§ 15. Будова й функції ядра та одномембранних органел (ендоплазматична сітка, апарат Гольджі, лізосоми). Транспорт і виділення

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

Мембрани всередині клітини формують ядерну оболонку, ендоплазматичну сітку, апарат Гольджі, лізосоми й вакуолі. Загальна площа внутрішніх мембран клітини може бути значно більшою, ніж площа її поверхні. Навіщо клітині так багато внутрішніх мембран?

Внутрішні мембрани розділяють клітину на окремі відсіки — компартменти, що дає змогу одночасно і незалежно проводити різні, часто несумісні хімічні процеси. Крім того, велика площа мембран створює величезну робочу поверхню для розміщення ферментних комплексів і прискорює транспорт речовин.

ВІДКРИТИЙ МІКРОФОН

Як ви вважаєте, навіщо ядру потрібна власна оболонка?

Ядерна оболонка захищає генетичний матеріал від механічних пошкоджень і впливу ферментів цитоплазми. Вона також відокремлює процеси зчитування спадкової інформації від білкового синтезу та строго регулює транспорт молекул через ядерні пори.

РОБОТА В ПАРІ

Чи є в людини клітини без ядра? А клітини з кількома ядрами? Як це пов’язано з їхніми функціями?

Без ядра функціонують зрілі еритроцити, що дає їм змогу вмістити максимум гемоглобіну, мати форму двоввігнутого диска та ефективно переносити гази кровоносним руслом. Кілька ядер мають м’язові волокна скелетних м’язів, деякі клітини печінки та клітини кісткової тканини (остеокласти). Багатоядерність потрібна цим великим за розміром клітинам, щоб швидко синтезувати багато білка та надійно контролювати процеси на всій протяжності цитоплазми.

ВІДКРИТИЙ МІКРОФОН

Якби ви побачили клітину з безліччю рибосом, що б ви припустили стосовно її функції?

Ця клітина виконує інтенсивний синтез білків. Найімовірніше, це клітина травної чи слинної залози, яка виділяє ферменти, плазматична клітина імунної системи, що виробляє антитіла, або молода клітина, яка активно росте.

ІНДИВІДУАЛЬНА РОБОТА

Зернистої ЕПС немає в сперматозоїдах і зрілих еритроцитах. Поясніть, чому вона не обов’язкова для цих клітин. За потреби здійсніть пошукову роботу й знайдіть додаткову інформацію в науковій літературі.

Зерниста ЕПС відповідає за синтез білків на експорт та оновлення мембран, але ані еритроцити, ані сперматозоїди вже не синтезують нові білки і не ростуть. Еритроцити позбуваються майже всіх органел під час дозрівання, щоб звільнити місце для гемоглобіну та зменшити власне споживання кисню. Сперматозоїди втрачають зернисту ЕПС та більшість цитоплазми заради зменшення маси й обтічності форми, що необхідно для швидкого руху до яйцеклітини.

РОБОТА В ГРУПІ

Користуючись мал. 15.6, опишіть, як відбуваються: а) засвоєння поживних речовин; б) захист від бактерій; в) аутофагія.

а) Засвоєння поживних речовин відбувається шляхом піноцитозу: клітина захоплює краплини з розчиненими речовинами й утворює ендосому. Ця ендосома зливається з лізосомою у травну вакуолю, ферменти розщеплюють поживні речовини до простих мономерів, які переходять у цитоплазму, а неперетравлені рештки викидаються назовні шляхом екзоцитозу.

б) Захист від бактерій здійснюється через фагоцитоз: імунна клітина (макрофаг) обгортає бактерію мембраною і поглинає її, утворюючи фагосому. Фагосома зливається з лізосомою, після чого гідролітичні ферменти повністю руйнують і перетравлюють клітину бактерії.

в) Аутофагія — це самоочищення клітини: стара або пошкоджена органела (наприклад, зношена мітохондрія) оточується внутрішньою мембраною та перетворюється на аутофагосому. Після злиття з лізосомою утворюється аутофаголізосома, ферменти якої розбирають органелу на прості хімічні компоненти для повторного використання клітиною.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Чому червоні кров’яні тільця людини не містять ядра, а яйцеклітина має одне з найбільших ядер в організмі?

Зрілі еритроцити втрачають ядро в процесі дозрівання, щоб вмістити максимум гемоглобіну для транспорту кисню та набути гнучкої двоввігнутої форми для проходження крізь найдрібніші капіляри. Яйцеклітина має велике ядро, тому що вона зберігає повний материнський генетичний набір і активно синтезує всі види РНК, необхідні для регуляції перших етапів розвитку майбутнього зародка.

2. Опишіть шлях утворення в клітині глікопротеїдів і гліколіпідів глікокаліксу. Де і як у клітині відбуваються їхній синтез і транспортування? Намалюйте «біохімічний маршрут».

Синтез білкової частини майбутніх глікопротеїдів відбувається на рибосомах зернистої ЕПС, а ліпідна основа гліколіпідів збирається ферментами гладкої ЕПС. Звідти речовини в транспортних везикулах прямують до апарату Гольджі, де в його цистернах до них приєднуються розгалужені вуглеводні ланцюжки. Готові глікопротеїди й гліколіпіди пакуються в секреторні везикули, доходять до поверхні клітини та вбудовуються в плазматичну мембрану, утворюючи зовнішній шар — глікокалікс.

3. Логістика — це про те, як швидко, зручно й правильно щось доставити. Наприклад, товар від складу до клієнта. Клітина — це теж логістична система. У ній речовини створюються, сортуються, транспортуються. Опишіть, як у клітині відбувається «доставка» речовин. Що є виробництвом, логістичним хабом, кур’єрами, магістралями, пакунками й адресами?

У клітинній логістиці виробництвом є рибосоми та ендоплазматична сітка (ЕПС), де створюються всі білки й ліпіди.

Логістичним хабом виступає апарат Гольджі, оскільки саме тут продукція дозріває, маркується та розподіляється за напрямками.

Пакунками слугують мембранні пухирці — транспортні та секреторні везикули, які ізолюють вантаж від цитозолю.

Адресами є спеціальні вуглеводні мітки (сигнальні групи), що прикріплюються до молекул в апараті Гольджі та вказують кінцеве призначення вантажу.

Магістралями є мікротрубочки цитоскелета та внутрішньоклітинні цитоплазматичні потоки.

Кур’єрами виступають особливі моторні білки (наприклад, кінезин і динеїн), які приєднують до себе везикули і буквально «крокують» по мікротрубочках до місця призначення.

4. Поясніть, чому лізосом особливо багато в клітинах імунної системи (макрофагах, нейтрофілах).

Макрофаги та нейтрофіли є захисниками організму, головна функція яких — поглинати й знешкоджувати чужорідні бактерії, віруси та залишки зруйнованих тканин шляхом фагоцитозу. Для швидкого й повного розчинення цих небезпечних біологічних об’єктів клітині потрібна велика кількість гідролітичних ферментів, які містяться саме в лізосомах.