§16. Строение клетки. Эндоплазматическая сеть. Комплекс Гольджи. Лизосомы. Клеточные включения

Определения и обозначения

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — система мембранных канальцев и полостей цитоплазмы, обеспечивающая синтез и транспорт веществ. Её разветвлённые ходы помогают перемещать вещества внутри клетки. Разделение сети на участки позволяет выполнять разные задачи одновременно.

Комплекс Гольджи — органоид из стопок уплощённых мембранных цистерн и пузырьков, который изменяет, сортирует и упаковывает вещества. Можно представить его как распределительный пункт клетки: поступившие молекулы получают дальнейший маршрут. Благодаря этому вещества попадают туда, где они нужны.

Лизосомы — мембранные пузырьки с пищеварительными ферментами, расщепляющими вещества внутри клетки. Ферменты — белки, ускоряющие химические реакции, в том числе разбор сложных молекул на более простые. Лизосомы помогают клетке перерабатывать поступившие вещества и ненужные компоненты.

Клеточные включения — непостоянные образования цитоплазмы, представляющие собой запасы или продукты обмена веществ. К ним относятся, например, капли жира и гранулы запасных веществ. Их количество меняется вместе с потребностями клетки, поэтому включения не являются постоянными рабочими структурами.

Как это устроено

ЭПС разветвлена, потому что клетке нужно одновременно синтезировать и перемещать множество веществ в разных направлениях. Мембранные канальцы и полости образуют внутренние пути, по которым содержимое может передаваться к другим участкам клетки. ЭПС связана с наружной мембраной ядерной оболочки, поэтому между ядром и цитоплазматической системой есть непрерывность мембран. Такая организация облегчает обмен между участками клетки, но не означает, что все вещества свободно проходят через любые мембраны.

У шероховатой ЭПС на внешней стороне мембран находятся рибосомы — структуры, на которых собираются белки из аминокислот. Поэтому её поверхность выглядит зернистой, а синтезируемые белки могут поступать внутрь полостей ЭПС или встраиваться в мембрану. Гладкая ЭПС рибосом не имеет и потому не выполняет такой синтез белков. Различие во внешнем строении связано с разными задачами этих участков сети.

Гладкая ЭПС участвует в синтезе липидов, потому что её мембраны и связанные с ними ферменты обеспечивают реакции липидного обмена. В некоторых клетках она также помогает обезвреживать определённые вещества, изменяя их так, чтобы клетке было легче с ними справиться. В мышечных клетках гладкая ЭПС может накапливать ионы кальция и высвобождать их при необходимости. Кальций служит сигналом для важных клеточных процессов, в том числе для сокращения мышц.

Комплекс Гольджи получает вещества от ЭПС в транспортных пузырьках, которые отделяются от её мембран и перемещаются к цистернам комплекса. По мере прохождения через цистерны молекулы могут изменяться, например получать дополнительные химические группы. Затем комплекс сортирует их по назначению и упаковывает в новые пузырьки. Одни пузырьки направляются к мембране для выделения содержимого, другие доставляют вещества к участкам клетки или участвуют в образовании лизосом.

Лизосомы образуются из пузырьков, связанных с комплексом Гольджи, и содержат набор пищеварительных ферментов. Мембрана отделяет ферменты от остальной цитоплазмы, что помогает не допустить бесконтрольного расщепления клеточных компонентов. При слиянии лизосомы с пузырьком, содержащим материал для переработки, ферменты расщепляют этот материал. Постоянные органоиды, такие как ЭПС и комплекс Гольджи, имеют определённую структуру и выполняют характерные функции, а включения могут временно накапливаться и исчезать.

Строение и функции эндоплазматической сети, комплекса Гольджи, лизосом и клеточных включений

Сначала найдите в строке признак строения, а затем сопоставьте его с функцией: наличие рибосом указывает на шероховатую ЭПС, отсутствие — на гладкую. При сравнении Гольджи и лизосом обратите внимание на глаголы: комплекс сортирует и упаковывает, лизосомы расщепляют. Последний столбец помогает отличить постоянные органоиды от временных включений.

Разбор задач

Задача 1. Определите органоид по описанию: система мембранных канальцев покрыта рибосомами и участвует в синтезе белков. Нужно использовать сразу два признака — строение и функцию. Они позволяют не спутать органоид с гладкой ЭПС или комплексом Гольджи.

1. Канальцы и полости из мембран характерны для эндоплазматической сети.
2. Рибосомы на её поверхности указывают на шероховатый участок ЭПС.
3. Участие в синтезе белков подтверждает вывод: именно на рибосомах собираются белковые молекулы.

