2.7. Эукариотическая клетка. Цитоплазма. Органоиды

Определения и обозначения

Эукариотическая клетка — клетка с оформленным ядром, отделённым от цитоплазмы ядерной оболочкой. В ядре хранится основная часть наследственной информации. У прокариот, например бактерий, такого ядра нет: их генетический материал находится в цитоплазме. Наличие ядра позволяет отделить хранение и реализацию наследственной информации от многих процессов, происходящих в цитоплазме.

Цитоплазма — внутреннее содержимое клетки за исключением ядра. В неё входят гиалоплазма, органоиды и включения. Поэтому цитоплазма — не просто жидкость: в ней находятся структуры, выполняющие разные задачи. Это понятие помогает описывать всё пространство клетки, где происходят многие реакции обмена веществ.

Гиалоплазма — полужидкая внутренняя среда цитоплазмы, в которой расположены клеточные структуры и протекают химические реакции. В ней перемещаются вещества, необходимые для работы органоидов. Её можно представить как среду, связывающую разные части клетки, а не как отдельный органоид. Благодаря этому реакции и перенос веществ происходят в общем внутреннем пространстве.

Органоид — постоянная специализированная структура клетки, выполняющая определённые функции. Одни органоиды синтезируют вещества, другие участвуют в получении энергии или их перемещении. Их специализация позволяет распределить работу между клеточными структурами. Термин применяют и к структурам без мембраны, если у них есть устойчивое строение и конкретная функция.

Как это устроено

Цитоплазма объединяет гиалоплазму, органоиды и включения, потому что клетке необходимы и рабочая среда, и специализированные структуры, и временные запасы. В гиалоплазме происходят реакции и перемещаются вещества, а органоиды выполняют отдельные задачи. Включения могут хранить питательные вещества или представлять собой продукты обмена. Вместе эти части поддерживают работу клетки, хотя включения, в отличие от органоидов, обычно непостоянны.

Органоиды делят на мембранные и немембранные по наличию оболочки из мембраны. Мембрана отделяет внутреннее содержимое органоида и помогает создать условия для определённых реакций, поэтому к мембранным относят ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды и вакуоли. Рибосомы, клеточный центр и элементы цитоскелета мембраной не окружены. Такое деление описывает строение, а не важность: обе группы необходимы клетке.

Эндоплазматическая сеть, или ЭПС, — система мембранных канальцев и полостей, связывающая разные участки клетки. На шероховатой ЭПС расположены рибосомы, поэтому здесь синтезируются белки, предназначенные, например, для мембран или вывода из клетки. Гладкая ЭПС рибосом не имеет и участвует, в частности, в синтезе липидов. Рибосомы также встречаются свободно в цитоплазме; они собирают белки по наследственной инструкции.

Аппарат Гольджи принимает вещества, поступающие от ЭПС, и изменяет их, сортирует и упаковывает в мембранные пузырьки. Такая обработка нужна, чтобы направить вещества в нужную часть клетки или подготовить их к выведению. От аппарата Гольджи могут образовываться лизосомы — пузырьки с ферментами, расщепляющими вещества. Поэтому Гольджи обеспечивает доставку, а лизосомы — внутриклеточное пищеварение и переработку содержимого.

Митохондрии участвуют в клеточном дыхании: при расщеплении органических веществ в них высвобождается энергия, используемая клеткой. Пластиды растений выполняют разные задачи; хлоропласты проводят фотосинтез, преобразуя энергию света в энергию химических веществ. Вакуоли накапливают воду, растворённые вещества и продукты обмена, а у растений крупная вакуоль помогает поддерживать упругость клетки. Следовательно, митохондрии и хлоропласты связаны с преобразованием энергии, но делают это в разных процессах.

Органоиды эукариотической клетки: строение и функции

Сначала сопоставьте особенности строения органоида с его функцией: мембраны помогают разграничивать процессы, а нити цитоскелета формируют внутреннюю опору. Затем сравните строки и найдите органоиды, которые участвуют в одном пути, например ЭПС и аппарат Гольджи. Помните, что таблица показывает основные функции: конкретный органоид может выполнять и дополнительные задачи.

Разбор задач

Задача 1. В клетке обнаружены рибосомы на мембранах и в цитоплазме. Назовите органоид, на мембранах которого они могут располагаться. Нужно определить не место нахождения свободных рибосом, а мембранную структуру с прикреплёнными рибосомами. Это различие позволяет выбрать точный органоид.

1. Рибосомы могут находиться свободно в цитоплазме или быть прикреплёнными к мембранам.
2. Если на мембранах видны рибосомы, поверхность выглядит шероховатой.
3. Мембранная сеть с такой поверхностью называется шероховатой эндоплазматической сетью.

