Умный справочник
Биология
Задания 5-8, 23-26. Органоиды эукариот

Раздел: Цитология

Задания 5-8, 23-26. Органоиды эукариот

Статья

Не изучено

***

Клеточная теория

Прежде чем разбираться, из чего состоит клетка, полезно понять, что вообще такое клетка и почему её так важно изучать.

Клетка — это самый маленький «кирпичик» жизни. Из клеток состоят и бактерии, и растения, и животные, и мы с тобой. У любой клетки есть три способности, которые делают её живой: она умеет сама себя обновлять (заменять изношенные части), сама себя воспроизводить (делиться и давать новые клетки) и сама себя регулировать (управлять своими процессами).

К этому выводу учёные шли долго. Первым увидел клетки под микроскопом англичанин Роберт Гук — в XVII веке он рассматривал срез пробки и заметил там ячейки, похожие на пчелиные соты. Их-то он и назвал «клетками». Позже Матиас Шлейден и Теодор Шванн объединили накопленные знания в единую клеточную теорию, а Рудольф Вирхов добавил в неё важнейшее уточнение: новая клетка не появляется из ниоткуда — она всегда возникает делением другой клетки.

Главные положения современной клеточной теории:

Клетка — единица строения и работы всего живого; ей присущи все признаки жизни.
У клеток разных организмов сходный химический состав и общий план строения.
Новая клетка образуется только делением уже существующей (дополнение Вирхова).
Многоклеточный организм развивается из одной клетки — оплодотворённой яйцеклетки (зиготы).
Похожесть клеток у всех живых существ говорит о едином происхождении жизни.

Дальше речь пойдёт только про эукариотические клетки — те, у которых есть ядро. Про бактерии (прокариот) поговорим отдельно.

***

Приятного изучения статьи! Если хочешь подготовиться на 80+, то обязательно посмотри вот эти способы подготовки (жми, чтобы перейти на сайт и узнать подробнее) ❤️

Какое строение у эукариотической клетки?

У любой эукариотической клетки есть три главные части:

Оболочка — отделяет клетку от внешней среды.
Цитоплазма — внутреннее содержимое, в котором плавают все органоиды.
Ядро — центр с генетической информацией.

Органоиды делят на три группы по количеству мембран:

Немембранные — своей оболочки нет: рибосомы, клеточный центр, цитоскелет, жгутики и реснички.
Одномембранные — окружены одной мембраной: эндоплазматическая сеть (ЭПС), аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли.
Двумембранные — с двойной оболочкой: митохондрии и пластиды (только у растений).

Помимо органоидов, в цитоплазме можно встретить включения — временные «пятна», которые то появляются, то исчезают. Это либо запасы (крахмал у растений, гликоген у животных и грибов, капли жира, белковые зёрна), либо, наоборот, отходы — то, что клетка собирается выбросить (например, кристаллы оксалата кальция в клетках растений).

***

Ядро

Важно для ЕГЭ: ядро — это не органоид, а отдельная часть клетки. Хотя у него, как у митохондрий и пластид, две мембраны, к двумембранным органоидам его не относят.

Ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой (кариолеммой) — двойной мембраной с большим количеством ядерных пор. Через эти поры ядро обменивается веществами с цитоплазмой: наружу выходят РНК и собранные субъединицы рибосом, а внутрь заходят белки, нужные для работы ядра.

Внутри ядра — жидкость, которая называется кариоплазма (или нуклеоплазма). В ней «плавают»:

Хроматин — это ДНК, «намотанная» на специальные белки-гистоны. Когда клетка собирается делиться, хроматин уплотняется и превращается в хромосомы — самую компактную форму хранения генетической информации.
Ядрышко — плотная структура, в которой собираются рибосомы. Готовые субъединицы уходят через поры в цитоплазму, где уже работают. В активно работающих клетках ядрышек может быть несколько.

Основные функции ядра:

Хранит генетическую информацию (ДНК).
Управляет клеточным циклом — ростом и делением клетки.
Регулирует обмен веществ, то есть всю жизнь клетки.
Участвует в синтезе рибосом (через ядрышко).
Участвует в синтезе ДНК и РНК.

К двумембранным органоидам относятся митохондрии (у всех эукариот) и пластиды (только у растений и некоторых водорослей). Их особенность — полуавтономность: они умеют делать часть работы без ядра. У них есть собственная кольцевая ДНК, собственные мелкие рибосомы (70S, как у бактерий), они сами делятся надвое и передаются только по материнской линии — через яйцеклетку. Они образовались в сответствии с теорией эндосимбигенеза. Согласно ей, древняя клетка-хозяин поглотила более мелкие бактерии, которые стали выполнять функцию митохондрий и хлоропластов, превратившись в единый полноценный организм.

