§ 8. Органоиды клетки и их функции

Определения и обозначения

Органоид клетки — постоянная структура цитоплазмы, выполняющая определённую функцию. Органоиды отличаются от включений: включения обычно являются временными запасами или продуктами обмена, например каплями жира или зёрнами крахмала. Это различие помогает понять, какие части клетки постоянно обеспечивают её работу, а какие могут появляться и исчезать.

Мембранные органоиды — структуры, ограниченные одной или двумя мембранами. К ним относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии и пластиды. Мембрана отделяет внутреннее пространство органоида от цитоплазмы, поэтому внутри можно поддерживать условия для определённых процессов и не смешивать их с другими.

Немембранные органоиды — структуры, не окружённые собственной мембраной. К ним относятся рибосомы и клеточный центр. Отсутствие оболочки не мешает им работать: их функции связаны с молекулами и внутренними структурами клетки, а не с отдельным мембранным пространством.

Клеточный центр — немембранный органоид, участвующий в организации микротрубочек — тонких белковых структур цитоплазмы. При делении клетки микротрубочки помогают распределить хромосомы между дочерними клетками. Благодаря этому каждая новая клетка получает необходимый набор наследственного материала.

Как это устроено

Форма и внутреннее устройство органоида связаны с выполняемой задачей. Мембраны создают отдельные пространства, в которых могут одновременно идти разные химические процессы и поддерживаться подходящие условия. Складки и каналы увеличивают рабочую поверхность или помогают перемещать вещества, поэтому клетка использует ограниченный объём цитоплазмы эффективнее.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — система мембранных каналов и полостей, по которым перемещаются вещества. На шероховатой ЭПС расположены рибосомы, поэтому здесь синтезируются белки, предназначенные для использования в клетке или вывода из неё. Гладкая ЭПС рибосом не имеет и преимущественно синтезирует липиды; разделение участков позволяет клетке выполнять разные задачи.

Комплекс Гольджи получает вещества, поступающие из ЭПС, а затем изменяет, сортирует и упаковывает их. Для разных веществ нужны разные назначения, поэтому сортировка помогает отправить каждое из них по нужному пути. От комплекса отделяются пузырьки: они переносят содержимое внутри клетки или сливаются с клеточной мембраной, обеспечивая секрецию — выведение веществ наружу.

Лизосомы — мембранные пузырьки с пищеварительными ферментами, то есть веществами, расщепляющими крупные молекулы и частицы. Ферменты помогают перерабатывать поступившие вещества и ненужные клеточные структуры. Их мембранная оболочка изолирует активные вещества от цитоплазмы, поэтому ферменты не повреждают клетку, пока находятся внутри лизосомы.

Митохондрии окружены двумя мембранами, а внутренняя образует складки. В митохондриях идёт клеточное дыхание: при расщеплении органических веществ высвобождается энергия, которую клетка использует для своей работы. Складки увеличивают площадь внутренней мембраны, связанной с процессами образования энергии, поэтому строение органоида подходит его функции.

Пластиды характерны для растительных клеток и различаются по содержимому и задачам. Хлоропласты содержат хлорофилл и обеспечивают фотосинтез; хромопласты накапливают окрашенные вещества и придают цвет плодам и другим частям растения. Лейкопласты обычно бесцветны и запасают вещества, например крахмал, поэтому все пластиды нельзя свести к одной функции.

Рибосомы синтезируют белки, соединяя аминокислоты в заданной последовательности; они могут находиться на шероховатой ЭПС или свободно в цитоплазме. Клеточный центр организует микротрубочки и помогает подготовить клетку к делению, когда хромосомы нужно распределить. Набор и количество органоидов зависят от типа клетки: они соответствуют её работе и потребности в веществах или энергии.

Органоиды клетки: строение и функции

Сначала сравнивайте мембранность и особенности строения: они показывают, как устроен органоид. Затем сопоставляйте эту особенность с функцией — так легче понять, почему органоид выполняет именно такую работу. Последний столбец напоминает, что не все структуры встречаются во всех клетках.

Разбор задач

Белки, которые выводятся из клетки

Условие: в клетке активно образуются белки, которые затем выводятся наружу. Нужно назвать участвующие органоиды и выстроить их в правильной последовательности. Чтобы решить задачу, проследим, где белок создаётся, как перемещается и каким способом покидает клетку.

