Біологія. 9 клас. Шаламов

§ 10. Цитоплазма та органели

Цитозоль пронизаний елементами цитоскелету

У попередньому параграфі ми докладно розглянули будову плазматичної мембрани. Тепер час зануритися всередину клітини та розглянути структури й процеси, що відбуваються під клітинною оболонкою.

Безпосередньо під плазматичною мембраною розташований уміст клітини — цитоплазма. Історично склалося так, що під цитоплазмою розуміють увесь уміст клітини, крім ядра. У цитоплазмі можна виділити як рідку частину — цитозоль, так й оформлені органели. У цитозолі відбуваються різноманітні біохімічні процеси, з якими ви ознайомитеся докладно в § 15-16. Усередині клітини пронизані опорними філаментами1 — цитоскелетом. Саме цитоскелет забезпечує підтримання форми клітини, а також більшість її рухів. Джгутики та війки, що забезпечують переміщення одноклітинних організмів, сперматозоїдів, а також рух секретів слизовими оболонками, усередині містять стрижень із філаментів особливого роду — мікротрубочок, здатних переміщуватися одна відносно одної — саме це переміщення й забезпечує їхній рух (рис. 10.1). М’язи скорочуються завдяки тому, що нитки, побудовані з білка актину, переміщуються відносно ниток, побудованих з білка міозину. Поверхня епітеліальних клітин, що вистилають тонкий кишківник, у багато разів збільшена завдяки наявності мікроворсинок на їхній поверхні. Ці мікроворсинки підтримуються зсередини нитками з білка актину.

Важлива особливість білків цитоскелету (актину й тубуліну) полягає в тому, що вони можуть міститися як у складі ниток (філаментів) цитоскелету (рис. 10.2, А), так і в розчинній формі.

Рис. 10.1. Джгутики та війки

А. Клітина хламідомонади має два джгутики, завдяки синхронним рухам яких вона пересувається у воді. Б. Сперматозоїд на поверхні епітелію маткової труби. Сперматозоїд має єдиний довгий джгутик, завдяки якому він переміщується до яйцеклітини. Клітини епітелію маткових труб також містять рухові структури — війки, по кілька на клітину. Їхні синхронні биття допомагають яйцеклітині рухатися назустріч сперматозоїду. В. Війки трахеї людини, що допомагають виводити слиз та дрібні частинки з дихальних шляхів. Г. Схема будови джгутика.

1 Філамент (від англ. filament — нитка) — внутрішньоклітинне ниткоподібне утворення.

Рис. 10.2.

А. Три типи філаментів цитоскелета, забарвлених антитілами. Б. Схема формування актинової нитки з глобул актину.

Наприклад, актин — типовий глобулярний білок, розчинний у цитоплазмі. Проте він може полімеризуватися1, формуючи довгі нитки актинового цитоскелета (рис. 10.2, Б). Цей перехід оборотний, і клітина може контролювати як утворення, так і розпад філаментів.

Вакуом — сукупність одномембранних органел клітини

Серед внутрішньоклітинних структур тваринної клітини найбільше виділяються органели, оточені власною мембраною. Сукупність органел, оточених однією мембраною, утворює вакуом клітини. Органели, що їх містить вакуом, — це пухирці, трубочки, диски та сітчасті структури. Центральним у вакуомі є ендоплазматичний ретикулум (ЕПР) — безперервна мережа трубочок і цистерн, що займає значну частину клітини. ЕПР розмежований на два відділи. Перший — це шорсткий ендоплазматичний ретикулум, що залучений до біосинтезу білка й називаний так тому, що його мембрана вкрита рибосомами. Інший — гладкий ендоплазматичний ретикулум, позбавлений рибосом. Гладкий ЕПР залучений до синтезу ліпідів, а також слугує місцем скупчення йонів Кальцію. ЕПР дає початок іншим компонентам вакуому, утворюючи везикули (мембранні пухирці), які згодом зливаються з іншою структурою вакуому — апаратом Гольджі (рис. 10.3).

Апарат Гольджі тваринної клітини має характерну будову: він складається з мембранних дисків, розширених із боків і зібраних у стоси. В апараті Гольджі відбуваються процеси дозрівання мембранних та секреторних білків, синтезованих в ЕПР, а також їх сортування. Під час сортування клітина вирішує, чи білок залишиться «працювати» всередині клітини, чи буде виділений назовні. Білки, що спрямовуються назовні, потрапляють до складу транспортних везикул. Потім вони зливаються з плазматичною мембраною клітини, при цьому вміст везикули переходить до зовнішнього середовища, а мембранні ліпіди та білки переходять до складу плазматичної мембрани.

1 Під терміном «полімеризація» мається на увазі формування макромолекулярних комплексів із багатьох субодиниць без утворення ковалентних зв’язків.

Рис. 10.3. Одномембранні органели: схема взаємоперетворень

1. Ядерна оболонка. 2. Шорсткий ЕПР. 3. Рух везикул від ЕПР до апарату Гольджі. 4. Утворення первинних лізосом. 5. Виведення речовин. 6. Поглинання речовин. 7. Травна вакуоля (вторинна лізосома). 8. Гладкий ЕПР.

Ще один тип везикул, що виробляються апаратом Гольджі, — це лізосоми. Лізосоми — це травні органели, що містять травні ферменти. Вони перетравлюють часточки їжі або цілі органели та клітини.