Ответ: это шероховатая эндоплазматическая сеть. Если бы в описании не было рибосом, а речь шла о липидном обмене, следовало бы предположить гладкую ЭПС.

Задача 2. Проследите путь белка, который синтезирован на рибосомах шероховатой ЭПС и должен быть выделен из клетки. Важно не пропустить пузырьки, переносящие белок между органоидами. Для решения расположите участки пути в порядке передачи вещества.

1. Белок собирается на рибосомах шероховатой ЭПС и попадает в её полость.
2. От ЭПС отделяется транспортный пузырёк с белком; он переносит содержимое к комплексу Гольджи.
3. В комплексе Гольджи белок проходит обработку и сортировку, после чего упаковывается в секреторный пузырёк.
4. Секреторный пузырёк перемещается к плазматической мембране и сливается с ней, высвобождая белок наружу.

Ответ: шероховатая ЭПС → транспортный пузырёк → комплекс Гольджи → секреторный пузырёк → плазматическая мембрана. Направление движения показывает, почему синтез, сортировка и выделение — разные этапы клеточного процесса.

Задача 3. В клетке обнаружены капли жира, гранулы крахмала и пузырьки с пищеварительными ферментами. Определите, какие из этих объектов являются включениями, а какие — лизосомами. Для этого сравните их назначение и строение, а не только внешний вид.

1. Капли жира и гранулы крахмала представляют собой запасы веществ в цитоплазме.
2. Такие запасы непостоянны и могут расходоваться, поэтому их относят к клеточным включениям.
3. Пузырьки с пищеварительными ферментами окружены мембраной и расщепляют вещества внутри клетки.

Ответ: капли жира и гранулы крахмала — клеточные включения, а пузырьки с ферментами — лизосомы. Решающий признак лизосомы — наличие ферментов для внутриклеточного расщепления.

Типичные ошибки

Считать рибосомы частью самой ЭПС. Рибосомы прикрепляются к мембранам только у шероховатой ЭПС, но сами являются отдельными структурами. Ошибка возникает из-за того, что на схемах их часто изображают непосредственно на поверхности сети. Проверьте себя: ЭПС образована мембранами, а рибосомы — отдельные места синтеза белка.

Приписывать гладкой ЭПС синтез белков. Её главные задачи связаны с липидным обменом, обезвреживанием веществ и накоплением кальция. Путаница появляется, когда функции двух разновидностей сети объединяют в одну. Для проверки спросите себя, есть ли на мембране рибосомы: без них гладкая ЭПС не является местом сборки белков.

Смешивать комплекс Гольджи и лизосомы. Комплекс Гольджи изменяет, сортирует и упаковывает вещества, тогда как лизосомы расщепляют их ферментами. Их связывает участие в клеточном транспорте, поэтому функции легко перепутать. Проверьте формулировку: если говорится о сортировке — это Гольджи, если о пищеварении — лизосома.

Называть капли жира и гранулы запасных веществ органоидами. Обычно это включения: они могут возникать и исчезать, когда клетка накапливает или расходует запас. Их принимают за органоиды, потому что они заметны в цитоплазме. Чтобы проверить ответ, выясните, является ли структура постоянной и выполняет ли характерную работу; непостоянный запас — включение.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать строение эукариотической клетки, а также функции мембраны, цитоплазмы, ядра и рибосом. Эти знания помогают проследить, где возникают вещества и как они перемещаются внутри клетки. Позже тема пригодится при изучении обмена веществ, синтеза и секреции белков, клеточного пищеварения и специализации клеток.

Различия в развитии органоидов связаны с работой клеток разных тканей. Например, клеткам железистого эпителия особенно важны синтез и выделение веществ, а мышечным клеткам — накопление кальция гладкой ЭПС. Сравнение с клетками растений помогает увидеть, что общий клеточный транспорт сочетается с особенностями клеток разных организмов.

Что запомнить

• Шероховатая ЭПС покрыта рибосомами и участвует в синтезе белков.
• Гладкая ЭПС синтезирует липиды и участвует в обезвреживании веществ.
• Комплекс Гольджи изменяет, сортирует и упаковывает вещества.
• Лизосомы содержат ферменты для внутриклеточного расщепления.
• Клеточные включения непостоянны и обычно служат запасами или продуктами обмена.
• ЭПС, комплекс Гольджи и лизосомы связаны единой системой внутриклеточного транспорта.