи АТФ на малки участъци от цитоплазмата, е съществуването на дълги и разклонени митохондрии, всяка от които може да осигури енергия на отдалечени области на клетката. Вариант на такава разширена система може да бъде и подредена пространствена асоциация на много митохондрии (хондриоми или митохондрии), осигуряващи тяхната съвместна работа.

Този тип хондриома е особено сложен в мускулите, където групи от гигантски разклонени митохондрии са свързани помежду си чрез интермитохондриални контакти (MMK). Последните се образуват от външни митохондриални мембрани, плътно прилепнали една към друга, в резултат на което междумембранното пространство в тази зона има повишена електронна плътност (много отрицателно заредени частици). MMC са особено изобилни в клетките на сърдечния мускул, където свързват множество отделни митохондрии в координирана работеща кооперативна система.

Структура.

Външна мембрана.

Външната мембрана на митохондриите е с дебелина около 7 nm, не образува инвагинации или гънки и е затворена сама по себе си. Външната мембрана представлява около 7% от повърхността на всички мембрани на клетъчните органели. Основната функция е да отделят митохондриите от цитоплазмата. Външната мембрана на митохондриите се състои от двоен мастен слой (като клетъчна мембрана) и протеини, които проникват в него. Протеини и мазнини в равни пропорции по тегло.
Играе специална роля порин - каналообразуващ протеин.
Той образува отвори във външната мембрана с диаметър 2-3 nm, през които могат да проникнат малки молекули и йони. Големите молекули могат да преминат през външната мембрана само чрез активен транспорт чрез транспортни протеини на митохондриалната мембрана. Външната мембрана на митохондрията може да взаимодейства с мембраната на ендоплазмения ретикулум; той играе важна роля в транспорта на липиди и калциеви йони.

Вътрешна мембрана.

Вътрешната мембрана образува множество гребеновидни гънки - Криста,
значително увеличава повърхността си и, например, в чернодробните клетки съставлява около една трета от всички клетъчни мембрани. характерна особеност на състава на вътрешната мембрана на митохондриите е наличието в нея кардиолопина - специална сложна мазнина, която съдържа четири мастни киселини наведнъж и прави мембраната абсолютно непропусклива за протони (положително заредени частици).

Друга особеност на вътрешната митохондриална мембрана е много високото съдържание на протеин (до 70% от теглото), представено от транспортни протеини, ензими на дихателната верига, както и големи ензимни комплекси, които произвеждат АТФ. Вътрешната мембрана на митохондриите, за разлика от външната, няма специални отвори за транспортиране на малки молекули и йони; върху него, от страната, обърната към матрицата, има специални ензимни молекули, произвеждащи АТФ, състоящи се от глава, стъбло и основа. Когато протоните преминават през тях, се създава atf.
В основата на частиците, изпълващи цялата дебелина на мембраната, са компонентите на дихателната верига. Външната и вътрешната мембрана се докосват на някои места; има специален рецепторен протеин, който насърчава транспорта на митохондриални протеини, кодирани в ядрото, в митохондриалната матрица.

Матрица.

Матрица- пространство ограничено от вътрешната мембрана. Матрицата (розовата субстанция) на митохондриите съдържа ензимни системи за окисление на мастната киселина пируват, както и ензими като трикарбоксилни киселини (цикъл на клетъчно дишане). Освен това тук се намират и митохондриална ДНК, РНК и собственият протеин-синтезиращ апарат на митохондриите.

пирувати (соли на пирогроздена киселина)- важни химични съединения в биохимията. Те са краен продукт от метаболизма на глюкозата по време на нейното разграждане.

Митохондриална ДНК.

Няколко разлики от ядрената ДНК:

- Митохондриалната ДНК е кръгла, за разлика от ядрената ДНК, която е пакетирана в хромозоми.

- между различни еволюционни варианти на митохондриална ДНК от един и същи вид, обменът на подобни участъци е невъзможен.

И така цялата молекула се променя само чрез бавна мутация в продължение на хиляди години.

- Кодовите мутации в митохондриалната ДНК могат да възникнат независимо от ядрената ДНК.

Мутация на кода на ядрената ДНК възниква главно по време на клетъчното делене, но митохондриите се делят независимо от клетката и могат да получат мутация на кода отделно от ядрената ДНК.

- Самата структура на митохондриалната ДНК е опростена, т.к много от процесите на четене на компонентите на ДНК са загубени.

- транспортните РНК имат същата структура. но митохондриалните РНК участват само в синтеза на митохондриални протеини.

Притежавайки собствен генетичен апарат, митохондрията има и собствена система за синтез на протеини, чиято характеристика в животинските и гъбичните клетки са много малки рибозоми.

Функции.

Генериране на енергия.

Основната функция на митохондриите е синтезът на АТФ, универсална форма на химическа енергия във всяка жива клетка.

Тази молекула може да се образува по два начина:

- чрез реакция, при която енергията, освободена в определени окислителни етапи на ферментацията, се съхранява под формата на АТФ.

- благодарение на енергията, която се отделя при окисляването на органичните вещества в процеса на клетъчното дишане.

Митохондриите осъществяват и двата пътя, първият от които е характерен за началните процеси на окисление и се случва в матрицата, а вторият завършва процесите на генериране на енергия и е свързан с кристалите на митохондриите.
В същото време уникалността на митохондриите като органели, произвеждащи енергия на еукариотна клетка, определя точно втория път на генериране на АТФ, наречен „хемиосмотично свързване“.
Като цяло, целият процес на производство на енергия в митохондриите може да бъде разделен на четири основни етапа, първите два от които се случват в матрицата, а последните два в митохондриалните кристи:

1) Превръщане на пируват (крайният продукт от разграждането на глюкозата) и мастни киселини, получени от цитоплазмата в митохондриите, в ацетил кола;

ацетил коа– важно съединение в метаболизма, използвано в много биохимични реакции. неговата основна функция е да достави въглеродни атоми (c) с ацетилова група (ch3 co) в цикъла на клетъчно дишане, така че те да бъдат окислени, за да освободят енергия.

клетъчно дишане - набор от биохимични реакции, протичащи в клетките на живите организми, по време на които се извършва окисляването на въглехидрати, мазнини и аминокиселини до въглероден диоксид и вода.

2) Окисляване на ацетил-коа в цикъла на клетъчното дишане, което води до образуването на надн;

NADH– коензимът действа като носител на електрони и водород, които получава от окислените вещества.

3) Трансфер на електрони от nadn към кислород през дихателната верига;

4) Образуване на АТФ в резултат на дейността на мембранния АТФ-създаващ комплекс.

АТФ синтетаза.

АТФ синтетаза– станция за производство на АТФ молекули.

В структурно и функционално отношение АТФ синтетазата се състои от два големи фрагмента, обозначени със символите F1 и F0. Първият от тях (фактор на свързване F1) е обърнат към митохондриалната матрица и забележимо изпъква от мембраната под формата на сферична формация с височина 8 nm и ширина 10 nm. Състои се от девет субединици, представени от пет вида протеини. Полипептидните вериги от три α субединици и същия брой β субединици са подредени в протеинови глобули с подобна структура, които заедно образуват хексамер (αβ)3, който изглежда като леко сплескана топка.

Подединица- е структурен и функционален компонент на всяка частица
Полипептиди- органични съединения, съдържащи от 6 до 80-90 аминокиселинни остатъка.
Глобула– състояние на макромолекулите, при което вибрацията на звената е малка.
Хексамер– съединение, съдържащо 6 субединици.

