§ 8. Строение клетки. Клеточная мембрана. Ядро. Геном. Цитоплазма. Клеточный центр. Рибосом

Определения и обозначения

Клеточная мембрана — тонкая оболочка из липидов и белков, отделяющая клетку от окружающей среды. Липиды образуют двойной слой, а белки встроены в него или связаны с его поверхностью. Такая организация нужна, чтобы защищать внутреннее содержимое и контролировать обмен веществ, а не полностью изолировать клетку.

Ядро — органоид эукариотической клетки, в котором находится основная часть её наследственного материала. Оно отделено от цитоплазмы оболочкой, но обменивается с ней веществами через поры. Ядро нужно для хранения и использования наследственной информации, необходимой клетке.

Геном — совокупность наследственной информации клетки, записанной в молекулах ДНК. Он включает сведения, которые передаются при делении клетки и используются для её работы. Геномом называют информацию, а не место, где она хранится: основная её часть у эукариот находится в ядре.

Рибосома — немембранный клеточный комплекс, на котором синтезируются белки. Она считывает инструкции для сборки белковой молекулы и соединяет её составные части в нужном порядке. Поэтому рибосомы необходимы для образования белков, выполняющих разнообразные функции в клетке.

Как это устроено

Мембрана образуется из двойного слоя липидов: их части, взаимодействующие с водой, обращены к водной среде по обе стороны оболочки, а отталкивающие воду части скрыты внутри слоя. Благодаря этому мембрана становится барьером между клеткой и средой. Однако разные вещества проходят через липидный слой неодинаково, поэтому избирательность обмена обеспечивают также белки-переносчики и белки-каналы. Клетка может пропускать нужные вещества и ограничивать перемещение других, поддерживая подходящие условия внутри.

Ядерная оболочка состоит из двух мембран и имеет поры, потому что ядру нужно быть защищённым, но не изолированным от цитоплазмы. Через поры перемещаются молекулы, необходимые для работы ядра и клетки. Внутри ядра ДНК связана с белками и образует хроматин; упаковка позволяет разместить длинные молекулы ДНК в ограниченном пространстве и упорядочить их. В ядрышке формируются компоненты рибосом, которые затем участвуют в сборке этих комплексов.

ДНК упакована в хроматин не случайно: молекулы наследственного материала очень длинные, и компактная организация помогает разместить их в ядре. При этом наследственная информация остаётся доступной для использования клеткой. Совокупность этой информации, записанной в ДНК, составляет геном клетки. У эукариот основная часть генома связана с ДНК ядра, поэтому ядро служит местом хранения основной части наследственного материала, но само геномом не является.

Цитоплазма — внутреннее содержимое клетки за пределами ядра; в широком смысле в неё входят цитозоль, органоиды и клеточные включения. Цитозоль представляет собой водную среду с растворёнными веществами, в которой расположены клеточные структуры. Вода помогает веществам перемещаться и вступать в реакции, а органоиды выполняют специализированные задачи. Поэтому цитоплазма — не просто жидкость, а пространство, в котором согласованно работают разные части клетки.

Клеточный центр организует микротрубочки — тонкие элементы внутреннего каркаса клетки. Такая организация помогает поддерживать расположение структур и менять его, когда клетка делится и формирует веретено деления. Рибосомы, напротив, заняты не организацией каркаса, а синтезом белков: они могут находиться свободно в цитоплазме или прикрепляться к мембранам. Расположение связано с тем, где клетке требуется использовать образующийся белок, но сама основная задача рибосом остаётся одинаковой.

Основные структуры клетки: строение и функции

Сначала сопоставьте строение каждой структуры с её расположением в клетке, а затем — с выполняемой функцией. Так легче увидеть, почему мембрана регулирует обмен, а рибосомы могут работать в разных местах. Таблица также помогает не путать органоиды и части клетки с наследственной информацией.

Разбор задач

Задача 1. Ученик назвал клеточную мембрану сплошной непроницаемой оболочкой. Нужно объяснить, в чём неточность, не отрицая её барьерную роль. Для этого рассмотрим и устройство мембраны, и участие её белков в обмене.

1. Мембрана действительно отделяет клетку от внешней среды, поскольку образует липидный барьер.
2. Но через неё проходят некоторые вещества, а другие переносятся с участием мембранных белков.
3. Следовательно, проницаемость мембраны избирательная, а не нулевая.