Митохондрии

Митохондрии называют «энергетическими станциями клетки». Их главная задача — производить АТФ, универсальную «валюту» энергии для всех процессов клетки. Работают они только при наличии кислорода, поэтому отвечают за аэробный (кислородный) энергетический обмен.

Строение:

Наружная мембрана — гладкая.
Внутренняя мембрана образует складки — кристы. Кристы нужны, чтобы увеличить площадь мембраны: чем больше площадь, тем больше ферментов на ней помещается и тем больше АТФ клетка может произвести.
На внутренней мембране сидят ферменты АТФ-синтазы (раньше их называли «грибовидными телами») и белки дыхательной цепи.
Межмембранное пространство — между внешней и внутренней мембраной; там во время работы дыхательной цепи накапливаются протоны водорода (H⁺).
Матрикс — жидкое содержимое внутри. В нём — кольцевая ДНК митохондрии, рибосомы 70S, РНК, ферменты и молекулы АТФ.

Функции:

Окисление органических веществ до CO₂ и H₂O с помощью кислорода.
Синтез АТФ — энергии для всей клетки.
Выделение тепла.

Логика простая: чем активнее клетка — тем больше в ней митохондрий.

Пластиды

Пластиды есть только у растений и некоторых фотосинтезирующих простейших (например, эвглены зелёной). Их три вида, и они умеют превращаться друг в друга: все развиваются из общей заготовки — пропластиды — в молодых, активно делящихся клетках.

1. Хлоропласты — зелёные, с пигментом хлорофиллом. Единственные пластиды, где идёт фотосинтез — синтез глюкозы из CO₂ и воды под действием света. Встречаются в зелёных листьях, стеблях, бутонах, незрелых плодах. Могут временно откладывать крахмал в виде мелких зёрен.

2. Хромопласты — содержат каротиноиды (красные, жёлтые, оранжевые пигменты). Именно они окрашивают морковь, спелые томаты, лепестки цветов и осенние листья.

3. Лейкопласты — бесцветные, без пигментов. Их работа — запасать питательные вещества, чаще всего крахмал в виде крупных зёрен. Живут в корнях, семенах, клубнях (картошка!), луковицах и корневищах.

Пластиды умеют превращаться друг в друга. Классический пример: клубень картошки полежал на свету — лейкопласты в нём стали хлоропластами, и картошка позеленела.

Строение хлоропласта нужно знать особенно хорошо:

Наружная мембрана — гладкая.
Внутренняя мембрана — тоже гладкая, окружает строму.
Строма — полужидкое содержимое, в нём есть кольцевая ДНК, рибосомы 70S, РНК, ферменты, молекулы АТФ и крахмальные зёрна.
Тилакоиды — плоские мембранные мешочки внутри стромы. Внутри каждого — своя полость (тилакоидное пространство, или люмен).
Граны — стопки из тилакоидов, сложенных как монетки.
Ламеллы — длинные тилакоиды, которые соединяют граны между собой, как «мостики».

На мембранах тилакоидов расположены молекулы хлорофилла, белки электрон-транспортной цепи и АТФ-синтазы — именно здесь и происходит световая фаза фотосинтеза.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть (или ретикулум) — это сеть плоских «мешочков» и трубочек, которая пронизывает всю цитоплазму. Что-то вроде метро клетки: по ней вещества перемещаются от места производства к месту, где они нужны.

ЭПС бывает двух видов:

Шероховатая (гранулярная) — на её поверхности сидят рибосомы. Отсюда её «шероховатый» вид. Задача — синтезировать белки и передавать их дальше — в аппарат Гольджи.
Гладкая (агранулярная) — рибосом на ней нет. Она синтезирует липиды (жиры) и углеводы и тоже отправляет их в аппарат Гольджи.

Комплекс Гольджи

Аппарат (комплекс) Гольджи — это стопка плоских цистерн с отходящими от них канальцами. С одного края стопки поступают вещества с ЭПС, с другого от цистерн отпочковываются везикулы — маленькие мембранные пузырьки с готовым «грузом».

Функции аппарата Гольджи:

дозревание белков и других веществ (окончательная сборка, «навешивание» углеводов);
сортировка и упаковка — как на почте;
транспорт веществ в нужные части клетки или наружу;

Вещества движутся слева направо

Важнейшая функция аппарата Гольджи — синтез лизосом.

Лизосомы

Лизосомы — маленькие пузырьки с гидролитическими ферментами внутри. Их задача — переваривать внутри клетки всё, что туда попало: питательные вещества, старые органоиды, крупные молекулы.