Подобно на плътно опаковани резенчета портокал, последователните α и β субединици образуват структура, характеризираща се със симетрия около ъгъл на въртене от 120°. В центъра на този хексамер е γ субединицата, която е образувана от две разширени полипептидни вериги и прилича на леко деформирана извита пръчка с дължина около 9 nm. В този случай долната част на γ субединицата излиза от топката с 3 nm към мембранния комплекс F0. Също така разположена в хексамера е второстепенна ε субединица, свързана с γ. Последната (девета) субединица е обозначена като δ и е разположена от външната страна на F1.

Незначителен– единична субединица.

Мембранната част на АТФ синтетазата е водоотблъскващ протеинов комплекс, който прониква през мембраната и има два полуканала вътре за преминаване на водородни протони. Общо комплексът F0 включва една протеинова субединица от типа А, две копия на субединицата b, както и 9 до 12 копия на малката субединица ° С. Подединица А(молекулно тегло 20 kDa) е напълно потопен в мембраната, където образува шест α-спирални участъка, пресичащи я. Подединица b(молекулно тегло 30 kDa) съдържа само една относително къса α-спирална област, потопена в мембраната, а останалата част от нея забележимо стърчи от мембраната към F1 и е прикрепена към δ субединицата, разположена на нейната повърхност. Всеки от 9-12 копия на субединица ° С(молекулно тегло 6-11 kDa) е сравнително малък протеин от две водоотблъскващи α-спирали, свързани помежду си чрез къса привличаща вода бримка, ориентирана към F1, и заедно те образуват единен ансамбъл с формата на цилиндър, потопен в мембраната. γ субединицата, стърчаща от комплекса F1 към F0, е точно потопена вътре в този цилиндър и е доста здраво прикрепена към него.
По този начин в молекулата на АТФазата могат да се разграничат две групи протеинови субединици, които могат да бъдат оприличени на две части на двигателя: ротор и статор.

"Статор"е неподвижен спрямо мембраната и включва сферичен хексамер (αβ)3, разположен на нейната повърхност и δ субединицата, както и субединиците аИ bмембранен комплекс F0.

Подвижен спрямо този дизайн "ротор"се състои от субединици γ и ε, които, видно изпъкнали от комплекса (αβ)3, се свързват с пръстен от субединици, потопени в мембраната ° С.

Способността да се синтезира АТФ е свойство на единичен комплекс F0F1, комбиниран с преноса на водородни протони през F0 към F1, в последния от които са разположени реакционните центрове, които превръщат ADP и фосфата в молекула на АТФ. Движещата сила за работата на АТФ синтетазата е протонният (положително зареден) потенциал, създаден върху вътрешната митохондриална мембрана в резултат на работата на електронната (отрицателно заредена) транспортна верига.
Силата, задвижваща "ротора" на АТФ синтетазата, възниква, когато потенциалната разлика между външната и вътрешната страна на мембраната достигне > 220 10-3 волта и се осигурява от потока от протони, протичащи през специален канал във F0, разположен на граница между субединици аИ ° С. В този случай пътят на пренос на протони включва следните структурни елементи:

1) Два „полуканала“, разположени на различни оси, първият от които осигурява доставката на протони от междумембранното пространство към основните функционални групи F0, а другият осигурява освобождаването им в митохондриалната матрица;

2) Пръстен от субединици ° С, всяка от които в централната си част съдържа протонирана карбоксилна група (СООН), способна да прикрепя Н+ от междумембранното пространство и да ги освобождава през съответните протонни канали. В резултат на периодични размествания на субединици с, причинено от потока на протони през протонния канал, γ субединицата се върти, потопена в пръстен от субединици с.

По този начин обединяващата активност на АТФ синтетазата е пряко свързана с въртенето на нейния „ротор“, при което въртенето на γ субединицата причинява едновременна промяна в конформацията на всичките три обединяващи β субединици, което в крайна сметка осигурява функционирането на ензима . В този случай, в случай на образуване на АТФ, "роторът" се върти по посока на часовниковата стрелка със скорост от четири оборота в секунда, а самото въртене се извършва в точни скокове от 120 °, всеки от които е придружен от образуването на една молекула АТФ .
Работата на АТФ синтетазата е свързана с механичните движения на отделните й части, което дава възможност да се класифицира този процес като специален тип явление, наречено "ротационна катализа". Точно както електрическият ток в намотката на електродвигателя задвижва ротора спрямо статора, насоченият трансфер на протони през АТФ синтетазата причинява въртенето на отделните субединици на фактора на конюгиране F1 спрямо други субединици на ензимния комплекс, като в резултат на което това уникално устройство за производство на енергия извършва химическа работа - синтезира ATP молекули. Впоследствие АТФ навлиза в клетъчната цитоплазма, където се изразходва за голямо разнообразие от енергозависими процеси. Този трансфер се осъществява от специален ензим, ATP/ADP транслоказа, вграден в митохондриалната мембрана.

ADP транслоказа- протеин, който прониква през вътрешната мембрана, който обменя новосинтезирания АТФ за цитоплазмения АДФ, което гарантира безопасността на фонда вътре в митохондриите.

Митохондрии и наследственост.

Митохондриалната ДНК се унаследява почти изключително по майчина линия. Всяка митохондрия има няколко участъка от нуклеотиди в ДНК, които са идентични във всички митохондрии (т.е. има много копия на митохондриална ДНК в клетката), което е много важно за митохондриите, които не могат да поправят ДНК от увреждане (висока честота на се наблюдават мутации). Мутациите в митохондриалната ДНК са причина за редица наследствени заболявания при човека.

3d модел

Откриване

С английска озвучка

Малко за клетъчното дишане и митохондриите на чужд език

Строителна конструкция

Митохондрии на растителна клетка. Тяхното устройство и функции

Форма− кръгли или дъмбелисти тела.

Размери− дължина 1-5 микрона, диаметър 0,4-0,5 микрона.

Количество в клетка− от десетки до 5000.

Структура. Те се състоят главно от протеини (60-65%) и липиди (30%). Това са органели с двойна мембрана. Дебелината на външната и вътрешната мембрана е 5-6 nm всяка. Перимитохондриалното пространство (пространството между мембраните) е изпълнено с течност като серум. Вътрешната мембрана образува гънки с различна форма − cristas. На вътрешната повърхност на вътрешната мембрана има частици с форма на гъби - оксизоми, съдържащи окислителни ензими. Вътрешно съдържание на митохондриите − матрица. Матрицата съдържа рибозоми и митохондриална ДНК (0,5%), която има пръстенна структура и е отговорна за синтеза на митохондриални протеини. Митохондриите имат всички видове РНК (1%), делят се независимо от ядреното делене и в клетката се образуват от съществуващи митохондрии чрез делене или пъпкуване. Полуживотът на митохондриите е 5-10 дни.

Функции. Митохондриите са центровете на енергийната активност на клетките. Аеробното дишане и системите за окислителна фосфорелация функционират в митохондриите. Във вътрешната мембрана на митохондриите са локализирани компонентите на електронтранспортната верига и АТФ синтетазните комплекси, които осъществяват транспорта на електрони и протони и синтеза на АТФ. Матрицата съдържа системи за окисление на ди- и трикарбоксилни киселини, редица системи за синтез на липиди, аминокиселини и др.

Митохондриите са способни да се придвижват до места с повишена консумация на енергия. Те могат да се свързват помежду си чрез близост или с помощта на въжета. По време на анаеробно дишане митохондриите изчезват.

Митохондриитеимат кръгла и продълговата форма с диаметър 0,4–0,5 μm и дължина 1–5 μm (фиг. 1.3).

