Летняя школа ЕГЭ FREE

Все органоиды клетки: полный конспект для подготовки к ЕГЭ

1. Типы клеток и их органоиды

Прежде чем говорить об органоидах, важно различать типы клеток.
  • Прокариотическая клетка (бактерии): не имеет оформленного ядра и большинства мембранных органоидов.
  • Эукариотическая клетка (растения, животные, грибы): имеет ядро и развитую систему органоидов.
В рамках ЕГЭ мы изучаем именно эукариотическую клетку. Её строение органоидов напрямую связано с их функциями. Все органоиды делятся на три группы по строению мембран.

Классификация органоидов по строению:

1.Немембранные органоиды (не имеют мембранного барьера):
  • Рибосомы
  • Клеточный центр
  • Органоиды движения (жгутики, реснички)
2.Одномембранные органоиды (имеют одну мембрану):
  • Эндоплазматическая сеть (ЭПС)
  • Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи)
  • Лизосомы
  • Вакуоли
  • Пероксисомы
3.Двумембранные органоиды (имеют две мембраны — наружную и внутреннюю):
  • Митохондрии
  • Пластиды (хлоропласты, лейкопласты, хромопласты)

Ядро: Командный центр клетки

Важный терминологический момент для ЕГЭ:
В школьной программе ядро традиционно изучают в разделе «Строение клетки» вместе с органоидами, поэтому в тестах его часто относят к двумембранным структурам. Однако в строгой цитологии ядро — это обособленная структура, управляющая наследственностью. Запомните: если в тесте спросят «Что из перечисленного НЕ является органоидом?» — смело указывайте ядро, но если спросят про двумембранные элементы клетки — ядро подходит идеально.

Строение ядра (детально)

1.Ядерная оболочка (Кариолемма)
Состоит из двух мембран (наружной и внутренней), которые пронизаны ядерными порами. Наружная мембрана переходит в мембрану ЭПС.
2.Нуклеоплазма (Кариоплазма)
Внутренняя среда (ядерный сок), в котором растворены ферменты и нуклеотиды для синтеза РНК.
3.Хроматин (важно!)
Это ДНК, связанная с белками-гистонами. В неделящейся клетке хромосомы "расплетены" и находятся в виде хроматина.

Ключевое правило: Хромосомы (в любом виде — в виде хроматина или в виде палочек при делении) не являются органоидами. Это нуклеопротеидные комплексы — носители генов.
4.Ядрышко
Это немембранная структура внутри ядра.
  • Функция: синтез р-РНК и сборка субъединиц рибосом.
  • Важно: Ядрышко — не органоид, а структурный компонент ядра.

Функции ядра (Запомните 3 главных пункта)

  1. Хранение наследственной информации в виде ДНК.
  2. Передача наследственной информации при делении (репликация ДНК).
  3. Регуляция всех процессов жизнедеятельности клетки через транскрипцию (синтез РНК).

1. Двумембранные органоиды клетки

К этой группе относятся:
  1. Митохондрии (есть у всех эукариот — животных, растений, грибов).
  2. Пластиды (есть только у растений и некоторых фотосинтезирующих протистов).
Главные общие черты (важно для ЕГЭ!):
  1. Наличие двух мембран (наружной и внутренней).
  2. Наличие собственной ДНК (кольцевой, как у бактерий).
  3. Наличие собственных рибосом (70S-типа, как у бактерий, а не 80S, как в цитоплазме эукариот).
  4. Способность к делению (бинарное деление, независимое от деления клетки).

1.1 Митохондрия
«Энергетическая станция» клетки

Строение митохондрии (детально)

Рассмотрим строение органоида животной клетки (и растительной тоже) на примере митохондрии:
Митохондрия — строение и функции органоида клетки, синтез АТФ, кристы и матрикс. Иллюстрация для ЕГЭ по биологии.
  1. Наружная мембрана — гладкая, проницаема для мелких молекул и ионов.
  2. Межмембранное пространство — небольшое расстояние между наружной и внутренней мембраной. Здесь накапливаются ионы водорода (H⁺) во время дыхания.
  3. Внутренняя мембрана — имеет многочисленные складки, называемые кристами (или гребнями). Кристы увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны, чтобы разместить больше ферментов дыхательной цепи (АТФ-синтаз).
  4. Матрикс — внутреннее полужидкое содержимое (гель). В матриксе находятся:
  • Кольцевая ДНК.
  • Рибосомы (70S).
  • Гранулы солей кальция и магния.
  • Ферменты цикла Кребса (цикла лимонной кислоты).

