§ 15. Цитоплазма и рибосомы

Определения и обозначения

Цитоплазма — внутреннее содержимое клетки между плазматической мембраной и ядром. Она включает жидкую основу, органоиды и включения, поэтому это не просто пространство внутри клетки. Цитоплазма объединяет клеточные структуры и служит средой для многих процессов.

Гиалоплазма — жидкая основа цитоплазмы, в которой находятся органоиды и включения. В ней растворены различные вещества и протекают реакции обмена. Благодаря этому клетка может перемещать вещества и обеспечивать взаимодействие своих частей.

Рибосома — немембранная структура из рибосомной РНК и белков, на которой собирается белок по информации матричной РНК. Иными словами, рибосома считывает инструкцию и соединяет аминокислоты в нужной последовательности. Это необходимо клетке для производства белков.

Полисома — группа рибосом, одновременно считывающих одну молекулу матричной РНК. Каждая рибосома собирает отдельную молекулу белка по одной и той же инструкции. Так клетка может быстрее получить несколько копий белка.

Как это устроено

Цитоплазма состоит из гиалоплазмы, органоидов и клеточных включений. Органоиды — постоянные клеточные структуры, выполняющие определённые функции, а включения обычно представляют собой временные запасы веществ или продукты обмена. Поэтому включения не следует считать органоидами: их наличие и количество могут меняться в зависимости от состояния клетки.

В гиалоплазме перемещаются вещества, а клеточные структуры могут взаимодействовать друг с другом. Это возможно потому, что она служит общей внутренней средой клетки, в которой находятся растворённые вещества. Здесь также идут реакции обмена, поэтому свойства гиалоплазмы связаны с обеспечением жизнедеятельности клетки.

Рибосома состоит из большой и малой субъединиц — двух частей, которые соединяются во время синтеза белка. Матричная РНК (мРНК) несёт информацию о последовательности аминокислот, а транспортные РНК (тРНК) доставляют аминокислоты к месту сборки. Когда субъединицы объединяются с участием этих РНК, рибосома может считывать инструкцию и соединять аминокислоты в цепь.

Рибосомы встречаются свободно в цитоплазме и прикреплёнными к мембранам эндоплазматической сети. В обоих случаях их основная функция одинакова — синтез белка, а различие расположения связано с тем, куда направляется готовый белок. Свободные рибосомы обычно производят белки, используемые внутри клетки, а связанные участвуют в синтезе белков, которые направляются к мембранам или за пределы клетки.

Несколько рибосом могут одновременно двигаться по одной молекуле мРНК, формируя полисому. Это возможно, потому что рибосомы считывают одну инструкцию, но располагаются на ней на расстоянии друг от друга. Каждая рибосома собирает свою полипептидную цепь, поэтому с одной мРНК одновременно получают несколько молекул белка.

Структуры цитоплазмы и их роль

Сначала определите, к какой части цитоплазмы относится объект: к жидкой основе, постоянным структурам или включениям. Затем сопоставьте его расположение с основной ролью. Таблица помогает не путать рибосомы с полисомами: полисома включает несколько рибосом, работающих на одной мРНК.

Разбор задач

Задача 1. На схеме клетки нужно подписать гиалоплазму, органоиды и включения и определить, какие из этих компонентов относятся к цитоплазме. Чтобы решить задачу, сначала найдите внутреннюю среду клетки между плазматической мембраной и ядром. Затем разделите её компоненты по типу: жидкая основа, постоянные структуры и временные запасы или продукты обмена. Так можно правильно обозначить части, не смешивая их с цитоплазмой как целым.

1. Обозначьте гиалоплазму как жидкую основу, окружающую клеточные структуры.
2. Отметьте органоиды как постоянные структуры, расположенные в цитоплазме.
3. Подпишите включения как запасы веществ или продукты обмена в цитоплазме.

Ответ: гиалоплазма, органоиды и включения относятся к цитоплазме; вместе они образуют её состав.