Броят на митохондриите варира от няколко до 1500–2000 на растителна клетка.

Митохондриите са ограничени от две мембрани: външна и вътрешна, дебелината на всяка от тях е 5–6 nm. Външната мембрана изглежда опъната, а вътрешната образува гънки, наречени гребени (кристи) с различна форма. Пространството между мембраните, което включва и вътрешното пространство на кристите, се нарича междумембранно (перимитохондриално) пространство. Той служи като среда за вътрешната мембрана и матрицата на митохондриите.

Митохондриите обикновено съдържат 65-70% протеин, 25-30% липиди и малки количества нуклеинови киселини. Фосфолипидите (фосфатидилхолин и фосфатидилетаноламин) представляват 70% от общото съдържание на липиди. Мастнокиселинният състав се характеризира с високо съдържание на наситени мастни киселини, които осигуряват "твърдостта" на мембраната.

Системите на аеробно дишане и окислително фосфорилиране са локализирани в митохондриите. В резултат на дишането органичните молекули се разграждат и се освобождава енергия, която се предава на молекулата на АТФ.

Митохондриите съдържат протеини, РНК, ДНК вериги, рибозоми, подобни на бактериалните, и различни разтворени вещества. ДНК съществува под формата на кръгови молекули, разположени в един или повече нуклеотиди.

пластиди,заедно с вакуолите и клетъчната мембрана, те са характерни компоненти на растителните клетки. Всеки пластид е заобиколен от собствена обвивка, състояща се от две елементарни мембрани. Вътре в пластидите се различават мембранна система и повече или по-малко хомогенна субстанция, строма. Вътрешната структура на хлоропласта е доста сложна. Стромата е пронизана от развита система от мембрани под формата на плоски везикули, наречени тилакоиди.Тилакоидите са събрани в купчини - grana, наподобяващи колони от монети.

Хлоропластите, в които протича фотосинтезата, съдържат хлорофили и каротеноиди. Размер – 4–5 микрона. Една листна мезофилна клетка може да съдържа 40–50 хлоропласти, а на 2 mm лист около 500 000. В цитоплазмата хлоропластите обикновено са разположени успоредно на клетъчната стена.

Хлорофилите и каротеноидите са вградени в тилакоидните мембрани. Хлоропластите на зелените растения и водораслите често съдържат нишестени зърна и малки капчици липиди (мазнини). Нишестените зърна са временно хранилище за продукти от фотосинтезата. Те могат да изчезнат от хлоропластите, държани на тъмно само за 24 часа, и да се появят отново в рамките на 3-4 часа след като растенията бъдат пренесени на светлина.

В изолирани хлоропласти възниква синтез на РНК, който обикновено се контролира само от хромозомна ДНК. Образуването на хлоропласти и синтезът на съдържащите се в тях пигменти се контролират до голяма степен от хромозомна ДНК, която взаимодейства с ДНК на хлоропластите по слабо разбран начин. Въпреки това, при липса на собствена ДНК, хлоропластите не се образуват.

Хлоропластите могат да се считат за основните клетъчни органели, тъй като те са първите във веригата на преобразуване на слънчевата енергия, в резултат на което получаваме храна и гориво. В хлоропластите се извършва не само фотосинтеза. Те участват в синтеза на аминокиселини и мастни киселини и служат като хранилище за временни запаси от нишесте.

Хромопласти(от гръцки chroma - цвят) - пигментирани пластиди. Хромопластите, разнообразни по форма, не съдържат хлорофил, но синтезират и натрупват каротеноиди, които дават жълт, оранжев и други цветове. Корените на морковите и плодовете на доматите са оцветени от пигменти, които се намират в хромопластите.

Левкопластиса място за натрупване на резервно вещество - нишесте. Особено много левкопласти има в клетките на картофените клубени. На светлина левкопластите могат да се трансформират в хлоропласти (картофените клубени стават зелени). През есента хлоропластите се трансформират в хромопласти и зелени листа, а плодовете стават жълти и червени.

Структурата и функцията на митохондриите е доста сложен въпрос. Наличието на органел е характерно за почти всички ядрени организми - както автотрофи (растения, способни на фотосинтеза), така и хетеротрофи, които са почти всички животни, някои растения и гъби.

Основната цел на митохондриите е окисляването на органичните вещества и последващото използване на енергията, освободена в резултат на този процес. По тази причина органелите имат и второ (неофициално) наименование – енергийните станции на клетката. Те понякога се наричат ​​"катаболни пластиди".

Какво представляват митохондриите

Терминът е от гръцки произход. В превод тази дума означава „нишка” (mitos), „зърно” (chondrion). Митохондриите са постоянни органели, които са от голямо значение за нормалното функциониране на клетките и правят възможно съществуването на целия организъм.

„Станциите” имат специфична вътрешна структура, която се променя в зависимост от функционалното състояние на митохондриите. Формата им може да бъде два вида - овална или продълговата. Последният често има разклонен вид. Броят на органелите в една клетка варира от 150 до 1500.

Специален случай са зародишните клетки.Спермата съдържа само една спираловидна органела, докато женските гамети съдържат още стотици хиляди митохондрии. В клетката органелите не са фиксирани на едно място, но могат да се движат в цялата цитоплазма и да се комбинират помежду си. Размерът им е 0,5 микрона, дължината им може да достигне 60 микрона, а минималната е 7 микрона.

Определянето на размера на една „енергийна станция“ не е лесна задача. Факт е, че когато се изследва под електронен микроскоп, само част от органела попада в секцията. Случва се една спирална митохондрия да има няколко секции, които могат да бъдат сбъркани с отделни, независими структури.

Само едно триизмерно изображение ще позволи да се установи точната клетъчна структура и да се разбере дали говорим за 2-5 отделни органела или за една митохондрия със сложна форма.

Конструктивни особености

Митохондриалната обвивка се състои от два слоя: външен и вътрешен. Последният включва различни израстъци и гънки, които имат листовидна и тръбна форма.

Всяка мембрана има специален химичен състав, определено количество определени ензими и определено предназначение. Външната обвивка е разделена от вътрешната обвивка с междумембранно пространство с дебелина 10-20 nm.

Структурата на органела изглежда много ясно на фигурата с надписи.

Структурна схема на митохондриите

Разглеждайки структурната диаграма, можем да направим следното описание. Вискозното пространство вътре в митохондрията се нарича матрица. Съставът му създава благоприятна среда за протичане на необходимите химични процеси в него. Съдържа микроскопични гранули, които насърчават реакциите и биохимичните процеси (например натрупват гликогенови йони и други вещества).

Матрицата съдържа ДНК, коензими, рибозоми, t-RNA и неорганични йони. АТФ синтазата и цитохромите са разположени на повърхността на вътрешния слой на черупката. Ензимите допринасят за процеси като цикъла на Кребс (TCA цикъл), окислителното фосфорилиране и др.

По този начин основната задача на органела се изпълнява както от матрицата, така и от вътрешната страна на черупката.

Функции на митохондриите

Целта на „енергийните станции“ може да се характеризира с две основни задачи:

• производство на енергия: в тях се извършват окислителни процеси с последващо освобождаване на ATP молекули;
• съхранение на генетична информация;
• участие в синтеза на хормони, аминокиселини и други структури.

Процесът на окисление и производство на енергия протича в няколко етапа:

Схематичен чертеж на синтеза на АТФ

Не струва нищо:В резултат на цикъла на Кребс (цикъл на лимонената киселина) молекулите на АТФ не се образуват, молекулите се окисляват и се отделя въглероден диоксид. Това е междинна стъпка между гликолизата и електронната транспортна верига.

