§15. Немембранные органоиды клетки

Определения и обозначения

Рибосома — немембранный органоид из рибосомной РНК и белков, на котором происходит синтез белка. Проще говоря, это клеточная структура, которая собирает белковую молекулу по инструкции. Без рибосом клетка не могла бы производить белки, необходимые для её строения и работы.

Цитоскелет — система белковых нитей и трубочек в цитоплазме, поддерживающая форму клетки и обеспечивающая внутриклеточные перемещения. Его можно представить как опорную сеть, по которой также перемещаются некоторые клеточные структуры. Благодаря цитоскелету клетка сохраняет форму, меняет её и организует внутреннее пространство.

Клеточный центр — органоид животной клетки, обычно состоящий из двух центриолей и окружающего их материала; он участвует в организации микротрубочек. Это своего рода участок, от которого зависит расположение части элементов цитоскелета. Такая организация особенно важна, когда клетка готовится к делению.

Центриоль — цилиндрическая структура из микротрубочек, входящая в состав клеточного центра и базальных телец ресничек и жгутиков. Она помогает организовать микротрубочки в определённой конфигурации. Поэтому центриоль связана и с работой клеточного центра, и с образованием подвижных клеточных выростов.

Как это устроено

Рибосома состоит из большой и малой субъединиц — двух частей, которые по отдельности не выполняют полноценную сборку белка. Субъединицы образуются в ядрышке, а затем попадают в цитоплазму. Во время синтеза белка матричная РНК связывается с малой субъединицей, после чего к комплексу присоединяется большая. Такое временное соединение позволяет рибосоме читать последовательность матричной РНК и собирать белок в нужном порядке.

Часть рибосом свободно находится в цитоплазме, а часть прикрепляется к мембранам эндоплазматической сети. Это различие связано не с устройством рибосом, а с маршрутом белков после их синтеза. Белки, которые должны попасть в мембраны или быть выведены из клетки, обычно синтезируются на связанных рибосомах. Свободные рибосомы производят белки, используемые преимущественно в самой клетке.

Цитоскелет включает микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты. Все они состоят из белков, но различаются толщиной, строением и способностью изменять длину. Поэтому одни элементы лучше подходят для опоры, другие — для сокращения и изменения формы, а третьи — для устойчивости клетки к механическим нагрузкам. Вместе они поддерживают внутреннюю организацию клетки, не превращая её в неподвижную конструкцию.

Микротрубочки — полые белковые структуры. Их способность собираться и разбираться позволяет менять положение отдельных участков цитоскелета, поэтому по ним могут перемещаться органоиды. Они также образуют основу ресничек и жгутиков, а при делении клетки входят в состав веретена деления. Микрофиламенты тоньше и участвуют в изменении формы клетки и её движении, тогда как промежуточные филаменты придают клетке прочность.

Клеточный центр организует микротрубочки, то есть помогает им формироваться и располагаться в клетке. Перед делением клеточный центр удваивается, а его центриоли расходятся к противоположным полюсам. Оттуда организуются микротрубочки веретена деления, которые обеспечивают перемещение хромосом. Поэтому работа клеточного центра связана с правильным распределением наследственного материала между дочерними клетками.

Немембранные органоиды и элементы цитоскелета

Сначала найдите в таблице строение и расположение структуры, а затем сопоставьте их с её функцией. Так проще не путать микротрубочки с другими элементами цитоскелета и клеточный центр — с центриолью. Таблица также показывает, что рибосома выполняет отдельную задачу, тогда как цитоскелетные элементы работают вместе.

Разбор задач

Задача 1. Укажите, какой органоид непосредственно участвует в синтезе белка, и назовите его основные части.

1. Сначала выделим ключевую функцию: синтез белка. В клетке её выполняют рибосомы, поэтому искомый органоид — рибосома.
2. Затем назовём строение, связанное с работой органоида. Рибосома состоит из большой и малой субъединиц, образованных рибосомной РНК и белками.
3. Проверим, что ответ включает и название структуры, и обе её части. Если указать только РНК и белки, вопрос об основных частях останется раскрыт не полностью.