Задача 2. На микрофотографии видны рибосомы, прикреплённые к мембране, и свободные рибосомы. Требуется сравнить их расположение и найти общую функцию. Не следует делать вывод, что место расположения меняет саму основную функцию рибосомы: в обоих случаях она участвует в сборке белка. Различие важно для дальнейшего направления синтезируемого белка.

1. Свободные рибосомы расположены в цитоплазме, а связанные находятся на мембранах эндоплазматической сети.
2. Сравните не только положение, но и работу обеих групп: обе синтезируют белки.
3. Укажите, что расположение связано с дальнейшей судьбой белков, а не с другой основной функцией рибосом.

Ответ: рибосомы различаются расположением, но и свободные, и связанные рибосомы участвуют в синтезе белка.

Задача 3. На одной молекуле мРНК расположены четыре рибосомы. Нужно назвать такую структуру и определить, сколько полипептидных цепей может собираться одновременно. Сначала используйте признак: несколько рибосом считывают одну и ту же мРНК. Затем учитывайте, что каждая рибосома независимо собирает отдельную цепь.

1. Определите группу как полисому, поскольку несколько рибосом работают на одной молекуле мРНК.
2. Посчитайте число рибосом: их четыре.
3. Соотнесите одну рибосому с одной собираемой цепью: одновременно могут синтезироваться четыре цепи.

Ответ: это полисома; одновременно могут собираться четыре отдельные полипептидные цепи.

Типичные ошибки

Ошибка — считать цитоплазмой только жидкую среду клетки. Так думают, потому что гиалоплазма выглядит как основная внутренняя среда, но она является лишь одной частью цитоплазмы. Проверьте себя: перечислите её состав — гиалоплазма, органоиды и включения.

Ошибка — называть клеточные включения органоидами. Их можно перепутать, потому что и те и другие находятся в цитоплазме, однако органоиды — постоянные структуры с определёнными функциями, а включения обычно являются запасами или продуктами обмена. Чтобы проверить себя, спросите, выполняет ли объект постоянную специализированную работу или временно накапливает вещество.

Ошибка — считать рибосомы мембранными органоидами. Это представление возникает из-за того, что рибосомы могут быть прикреплены к мембранам эндоплазматической сети. Но сама рибосома мембраны не имеет и состоит из рибосомной РНК и белков; проверка — отличать прикрепление к мембране от наличия собственной мембраны.

Ошибка — представлять полисому одной крупной рибосомой. Такое заблуждение появляется из-за того, что на схеме группа рибосом может выглядеть как единый комплекс. Проверьте определение: полисома — несколько отдельных рибосом на одной молекуле мРНК, и каждая из них собирает собственную белковую цепь.

Связь с другими темами

Для изучения цитоплазмы нужно знать строение клетки и роль плазматической мембраны: это помогает понять, где расположено её внутреннее содержимое. Различие между органоидами и включениями необходимо, чтобы правильно описывать состав цитоплазмы. Эти понятия помогают классифицировать клеточные структуры по их постоянству и функциям.

Работа рибосомы связана с темами ДНК, РНК и передачи генетической информации. Матричная РНК переносит инструкцию, а рибосома использует её для сборки белка. Знание этих связей помогает перейти от хранения информации в клетке к её реализации.

Представления о рибосомах понадобятся при изучении биосинтеза белка и различий между прокариотическими и эукариотическими клетками. Они также важны для понимания действия некоторых антибиотиков, которые могут влиять на рибосомы и тем самым нарушать синтез белка. Поэтому строение рибосомы связано не только с клеточной теорией, но и с медициной.

Что запомнить

• Цитоплазма состоит из гиалоплазмы, органоидов и включений.
• В гиалоплазме протекают многие реакции обмена веществ.
• Рибосомы — немембранные структуры, состоящие из рибосомной РНК и белков.
• На рибосомах происходит синтез белка.
• Рибосомы могут находиться свободно в цитоплазме или быть связанными с мембранами.
• Полисома — несколько рибосом на одной молекуле матричной РНК.