Таблица „Функции и структура на митохондриите“

Какво определя броя на митохондриите в клетката?

Преобладаващият брой органели се натрупва в близост до тези области на клетката, където възниква нуждата от енергийни ресурси. По-специално, голям брой органели се събират в областта, където се намират миофибрилите, които са част от мускулните клетки, които осигуряват тяхното свиване.

В мъжките зародишни клетки структурите са локализирани около оста на флагела - предполага се, че необходимостта от АТФ се дължи на постоянното движение на опашката на гаметата. Подреждането на митохондриите в протозоите, които използват специални реснички за движение, изглежда абсолютно същото - органелите се натрупват под мембраната в основата си.

Що се отнася до нервните клетки, локализирането на митохондриите се наблюдава в близост до синапсите, през които се предават сигнали от нервната система. В клетките, които синтезират протеини, органелите се натрупват в зоните на ергастоплазмата - те доставят енергията, която захранва този процес.

Кой откри митохондриите

Клетъчната структура получава името си през 1897-1898 г. благодарение на К. Бранд. Ото Вагбург успя да докаже връзката между процесите на клетъчно дишане и митохондриите през 1920 г.

Заключение

Митохондриите са най-важният компонент на живата клетка, действайки като енергийна станция, която произвежда ATP молекули, като по този начин осигурява клетъчните жизнени процеси.

Работата на митохондриите се основава на окисляването на органични съединения, което води до генериране на енергиен потенциал.

Митохондриитее спираловидна, кръгла, удължена или разклонена органела.

Концепцията за митохондриите е предложена за първи път от Бенда през 1897 г. Митохондриите могат да бъдат открити в живи клетки с помощта на фазов контраст и интерферентна микроскопия под формата на зърна, гранули или нишки. Това са доста мобилни структури, които могат да се движат, да се сливат помежду си и да се разделят. При оцветяване по специални методи в мъртви клетки под светлинен микроскоп, митохондриите имат вид на малки зърна (гранули), дифузно разпределени в цитоплазмата или концентрирани в някои специфични зони от нея.

В резултат на разрушаването на глюкозата и мазнините в присъствието на кислород в митохондриите се генерира енергия, а органичните вещества се превръщат във вода и въглероден диоксид. Така животинските организми получават основната енергия, необходима за живота. Енергията се съхранява в аденозин трифосфата (АТФ) или по-точно в неговите високоенергийни връзки. Функцията на митохондриите е тясно свързана с окислението на органичните съединения и използването на енергията, освободена при разграждането им, за синтеза на АТФ молекули. Следователно митохондриите често се наричат ​​енергийни станции на клетката или органели на клетъчното дишане. ATP функционира като доставчик на енергия, като прехвърля една от своите богати на енергия крайни фосфатни групи към друга молекула и я превръща в ADP.

Смята се, че в еволюцията митохондриите са били прокариотни микроорганизми, които са станали симбиоти в тялото на древна клетка. Впоследствие те станаха жизнено необходими, което беше свързано с увеличаване на съдържанието на кислород в земната атмосфера. От една страна, митохондриите премахват излишния кислород, който е токсичен за клетката, а от друга осигуряват енергия.

Без митохондрии клетката практически не е в състояние да използва кислорода като вещество за доставяне на енергия и може да задоволи енергийните си нужди само чрез анаеробни процеси. Така че кислородът е отрова, но отровата е жизненоважна за клетката и излишъкът от кислород е също толкова вреден, колкото и неговият дефицит.

Митохондриите могат да променят формата си и да се преместят в тези области на клетката, където нуждата от тях е най-голяма. Така в кардиомиоцитите митохондриите са разположени близо до миофибрилите, в клетките на бъбречните тубули близо до базалните инвагинации и т.н. Клетката съдържа до хиляда митохондрии и техният брой зависи от активността на клетката.

Митохондриите имат среден напречен размер от 0,5...3 µm. В зависимост от размера се разграничават малки, средни, големи и гигантски митохондрии (те образуват разклонена мрежа - митохондриален ретикулум). Размерът и броят на митохондриите са тясно свързани с клетъчната активност и консумацията на енергия. Те са изключително променливи и в зависимост от активността на клетката, съдържанието на кислород, хормоналните влияния могат да набъбват, да променят броя и структурата на кристите, да варират по брой, форма и размер, както и по ензимна активност.

Обемната плътност на митохондриите, степента на развитие на тяхната вътрешна повърхност и други показатели зависят от енергийните нужди на клетката. Лимфоцитите имат само няколко митохондрии, докато чернодробните клетки имат 2-3 хиляди.

Митохондриите се състоят от матрица, вътрешна мембрана, перимитохондриално пространство и външна мембрана. Външната митохондриална мембрана отделя органела от хиалоплазмата. Обикновено има гладки контури и е затворен така, че представлява мембранен сак.

Външната мембрана е отделена от вътрешната мембрана от перимитохондриално пространство с ширина около 10...20 nm. Вътрешната митохондриална мембрана ограничава действителното вътрешно съдържание на митохондрията - матрицата. Вътрешната мембрана образува многобройни издатини в митохондриите, които изглеждат като плоски гребени или кристи.

Формата на кристалите може да изглежда като плочи (трабекуларни) и тръби (мултивикуларни на разрез) и те са насочени надлъжно или напречно по отношение на митохондриите.

Всяка митохондрия е изпълнена с матрица, която изглежда по-плътна на електронни микрографии от околната цитоплазма. Митохондриалната матрица е еднородна (хомогенна), понякога финозърнеста, с различна електронна плътност. Разкрива тънки нишки с дебелина около 2...3 nm и гранули с размер около 15...20 nm. Матричните нишки са ДНК молекули, а малките гранули са митохондриални рибозоми. Матрицата съдържа ензими, една едноверижна, циклична ДНК, митохондриални рибозоми и много Ca 2+ йони.

Автономната система за синтез на митохондриален протеин е представена от ДНК молекули, свободни от хистони. ДНК е къса, пръстеновидна (циклична) и съдържа 37 гена. За разлика от ядрената ДНК, тя практически не съдържа некодиращи нуклеотидни последователности. Характеристиките на структурата и организацията доближават митохондриалната ДНК до ДНК на бактериалните клетки. На митохондриалната ДНК се извършва синтеза на РНК молекули от различни типове: информационни, трансферни (транспортни) и рибозомни. Информационната РНК на митохондриите не подлежи на сплайсинг (изрязване на области, които не носят информационен товар). Малкият размер на митохондриалните ДНК молекули не може да определи синтеза на всички митохондриални протеини. Повечето митохондриални протеини са под генетичния контрол на клетъчното ядро ​​и се синтезират в цитоплазмата, тъй като митохондриалната ДНК е слабо експресирана и може да осигури образуването само на част от ензимите на веригата на окислителното фосфорилиране. Митохондриалната ДНК кодира не повече от десет протеина, които са локализирани в мембраните и са структурни протеини, отговорни за правилната интеграция на отделните функционални протеинови комплекси на митохондриалните мембрани. Синтезират се и протеини, които изпълняват транспортни функции. Такава система за синтез на протеини не осигурява всички функции на митохондриите, следователно автономията на митохондриите е ограничена и относителна.

При бозайниците митохондриите се прехвърлят по време на оплождането само през яйцеклетката, а спермата въвежда ядрена ДНК в новия организъм.

