Органоиды эукариотической клетки: взаимосвязь строения и работы
Покажем путь молекулы от синтеза до упаковки и объясним функции ЭПС, комплекса Гольджи, лизосом, митохондрий, пластид и немембранных структур.
Федеральная программа · базовый уровень · 10 класс
Химический состав и строение клетки
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Поверхностные структуры, стенка и гликокаликс
- Плазматическая мембрана и цитоплазма
- ЭПС, аппарат Гольджи и лизосомы
- Митохондрии и пластиды, их происхождение
- Рибосомы, клеточный центр, центриоли, реснички и жгутики
- Включения и их отличие от органоидов
Как это устроено
Клетка — не набор независимых «комнат». Для одного из путей белок начинается на рибосоме, связанной с шероховатой ЭПС, проходит первичное сворачивание и изменения, затем попадает в аппарат Гольджи и может отправиться в пузырьке к мембране. Но многие белки синтезируются свободными рибосомами и остаются в цитозоле или направляются иным путём. Поэтому стрелочная схема полезна только для указанного класса молекул.
Одномембранные структуры выполняют разные задачи. ЭПС помогает образовывать молекулы и мембраны, аппарат Гольджи сортирует часть груза, лизосомы содержат ферменты расщепления. Простое правило «Гольджи делает все вещества» неверно; он часто изменяет и распределяет уже синтезированные молекулы. У растений переработка материала может осуществляться в вакуоли и других компартментах, поэтому рисунок типичной животной клетки нельзя безоговорочно перенести на растение.
Митохондрии и пластиды имеют по две ограничивающие мембраны и собственные геномы, но зависят от клеточных генов и процессов. Данные сравнения ДНК, строения и деления поддерживают эндосимбиотическое происхождение от древних бактерий; это не утверждение, что современная митохондрия является самостоятельной бактерией. В хлоропластах происходит фотосинтез, в митохондриях — важная часть аэробного дыхания, но этапы обмена распределены и по другим областям клетки.
Рибосомы не имеют ограничивающей мембраны. Микротрубочки и другие структуры цитоскелета участвуют в организации формы, транспорта и деления; центриоли характерны не для каждой эукариотической клетки. Реснички и жгутики эукариот отличаются по строению от бактериальных жгутиков. Включения — накопления веществ, например капля липида; называть любое видимое пятно органоидом нельзя. Схема органоидов условна: реальные клетки меняются в зависимости от типа и состояния.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Органоид
Специализированная клеточная структура, которая регулярно участвует в выполнении определённых функций клетки; разные органоиды могут иметь мембрану или быть немембранными.
Пример: Митохондрия участвует в клеточном дыхании, а рибосома — в синтезе белковой цепи.
- Эндоплазматическая сеть
Система связанных внутриклеточных мембран, участки которой участвуют в синтезе, изменении и перемещении белков и липидов.
Пример: На шероховатой ЭПС рибосомы синтезируют часть белков, направляемых в мембраны или наружу клетки.
- Шероховатая ЭПС
Участок эндоплазматической сети с прикреплёнными рибосомами, где синтезируются и начинают изменяться некоторые белки.
Пример: Клетка железы использует шероховатую ЭПС при образовании выделяемых белков.
- Гладкая ЭПС
Участок эндоплазматической сети без видимых прикреплённых рибосом, участвующий, среди прочего, в синтезе липидов и регулировании некоторых ионов.
Пример: Некоторые клетки накапливают кальций в специализированных участках гладкой ЭПС.
- Аппарат Гольджи
Система мембранных цистерн и пузырьков, где часть поступающих молекул изменяется, сортируется и направляется к следующему месту.
Пример: Белок из ЭПС может получить модификацию и быть упакован для выделения через аппарат Гольджи.
- Лизосома
Ограниченный мембраной органоид животных и многих других эукариот, содержащий гидролитические ферменты для расщепления поступившего материала.
Пример: Клетка может расщеплять внутри лизосомы части захваченного материала.
- Митохондрия
Двумембранный органоид многих эукариот, где работают важные этапы аэробного клеточного дыхания и синтеза АТФ.
Пример: Внутренняя мембрана митохондрии содержит комплексы переноса электронов.
- Пластида
Органоид растений и некоторых других эукариот, происходящий от древнего эндосимбиоза; разновидности выполняют фотосинтез, запасание и другие функции.
Пример: Хлоропласт фотосинтезирует, а амилопласт может запасать крахмал.
- Эндосимбиоз
Длительное внутреннее совместное существование организмов; эволюционное происхождение митохондрий и пластид связывают с предками бактерий внутри других клеток.
Пример: Собственная ДНК и особенности деления митохондрий согласуются с их эндосимбиотическим происхождением.
- Клеточный центр
Область организации микротрубочек в некоторых эукариотических клетках, состав и вид которой различаются у разных групп организмов.
Пример: В типичной животной клетке клеточный центр с центриолями участвует в организации веретена деления.
- Жгутик и ресничка
Выросты некоторых эукариотических клеток с упорядоченным внутренним цитоскелетом, которые могут обеспечивать движение клетки или жидкости.
Пример: Реснички эпителия дыхательных путей помогают перемещать слизь; бактериальный жгутик устроен иначе.
- Клеточное включение
Скопление запасного или иного вещества в клетке, не равное устойчивому органоиду с определённой системой работы.
Пример: Капля липидов или зерно крахмала могут быть включением, количество которого меняется с условиями.
Пример по шагам
Секретируемый белок в клетке железы попал наружу. В какой последовательности могли участвовать клеточные структуры?
- Белковая цепь синтезировалась рибосомой, связанной с шероховатой ЭПС, и поступила в её полость.
- После первоначальной обработки и переноса пузырьком она прошла через аппарат Гольджи, где могла модифицироваться и сортироваться.
- Транспортный пузырёк слился с плазматической мембраной и выпустил содержимое; энергия и регуляция нужны на разных стадиях.
Вывод: Это один характерный маршрут секреции, а не универсальный путь всех белков клетки.
Практическая работа
Путь молекулы в клетке на серии готовых изображений
- Рассмотрите готовые электронные микрофотографии или надёжно подписанные схемы ЭПС, аппарата Гольджи, митохондрии и рибосомы с масштабом.
- Нарисуйте путь только секретируемого белка, подписав стадии и транспортные пузырьки; другой цвет используйте для белка, остающегося в цитозоле.
- Отметьте, что по одной микрофотографии не наблюдается весь маршрут во времени; для проверки нужны иные методы.
Что можно заключить: Расположение структур помогает построить модель пути, но механизм подтверждается сочетанием изображений и функциональных опытов.
Безопасность: Используйте готовые изображения или препараты; самостоятельная подготовка тканей, красителей и химических реактивов не требуется.
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.