Умблик
10 класс · углублённый
Биология · 10 класс · углублённый уровень
Биология · углублённый уровень · 10 класс · Урок 50

Цитоскелет и движение: микрофиламенты, микротрубочки, реснички

Цитоскелет — не неподвижный каркас. Актиновые нити и микротрубочки собираются, разбираются и служат путями для молекулярных моторов. Через них можно объяснить форму клетки, сокращение мышцы, внутриклеточный транспорт и движение реснички, не смешивая эти механизмы.

Строение и функции клетки

Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс

Строение и функции клетки

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

  • Немембранные структуры клетки
  • Рибосомы
  • Актиновые микрофиламенты
  • Микротрубочки
  • Молекулярные моторы
  • Мышечное сокращение
  • Клеточный центр и центриоли
  • Жгутики и реснички эукариот
  • Движение цитоплазмы
  • Внутриклеточный транспорт
  • Различие бактериального жгутика и эукариотической реснички
Один маршрут секретируемого белкаРибосома + ЭПСАппарат ГольджиПузырёкСборка цепи → обработка и сортировка → перенос к мембране.Митохондрии и пластиды имеют иные функции и собственную ДНК.Не все белки проходят ЭПС и аппарат Гольджи; это путь определённой группы.
На общей схеме клетки линии каркаса условны; строение реснички и актина требует более крупного масштаба.

Как это устроено

Актиновые микрофиламенты и микротрубочки состоят из разных белков, имеют разные размеры и динамику. Микрофиламенты участвуют в изменении края клетки и работе актина с миозином; микротрубочки служат путями транспорта и частью веретена деления. Утверждение «цитоскелет — скелет из костей внутри клетки» ошибочно: это постоянно перестраиваемая сеть. Другие нити цитоскелета тоже существуют, но каждую функцию следует связывать с конкретным типом структуры.

Моторные белки преобразуют химический цикл АТФ в направленное изменение положения. Миозин работает с актином; кинезины и динеины — с микротрубочками. Полярность нити задаёт возможное направление движения, но конкретный результат зависит от мотора и груза. У мышечной клетки сокращение возникает при взаимодействии многочисленных нитей, а не при укорочении отдельных актиновых молекул. Пузырёк, движущийся внутри клетки, не «плывёт сам» в указанном направлении без механизмов транспорта.

У типичной подвижной эукариотической реснички микротрубочки организованы в аксонему, а динеиновые моторы создают скольжение, превращаемое связями в изгиб. Бактериальный жгутик устроен иначе и работает через другой механизм; сходное слово «жгутик» не доказывает одинаковое происхождение деталей. Некоторые реснички выполняют преимущественно сенсорную роль, поэтому утверждение «каждая ресничка машет и двигает клетку» неверно. Центриоли и базальные тельца связаны с организацией микротрубочек, но не все эукариоты имеют одинаковое устройство клеточного центра.

Движение цитоплазмы в растительных клетках можно наблюдать световым микроскопом на подходящем препарате. Нужно различать движение цитоплазмы, пассивное перемещение видимого включения и движение целого организма. Один короткий кадр не покажет траекторию, поэтому нужны последовательные наблюдения или видео с временной отметкой. Из изменения положения хлоропласта можно сделать вывод о движении в клетке, но нельзя без специальных методов измерить силу отдельного моторного белка.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Цитоскелет

Система динамических белковых структур клетки, связанных с её формой, движением, делением и размещением внутренних компонентов.

Пример: Клетка меняет форму при передвижении за счёт перестройки актиновых нитей и работы других белков.

Актиновый микрофиламент

Тонкая динамическая нить из полимеризованного актина, участвующая в изменении формы клетки и механической работе.

Пример: Подвижный край клетки связан с перестройкой актина, а мышечное сокращение — с взаимодействием актина и миозина.

Микротрубочка

Полая полимерная структура из тубулина, которая служит опорой, путём для транспорта и частью аппарата деления.

Пример: Пузырёк может двигаться вдоль микротрубочки с помощью моторного белка.