В митохондриалната матрица се образуват рибозоми, които се различават от рибозомите на цитоплазмата. Те участват в синтеза на редица митохондриални протеини, които не са кодирани от ядрото. Митохондриалните рибозоми имат седиментационен номер 60 (за разлика от цитоплазмените рибозоми със седиментационен номер 80). Числото на утаяване е скоростта на утаяване по време на центрофугиране и ултрацентрофугиране. По структура митохондриалните рибозоми са близки до рибозомите на прокариотните организми, но са по-малки по размер и са чувствителни към някои антибиотици (хлорамфеникол, тетрациклин и др.).

Вътрешната мембрана на митохондрията има висока степен на селективност при транспортирането на вещества. Към вътрешната й повърхност са прикрепени близко съседни ензими от веригата на окислителното фосфорилиране, протеини-носители на електрони, транспортни системи ATP, ADP, пируват и др. осигуряват се биохимични процеси, повишавайки скоростта и ефективността на каталитичните процеси.

Електронната микроскопия разкрива частици с форма на гъба, изпъкнали в лумена на матрицата. Имат АТФ-синтетична (образува АТФ от АДФ) активност. Електронният транспорт се осъществява по дихателната верига, локализирана във вътрешната мембрана, която съдържа четири големи ензимни комплекса (цитохроми). Когато електроните преминават през дихателната верига, водородните йони се изпомпват от матрицата в перимитохондриалното пространство, което осигурява образуването на протонен градиент (помпа). Енергията на този градиент (разликите в концентрацията на веществата и образуването на мембранен потенциал) се използва за синтеза на АТФ и транспорта на метаболити и неорганични йони. Протеините носители, съдържащи се във вътрешната мембрана, транспортират през нея органични фосфати, АТФ, АДФ, аминокиселини, мастни киселини, три- и дикарбоксилни киселини.

Външната мембрана на митохондриите е по-пропусклива за вещества с ниско молекулно тегло, тъй като съдържа много хидрофилни протеинови канали. На външната мембрана има специфични рецепторни комплекси, чрез които протеините от матрицата се транспортират в перимитохондриалното пространство.

По своя химичен състав и свойства външната мембрана е близка до другите вътреклетъчни мембрани и плазмалемата. Съдържа ензими, които метаболизират мазнините, активират (катализират) трансформацията на амини, аминооксидаза. Ако ензимите на външната мембрана остават активни, това е показател за функционалната безопасност на митохондриите.

Митохондриите имат два автономни субкомпартмента. Докато пермитохондриалното пространство или външната камера на митохондрията (външен субкомпартмент) се образува поради проникването на протеинови комплекси на хиалоплазмата, вътрешният субкомпартмент (митохондриална матрица) се формира частично поради синтетичната активност на митохондриалната ДНК. Вътрешният субкомпартмент (матрица) съдържа ДНК, РНК и рибозоми. Характеризира се с високо ниво на Ca 2+ йони в сравнение с хиалоплазмата. Водородните йони се натрупват във външния субкомпартмент. Ензимната активност на външните и вътрешните субкомпартменти и съставът на протеините се различават значително. Вътрешният субкомпартмент има по-висока електронна плътност от външния.

Специфични маркери на митохондриите са ензимите цитохромоксидаза и сукцинат дехидрогеназа, чиято идентификация дава възможност да се характеризират количествено енергийните процеси в митохондриите.

Основна функция на митохондриите- Синтез на АТФ. Първо, захарите (глюкоза) се разграждат в хиалоплазмата до млечна и пирогроздена киселина (пируват), с едновременен синтез на малко количество АТФ. В резултат на гликолизата на една молекула глюкоза се използват две молекули АТФ и се произвеждат четири. Така положителният баланс се състои само от две молекули АТФ. Тези процеси протичат без кислород (анаеробна гликолиза).

Всички последващи етапи на производство на енергия протичат чрез процеса на аеробно окисление, което осигурява синтеза на големи количества АТФ. В този случай органичните вещества се разрушават до CO 2 и вода. Окисляването се придружава от прехвърляне на протони към техните акцептори. Тези реакции се извършват с помощта на редица ензими от цикъла на трикарбоксилната киселина, които се намират в митохондриалната матрица.

Системи за пренос на електрони и свързаното с тях ADP фосфорилиране (окислително фосфорилиране) са вградени в мембраните на кристалите. В този случай електроните се прехвърлят от един електроноакцепторен протеин към друг и накрая се свързват с кислорода, което води до образуването на вода. В същото време част от енергията, освободена по време на такова окисление в електрон-транспортната верига, се съхранява под формата на високоенергийна връзка по време на фосфорилирането на ADP, което води до образуването на голям брой ATP молекули - основните вътреклетъчен енергиен еквивалент. На мембраните на митохондриалните кристи процесът на окислително фосфорилиране се осъществява с помощта на протеините на окислителната верига и разположения тук фосфорилиращ ензим ADP ATP синтетаза. В резултат на окислителното фосфорилиране от една молекула глюкоза се образуват 36 молекули АТФ.

За някои хормони и вещества митохондриите имат специализирани (афинитетни) рецептори. Трийодтиронинът обикновено ускорява синтетичната активност на митохондриите. Интерлевкин-1 и високите концентрации на трийодтиронин разединяват веригите на окислителното фосфорилиране и причиняват подуване на митохондриите, което е придружено от увеличаване на производството на топлинна енергия.

Новите митохондрии се образуват чрез делене, свиване или пъпкуване. В последния случай се образува протомитохондрия, която постепенно се увеличава по размер.

Протомитохондрията е малка органела с външна и вътрешна мембрана. Вътрешната мембрана няма или съдържа слабо развити кристи. Органелата се характеризира с ниско ниво на аеробно фосфорилиране. Когато се образува стеснение, съдържанието на митохондрията се разпределя между два нови доста големи органела. При всеки метод на възпроизвеждане всяка от новообразуваните митохондрии има свой собствен геном.

Старите митохондрии се унищожават чрез автолиза (самосмилане от клетката с помощта на лизозоми), за да се образуват автолизозоми. От автолизозомата се образува остатъчно тяло. След пълно храносмилане съдържанието на остатъчното тяло, състоящо се от нискомолекулни органични вещества, се екскретира чрез екзоцитоза. Ако храносмилането е непълно, митохондриалните остатъци могат да се натрупат в клетката под формата на слоести тела или гранули с нипофусцин. В някои митохондрии се натрупват неразтворими калциеви соли с образуване на кристали - калцификации. Натрупването на продукти от митохондриална дегенерация може да доведе до дегенерация на клетките.

Митохондриите

Митохондриите са открити в животинските клетки през 1882 г., а в растенията едва през 1904 г. (в прашниците на водните лилии). Биологичните функции се установяват след изолиране и пречистване на фракцията чрез фракционно центрофугиране. Те съдържат 70% протеин и около 30% липиди, малко количество РНК и ДНК, витамини А, В6, В12, К, Е, фолиева и пантотенова киселина, рибофлавин и различни ензими. Митохондриите имат двойна мембрана, като външната изолира органела от цитоплазмата, а вътрешната образува кристи. Цялото пространство между мембраните е запълнено с матрица (фиг. 13).

Основната функция на митохондриите е да участват в клетъчното дишане. Ролята на митохондриите в дишането е установена през 1950-1951 г. Сложната ензимна система на цикъла на Кребс е концентрирана върху външните мембрани. Когато субстратите на дишането се окисляват, се освобождава енергия, която веднага се натрупва в получените молекули на ADP и главно ATP по време на процеса на окислително фосфорилиране, протичащ в кристалите. Енергията, съхранявана във високоенергийни съединения, впоследствие се използва за задоволяване на всички нужди на клетката.

