§ 4. Клеточные органоиды и их функции. Деление клетки

Определения и обозначения

Клеточный органоид — это постоянная структура внутри клетки, которая выполняет определённую работу. Например, одни органоиды участвуют в синтезе веществ, другие помогают получать энергию. Такое разделение функций позволяет клетке одновременно выполнять множество процессов.

Митоз — это способ деления клетки, при котором после удвоения наследственного материала образуются два дочерних ядра с одинаковым набором хромосом. Благодаря этому новые клетки получают копии наследственной информации исходной клетки. Митоз нужен для роста организма и обновления тканей.

Веретено деления — это структура из тонких нитей, которая помогает перемещать хромосомы во время митоза. Нити прикрепляются к хромосомам и направляют их к противоположным полюсам клетки. Так наследственный материал распределяется между двумя будущими ядрами.

Цитокинез — это разделение цитоплазмы после деления ядра. В результате клетка разделяется на две дочерние клетки, каждая со своим ядром и набором органоидов. Без цитокинеза два ядра остались бы в общей клетке.

Как это устроено

Клеточная мембрана отделяет содержимое клетки от внешней среды и регулирует обмен веществами с ней. Внутри мембраны находится цитоплазма — среда, в которой расположены органоиды и происходят химические реакции. Органоиды специализируются на разных задачах, поэтому клетка может работать согласованно, не выполняя все процессы в одном месте.

Органоиды различаются функциями. Ядро хранит наследственную информацию и регулирует работу клетки, а митохондрии высвобождают энергию из питательных веществ. Рибосомы собирают белки; эндоплазматическая сеть участвует в их создании и переносе веществ внутри клетки. Аппарат Гольджи изменяет, сортирует и упаковывает вещества для использования или вывода, а лизосомы расщепляют ненужные вещества и частицы.

В растительных клетках есть пластиды и обычно крупная вакуоль. Хлоропласты — разновидность пластид с зелёным пигментом — улавливают свет и участвуют в фотосинтезе. Вакуоль заполнена клеточным соком: она накапливает вещества, а её содержимое помогает поддерживать упругость и форму клетки. Набор органоидов зависит от типа клетки и её задач.

Работа органоидов связана между собой: вещества, созданные в клетке, могут перемещаться по эндоплазматической сети, а затем обрабатываться и упаковываться аппаратом Гольджи. Рибосомам для синтеза белка нужны вещества и энергия, которую клетка получает благодаря митохондриям. Лизосомы расщепляют ненужные компоненты, а мембрана отделяет клетку и регулирует обмен с окружающей средой. Такое взаимодействие помогает клетке поддерживать свою форму и жизнедеятельность.

Перед митозом наследственный материал удваивается, чтобы его хватило на две клетки. Затем хромосомы становятся заметными, и нити веретена деления помогают выстроить их в центре клетки. Копии хромосом расходятся к противоположным полюсам, после чего вокруг них формируются два ядра. Цитокинез разделяет цитоплазму, и обычно возникают две клетки с одинаковым набором наследственной информации.

Органоиды клетки и их основные функции

Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите органоид по названию или по описанию его работы. Затем проверьте, в каких клетках он встречается: это помогает не приписывать растительной клетке и животной клетке одинаковый набор структур. Учитывайте, что у некоторых органоидов есть несколько связанных функций.

Разбор задач

Задача 1. В клетке обнаружили органоид, в котором образуется энергия, необходимая для работы клетки. Назовите органоид и его функцию.

1. Ключ в условии — получение энергии для нужд клетки.
2. Сравним эту функцию с работой органоидов: рибосомы синтезируют белок, а митохондрии связаны с клеточным дыханием и высвобождением энергии.
3. Значит, описанную роль выполняет митохондрия; полученная клеткой энергия расходуется на её процессы.

Ответ: митохондрия; она обеспечивает клетку энергией, высвобождая её при клеточном дыхании.

Задача 2. Укажите, какие органоиды растительной клетки участвуют в фотосинтезе и поддержании её формы, и объясните их роль.

1. Разделим условие на две функции: фотосинтез и поддержание формы.
2. Фотосинтез происходит в хлоропластах — зелёных пластидах, которые улавливают свет. Следовательно, в первой части нужно назвать пластиды, точнее хлоропласты.
3. Форму и упругость растительной клетке помогает сохранять крупная вакуоль: клеточный сок внутри неё создаёт давление на содержимое клетки.

Ответ: хлоропласты участвуют в фотосинтезе, а вакуоль с клеточным соком помогает поддерживать упругость и форму клетки.

Задача 3. Проследите, как при митозе наследственный материал распределяется между дочерними клетками, и объясните, почему обе клетки получают одинаковый набор хромосом.

1. Сначала наследственный материал удваивается, ещё до начала митоза. Поэтому у каждой хромосомы появляются две одинаковые копии.
2. Хромосомы становятся заметными, выстраиваются в центре клетки и с помощью веретена деления расходятся к противоположным полюсам.
3. У каждого полюса собирается одинаковый набор копий, затем формируются два ядра. При цитокинезе разделяется цитоплазма, и каждое ядро оказывается в отдельной клетке.

Ответ: обе клетки получают одинаковый набор, потому что наследственный материал предварительно удваивается, а копии хромосом распределяются к противоположным полюсам.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что все клетки имеют одинаковый набор органоидов. Это предположение возникает, если запомнить общую схему клетки, не учитывая её тип и задачи. Проверьте себя: пластиды характерны для растительных клеток, а состав органоидов у разных клеток может отличаться.

Ошибка: путать функции митохондрий и рибосом. Их легко перепутать, потому что оба органоида необходимы клетке, но работают они по-разному. Спросите себя, о чём говорится: получение энергии указывает на митохондрии, а сборка белка — на рибосомы.

Ошибка: относить удвоение наследственного материала к самому разделению хромосом. Путаница возникает из-за того, что оба события связаны с подготовкой двух дочерних клеток. Проверьте последовательность: материал удваивается до митоза, а во время митоза копии расходятся к полюсам.

Ошибка: считать деление клетки завершённым сразу после разделения ядра. При таком рассуждении забывают, что цитоплазма ещё может оставаться общей. Проверьте себя: после формирования двух ядер обычно следует цитокинез, который разделяет цитоплазму и образует две клетки.

Связь с другими темами

Чтобы понять строение клетки и работу органоидов, нужно знать, что мембрана отделяет клетку от среды, цитоплазма служит её внутренней средой, а ядро связано с наследственной информацией. Эти знания помогают увидеть, почему разные клеточные структуры выполняют разные задачи. Понимание наследственной информации также необходимо, чтобы разобраться в распределении хромосом при митозе.

Сведения об органоидах пригодятся при изучении обмена веществ, фотосинтеза и клеточного дыхания. Знание митоза объясняет, как организм растёт и почему клетки тканей могут заменяться новыми. Связь этих процессов показывает, как работа отдельных клеток поддерживает жизнь всего организма.

Что запомнить

• Органоиды выполняют в клетке специализированные функции.
• Ядро хранит наследственную информацию и участвует в управлении жизнедеятельностью клетки.
• Митохондрии связаны с обеспечением клетки энергией.
• Рибосомы участвуют в синтезе белка.
• Перед митозом наследственный материал удваивается.
• При митозе хромосомы распределяются между двумя дочерними ядрами.
• После разделения ядра обычно происходит разделение цитоплазмы.