Ключевые процессы с участием лизосом:

Внутриклеточное пищеварение — разбор веществ на «кирпичики».
Аутофагия — переваривание собственных повреждённых органоидов (клетка «чинит себя»).
Автолиз — саморазрушение клетки. Именно так, например, у головастика исчезает хвост, когда он превращается в лягушку.
Апоптоз — запрограммированная смерть клетки. Клетка «уходит сама», когда становится не нужна или повреждена, — тоже с участием лизосом.

Вакуоли

Вакуоли — одномембранные пузырьки. У всех царств они устроены и работают немного по-разному:

У растений в зрелой клетке — одна большая центральная вакуоль с клеточным соком (вода + питательные и запасные вещества, иногда пигменты). В молодой клетке вакуолей много и они мелкие, а с возрастом они сливаются. Центральная вакуоль поддерживает тургор — давление, из-за которого растение не вянет.
У животных и грибов вакуоли мелкие и разные. Например, у амёбы есть сократительная вакуоль — она откачивает из клетки лишнюю воду и ненужные вещества, и пищеварительная вакуоль — там переваривается захваченная пища.

Пероксисомы

Пероксисомы — маленькие пузырьки с ферментами, которые разлагают перекись водорода (H₂O₂) и обезвреживают другие токсичные для клетки вещества. В школьной программе их часто просто упоминают.

Рибосомы

Рибосомы — крошечные «фабрики белка». Именно на них идёт трансляция — сборка белка по инструкции с матричной РНК.

Строение простое: рибосома состоит из двух субъединиц — большой и малой. Каждая субъединица собрана из рРНК (рибосомальной РНК) и белков.

Рибосомы бывают двух размеров:

80S — крупные; лежат в цитоплазме и на шероховатой ЭПС.
70S — мелкие; работают в митохондриях, пластидах и у бактерий. Это одно из главных доказательств теории эндосимбиоза.

Немного о том, что такое 70S и 80S…

S — коэффициент седиментации. Чем больше S, тем больше плотность и масса изучаемого объекта. Этот коэффициент можно определить методом центрифугирования: раствор с объектами помещается в центрифугу. Изучаемые объекты под действием центробежной силы распределяются по раствору в зависимости от плотности и массы. Так, более легкие (рибосомы, например) объекты останутся на поверхности, в то время как тяжелые (ядро, митохондрии) будут у самого дна.

Клеточный центр

Клеточный центр (центросома) состоит из двух центриолей, расположенных перпендикулярно друг другу. Каждая центриоль — это цилиндр из 9 триплетов микротрубочек, скреплённых белковыми перемычками (всего 27 микротрубочек в одной центриоли).

Главная функция клеточного центра — формировать веретено деления во время митоза и мейоза. Без него нити веретена не соберутся, и хромосомы не разойдутся правильно.

Важно: у высших растений клеточного центра нет — веретено деления у них формируется без центриолей.

Цитоскелет

Цитоскелет — «скелет» клетки, сеть белковых нитей, пронизывающих цитоплазму. Он выполняет сразу несколько задач:

поддерживает форму клетки;
удерживает и перемещает органоиды внутри;
участвует в движении самой клетки и в изменении её формы;
лежит в основе ресничек и жгутиков — выростов, с помощью которых клетки плавают или гонят жидкость по своей поверхности.

Плазматическая мембрана

Оболочка клетки нужна для двух вещей: защищать клетку и регулировать, что в неё входит и выходит. Основа оболочки — плазматическая мембрана (плазмалемма).

Плазмалемма состоит из двойного слоя фосфолипидов. Каждый фосфолипид похож на головастика: у него гидрофильная («любящая воду») головка и гидрофобные («боящиеся воды») хвосты. Хвосты прячутся друг к другу внутрь, а головки смотрят наружу — к воде снаружи клетки и к цитоплазме внутри. Получается плотный, но гибкий бутерброд.

Такая мембрана обладает избирательной проницаемостью: маленькие молекулы (например, углекислый газ) она пропускает легко, а крупные (например, большие белки) — нет.

В мембрану встроены:

Белки — одни пронизывают её насквозь (интегральные), другие лежат сверху (периферические). Они работают «дверями» для веществ, которые не проходят через липидный слой, и ловят сигналы извне.
Холестерин (у животных) — придаёт мембране упругость.
Гликокаликс — тонкий углеводный слой снаружи; он выполняет рецепторную функцию (распознаёт «свои» и «чужие» клетки). Есть только у животных.

Клеточная стенка

Поверх плазмалеммы у некоторых клеток есть клеточная стенка — плотный внешний каркас:

у растений — из целлюлозы,
у грибов — из хитина,
у бактерий — из муреина.

У животных клеточной стенки нет — их клетки поддерживаются цитоскелетом и держатся в тканях друг за друга.

***