Образуването на митохондрии в клетката се извършва непрекъснато от микротела, по-често тяхната поява е свързана с диференциацията на мембранните структури на клетката. Те могат да се възстановят в клетката чрез делене и пъпкуване. Митохондриите не са дълголетни, продължителността им е 5-10 дни.

Митохондриите са „захранващите“ станции на клетката. Те концентрират енергията, която се складира в енергийни „акумулатори” - молекули на АТФ, а не се разсейва в клетката. Нарушаването на митохондриалната структура води до нарушаване на дихателния процес и в крайна сметка до патология на тялото.

Апарат на Голджи.апарат на Голджи(синоним - диктиозоми) са купчини от 3-12 сплескани, затворени дискове, заобиколени от двойна мембрана, наречени цистерни, от краищата на които се извиват множество везикули (300-500). Ширината на резервоарите е 6-90 A, дебелината на мембраните е 60-70 A.

Апаратът на Голджи е центърът за синтеза, натрупването и освобождаването на полизахариди, по-специално целулоза, и участва в разпределението и вътреклетъчния транспорт на протеини, както и в образуването на вакуоли и лизозоми. В растителните клетки беше възможно да се проследи участието на апарата на Голджи в появата на средната пластина и растежа на клетъчната пектоцелулозна мембрана.

Апаратът на Голджи е най-развит през периода на активен клетъчен живот. С напредване на възрастта тя постепенно атрофира и след това изчезва.

Лизозоми.Лизозоми- доста малки (около 0,5 микрона в диаметър) заоблени тела. Покрити са с белтъчно-липоидна мембрана. Лизозомите съдържат множество хидролитични ензими, които изпълняват функцията на вътреклетъчно смилане (лизис) на протеинови макромолекули, нуклеинови киселини и полизахариди. Основната им функция е смилането на отделни участъци от клетъчния протопласт (автофагия - самопоглъщане). Този процес се осъществява чрез фагоцитоза или пиноцитоза. Биологичната роля на този процес е двойна. Първо, той е защитен, тъй като по време на временна липса на резервни продукти клетката поддържа живота благодарение на конституционните протеини и други вещества, и второ, има освобождаване от излишни или износени органели (пластиди, митохондрии и др.) лизозомната мембрана предотвратява освобождаването на ензими в цитоплазмата, в противен случай всичко ще бъде усвоено от тези ензими.

В мъртвата клетка лизозомите се разрушават, ензимите се озовават в клетката и цялото й съдържание се усвоява. Остава само пектоцелулозната обвивка.

Лизозомите са продукти от дейността на апарата на Голджи, везикули, отделени от него, в които този органел натрупва храносмилателни ензими.

Сферозоми- кръгли протеиново-липоидни тела 0,3-0,4 микрона. По всяка вероятност те са производни на апарата на Голджи или ендоплазмения ретикулум. Те приличат на лизозоми по форма и размер. Тъй като сферозомите съдържат кисела фосфатаза, те вероятно са свързани с лизозомите. Някои автори смятат, че сферозомите и лизозомите са еквивалентни една на друга, но най-вероятно само по произход и форма. Има предположение за участието им в синтеза на мазнини (A. Frey-Wissling).

Рибозоми- много малки органели, диаметърът им е около 250А, имат почти сферична форма. Някои от тях са прикрепени към външните мембрани на ендоплазмения ретикулум, някои от тях са в свободно състояние в цитоплазмата. Една клетка може да съдържа до 5 милиона рибозоми. Рибозомите се намират в хлоропластите и митохондриите, където синтезират част от протеините, от които са изградени тези органели, и ензимите, които функционират в тях.

Основната функция е синтезът на специфични протеини според информацията, идваща от ядрото. Техният състав: протеин и рибозомна рибонуклеинова киселина (РНК) в равни пропорции. Тяхната структура е малка и голяма субединици, образувани от рибонуклеотид.

Микротубули.Микротубули- своеобразни производни на ендоплазмения ретикулум. Среща се в много клетки. Самото им име говори за формата им - една или две успоредни тръби с кухина вътре. Външен диаметър в рамките на 250A. Стените на микротубулите са изградени от протеинови молекули. Микротубулите образуват вретеновидни нишки по време на клетъчното делене.

Ядро

Ядрото е открито в растителна клетка от Р. Браун през 1831г. Разположен е в центъра на клетката или близо до клетъчната мембрана, но е заобиколен от всички страни от цитоплазмата. В повечето случаи има едно ядро ​​на клетка; няколко ядра се намират в клетките на някои водорасли и гъби. Зелените водорасли с неклетъчна структура имат стотици ядра. Многоядрени клетки на неначленени латицифери. В клетките на бактериите и синьо-зелените водорасли няма ядра.

Формата на ядрото най-често е близка до формата на сфера или елипса. Зависи от формата, възрастта и функцията на клетката. В меристемната клетка ядрото е голямо, кръгло по форма и заема 3/4 от обема на клетката. В паренхимните клетки на епидермиса, които имат голяма централна вакуола, ядрото има лещовидна форма и се премества заедно с цитоплазмата към периферията на клетката. Това е признак за специализирана, но вече застаряваща клетка. Клетка без ядро ​​може да живее само за кратко време. Ядрените ситовидни клетки са живи клетки, но те не живеят дълго. Във всички останали случаи безядрените клетки са мъртви.

Ядрото има двойна обвивка, през порите, в които съдържанието
ядрата (нуклеоплазмата) могат да комуникират със съдържанието на цитоплазмата. Мембраните на ядрената мембрана са снабдени с рибозоми и комуникират с мембраните на ендоплазмения ретикулум на клетката. Нуклеоплазмата съдържа едно или две ядра и хромозоми. Нуклеоплазмата е колоидна золна система, напомняща по консистенция на сгъстен желатин. Ядрото, според местните биохимици (Zbarsky I.B. et al.), Съдържа четири фракции протеини: прости протеини - глобулини 20%, дезоксирибонуклеопротеини - 70%, киселинни протеини - 6% и остатъчни протеини 4%. Те са локализирани в следните ядрени структури: ДНК протеини (алкални протеини) - в хромозомите, РНК протеини (киселинни протеини) - в нуклеоли, частично в хромозоми (по време на синтеза на информационна РНК) и в ядрената мембрана. Глобулините формират основата на нуклеоплазмата. Остатъчните протеини (естеството не е посочено) образуват ядрената мембрана.

По-голямата част от ядрените протеини са сложни алкални дезоксирибонуклеопротеини, които се основават на ДНК.

ДНК молекула.ДНК молекула– полинуклеотид и се състои от нуклеотиди. Нуклеотидът се състои от три компонента: молекула на захар (дезоксирибоза), молекула на азотна основа и молекули на фосфорна киселина. Дезоксирибозата е свързана с азотна основа чрез гликозидна връзка и с фосфорна киселина чрез естерна връзка. В ДНК има само 4 вида нуклеотиди в различни комбинации, различаващи се един от друг по азотни бази. Два от тях (аденин и гуанин) принадлежат към пуриновите азотни съединения, а цитозинът и тиминът принадлежат към пиримидиновите съединения. Молекулите на ДНК не са разположени в една равнина, а се състоят от две спираловидни вериги, т.е. две успоредни вериги, усукани една около друга, образуват една ДНК молекула. Те се държат заедно чрез водородни връзки между азотни бази, като пуриновите бази на едната верига свързват пиримидиновите бази на другата (фиг. 14). Структурата и химията на молекулата на ДНК е открита от английски (Крик) и американски (Уотсън) учени и оповестена през 1953 г. Този момент се счита за началото на развитието на молекулярната генетика. Молекулното тегло на ДНК е 4-8 млн. Броят на нуклеотидите (различни варианти) е до 100 хиляди. Молекулата на ДНК е много стабилна, нейната стабилност се осигурява от факта, че цялата й дебелина е еднаква - 20А (8А - ширината на пиримидиновата база + 12А - ширината на пуриновата основа). Ако в тялото се въведе радиоактивен фосфор, етикетът ще бъде открит във всички фосфорсъдържащи съединения, с изключение на ДНК (Levi, Sikewitz).

