§ 14. Цитоскелет. Способы движения клеток

Определения и обозначения

Цитоскелет — система белковых структур внутри клетки, которая поддерживает её форму и участвует в движении. Это не неподвижная оболочка, а изменчивая опора: её элементы могут перестраиваться. Благодаря этому клетка сохраняет нужную форму или меняет её при перемещении.

Микротрубочки — полые белковые элементы цитоскелета, образованные молекулами тубулина. Они входят в состав ресничек и жгутиков и помогают этим выростам сохранять форму и изгибаться. Их работа нужна, чтобы клетка могла передвигаться или перемещать окружающую её жидкость.

Микрофиламенты — тонкие нити из белка актина, участвующие в изменении формы клетки и её перемещении. Они помогают образовывать выпячивания и перестраивать край клетки. Так клетка может, например, захватывать частицы или продвигаться по поверхности.

Амёбоидное движение — перемещение клетки за счёт образования выпячиваний и перетекания цитоплазмы. Клетка сначала формирует выступ в нужном направлении, а затем перемещает в него содержимое. Этот способ движения связан с изменением формы, а не с работой отдельного жгутика.

Как это устроено

В цитоплазме располагаются белковые нити и трубочки, образующие цитоскелет. Их расположение и состояние могут меняться, потому что элементы способны перестраиваться. Поэтому цитоскелет одновременно служит опорой и помогает клетке менять форму: жёсткий неизменный каркас не позволил бы клетке приспосабливаться к движению.

Микротрубочки служат опорой ресничек и жгутиков, поскольку образуют внутри них упорядоченную основу. Такая организация позволяет выросту сохранять форму, но при этом изгибаться. Если бы основа не была устроена особым образом, ресничка или жгутик не могли бы выполнять согласованные движения.

Изгибы ресничек и жгутиков возникают благодаря взаимодействию микротрубочек с белками-моторчиками — белками, которые обеспечивают движение структур. Для их работы нужна энергия АТФ. Без расхода этой энергии взаимодействие не могло бы поддерживать повторяющиеся движения, поэтому выросты не перемещали бы клетку или жидкость вокруг неё.

При амёбоидном движении актиновые микрофиламенты помогают клетке сформировать выпячивание. Затем цитоплазма перемещается в этот выступ, и клетка закрепляется и продвигается вперёд. Такое сочетание важно: одного изменения формы недостаточно, чтобы переместить всё тело клетки, а движение цитоплазмы в выступ помогает продвинуть его.

Цитоскелет нужен не только для перемещения всей клетки. Его элементы участвуют во внутриклеточном транспорте — движении органоидов и веществ по клетке. Это необходимо, потому что разные части клетки должны получать нужные вещества и занимать подходящее положение, даже когда сама клетка не передвигается.

Способы движения клеток и участие цитоскелета

Сначала определите, что именно движется: вся клетка, её вырост или содержимое внутри неё. Затем сопоставьте механизм с опорной структурой: актиновые микрофиламенты связаны с изменением формы, а микротрубочки — с ресничками и жгутиками. Таблица помогает сравнить способы движения, но примеры в последнем столбце не исчерпывают все возможные случаи.

Разбор задач

Задача 1. Клетка образует выпячивание, после чего цитоплазма перемещается в него. Определите способ движения и назовите участвующие структуры. Нужно проследить, какая часть клетки меняет форму и что происходит после образования выступа. По этим признакам можно выбрать механизм, не смешивая его с движением ресничек или жгутика.

1. В условии описано выпячивание, то есть выступ на поверхности клетки. Это указывает на изменение формы самой клетки, а не на движение отдельного выроста.
2. Затем цитоплазма перемещается в выступ. Такое сочетание образования выпячивания и перетекания цитоплазмы характерно для амёбоидного движения.
3. За перестройку формы выступа отвечают актиновые микрофиламенты. Они помогают сформировать выпячивание, после чего клетка может закрепиться и продвинуться.

