Умблик
10 класс · углублённый
Биология · 10 класс · углублённый уровень
Биология · углублённый уровень · 10 класс · Урок 48

Путь белка в клетке: рибосома, ЭПС, аппарат Гольджи и лизосома

Органоиды связаны потоками вещества. Для секретируемого белка важны не только названия «ЭПС» и «Гольджи», но и путь от распознавания сигнала на растущей цепи до доставки пузырька к нужной мембране. Проследим также, откуда берутся мембраны и как клетка перерабатывает материал.

Строение и функции клетки

Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс

Строение и функции клетки

Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:

  • Цитоплазма и цитозоль
  • Рибосомы и их связь с гранулярной ЭПС
  • Сигнал адресации белка
  • Гранулярная и гладкая ЭПС
  • Синтез и вставка мембранных белков
  • Аппарат Гольджи и сортировка
  • Транспортные пузырьки и секреторный путь
  • Лизосомы и внутриклеточное расщепление
  • Вакуоль, клеточный сок и тургор
  • Сравнение маршрутов растворимых и мембранных белков
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.
Стрелки показывают один пример секреторного пути; свободные рибосомы и другие белки имеют иные маршруты.

Как это устроено

Рибосома начинает собирать белок по инструкции иРНК. Если растущая цепь несёт подходящий сигнал для секреторного пути, комплекс направляется к мембране ЭПС, где синтез продолжается с поступлением белка в просвет или его встраиванием в мембрану. Свободная рибосома не означает другой «вид» рибосомы навсегда: судьба синтезируемого белка зависит от адресационных сигналов. Белки цитозоля часто синтезируются без прохождения просвета ЭПС.

Гранулярная ЭПС связана с производством и начальной обработкой многих секретируемых и мембранных белков, гладкая ЭПС — с синтезом липидов и другими функциями, зависящими от клетки. Мембраны образуются не только из белка: их липидные компоненты синтезируются и перераспределяются. Путь ЭПС — аппарат Гольджи — пузырёк — внешняя среда описывает типичный секретируемый груз. На каждом этапе возможны проверка свёртывания, химическая модификация и сортировка; аппарат Гольджи не «создаёт белок с нуля».

Лизосомы участвуют в расщеплении материала, доставленного извне или из самой клетки. Это не бесконтрольные мешки с «кислотой, способной немедленно уничтожить клетку»: ферменты работают в конкретных условиях, а мембрана компартмента отделяет их от цитозоля. Повреждения и нарушения транспорта могут иметь последствия, но модель «лопнула одна лизосома — вся клетка мгновенно исчезла» грубо неверна. У растений роль переработки часто связана с вакуолями и другими компартментами, поэтому схемы животной и растительной клетки не совпадают один к одному.

Крупная вакуоль растения содержит клеточный сок и вместе с клеточной стенкой участвует в тургоре. Тургор возникает из водного состояния и механического ограничения стенкой, а не из «твёрдости» воды. При сравнении микрофотографий надо отличать реально видимую границу органоида от нарисованной на учебной схеме; отдельные пузырьки и мелкие структуры могут быть недоступны световому микроскопу. Работа с готовыми снимками и масштабной линейкой помогает проверять, какие утверждения подтверждены наблюдением, а какие основаны на другом методе.

Словарь урока

Каждое понятие — с примером

Цитозоль

Водная часть внутренней среды клетки вне мембранных органоидов, содержащая растворённые вещества и многочисленные белки.

Пример: Ферменты гликолиза работают в цитозоле, но не внутри просвета эндоплазматической сети.

Цитоплазма

Содержимое клетки между плазматической мембраной и ядром, включающее цитозоль, органоиды и различные структуры.

Пример: Митохондрия находится в цитоплазме, но её внутреннее содержимое не тождественно цитозолю.

Рибосома

Комплекс рРНК и белков, который считывает иРНК и соединяет аминокислоты в полипептид в заданной последовательности.

