К двумембранным органоидам относятся пластиды и митохондрии, у них различают внешнюю и внутреннюю мембраны.
В митохондриях протекает кислородный этап дыхания. При этом происходит окисление органических веществ, а освободившаяся энергия используется для синтеза АТФ. Поэтому митохондрии еще часто называют «энергетическими станциями» клетки.
Внутренняя мембрана митохондрий образует складки – кристы. Пространство между кристами заполнено матриксом, или основным веществом митохондрий. В состав основного вещества входят ферменты, участвующие в дыхании, митохондриальные рибосомы и митохондриальная ДНК. Наличие собственных рибосом и ДНК позволяет рибосомам осуществлять синтез некоторых белков независимо от ядра клетки, т.е они в определенной степени автономные структуры.
Пластиды есть лишь в растительных клетках. Пластиды высших растений бывают трех видов: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Они различаются по окраске, строению и выполняемым функциям.
Хлоропласты зеленого цвета, из-за пигмента зеленого цвета – хлорофилла, играющего важную роль в процессах фотосинтеза. Кроме хлорофиллов хлоропласты содержат и каротиноиды, но их гораздо меньше, поэтому они малозаметны на фоне хлорофилла. Больше всего хлоропластов находится в клетках листьев, молодых побегов и незрелых плодов.
Хлоропласты имеют постоянную линзовидную форму. Внутренняя мембрана хлоропластов образует плоские мешочки - тилакоиды (ламеллы). Тилакоиды могут собираться в стопочки – граны. Хлорофилл сосредоточен, главным образом, в тилакоидах гран. В гранах осуществляется световая часть фотосинтеза. Таковая слоистая структура обеспечивает максимальную площадь поверхности мембран и упрощает захват и перенос энергии в процессе фотосинтеза.
Темновая фаза протекает в матриксе хлоропластов, где находятся ферменты, участвующие в этом процессе. Также как и митохондрии, пластиды полуавтономные структуры, имеют свои рибосомы и ДНК.
В хлоропластах может откладываться первичных крахмал, если по каким либо причинам продукты фотосинтеза моносахара длительное время не затребованы клеткой и не удаляются из него.
Хромопласты сосредоточены в цитоплазме клеток плодов, листьев растений и придают им подобающую окраску. Хромопласты образуются из лейкопластов, либо хлоропластов в итоге скопления пигментов каротиноидов. Хромопласты имеют окраску от желтого до оранжевого из-за того, что накапливают пигменты каротиноиды. Также как и у лейкопластов у хлоропластов внутренняя мембрана не развита. Форма хромопластов может быть самой разнообразной: от сферической (каротиноиды откладываются в виде жировых капель) до многогранной (пигменты откладываются в виде кристаллов). Считается, что хромопласты – это конечный этап развития пластид. Они встречаются в клетках созревших плодов, стареющих листьев, т.е. в таких органах, где снижена активность жизнедеятельности органа. Однако они обнаруживаются и в вполне функционирующих частях, таких как корнеплоды моркови. Функция хромопластов пока не установлена.
Лейкопласты — бесцветные пластиды, располагающиеся в неокрашенных частях растений: в стеблях, корнях, луковицах и др. Основная функция лейкопластов – накопление запасных веществ, поэтому у них слабо развита внутренняя мембрана, она почти не образует тилакоидов. Чаще всего в лейкопластах накапливаются зерна вторичного крахмала, такие пластиды называются амилопластами. В них могут также откладываться масла (элайопласты) и простые белки (протеинопласты). Форма лейкопластов непостоянна и зависит от вида накапливаемых веществ. Лейкопласты могут образовываться из хлоропластов при значительном снижении интенсивности освещения.
Все пластиды появляются из собственных предшественников — пропластид. Кроме того, одни пластиды могут превращаться в другие, что указывает на общность их происхождения.
При некоторых обстоятельствах пластиды развиваются ненормально. У растений выросших в темноте, листья и молодые стебли сильно вытянуты и имеют бледно-желтую окраску. Такие растения называют этиолированными. Вместо обычных пластид у них развиваются этиопласты, мелкие бесцветные пластиды со слабо развитой внутренней мембраной, которая образует одно или несколько проламеллярных телец (скоплений трубчатых мембран).
Формирование пластид нарушается и при недостатке доступного железа в почве. В этом случае листья также имеют бледно-желтый оттенок. Это явление называется хлорозом, оно связано с нарушениями процесса синтеза хлорофилла.
У водорослей функции пластид выполняет хроматофор. Он содержит пигменты фотосинтеза, и в нем же накапливаются вещества запаса. Хроматофор может иметь самую разнообразную форму: спиральную, звездчатую, чашевидную и т.п.