Ответ. Называть мембрану непроницаемой оболочкой неверно: она пропускает вещества избирательно. Липидный слой создаёт барьер, а белки помогают переносу определённых молекул. Поэтому мембрана одновременно отделяет клетку и обеспечивает обмен с окружающей средой.

Задача 2. В клетке обнаружены ядро с порами, хроматин и ядрышко. Требуется указать, где хранится основная часть наследственной информации и как она связана с геномом. Здесь важно отделить клеточную структуру от содержащихся в ней наследственных сведений. Ответ следует получить, связав ДНК, ядро и определение генома.

1. Хроматин содержит ДНК, связанную с белками, и находится внутри ядра.
2. Значит, основная часть наследственной информации эукариотической клетки находится в ядре.
3. Геномом называют совокупность наследственной информации, записанной в ДНК; ядро — органоид, где расположена её основная часть.

Ответ. Основная часть наследственной информации хранится в ДНК ядра, упакованной в хроматин. Совокупность этой информации составляет геном клетки. Ядрышко связано с образованием компонентов рибосом, а поры оболочки обеспечивают обмен между ядром и цитоплазмой.

Задача 3. В клетке нарушилась работа рибосом, но мембрана и ядро сохранились. Нужно определить, какой процесс пострадает непосредственно и почему. Не следует делать вывод, что исчезнет наследственная информация: рибосомы выполняют другую задачу. Сопоставим функцию рибосом с ролью ядра.

1. Рибосомы — места, где собираются белки по соответствующей инструкции.
2. При нарушении их работы клетка не сможет нормально синтезировать белки.
3. Ядро хранит основную часть ДНК, поэтому сохранность ядра сама по себе не компенсирует поломку рибосом.

Ответ. Непосредственно пострадает синтез белка. Рибосомы собирают белковые молекулы, используя инструкции, связанные с наследственной информацией. Ядро может сохранить ДНК, но без работающих рибосом белки по этим инструкциям не будут нормально образовываться.

Типичные ошибки

Мембрану иногда считают непроницаемой стенкой, потому что её называют границей клетки. Но граница не означает полного запрета обмена: вещества проходят избирательно, а в переносе участвуют мембранные белки. Проверка проста: вспомните, что клетка получает вещества из среды и выводит продукты обмена. Значит, мембрана должна обеспечивать контролируемый перенос, а не абсолютную изоляцию.

Ядро и геном путают, потому что основная часть ДНК расположена в ядре. Однако ядро — органоид, а геном — совокупность наследственной информации в ДНК. Чтобы проверить себя, спросите, можно ли назвать объект клеточной структурой: для ядра — да, для генома — нет. Это различие помогает не смешивать место хранения информации с самой информацией.

Цитоплазму иногда отождествляют с цитозолем, принимая её за одну лишь жидкость. Цитозоль — водная среда, но в широком смысле цитоплазма включает также органоиды и клеточные включения. Проверяйте себя перечислением: если в ответе есть только цитозоль, состав назван не полностью. Такое уточнение важно, когда описывают расположение и взаимодействие структур клетки.

Рибосомам ошибочно приписывают хранение наследственной информации или синтез ДНК, поскольку они связаны с использованием генетических инструкций. Но их основная функция — синтез белка; хранение основной части ДНК связано с ядром. Чтобы проверить ответ, задайте вопрос: какую молекулу непосредственно собирает рибосома? Если речь идёт о белке, функция указана правильно. Рибосомы используют инструкции, но не заменяют ДНК.

Связь с другими темами

Для понимания строения клетки нужно знать, что клетка — основная структурная и функциональная единица живых организмов, а органоиды выполняют специализированные задачи. Тема связана с изучением ДНК и генов: наследственная информация используется при транскрипции и синтезе белка. Строение мембраны поможет разобраться в транспорте веществ через оболочку клетки. Функции клеточного центра и рибосом пригодятся при изучении деления клетки и обмена веществ.

Что запомнить

• Клеточная мембрана отделяет клетку от среды и избирательно регулирует обмен веществ.
• Ядерная оболочка имеет поры, через которые происходит обмен между ядром и цитоплазмой.
• В ядре эукариотической клетки находится основная часть её ДНК.
• Геном — совокупность наследственной информации организма или клетки.
• Цитоплазма включает цитозоль, органоиды и клеточные включения.
• Клеточный центр организует микротрубочки и участвует в формировании веретена деления.
• Рибосомы осуществляют синтез белка.