Функции митохондрий (как это спрашивают на ЕГЭ)

  1. Клеточное дыхание — окисление органических веществ (пирувата) до углекислого газа и воды.
  2. Синтез АТФ — образование универсального источника энергии (происходит на внутренней мембране, в области крист).
  3. Участие в термогенезе (выработка тепла у теплокровных) и в синтезе некоторых аминокислот.

1.2 Пластиды: «Фабрики» растений

Пластиды делятся на три основных типа. На ЕГЭ чаще всего спрашивают хлоропласт, но важно знать и остальные.

Взаимопревращение пластид — хлоропласты, хромопласты и лейкопласты. Схема превращения пластид для ЕГЭ по биологии.

А. Хлоропласт (зеленые пластиды)

Хлоропласт органоид какой клетки? — Только растительной клетки и клеток водорослей.
Строение хлоропласта (ключевое отличие от митохондрии!):
  1. Наружная мембрана — гладкая.
  2. Внутренняя мембрана — образует не кристы, а плоские замкнутые мешочки — тилакоиды.
  3. Граны — стопки тилакоидов, сложенных друг на друга как стопка монет. В мембранах тилакоидов находится пигмент хлорофилл (здесь протекает световая фаза фотосинтеза).
  4. Строма — внутреннее полужидкое содержимое (аналог матрикса). В строме находятся:
  • Кольцевая ДНК.
  • Рибосомы (70S).
  • Ферменты темновой фазы фотосинтеза (цикл Кальвина — синтез глюкозы из углекислого газа).
  • Включения крахмала и липидов.
Функции хлоропласта:
  • Фотосинтез (превращение световой энергии в химическую энергию АТФ и восстановление углекислого газа до органики).
Хлоропласт растительной клетки — строение, тилакоиды, граны и функции органоида. Схема для подготовки к ЕГЭ по биологии.

Б. Другие пластиды (для общей картины)

  • Хромопласты — содержат пигменты (красные, желтые, оранжевые). Придают окраску лепесткам цветов, плодам (томаты, перец), корнеплодам (морковь). Функция: привлечение опылителей и распространителей семян.
  • Лейкопласты — бесцветные пластиды. Занимаются синтезом и накоплением запасных веществ: крахмала (амилопласты), жиров (олеопласты) или белков (протеинопласты). Встречаются в корнях, клубнях, семенах.
Важное правило для ЕГЭ: Все пластиды (хлоропласты, хромопласты, лейкопласты) способны превращаться друг в друга. Например: хлоропласт → хромопласт (осенью листья желтеют).

Симбиотическая теория эволюции (Теория эндосимбиоза)

Это одна из самых красивых теорий в биологии, которая объясняет, почему митохондрии и хлоропласты так похожи на бактерий. ЕГЭ очень любит вопросы на эту тему!

Суть теории (кратко для конспекта):

Около 1,5–2 миллиардов лет назад крупная древняя эукариотическая клетка (хозяин) поглотила аэробную бактерию (способную использовать кислород), но не переварила её. Бактерия осталась внутри и стала давать клетке-хозяину энергию (АТФ). Так возникли митохондрии.
Позже другая эукариотическая клетка поглотила цианобактерию (фотосинтезирующую бактерию). Цианобактерия обеспечила клетку органическими веществами, а клетка дала ей убежище. Так возникли хлоропласты.

Доказательства симбиотической теории
(Признаки сходства органоидов с бактериями)

Чтобы ответить на вопрос ЕГЭ «Почему митохондрии и хлоропласты считаются потомками бактерий?», запомните 5 железных аргументов:
ПризнакСходство с бактериями
1. Собственная ДНК
Кольцевая молекула (как у бактерий, а не линейная, как в ядре эукариот).
2. Собственные рибосомы
70S-типа (мелкие), а не 80S, как в цитоплазме эукариот. (На них идет синтез белков в клетке (органоид) собственный, независимый от ядра).
3. Деление
Делятся бинарно (перетяжкой), как бактерии, независимо от деления клетки.
4. Две мембраны
Наружная мембрана — от клетки-хозяина (его фагосомы), внутренняя — от самой бактерии.
5. Чувствительность к антибиотикам
Митохондрии и хлоропласты подавляются антибиотиками (тетрациклином) точно так же, как и бактерии. Антибиотики не действуют на цитоплазматические рибосомы (80S) эукариот.