Ответ: амёбоидное движение; в нём участвуют актиновые микрофиламенты.

Задача 2. У одноклеточного организма есть длинный подвижный вырост. Объясните, какую роль он выполняет и какие элементы цитоскелета входят в его состав. Важно не принять любой вырост за ресничку: по условию он длинный и используется для движения. Эти признаки позволяют определить структуру и её внутреннюю основу.

1. Длинный подвижный вырост, служащий для перемещения одноклеточного организма, — жгутик. Его движение помогает клетке перемещаться в окружающей среде.
2. Основу жгутика составляют микротрубочки, образованные тубулином. Их упорядоченное расположение позволяет выросту сохранять форму и изгибаться.
3. В изгибании участвуют белки-моторчики, взаимодействующие с микротрубочками. На эту работу расходуется энергия АТФ.

Ответ: вырост — жгутик, он помогает организму перемещаться; в его состав входят микротрубочки, а движение обеспечивают также белки-моторчики и энергия АТФ.

Задача 3. Сравните перемещение клетки с помощью ресничек и амёбоидное движение: укажите различия в структурах и механизме. Для сравнения нужно отдельно назвать основу движения в каждом случае и описать, что именно движется. Тогда будет понятно, почему похожий результат — перемещение — достигается разными способами.

1. При движении с помощью ресничек работают микротрубочки и белки-моторчики. Реснички изгибаются, а согласованная работа множества выростов перемещает клетку или жидкость около неё.
2. При амёбоидном движении важны актиновые микрофиламенты. Они помогают образовать выпячивание, в которое перемещается цитоплазма.
3. Следовательно, в первом случае движение создают изгибы специальных выростов, а во втором клетка меняет собственную форму и продвигается за счёт перемещения цитоплазмы.

Ответ: реснички имеют микротрубочковую основу и движутся за счёт изгибов; амёбоидное движение связано с актиновыми микрофиламентами, выпячиванием клетки и перемещением цитоплазмы.

Типичные ошибки

Ошибка: считать цитоскелет неподвижным каркасом. Такое представление возникает из-за слова «скелет», но элементы цитоскелета могут перестраиваться. Проверь себя: если объяснение не допускает изменения формы клетки и её движения, оно неполное.

Ошибка: путать микротрубочки и микрофиламенты. Оба названия относятся к структурам цитоскелета, поэтому их иногда принимают за одно и то же. Но микротрубочки состоят из тубулина, а микрофиламенты — из актина; при проверке сопоставь каждый белок с его структурой и функцией.

Ошибка: считать, что реснички и жгутики движутся сами по себе. Движение выростов кажется самостоятельным, если не учитывать процессы внутри них. Для работы нужны взаимодействие микротрубочек с белками-моторчиками и энергия АТФ; проверь, упомянуты ли оба условия.

Ошибка: сводить все способы движения к амёбоидному. При любом движении клетка меняет положение, поэтому механизмы легко смешать. Сравни, что именно создаёт движение: изгибающиеся реснички или жгутик, изменение формы и перетекание цитоплазмы либо внутриклеточный транспорт.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в цитоскелете, нужны знания о строении клетки, роли цитоплазмы и органоидов, а также о белках и АТФ. Представление о белках помогает понять, из чего построены микротрубочки и микрофиламенты, а знание об АТФ — откуда берётся энергия движения. Позже эта тема пригодится при изучении деления клетки и внутриклеточного транспорта. Она также помогает объяснить движение клеток организма, например перемещение лейкоцитов.

Что запомнить

• Цитоскелет поддерживает форму клетки и участвует в её движении.
• Микротрубочки построены из тубулина.
• Микрофиламенты образованы актином.
• Реснички и жгутики имеют микротрубочковую основу.
• Амёбоидное движение связано с изменением формы клетки и перемещением цитоплазмы.
• Работа структур движения требует энергии АТФ.