"Общая биология. Среднее профессиональное образование", В. М. Константинов, А. Г. Резанов, Е. О.Фадеева; под ред. В.М.Константинова
Органоиды — постоянные структуры цитоплазмы, каждая из которых выполняет свою работу. Благодаря их специализации клетка одновременно синтезирует вещества, переносит их, получает энергию и расщепляет ненужные соединения. Одни органоиды окружены мембранами, другие мембран не имеют. Митохондрии и пластиды обладают собственной ДНК и рибосомами, но остаются зависимыми от клетки. Понимание строения органоидов помогает объяснить процессы жизнедеятельности клетки.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Органоид клетки — постоянная специализированная структура цитоплазмы, выполняющая определённые функции. Благодаря органоидам клетка распределяет работу между разными частями. Временные включения, например капли жира или гранулы крахмала, обычно служат запасом либо являются продуктами обмена, а не постоянными рабочими структурами.
Мембранные органоиды — структуры, окружённые одной или двумя биологическими мембранами. Мембрана отделяет внутреннюю среду органоида от цитоплазмы и помогает поддерживать условия, необходимые для определённых реакций. К таким структурам относятся, например, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и митохондрии.
Немембранные органоиды не имеют собственной мембранной оболочки. К ним относятся рибосомы, где собираются белки, и клеточный центр, участвующий в организации микротрубочек. Отсутствие мембраны не мешает им выполнять специализированные задачи: их строение и состав подходят для конкретной работы.
Полуавтономный органоид — органоид с собственными ДНК и рибосомами, способный синтезировать часть своих белков. Таковы митохондрии и пластиды. Их генетический аппарат ограничен, поэтому они зависят от клетки и не могут самостоятельно обеспечивать все свои потребности.
В клетке одновременно идут многочисленные процессы, поэтому разделение труда делает её работу упорядоченной. Одни структуры синтезируют белки и липиды, другие перемещают и сортируют вещества, третьи преобразуют энергию или расщепляют соединения. Специализация позволяет не смешивать несовместимые реакции и направлять вещества туда, где они нужны.
Мембранные органоиды создают внутри клетки отдельные компартменты — ограниченные пространства со своими условиями. Мембрана регулирует обмен с цитоплазмой, поэтому внутри могут поддерживаться среда и состав, подходящие для конкретных реакций. Одномембранные органоиды включают ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы и вакуоли; двумембранные — митохондрии и пластиды. У последних две оболочки окружают внутренние системы, связанные с преобразованием энергии.
Белок, предназначенный для секреции, то есть выведения из клетки, проходит несколько этапов. Сначала рибосома на шероховатой ЭПС синтезирует белковую цепь и направляет её внутрь мембранной системы. Затем белок переносится к аппарату Гольджи, где может изменяться, сортируется и упаковывается. Транспортная везикула — небольшой мембранный пузырёк — доставляет его к плазматической мембране, с которой содержимое выводится наружу.
Строение митохондрии соответствует её роли в клеточном дыхании — преобразовании энергии органических веществ в доступную клетке форму. Внутренняя мембрана образует складки, называемые кристами; на них расположены компоненты, участвующие в получении энергии. Внутреннее пространство, матрикс, содержит ферменты реакций дыхания, а также ДНК и рибосомы митохондрии. Такое устройство разделяет этапы процесса и позволяет выполнять их согласованно.
Пластиды различаются по составу и задачам, хотя могут превращаться друг в друга при изменении условий и развития клетки. Хлоропласты содержат хлорофилл и участвуют в фотосинтезе, а мембранные диски тилакоиды обеспечивают часть связанных с ним реакций. Хромопласты накапливают пигменты, придающие окраску, например плодам и цветкам. Лейкопласты обычно бесцветны и запасают вещества, в том числе крахмал или жиры.
| Органоид | Мембранность и строение | Основная функция | Где встречается |
|---|---|---|---|
| Эндоплазматическая сеть: гладкая и шероховатая | Одномембранная система каналов и полостей; на шероховатой части есть рибосомы | Синтез белков и липидов, внутриклеточный транспорт | Эукариотические клетки |
| Аппарат Гольджи | Одномембранные уплощённые полости и пузырьки | Модификация, сортировка и упаковка веществ | Эукариотические клетки |
| Лизосома | Одномембранный пузырёк с пищеварительными ферментами | Внутриклеточное переваривание веществ и частиц | Главным образом животные клетки |
| Вакуоль | Полость с клеточным соком, ограниченная мембраной | Запас веществ и поддержание водного баланса | Особенно крупная — в растительных клетках |
| Митохондрия | Две мембраны; внутренняя образует кристы | Клеточное дыхание и получение энергии | Большинство эукариотических клеток |
| Пластиды: хлоропласт, хромопласт, лейкопласт | Две мембраны; внутреннее строение зависит от типа | Фотосинтез, окраска или запасание веществ | Растения и некоторые водоросли |
| Рибосома | Немембранная частица из двух субъединиц | Синтез белка | Все клетки |
| Клеточный центр | Немембранная структура; обычно включает две центриоли | Организация микротрубочек и участия в делении клетки | Животные клетки и некоторые другие эукариоты |
Сначала определите, есть ли у органоида мембрана и как устроена его внутренняя часть. Затем сопоставьте строение с функцией: например, кристы связаны с дыханием, а рибосомы — с синтезом белка. Последний столбец помогает не переносить особенности одного типа клеток на все остальные.