1. Синтез начинается на рибосомах, расположенных на шероховатой ЭПС: именно они собирают белковую молекулу.
2. Затем белок перемещается по ЭПС и поступает в комплекс Гольджи, где его обрабатывают и сортируют.
3. Комплекс Гольджи упаковывает белок в пузырёк, который переносит его к клеточной мембране.
4. Пузырёк сливается с мембраной, и содержимое выходит наружу. Такой путь называется секрецией.

Ответ: рибосомы шероховатой ЭПС → эндоплазматическая сеть → комплекс Гольджи → транспортный пузырёк → клеточная мембрана и выход белка. Последовательность показывает, что синтез, обработка и выведение — отдельные этапы, которые выполняют разные структуры.

Клетки листа и корня

Условие: сравнить клетки листа и корня и определить, каких органоидов больше в клетках листа. Лист получает свет и обычно участвует в фотосинтезе, а корень поглощает воду и минеральные вещества из почвы. Поэтому сравнивать нужно не названия органов, а задачи их клеток.

1. Фотосинтез идёт в хлоропластах, содержащих хлорофилл, который поглощает свет.
2. Клеткам листа, выполняющим фотосинтез, требуется больше хлоропластов, чем большинству клеток корня.
3. Учитываем функцию конкретной клетки: не каждая клетка листа фотосинтезирует одинаково, а число органоидов может различаться.

Ответ: в фотосинтезирующих клетках листа ожидается больше хлоропластов. Клетки корня обычно не имеют хлоропластов, поскольку находятся в почве и не получают света для фотосинтеза. Вывод основан на связи между функцией клетки и необходимыми для неё органоидами.

Нарушение работы митохондрий

Условие: нужно объяснить, какие процессы пострадают при нарушении работы митохондрий и почему последствия особенно заметны в активно работающих клетках. Митохондрии участвуют в клеточном дыхании, при котором клетка получает энергию из органических веществ. Значит, надо связать работу органоида с тем, на что клетка расходует энергию.

1. Если митохондрии работают хуже, клеточное дыхание становится менее эффективным и клетка получает меньше энергии.
2. Энергозависимые процессы, например активный транспорт веществ и движение, замедляются или нарушаются.
3. Активно работающие клетки расходуют больше энергии, поэтому нехватка сильнее влияет на их функции.

Ответ: при нарушении работы митохондрий страдают процессы, требующие энергии, поскольку её образование при клеточном дыхании снижается. Особенно заметны последствия в клетках с высокой нагрузкой: их потребность в энергии велика, а доступного количества становится недостаточно.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что все клетки имеют одинаковый набор органоидов. Так думают, если запоминают общий план клетки, но не учитывают её специализацию. Проверьте себя вопросом: какую задачу выполняет клетка и какие структуры для этого нужны? Например, хлоропласты важны для фотосинтеза, но не характерны для клеток корня.

Ошибка — путать шероховатую и гладкую ЭПС. Названия легко смешать, если не связывать их с особенностями поверхности: у шероховатой сети есть рибосомы, у гладкой их нет. Для самопроверки вспомните: белки синтезируют рибосомы, а гладкая сеть преимущественно связана с синтезом липидов.

Ошибка — приписывать митохондриям фотосинтез или считать, что все пластиды выполняют одну функцию. Путаница возникает потому, что и митохондрии, и пластиды — мембранные органоиды растительной клетки. Проверяйте себя по назначению: митохондрии связаны с дыханием и энергией, хлоропласты — с фотосинтезом, а хромопласты и лейкопласты выполняют другие задачи.

Ошибка — относить клеточный центр и рибосомы к мембранным органоидам. Это может происходить из-за того, что все органоиды изучают вместе, хотя их строение различно. Проверка простая: у рибосом и клеточного центра нет собственной ограничивающей мембраны, значит, они немембранные.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в органоидах, нужно знать основные части клетки: оболочку, цитоплазму и ядро, а также различия между растительными и животными клетками. Функции органоидов пригодятся при изучении обмена веществ, синтеза белка, фотосинтеза, клеточного дыхания и деления клетки. Вместе органоиды работают согласованно, поэтому клетка выступает целостной системой на одном из уровней организации живого.

Что запомнить

• Органоиды — постоянные структуры клетки, выполняющие определённые функции.
• Эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи участвуют в синтезе, обработке и перемещении веществ.
• Лизосомы расщепляют вещества с помощью ферментов.
• Митохондрии обеспечивают клеточное дыхание и образование энергии.
• Пластиды характерны для растительных клеток и различаются по функциям.
• Рибосомы синтезируют белки.
• Клеточный центр участвует в организации микротрубочек и делении клетки.