Ответ: синтез белка происходит на рибосоме; её основные части — большая и малая субъединицы.

Задача 2. В клетке обнаружены длинные полые белковые структуры, участвующие в перемещении органоидов. Определите их и назовите ещё две их функции.

1. Сопоставим описание с устройством элементов цитоскелета. Полая трубчатая форма характерна для микротрубочек, а не для микрофиламентов.
2. Условие уже называет одну функцию микротрубочек — перемещение органоидов. Чтобы дополнить ответ, вспомним, что микротрубочки формируют основу ресничек и жгутиков.
3. Есть и ещё одна подходящая функция: микротрубочки входят в состав веретена деления. Достаточно назвать любые две функции сверх указанной в условии.

Ответ: это микротрубочки; помимо перемещения органоидов, они образуют основу ресничек и жгутиков и участвуют в формировании веретена деления.

Задача 3. При делении клетки микротрубочки формируют веретено, а две центриоли клеточного центра оказываются у противоположных полюсов. Объясните роль клеточного центра и микротрубочек в этом процессе.

1. Разделим описанные роли. Клеточный центр организует микротрубочки, а сами микротрубочки составляют основу веретена деления.
2. Расположение центриолей у полюсов помогает понять, откуда организуются нити веретена. Они связываются с перемещением хромосом, обеспечивая их распределение при делении.
3. Не следует приписывать центриолям непосредственное перемещение хромосом: в условии эту работу связывают с веретеном и его микротрубочками. Центр задаёт организацию структуры, а микротрубочки входят в её состав.

Ответ: клеточный центр организует микротрубочки; они формируют веретено деления и обеспечивают перемещение хромосом, а центриоли оказываются у противоположных полюсов клетки.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать рибосомы мембранными органоидами. Так можно подумать, потому что часть рибосом находится на мембранах эндоплазматической сети. Но прикрепление к мембране не означает, что сама рибосома окружена оболочкой: она состоит из РНК и белков. Проверьте себя вопросом: есть ли у структуры собственная мембрана?

• Ошибка — употреблять слова «клеточный центр» и «центриоль» как синонимы. Путаница возникает из-за того, что центриоли входят в состав клеточного центра и тесно с ним связаны. Однако центр обычно включает две центриоли и окружающий материал. Чтобы проверить ответ, уточните, называете ли вы целый органоид или одну его часть.

• Ошибка — приписывать всем элементам цитоскелета одинаковые строение и функции. Их объединяет участие в организации клетки, но микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты устроены по-разному. Из-за этого различаются и их задачи: транспорт, изменение формы или механическая прочность. Сверяйте описание структуры с её толщиной, формой и конкретной функцией.

• Ошибка — утверждать, что клеточный центр с центриолями есть у каждой клетки. Такое обобщение возникает, если переносить особенности животных клеток на все организмы. У высших растений центриолей обычно нет, хотя микротрубочки там тоже организуются. При ответе учитывайте тип клетки и не делайте вывод о всех клетках по одному примеру.

Связь с другими темами

Для изучения немембранных органоидов нужно знать общую организацию клетки, состав цитоплазмы и роль белков и РНК. Представление о делении клетки помогает понять, зачем формируется веретено и как распределяются хромосомы. Эти знания пригодятся при дальнейшем изучении биосинтеза белка, митоза и движения клеток. Строение микротрубочек также связывает тему с устройством ресничек и жгутиков.

Что запомнить

• Рибосомы — немембранные структуры, на которых синтезируется белок.
• Рибосома состоит из большой и малой субъединиц.
• Цитоскелет включает микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты.
• Микротрубочки участвуют во внутриклеточном транспорте и образовании веретена деления.
• Клеточный центр организует микротрубочки; центриоли входят в его состав.
• Немембранные органоиды различаются строением и выполняемыми функциями.