Тубулин

Белок, из субъединиц которого собираются микротрубочки с определённой полярностью и динамикой роста.

Пример: Микротрубочка может удлиняться и укорачиваться без разрушения всей клетки.

Миозин

Семейство моторных белков, использующих цикл АТФ для перемещения относительно актиновых нитей.

Пример: В мышечном волокне миозиновые головки взаимодействуют с актином при сокращении.

Кинезин

Семейство моторных белков, переносящих клеточный груз вдоль микротрубочек в определённом направлении при расходовании АТФ.

Пример: Пузырёк с молекулами может перемещаться вдоль микротрубочки к периферии клетки.

Динеин

Семейство моторных белков, связанных с движением по микротрубочкам и работой ресничек и жгутиков эукариот.

Пример: В аксонеме реснички динеин создаёт относительное смещение микротрубочек, которое преобразуется в изгиб.

Центросома

Область организации микротрубочек животной клетки, важная для их расположения и формирования веретена при делении.

Пример: В типичной животной клетке центросома находится рядом с ядром до деления.

Центриоль

Цилиндрическая структура из микротрубочек, входящая в состав многих животных центросом и оснований ресничек.

Пример: Базальное тельце реснички связано по строению с центриолью.

Аксонема

Внутренняя микротрубочковая основа большинства подвижных ресничек и жгутиков эукариот, работающая вместе с моторными белками.

Пример: Типичная подвижная ресничка часто имеет организацию 9+2, но существуют и другие варианты ресничек.

Ресничка

Покрытый мембраной клеточный выступ с микротрубочковым каркасом, который может обеспечивать движение или принимать сигналы.

Пример: Подвижные реснички эпителия дыхательных путей помогают перемещать слизь.

Цитоплазматическое течение

Наблюдаемое перемещение цитоплазмы и включений внутри некоторых клеток с участием цитоскелета и моторных белков.

Пример: В живой растительной клетке могут перемещаться хлоропласты; наблюдают движение, а не прямой ход молекул актина.

Пример по шагам

На рисунке ученик подписал мышечное сокращение как движение кинезина по актину. Как исправить схему?

  1. Актин — путь для миозиновых моторов в мышечной клетке.
  2. Кинезин работает с микротрубочками и обычно связан с транспортом клеточных грузов.
  3. Оба механизма используют АТФ, но белки, нити и клеточная задача различаются.

Вывод: Для мышечного сокращения указывают актин и миозин; кинезин на микротрубочке — другой пример моторной работы.

Практическая работа

Наблюдение цитоплазматического движения по готовому видео

  1. Выберите безопасное учебное видео живых растительных клеток с масштабом и временем.
  2. Отметьте положение одного видимого хлоропласта на трёх последовательных кадрах.
  3. Рассчитайте примерное перемещение за время наблюдения и отделите вывод о движении от гипотезы о моторном механизме.

Что можно заключить: Серия кадров подтверждает перемещение включения; конкретные молекулярные моторы устанавливают другими методами.

Безопасность: Работайте с готовым видео или разрешённым живым препаратом под руководством учителя; не используйте неизвестные культуры и электрические стимуляторы.

Практическая работа

Изучение движения цитоплазмы в растительных клетках

  1. Рассмотрите готовую видеозапись живых клеток водного растения с масштабом и временной меткой; найдите неподвижный ориентир клеточной стенки и видимые движущиеся частицы внутри клетки.
  2. На двух последовательных кадрах отметьте положение одного и того же включения относительно стенки и рассчитайте приблизительное смещение за известное время.
  3. Отделите движение внутриклеточного содержимого от перемещения всей камеры микроскопа; укажите, почему по видео нельзя увидеть отдельные молекулы двигательных белков.

Что можно заключить: Перемещение видимых частиц относительно неподвижной стенки поддерживает вывод о движении цитоплазмы; молекулярный механизм требует других методов.

Безопасность: Для самостоятельной работы используйте видеоматериал; живой образец и микроскоп готовит учитель, не вскрывайте электрические приборы и не используйте токсичные красители.

Попробуйте сами

Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.

Открываем задания…

Сверка содержания

Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.