Условие. В клетке активно синтезируется белок, который должен быть выведен наружу. Нужно назвать структуры, через которые он проходит, и объяснить их роли. Ищем не все органоиды клетки, а путь именно секретируемого белка.
Ответ. Последовательность такова: рибосома на шероховатой ЭПС — аппарат Гольджи — транспортная везикула — плазматическая мембрана. Рибосома синтезирует белок, ЭПС перемещает его, комплекс Гольджи обрабатывает и сортирует, а везикула доставляет к мембране. Последний этап позволяет белку покинуть клетку.
Условие. В клетке обнаружены органоид с внутренними складками мембраны и органоид с системой мембранных дисков, содержащих хлорофилл. Нужно определить эти органоиды и сопоставить их функции. Для решения достаточно связать особенности строения с типичными процессами.
Ответ. Первый органоид — митохондрия, в которой происходит клеточное дыхание. Второй — хлоропласт, участвующий в фотосинтезе. Их мембранные структуры различаются, потому что обеспечивают разные процессы преобразования энергии.
Условие. В растительной клетке повреждён аппарат Гольджи. Нужно предположить, какие процессы нарушатся, и объяснить причину. Здесь важно учитывать не только функцию самого органоида, но и то, что доставка веществ зависит от его работы.
Ответ. Могут нарушиться обработка, сортировка и упаковка веществ, их транспорт внутри клетки и выведение наружу. Причина в том, что аппарат Гольджи формирует направленные потоки мембранных пузырьков. Сам синтез белков на рибосомах не является его основной функцией, хотя доставка готовых белков может пострадать.
Ошибка: считать, что все органоиды имеют мембрану. Так думают, потому что многие знакомые органоиды действительно окружены мембранами. Но рибосомы и клеточный центр относятся к немембранным структурам. Проверка: спросите себя, описана ли у этой структуры собственная оболочка; не выводите мембранность только из её названия.
Ошибка: путать ЭПС и аппарат Гольджи. Обе системы участвуют в перемещении веществ, поэтому их роли легко смешать. ЭПС связана с синтезом и внутриклеточным транспортом, а аппарат Гольджи — с модификацией, сортировкой и упаковкой. Проверка: вспомните порядок прохождения секретируемого белка — сначала шероховатая ЭПС, затем аппарат Гольджи.
Ошибка: считать митохондрии и пластиды полностью независимыми. Собственные ДНК и рибосомы создают впечатление, что органоиды могут работать автономно. На деле их генетический аппарат ограничен, а большинство необходимых белков кодируется ядерной ДНК. Проверка: термин «полуавтономный» означает частичную, а не полную самостоятельность.
Ошибка: полагать, что органоид с собственной ДНК может жить вне клетки. Наличие генетического материала не означает, что органоид способен обеспечить все свои потребности. Митохондрии и пластиды используют белки и ресурсы, связанные с работой всей клетки. Проверка: выясните, хватает ли органоиду собственных генов и механизмов для самостоятельного существования; у полуавтономных органоидов их недостаточно.
Для понимания органоидов нужно знать общую организацию клетки, функции плазматической мембраны, цитоплазмы и ядра, а также отличия растительной клетки от животной. Эти сведения помогают объяснить, как вещества перемещаются между структурами и почему некоторые органоиды встречаются не во всех клетках. Позже знания об органоидах пригодятся при изучении обмена веществ, клеточного дыхания, фотосинтеза и синтеза белка. Они также помогают сравнивать клетки разных организмов и связывать строение клетки с её функциями.
Чем органоид отличается от включения?
Органоид — постоянная специализированная структура, которая выполняет определённую функцию. Включения обычно представляют собой временные запасы или продукты обмена, например капли жира или гранулы крахмала.
Какие органоиды имеют две мембраны?
Две мембраны имеют митохондрии и пластиды; у ядра также есть двойная оболочка, но его обычно выделяют отдельно от органоидов цитоплазмы. Внутренняя мембрана митохондрий образует складки, а у хлоропластов внутренняя мембранная система включает тилакоиды.
Почему митохондрии и пластиды называют полуавтономными?
У них есть собственная ДНК и рибосомы, поэтому они способны синтезировать часть своих белков. Однако большинство необходимых белков кодируется ядерной ДНК, поэтому полностью самостоятельно существовать они не могут.
Чем гладкая эндоплазматическая сеть отличается от шероховатой?
На поверхности шероховатой ЭПС расположены рибосомы, на которых синтезируются белки, в том числе предназначенные для мембран и выведения из клетки. Гладкая ЭПС рибосом не имеет и участвует, например, в синтезе липидов.
Какие органоиды характерны только для растительной клетки?
Для растительных клеток характерны пластиды и крупная центральная вакуоль. Пластиды бывают хлоропластами, хромопластами и лейкопластами; вакуоль заполнена клеточным соком и участвует в поддержании водного баланса.
Органоиды клетки