Ответ: рибосомы могут располагаться на мембранах шероховатой эндоплазматической сети. Сам факт наличия рибосом также указывает на связь этой части ЭПС с синтезом белков. Не следует называть рибосомы частью аппарата Гольджи: они не являются его характерным признаком.

Задача 2. В клетке активно синтезируются и выводятся белки. Укажите органоиды, участвующие в их синтезе, обработке и упаковке. Чтобы ответить, проследите путь белка, а не перечисляйте все органоиды подряд. Важно различать место сборки белка и место его последующей сортировки.

1. Белок собирается на рибосоме; если он предназначен для вывода, рибосома может быть связана с шероховатой ЭПС.
2. ЭПС участвует в перемещении белка от места синтеза внутри клетки.
3. Затем белок поступает в аппарат Гольджи, где изменяется, сортируется и упаковывается в пузырёк.
4. Пузырёк доставляет содержимое к клеточной мембране, через которую белок может быть выведен.

Ответ: в синтезе участвуют рибосомы, перемещении — шероховатая ЭПС, обработке и упаковке — аппарат Гольджи. Все эти этапы связаны в последовательный путь, поэтому перечисление только рибосом не объясняет, как белок покидает клетку. Лизосомы не следует считать обязательным этапом вывода: их основная роль — расщепление веществ.

Задача 3. В клетке растения обнаружены крупная вакуоль, пластиды и митохондрии. Объясните функции этих органоидов и укажите, какие из них связаны с преобразованием энергии. Сначала соотнесите каждый органоид с отдельной задачей, а затем сравните энергетические процессы. Это не позволит смешать фотосинтез и клеточное дыхание.

1. Крупная вакуоль накапливает воду и растворённые вещества, а также помогает поддерживать упругость растительной клетки.
2. Пластиды выполняют разные функции; хлоропласты проводят фотосинтез, используя энергию света.
3. Митохондрии участвуют в клеточном дыхании, при котором высвобождается энергия органических веществ.
4. Сопоставьте процессы: фотосинтез связан с накоплением энергии в органических веществах, дыхание — с её высвобождением для работы клетки.

Ответ: вакуоль отвечает главным образом за накопление веществ и водный баланс; пластиды — за фотосинтез, окраску или запасание; митохондрии — за клеточное дыхание. С преобразованием энергии связаны хлоропласты и митохондрии, но процессы в них различны. Наличие пластид не отменяет клеточного дыхания: в растительной клетке работают и пластиды, и митохондрии.

Типичные ошибки

Ошибка — считать цитоплазмой только жидкую среду. Так думают, потому что в бытовом представлении клеточное содержимое кажется однородной жидкостью. Проверьте себя: цитоплазма включает гиалоплазму, органоиды и включения, тогда как гиалоплазма — только её внутренняя среда.

Ошибка — называть включения органоидами. Их путают, потому что оба типа структур находятся внутри клетки и могут быть заметны при наблюдении. Проверьте, постоянна ли структура и выполняет ли специализированную работу: включения обычно непостоянны и служат запасом или являются продуктами обмена.

Ошибка — смешивать ЭПС с аппаратом Гольджи. Оба органоида связаны с перемещением веществ, поэтому их задачи легко объединить в одну. Для проверки вспомните последовательность: ЭПС участвует в синтезе и перемещении, а Гольджи изменяет, сортирует и упаковывает поступившие вещества.

Ошибка — считать, что все органоиды окружены мембраной. Такое представление возникает, если запомнить только распространённые мембранные органоиды. Проверьте себя на примерах: рибосомы, клеточный центр и элементы цитоскелета мембраны не имеют, но выполняют определённые функции и относятся к органоидам.

Связь с другими темами

Для изучения строения эукариотической клетки нужно знать, что такое клетка, и уметь различать прокариот и эукариот. Особенно важно помнить, что у эукариот есть оформленное ядро, а у прокариот его нет. Эти знания помогают понять, почему клеточные структуры устроены по-разному и как они распределяют работу.

Представление об органоидах пригодится при изучении обмена веществ, клеточного дыхания и фотосинтеза: эти процессы связаны с работой конкретных структур. Сравнение пластид, вакуолей и других органоидов помогает объяснить различия между растительной и животной клетками. Так строение клетки связывается с тем, как организм получает энергию и использует вещества.

Что запомнить

• Эукариотическая клетка имеет оформленное ядро.
• Цитоплазма включает гиалоплазму, органоиды и включения.
• Органоиды специализированы и выполняют определённые функции.
• Рибосомы участвуют в синтезе белка.
• Митохондрии обеспечивают клеточное дыхание, а пластиды растений участвуют в фотосинтезе.
• Органоиды бывают мембранными и немембранными.