ДНК молекулите са носители на наследственост, т.к тяхната структура кодира информация за синтеза на специфични протеини, които определят свойствата на организма. Промените могат да настъпят под въздействието на мутагенни фактори (радиоактивно лъчение, мощни химични агенти - алкалоиди, алкохоли и др.).

РНК молекула.Молекули рибонуклеинова киселина (РНК).значително по-малко ДНК молекули. Това са единични вериги от нуклеотиди. Има три вида РНК: рибозомна, най-дългата, образуваща множество бримки, информационна (шаблонна) и транспортна, най-късата. Рибозомната РНК е локализирана в рибозомите на ендоплазмения ретикулум и съставлява 85% от общата РНК на клетката.

Месинджърната РНК по своята структура прилича на лист детелина. Количеството му е 5% от общата РНК в клетката. Синтезира се в нуклеолите. Сглобяването му става в хромозомите по време на интерфазата. Основната му функция е прехвърлянето на информация от ДНК към рибозомите, където се осъществява синтеза на протеини.

Трансферната РНК, както вече е установено, е цяло семейство от съединения, свързани по структура и биологична функция. Всяка жива клетка, според груба оценка, съдържа 40-50 отделни трансферни РНК, а общият им брой в природата, като се вземат предвид различията между видовете, е огромен. (Академик В. Енгелхард). Те се наричат ​​транспортни, защото техните молекули участват в транспортните услуги за вътреклетъчния процес на синтез на протеини. Комбинирайки се със свободни аминокиселини, те ги доставят до рибозомите в изграждащата се протеинова верига. Това са най-малките РНК молекули, състоящи се средно от 80 нуклеотида. Локализиран в цитоплазмения матрикс и съставлява около 10% от клетъчната РНК

РНК съдържа четири азотни бази, но за разлика от ДНК, молекулата на РНК съдържа урацил вместо тимин.

Структура на хромозомите.Хромозомите са открити за първи път в края на 19 век от класиците на цитологията Флеминг и Страсбургер (1882, 1884) и руския изследовател на клетките И.Д. Чистяков ги открива през 1874 г.

Основният структурен елемент на хромозата е ядрото. Имат различни форми. Това са прави или извити пръти, овални тела, топки, чиито размери варират.

В зависимост от местоположението на центромера се различават прави, равнораменни и неравнораменни хромозоми. Вътрешната структура на хромозомите е показана на фиг. 15, 16. Трябва да се отбележи, че дезоксирибонуклеопротеинът е мономер на хромозомата.

Хромозомата съдържа 90-92% дезоксирибонуклеопротеини, от които 45% е ДНК и 55% е протеин (хистон). Хромозомата също съдържа малки количества РНК (информационна).

Хромозомите също имат ясно изразена напречна структура - наличие на удебелени области - дискове, които през 1909 г. бяха наречени гени. Този термин е предложен от датския учен Йохансен. През 1911 г. американският учен Морган доказва, че гените са основните наследствени единици и те са разпределени в хромозомите в линеен ред и следователно хромозомата има качествено различни участъци. През 1934 г. американският учен Пейнтър доказва прекъсването на морфологичната структура на хромозомите и наличието на дискове в хромозомите, а дисковете са местата, където се натрупва ДНК. Това послужи като началото на създаването на хромозомни карти, които посочват местоположението (локуса) на гена, който определя определена черта на организма. Генът е част от двойна спирала на ДНК, която съдържа информация за структурата на един протеин. Това е част от молекулата на ДНК, която определя синтеза на една протеинова молекула. ДНК не участва пряко в протеиновия синтез. Той съдържа и съхранява само информация за структурата на протеина.

Структурата на ДНК, състояща се от няколко хиляди последователно разположени 4 нуклеотида, е кодът на наследствеността.

Код на наследствеността. Синтез на протеини.Първото съобщение за кода на ДНК е направено от американския биохимик Ниренберг през 1961 г. в Москва на международния биохимичен конгрес. Същността на ДНК кода е следната. Всяка аминокиселина съответства на участък от ДНК верига, състояща се от три съседни нуклеотида (триплет). Така например, секция, състояща се от T-T-T (триплет от 3 нуклеотида, съдържащи тимин), съответства на аминокиселината лизин, триплет А (аденин) - С (цитозин) - А (аденин) - цистеин и т.н. Да приемем, че един ген е представен от верига от нуклеотиди, подредени в следния ред: A-C-A-T-T-T-A-A-C-C-A-A-G-G-G. Като разделим тази серия на триплети, можем веднага да дешифрираме кои аминокиселини и в какъв ред ще бъдат разположени в синтезирания протеин.

Броят на възможните комбинации от 4 налични нуклеотида по три е 4×64. Въз основа на тези взаимоотношения, броят на различните триплети е повече от достатъчен, за да предостави информация за синтеза на множество протеини, които определят както структурата, така и функциите на тялото. За протеиновия синтез точно копие на тази информация се изпраща до рибозомите под формата на информационна РНК. В допълнение към иРНК, декодирането и синтезът включват голям брой молекули на различни транспортни рибонуклеинови киселини (тРНК), рибозоми и редица ензими. Всяка от 20-те аминокиселини се свързва с Т-РНК – молекула с молекула. Всяка от 20-те аминокиселини има своя собствена тРНК. tRNA има химически групи, които могат да „разпознаят“ своята аминокиселина, като я избират от наличните аминокиселини. Това се случва с помощта на специални ензими. Разпознавайки своята аминокиселина, т-РНК влиза във връзка с нея. Към началото на веригата (молекулата) на i-RNA е прикрепена рибозома, която, движейки се по i-RNA, се свързва помежду си в полипептидна верига точно тези аминокиселини, чийто ред е криптиран от нуклеотидната последователност на тази I-RNA. В резултат на това се образува протеинова молекула, чийто състав е кодиран в един от гените.

Нуклеоли- съставна конструктивна част на ядрото. Това са сферични тела. Те са много променливи, променят формата и структурата си, появяват се и изчезват. Има един или двама от тях. За всяко растение определен брой. Нуклеолите изчезват, докато клетката се подготвя за делене и след това се появяват отново; те изглежда участват в синтеза на рибонуклеинови киселини. Ако ядрото се разруши от фокусиран лъч рентгенови или ултравиолетови лъчи, клетъчното делене се инхибира.

Ролята на ядрото в живота на клетката.Ядрото служи като контролен център на клетката, ръководи клетъчната дейност и съдържа носители на наследственост (гени), които определят характеристиките на даден организъм. Ролята на ядрото може да се разкрие, ако с помощта на микрохирургични техники то се отстрани от клетката и се наблюдават последствията от това. Серия от експерименти, доказващи важната му роля в регулирането на клетъчния растеж, са проведени от Gemmerling върху едноклетъчното зелено водорасло Acetobularia. Това водорасло достига височина до 5 см, прилича на гъба и има нещо като „корени“ и „крака“. В горната част завършва с голяма дисковидна „шапка“. Клетката на това водорасло има едно ядро, разположено в базалната част на клетката.