Мітохондріом — сукупність мітохондрій клітини

В особливу групу треба виокремити цитоплазматичні органели, оточені двома мембранами. У тварин такими органелами є мітохондрії. Будова «класичної» мітохондрії зображена на рисунку 10.4. Мітохондрія має оболонку з двох мембран. Зовнішня мембрана мітохондрії гладка й оточує мітохондрію, наче панчоха, натомість внутрішня мембрана нерівна, містить численні складки — кристи, що збільшують її поверхню в багато разів. У різних організмів вони можуть мати вигляд пластинок, трубочок, пухирців. Під внутрішньою мембраною розташований мітохондріальний матрикс — рідкий уміст мітохондрії. Важливо зазначити, що мітохондрії мають власну ДНК, а також апарат синтезу білка. ДНК розташована в матриксі й не оточена якимись додатковими мембранними структурами.

Мітохондрії є енергетичними станціями клітини. Саме в них здійснюються процеси останніх етапів клітинного дихання тварин: окиснення органічних сполук киснем до вуглекислого газу та води з виділенням енергії. Більшість етапів клітинного дихання відбувається на внутрішній мембрані мітохондрії, саме тому її площа збільшена в багато разів завдяки наявності складок.

Дуже часто мітохондрії значно відрізняються за своєю формою від зображеної на рисунку 10.4. Наприклад, мітохондрії м’язових волокон зливаються між собою, утворюючи єдину мережу, що пронизує всю цитоплазму, — мітохондріальний ретикулум (рис.10.5, А).

Рис. 10.4. Будова мітохондрії

1. Зовнішня мембрана. 2. Внутрішня мембрана. 3. Криста. 4. Матрикс.

Рис. 10.5. Приклади мітохондрій у різних типах клітин

A. Мітохондрії м’язової клітини (забарвлені в червоний колір). Б. Клітина сполучної тканини людини (мітохондрії забарвлені в червоний колір, ядро — у блакитний). B. Дріжджі (мітохондрії забарвлені в зелений колір).

Така структура ефективніше постачає енергію скоротливим структурам м’язового волокна. В інших клітинах іноді буває до кількох тисяч мітохондрій, а в багатьох найпростіших у клітині є лише одна велика мітохондрія (рис. 10.5, Б, В)

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1. Мікроворсинки клітин кишківника зсередини підтримуються нитками (1). Епітелій кишківника завдяки наявності мікроворсинок (2). Ззовні мікроворсинки оточені (3).

  • А 1 — міозину, 2 — захищений від травних соків, 3 — колагеном
  • Б 1 — актину, 2 — збільшує свою поверхню, 3 — глікокаліксом
  • В 1 — тубуліну, 2 — забезпечує рух яйцеклітини, 3 — целюлозою
  • Г 1 — актину, 2 — здатний регенерувати, 3 — слизом
  • Д 1 — тубуліну, 2 — здатний до руху, 3 — ліпідною оболонкою

2. До полімеризації й утворення фібрилярних структур здатні глобулярні білки

  • А колаген, кератин
  • Б гемоглобін, міоглобін
  • В тубулін, актин
  • Г міозин, колаген
  • Д гемоглобін, кератин

3. До складу вакуому клітини входять

  • А немембранні органели
  • Б мітохондрії та хлоропласти
  • В органели руху
  • Г лізосоми та апарат Гольджі
  • Д ядро та цитоплазма

4. Оберіть правильні характеристики мітохондрій з наведеного переліку:

1) містять власну ДНК;

2) здатні ділитися всередині клітини;

3) мають власний білоксинтезувальний апарат;

4) містять власний ендоплазматичний ретикулум;

5) належать до вакуому клітини;

6) належать до органел руху.

  • А 1, 2, 3
  • Б 2, 3, 4
  • В 3, 4, 5
  • Г 4, 5, 6
  • Д 1, 5, 6

5. Мітохондрії називають енергетичними станціями клітини, оскільки вони

  • А мають двомембранну будову
  • Б окиснюють органічні речовини
  • В заповнені матриксом
  • Г мають складчасту внутрішню мембрану
  • Д містять власну ДНК

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6. Що таке цитозоль? Спробуйте схарактеризувати склад цитозолю. Укажіть основні функції цитозолю.

7. Нитки цитоскелета часто складаються з полімерних глобулярних білків, а не з довгих фібрилярних молекул. На вашу думку, чому?

8. Є кілька різних органел руху. Зробіть порівняльну характеристику цих органел у вигляді таблиці. У цій таблиці вкажіть поширення та будову кожної з наведених вами органел.

9. Терміном «вакуом» позначають усі одномембранні органели клітини, підкреслюючи цим, що всі вони взаємопов’язані. Опишіть цей взаємозв’язок з погляду функцій і структури.

10. Опишіть будову мітохондрії та вкажіть її основні структури. З’ясуйте структурно-функціональні зв’язки та поясніть їхнє значення.

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11. Деякі одноклітинні паразити позбавлені мітохондрій, хоча і є типовими еукаріотами. Як вони можуть жити без енергетичних станцій?

12. Цитоскелет є не тільки в еукаріотичних клітинах, а й у клітинах прокаріотів. Які білки беруть участь у його формуванні у бактерій?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13. Цитоскелет та органели руху пов’язані між собою. Як здійснюється цей зв’язок? Яку роль відіграє в цьому зв’язку клітинний центр?

14. Переміщення речовин у мембранних везикулах у межах однієї клітини здійснюється за допомогою «крокуючих» білків динеїну та кінезину. Знайди про них інформацію, відео та розкажи в класі, як працюють ці дивовижні білки.