Цитоплазма й одномембранні органели: НМТ біологія

Що таке цитоплазма і з чого вона складається. Цитоплазма складається з трьох компонентів: цитозоль (гіалоплазма), цитоскелет і органели разом із включеннями. Програма НМТ формулює це дослівно: «Цитоплазма, її компоненти: цитоскелет, органели та включення». Тобто якщо в завданні просять назвати складові цитоплазми, відповідь має містити саме ці елементи, а не «ядро і мембрана».

Цитозоль – це напіврідка внутрішня речовина, водний розчин солей, органічних сполук, білків і ферментів. У ньому відбувається гліколіз, тобто безкисневе розщеплення глюкози, і саме в цитозолі плавають органели. Це не «просто вода», це робоче середовище з активними ферментами.

Цитоскелет – це система білкових ниток, що тримає форму клітини, забезпечує рух органел усередині й участь у поділі. Він складається з мікротрубочок (білок тубулін), мікрофіламентів (білок актин) і проміжних філаментів. Тубулін я завжди пояснюю через рейки: мікротрубочки – це такі внутрішні колії, по яких органели й пухирці їдуть у потрібне місце. Без рейок вантаж нікуди не доїде.

Включення – це непостійні структури цитоплазми, запаси й продукти обміну: краплини жиру, зерна крохмалю в рослин, глікоген у тварин, кристали солей. Ключове слово тут «непостійні»: сьогодні вони є, завтра клітина їх витратила. Органела працює завжди, включення то зʼявляється, то зникає. На НМТ це улюблена пастка.

Чим цитоплазма відрізняється від протоплазми і каріоплазми. Каріоплазма – це вміст ядра, а не цитоплазми. Цитоплазма закінчується там, де починається ядерна оболонка. Тому фраза «ядро розташоване в цитоплазмі» коректна, а фраза «ядро є компонентом цитоплазми» ні. Дрібниця, але у формулюванні варіантів відповіді вона вирішує все.

Які органели називають одномембранними. Одномембранні органели за програмою НМТ: ендоплазматична сітка, апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі. Усі вони оточені однією мембраною і разом утворюють єдину внутрішню транспортну систему клітини. Двомембранні (мітохондрії й пластиди) і немембранні (рибосоми, центріолі) до цієї групи не належать.

Ендоплазматична сітка. Ендоплазматична сітка (ЕПС) – це система сплощених мішечків і канальців, обмежених однією мембраною, що пронизує цитоплазму і сполучається із зовнішньою мембраною ядерної оболонки. Її ділять на два типи за наявністю рибосом на поверхні.

Шорстка (гранулярна) ЕПС має на зовнішньому боці мембрани прикріплені рибосоми. Тому її функція – синтез білків, які підуть на експорт або в мембрани. Розберіть слово: гранули – це і є рибосоми, які на електронній мікрофотографії виглядають зернистими.

Гладенька (агранулярна) ЕПС рибосом не має. Її функції: синтез ліпідів і вуглеводів, знешкодження токсичних речовин (особливо в клітинах печінки), у мʼязових клітинах ще й депо йонів кальцію.

Апарат Гольджі. Апарат Гольджі – це стос сплощених мембранних цистерн і пухирців, у якому речовини з ЕПС доопрацьовуються, сортуються, пакуються і відправляються за призначенням. Це поштове відділення клітини: приймає посилку, довкладає в неї потрібне, підписує адресу і віддає курʼєру.

Основні функції апарату Гольджі:

1. Модифікація білків і ліпідів, що надійшли з ЕПС (приєднання вуглеводних залишків, тобто утворення глікопротеїнів).
2. Сортування речовин за адресами призначення.
3. Пакування у мембранні пухирці й транспорт до плазматичної мембрани.
4. Утворення лізосом.
5. Участь в утворенні клітинної стінки в рослин.

Обовʼязково запамʼятайте пункт про лізосоми: «лізосоми утворюються з пухирців апарату Гольджі», це формулювання майже дослівно кочує з тесту в тест. І ще одне: секреторний пухирець зливається з плазматичною мембраною і вміст виходить назовні, а це вже екзоцитоз. Тобто апарат Гольджі напряму повʼязаний з темою транспорту речовин через мембрани.

Лізосоми – травна система клітини. Лізосома – це одномембранний пухирець із набором гідролітичних (травних) ферментів, який розщеплює біополімери, відпрацьовані органели й захоплені клітиною частинки. Назва розкладається просто: «лізис» – це розщеплення, «сома» – це тільце. Тобто буквально тільце, що розщеплює.

Що перетравлює лізосома:

• речовини, захоплені шляхом фагоцитозу й піноцитозу (наприклад, бактерії у фагоцитах людини);
• власні зношені органели клітини (це називають автофагією);
• цілі клітини або їхні частини під час розвитку організму, наприклад розсмоктування хвоста в пуголовка.

Дуже-дуже важливий момент: ферменти лізосом активні в кислому середовищі всередині пухирця. Мембрана лізосоми ізолює цю кислоту від цитозолю. Якщо мембрана руйнується, ферменти виходять і клітина перетравлює сама себе. Ось чому лізосома обовʼязково мембранна структура, а не просто «крапля ферментів».

Вакуоля в рослинній клітині. Вакуоля – це одномембранний резервуар із клітинним соком, що займає в зрілій рослинній клітині до 80-90% її обʼєму і забезпечує тургор, запасання речовин та підтримання форми. Мембрану вакуолі називають тонопластом, а її вміст – клітинним соком: це водний розчин цукрів, органічних кислот, солей і пігментів.

Функції вакуолі рослинної клітини:

1. Запас води та поживних речовин.
2. Створення тургорного тиску, завдяки якому нездеревʼянілі частини рослини тримають форму.
3. Накопичення продуктів обміну й непотрібних речовин.
4. Забарвлення пелюсток і плодів (за рахунок розчинених пігментів).

Вакуолі є не лише в рослин. У найпростіших є травні вакуолі (де фактично й відбувається травлення після фагоцитозу) і скоротливі вакуолі, які виводять надлишок води. У тваринній клітині багатоклітинних великої центральної вакуолі немає, є дрібні пухирці.

Вакуоля прямо повʼязана з поняттями плазмоліз і деплазмоліз, які теж є в програмі НМТ. Якщо клітину помістити в гіпертонічний розчин, вода виходить, вакуоля зменшується, цитоплазма відходить від клітинної стінки – це плазмоліз. У гіпотонічному розчині вода повертається і відбувається деплазмоліз.

Шлях речовини від синтезу до виходу з клітини. Секреторний шлях у клітині завжди однаковий: шорстка ЕПС → пухирець → апарат Гольджі → секреторний пухирець → плазматична мембрана → екзоцитоз. Це один із найчастіших сюжетів у завданнях на встановлення послідовності, тому вивчіть ланцюжок як віршик.

Розберемо на прикладі білка-ферменту, який клітина підшлункової залози виділяє назовні:

1. Рибосома на шорсткій ЕПС синтезує поліпептидний ланцюг, і він одразу потрапляє всередину цистерни ЕПС.
2. Білок набуває просторової структури, від ЕПС відбруньковується транспортний пухирець.
3. Пухирець зливається з цистернами апарату Гольджі, білок дозріває: до нього приєднуються вуглеводні залишки.
4. Від апарату Гольджі відбруньковується секреторний пухирець з готовим ферментом.
5. Пухирець рухається по мікротрубочках цитоскелета до плазматичної мембрани, зливається з нею, і фермент виходить назовні. Це екзоцитоз.