Hammerling установи, че ако стеблото се отреже, долната част продължава да живее и капачката се регенерира напълно след операцията. Горната част, лишена от ядрото, оцелява известно време, но в крайна сметка умира, без да може да възстанови долната част. Следователно ядрото на ацетобулария е от съществено значение за метаболитните реакции, които са в основата на растежа.

Ядрото допринася за образуването на клетъчната мембрана. Това може да се илюстрира с експерименти с водораслите Voucheria и Spyrogyra. Чрез освобождаване на съдържанието на клетките от нарязаните нишки във водата можем да получим бучки цитоплазма с едно, няколко ядра или без ядра. В първите два случая клетъчната мембрана се формира нормално. При липса на ядро ​​обвивката не се е образувала.

В опитите на И. И. Герасимов (1890) със спирогира е установено, че клетките с двойно ядро ​​удвояват дължината и дебелината на хлоропласта. В безядрените клетки процесът на фотосинтеза продължава, образува се асимилационно нишесте, но в същото време процесът на неговата хидролиза се заглушава, което се обяснява с липсата на хидролитични ензими, които могат да се синтезират в рибозомите само според информация от ДНК на ядрото. Животът на протопласта без ядро ​​е непълен и краткотраен. В експериментите на I.I. Герасимов, безядрените клетки на Spirogyra са живели 42 дни и са умрели. Една от най-важните функции на ядрото е да снабдява цитоплазмата с рибонуклеинова киселина, необходима за протеиновия синтез в клетката. Отстраняването на ядрото от клетката води до постепенно намаляване на съдържанието на РНК в цитоплазмата и забавяне на протеиновия синтез в нея.

Най-важната роля на ядрото е в предаването на характеристики от клетка на клетка, от организъм на организъм и прави това по време на процеса на делене на ядрото и клетката като цяло.

Клетъчно делене.Клетките се размножават чрез делене. В този случай от една клетка се образуват две дъщерни клетки със същия набор от наследствен материал, съдържащ се в хромозомите като майчината клетка. В соматичните клетки хромозомите са представени от две, така наречените хомоложни хромозоми, които съдържат алелни гени (носители на противоположни характеристики, например бял и червен цвят на граховите венчелистчета и др.), Характеристики на две родителски двойки. В тази връзка в соматичните клетки на растителното тяло винаги има двоен набор от хромозоми, обозначен като 2p. Хромозомите имат различна индивидуалност. Количеството и качеството на хромозомите е характерна черта на всеки вид. Така в клетките на ягодата диплоидният набор от хромозоми е 14, (2n), в клетките на ябълката - 34, в ерусалимския артишок - 102 и др.

Митоза (кариокинеза)– деленето на соматичните клетки е описано за първи път от Е. Русов (1872) и И. Д. Чистяков (1874). Същността му се състои в това, че от майчината клетка чрез делене се образуват две дъщерни клетки с еднакъв набор от хромозоми.Клетъчният цикъл се състои от интерфаза и самата митоза. С помощта на метода на микроавторадиографията е установено, че най-дългата и сложна е интерфазата - периодът на "почиващото" ядро, т.к. През този период ядреният материал се удвоява. Интерфазата е разделена на три фази:

Q1 - пресинтетичен (продължителността му е 4-6 часа);

S - синтетичен (10-20 часа);

Q2 - постсинтетичен (2-5 часа).

По време на фазата Q1 се извършва подготовка за редупликация на ДНК. И в S фазата настъпва редупликация на ДНК; клетката удвоява доставките си на ДНК. Във фазата Q2 се образуват ензими и структури, необходими за започване на митоза. По този начин, в интерфазата, ДНК молекулите в хромозомите се разделят на две идентични вериги и информационните РНК се сглобяват върху тяхната матрица. Последният носи информация за структурата на специфични протеини в цитоплазмата, а в ядрото всяка от ДНК веригите допълва липсващата половина от своята молекула. Този процес на дублиране (редупликация) разкрива уникална характеристика на ДНК, която е способността на ДНК точно да се възпроизвежда. Получените дъщерни ДНК молекули се получават автоматично като точни копия на родителската молекула, т.к. по време на редупликация към всяка половина се добавят комплементарни (A-T; G-C; и т.н.) бази от средата.

По време на профазата на митотичното делене дублираните хромозоми стават забележими. В метафаза всички те са разположени в екваториалната зона, подредени в един ред. Образуват се вретеновидни нишки (от микротубули, свързващи се една с друга). Ядрената мембрана и ядрото изчезват. Удебелените хромозоми се разделят по дължина на две дъщерни хромозоми. Това е същността на митозата. Осигурява прецизно разпределение на дублираните ДНК молекули между дъщерните клетки. Така той осигурява предаването на наследствена информация, криптирана в ДНК.

В анафаза дъщерните хромозоми започват да се движат към противоположните полюси. В центъра се появяват първите фрагменти от клетъчната мембрана (фрагмобласт).

По време на телофазата се образуват ядра в дъщерните клетки. Съдържанието на майчината клетка (органела) се разпределя между получените дъщерни клетки. Клетъчната мембрана е напълно оформена. Това завършва цитокинезата (фиг. 17).

Мейоза - редукционно деленее открит и описан през 90-те години на миналия век от В. И. Беляев. Същността на деленето е, че от соматична клетка, съдържаща 2n (двоен, диплоиден) набор от хромозоми, се образуват четири хаплоидни клетки с "n", половин набор от хромозоми. Този вид разделяне е сложно и се състои от два етапа. Първият е редукция чрез хромоза. Дублирани хромозоми са разположени в екваториалната зона по двойки (две паралелни хомоложни хромозоми). В този момент може да настъпи конюгация (свързване) с хромоза, кръстосване (кросоувър) и в резултат на това може да настъпи обмен на участъци от хромоза. В резултат на това някои от гените на бащините хромозоми преминават в състава на майчините хромозоми и обратно. В резултат на това външният вид на двете хромозоми не се променя, но техният качествен състав става различен. Наследствеността по бащина и майчина линия се преразпределя и смесва.

В анафазата на мейозата хомоложните хромозоми с помощта на вретенообразни нишки се разпръскват към полюсите, при което след кратък период на почивка (нишките изчезват, но не се образува преградата между новите ядра) започва процесът на митоза започва - метафаза, в която всички хромозоми са разположени в една и съща равнина и тяхното надлъжно разделяне се случва до дъщерни хромозоми. По време на анафазата на митозата с помощта на вретено те се разпръскват към полюсите, където се образуват четири ядра и в резултат на това четири хаплоидни клетки. В клетките на някои тъкани по време на тяхното развитие под въздействието на определени фактори възниква непълна митоза и броят на хромозомите в ядрата се удвоява поради факта, че те не се разминават към полюсите. В резултат на такива смущения от естествен или изкуствен характер възникват тетраплоидни и полиплоидни организми. С помощта на мейозата се образуват полови клетки - гамети, както и спори, елементи на сексуално и безполово размножаване на растенията (фиг. 18).

Амитозата е директно делене на ядрото.По време на амитозата не се образува вретено и ядрената мембрана не се разпада, както при митозата. Преди това амитозата се смяташе за примитивна форма на делене. Вече е установено, че е свързано с деградацията на тялото. Това е опростена версия на по-сложен ядрен делене. Амитозата се среща в клетките и тъканите на нуцелуса, ендосперма, паренхима на клубена, листните дръжки и др.