§21. Цитоплазма. Цитоскелет. Клеточный центр. Органоиды движения

Определения и обозначения

Цитоплазма — внутренняя среда клетки между плазматической мембраной и ядром. Она состоит из жидкой основы, органоидов и включений, поэтому не сводится к одной жидкости. В цитоплазме размещены структуры клетки и протекают многие процессы.

Цитоскелет — система белковых структур внутри цитоплазмы. Он поддерживает форму клетки, но при этом может перестраиваться. Благодаря этому клетка меняет форму, перемещает вещества и органоиды, а иногда и движется сама.

Клеточный центр — органоид, обычно состоящий из двух центриолей и окружающего их материала. Он участвует в организации микротрубочек, то есть тонких полых белковых трубочек. При делении клетки эта роль помогает сформировать веретено деления.

Органоиды движения — структуры, обеспечивающие движение клетки либо жидкости относительно её поверхности. К ним относятся реснички и жгутики, имеющие основу из микротрубочек. Их работа позволяет клетке перемещаться или создавать направленный ток жидкости.

Как это устроено

Цитоплазма включает гиалоплазму — жидкую основу, органоиды и включения, например запасы веществ. В гиалоплазме растворены различные соединения, поэтому в ней возможны химические реакции и перемещение молекул. Органоиды находятся в этой среде и выполняют отдельные задачи, а включения служат запасом или продуктом клеточной деятельности. Такое сочетание позволяет клетке связывать отдельные процессы в единую работу.

Цитоскелет образован микротрубочками, микрофиламентами и промежуточными филаментами. Микротрубочки состоят из белка тубулина и служат опорой и путями для перемещения некоторых клеточных структур. Микрофиламенты, построенные преимущественно из актина, участвуют в изменении формы и движении. Промежуточные филаменты придают клетке механическую прочность; различие в строении помогает каждому элементу выполнять свою задачу.

Клеточный центр связан с микротрубочками, потому что его центриоли и окружающий материал помогают организовать их сборку. При делении клетки микротрубочки формируют веретено, которое взаимодействует с хромосомами и способствует их распределению. Поэтому клеточный центр важен не как отдельный «двигатель» деления, а как организатор структур, необходимых для этого процесса. Нарушение его работы может затруднить правильное расхождение хромосом.

Реснички и жгутики эукариотической клетки имеют внутренний каркас из микротрубочек. Их движение возникает благодаря взаимодействию белковых структур, для которого требуется энергия. Согласованные изгибы ресничек перемещают жидкость вдоль поверхности клетки, а работа жгутика может продвигать саму клетку. Сходная внутренняя основа позволяет этим органоидам выполнять разные варианты движения.

Цитоскелет связывает форму клетки с её функциями, потому что его элементы не остаются неподвижными. Они могут перестраиваться, поддерживать форму, перемещать органоиды и вещества или помогать клетке изменить очертания. Реснички и жгутики используют элементы этой системы для специализированного движения. Так клетка не только сохраняет свою организацию, но и приспосабливает её к выполняемой работе.

Структуры цитоплазмы и их функции

Сопоставляй строение с функцией: например, трубчатая форма микротрубочек подходит для опоры и движения. Последний столбец помогает увидеть, что одни структуры распространены в цитоплазме, а другие образуют выросты клетки. Таблица также показывает, какие функции могут зависеть от нескольких связанных элементов.

Разбор задач

Задача 1. У клетки повреждены элементы цитоскелета. Назовите два процесса, которые могут нарушиться.

1. Вспоминаем, что цитоскелет поддерживает форму клетки и помогает перемещать внутри неё органоиды и вещества.
2. Повреждение его элементов может ослабить опору, поэтому клетке будет труднее сохранять форму или менять её.
3. Нарушение микротрубочек и других элементов может затруднить внутриклеточное перемещение.

Ответ: могут нарушиться поддержание или изменение формы клетки и перемещение органоидов либо веществ внутри неё.

Задача 2. Сравните клеточный центр и жгутик по строению и роли в клетке.

1. Сначала разделяем строение и функцию: наличие микротрубочек не означает, что структуры выполняют одну и ту же работу.
2. Клеточный центр обычно включает две центриоли и окружающий материал; он организует микротрубочки и участвует в формировании веретена деления.
3. Жгутик — вырост клетки с каркасом из микротрубочек; его движение обеспечивает перемещение клетки или жидкости.

Ответ: клеточный центр организует микротрубочки, а жгутик использует их основу для движения. Это разные структуры с разными функциями.

Задача 3. Клетка имеет реснички, но их движение нарушено. Объясните, какие функции организма могут пострадать, и обоснуйте ответ.

1. Определяем, что делают реснички: их согласованное движение перемещает жидкость относительно поверхности клетки, а иногда помогает перемещать саму клетку.
2. Если реснички неподвижны, жидкость или частицы не будут перемещаться так эффективно, как прежде.
3. Значит, могут нарушиться функции, зависящие от перемещения жидкости по поверхности клеток; конкретный результат зависит от того, где расположены эти клетки.

Ответ: пострадают процессы, для которых нужен ток жидкости у поверхности клеток. Причина — реснички утратили способность создавать этот ток.

Типичные ошибки

Ошибка — считать цитоплазмой только гиалоплазму. Так думают, потому что жидкая основа заметна как среда, в которой расположены структуры. Проверь себя: назови три составляющие цитоплазмы — гиалоплазму, органоиды и включения.

Ошибка — отождествлять клеточный центр с центриолями. Центриоли действительно входят в его состав, но рядом есть окружающий материал, также участвующий в организации микротрубочек. Проверь себя вопросом: назвал ли ты обе части клеточного центра, а не только пару центриолей?

Ошибка — представлять цитоскелет неподвижным каркасом. Такое сравнение передаёт его опорную роль, но скрывает перестройку элементов и их участие в движении. Проверь себя: вспомни не только поддержку формы, но и внутриклеточное перемещение и изменение формы клетки.

Ошибка — считать реснички и жгутики принципиально разными по внутреннему устройству. Они сходны по основе из микротрубочек, хотя различаются, в частности, длиной и количеством. Проверь себя: отдельно сравни внутреннее строение и внешние особенности, не смешивая эти признаки.

Связь с другими темами

Для изучения темы нужно знать строение эукариотической клетки, состав цитоплазмы и функции органоидов. Эти знания помогают понять, как цитоскелет и клеточный центр взаимодействуют с другими частями клетки.

Тема пригодится при изучении деления клетки, поскольку микротрубочки участвуют в образовании веретена. Она также связана с внутриклеточным транспортом и движением клеток: например, жгутик помогает сперматозоиду перемещаться.

Что запомнить

• Цитоплазма включает гиалоплазму, органоиды и включения.
• Цитоскелет поддерживает форму клетки и участвует в перемещении внутри неё.
• К основным элементам цитоскелета относят микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты.
• Клеточный центр участвует в организации микротрубочек и формировании веретена деления.
• Реснички и жгутики обеспечивают движение клетки или жидкости относительно её поверхности.
• Движение ресничек и жгутиков связано с работой белковых структур и требует энергии.