Пример: Секретируемый белок начинает синтезироваться на рибосоме, а не производится аппаратом Гольджи из готовых аминокислот.

Сигнальный пептид

Участок растущего белка, помогающий направить рибосому и цепь к соответствующему клеточному маршруту.

Пример: Сигнал для секреторного пути помогает направить растущую цепь к мембране ЭПС.

Гранулярная ЭПС

Часть эндоплазматической сети с прикреплёнными рибосомами, связанная с синтезом белков секреторного и мембранного путей.

Пример: Белок, предназначенный для выделения из клетки, может поступать в просвет гранулярной ЭПС уже во время синтеза.

Гладкая ЭПС

Участки эндоплазматической сети без прикреплённых рибосом, участвующие в синтезе липидов и других клеточных процессах.

Пример: В некоторых клетках гладкая ЭПС связана с обменом липидов и хранением Ca²⁺.

Просвет органоида

Внутреннее пространство мембранного компартмента, химические условия которого могут отличаться от цитозоля.

Пример: Растворимый секреторный белок проходит через просвет ЭПС и аппарат Гольджи, оставаясь отделённым мембраной от цитозоля.

Аппарат Гольджи

Система мембранных цистерн, где поступающие молекулы могут модифицироваться, сортироваться и направляться к разным адресам.

Пример: После ЭПС белок может пройти через аппарат Гольджи и попасть в секреторный пузырёк.

Транспортный пузырёк

Небольшой мембранный компартмент, переносящий определённый груз между органоидами или к плазматической мембране.

Пример: Пузырёк доставляет белок от аппарата Гольджи к поверхности клетки для выделения.

Лизосома

Мембранный компартмент животных клеток с набором ферментов для расщепления доставленного материала при подходящей кислотности.

Пример: После захвата частицы содержимое пузырька может попасть в путь внутриклеточного переваривания.

Автофагия

Регулируемый процесс доставки части собственного клеточного материала к разрушающим компартментам для переработки.

Пример: Повреждённая структура может быть окружена мембраной и затем расщеплена по автофагическому пути.

Вакуоль

Мембранный компартмент клетки с содержимым, функции которого зависят от организма и типа клетки.

Пример: Крупная центральная вакуоль растительной клетки содержит клеточный сок и участвует в поддержании тургора.

Тургор

Механическое давление содержимого растительной клетки на её стенку, возникающее при соответствующем водном состоянии.

Пример: При потере воды растение может терять упругость, хотя клеточная стенка при этом сохраняется.

Пример по шагам

Клетка синтезирует белок для выделения наружу. Что будет неверно в цепочке «Гольджи → рибосома → ЭПС → ядро»?

  1. Информация об аминокислотной последовательности поступает от гена через иРНК к рибосоме.
  2. Белок секреторного пути поступает в ЭПС при синтезе, затем перемещается к аппарату Гольджи.
  3. После сортировки груз переносится пузырьком к плазматической мембране и выделяется; ядро не является последним пунктом этого маршрута.

Вывод: Типичный путь: иРНК → рибосома/ЭПС → аппарат Гольджи → пузырёк → экзоцитоз.

Практическая работа

Проверка схемы внутриклеточного транспорта

  1. На готовом рисунке эукариотической клетки обозначьте цитозоль, просвет ЭПС, аппарат Гольджи, транспортный пузырёк и плазматическую мембрану.
  2. Проведите путь растворимого секретируемого белка, не пересекая мембраны наугад; отдельно проведите путь цитозольного белка.
  3. На микрофотографии с масштабом укажите, какие структуры различимы реально, а какие внесены на схему из данных других методов.

Что можно заключить: Адресация белков объясняет, почему разные продукты одной клетки находятся в разных компартментах и как клетки выделяют вещества.

Безопасность: Только готовые изображения и модели; не применяйте фиксирующие реактивы и не вскрывайте неизвестные клеточные культуры.

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.