2.Одномембранные органоиды

Все они:
  1. Имеют одну мембрану (построены из липидного бислоя с белками).
  2. Связаны друг с другом функционально и часто структурно (мембраны переходят друг в друга через пузырьки).
  3. Произошли от мембраны эндоплазматической сети (кроме вакуолей растительных клеток, но они с ней сообщаются).
К одномембранным органоидам относятся:
  • Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — гладкая и шероховатая.
  • Комплекс (аппарат) Гольджи.
  • Лизосомы.
  • Вакуоли (особенно важны для растений и грибов).
  • Пероксисомы (микротельца).

2.1 Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — «Система магистралей»

ЭПС — это система мембранных каналов, цистерн и пузырьков, пронизывающих всю цитоплазму.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — строение гладкой и шероховатой ЭПС, функции органоида клетки. Схема для ЕГЭ по биологии.

Виды ЭПС:

!Взаимосвязь с ядром:

Наружная мембрана ядра является прямым продолжением мембран ЭПС. Поэтому строение ядра органоидов клетки и ЭПС неразрывно связаны.

2.2 Комплекс (аппарат) Гольджи — «Сортировочный центр»

Это стопка уплощенных мембранных мешочков (цистерн) с расширенными краями, от которых отшнуровываются пузырьки. Обычно располагается около ядра.

Строение (запомните 3 зоны):

  1. Цис-поверхность (ближе к ЭПС) — принимает пузырьки с белками из ЭПС.
  2. Цистерны (медиальная часть) — происходит химическая модификация (гликозилирование, фосфорилирование) — добавление углеводов или фосфатных групп.
  3. Транс-поверхность (дальше от ядра) — отсюда отпочковываются пузырьки с готовыми продуктами.
Аппарат Гольджи — строение, цистерны и функции органоида клетки. Иллюстрация для изучения темы ЕГЭ по биологии.

Функции аппарата Гольджи (важно для ЕГЭ!):

  1. Модификация белков (дозревание).
  2. Сортировка и упаковка белков в мембранные пузырьки.
  3. Формирование лизосом (главный поставщик ферментов в лизосомы).
  4. Синтез полисахаридов (например, целлюлозы для клеточной стенки растений, слизей).
  5. Образование акросомы у сперматозоидов (запас ферментов для проникновения в яйцеклетку).

2.3 Лизосомы — «Спецназ» клетки (пищеварительные пузырьки)

Это небольшие (0,2–0,5 мкм) мембранные пузырьки, заполненные гидролитическими ферментами (кислыми гидролазами, которые работают при рН ~ 5,0).

Лизосома — строение и функции органоида клетки, внутриклеточное пищеварение, расщепление веществ и участие в автолизе. Схема для подготовки к ЕГЭ по биологии.

Строение:

  • Простая одномембранная оболочка.
  • Внутренняя среда кислая (накачивается H⁺-насосом).
  • Активны только в кислой среде (если мембрана разрушается, ферменты в нейтральной цитоплазме теряют активность — это защитный механизм!).

Типы лизосом (для общего понимания):

  • Первичные — только что отпочковались от Гольджи, ферменты пока не активированы.
  • Вторичные (фаголизосомы) — слились с фагоцитарным или пиноцитарным пузырьком, активно переваривают.
  • Аутофагосомы — переваривают собственные отжившие органоиды клетки.

Функции лизосом (как спрашивают в заданиях):

  1. Внутриклеточное пищеварение (уничтожение захваченных бактерий и частиц).
  2. Аутофагия — удаление старых, поврежденных органоидов клетки (митохондрий, ЭПС).
  3. Автолиз — саморазрушение клетки (в программируемой гибели — апоптозе, или при превращении головастика в лягушку, когда хвост рассасывается).
Частый вопрос ЕГЭ: «Функции органоидов клетки лизосомы» — ответ всегда связан с расщеплением (гидролизом).

2.4 Вакуоли — «Резервуары» клетки

Это самые крупные одномембранные органоиды. Сильно различаются у растительных и животных клеток.

А. Вакуоли растительной клетки

  • Одна центральная вакуоль (может занимать до 90% объёма зрелой клетки).
  • Отделена от цитоплазмы тонопластом (мембраной).
  • Заполнена клеточным соком — водным раствором солей, сахаров, органических кислот, пигментов (антоцианов).
Функции вакуолей растений:
  1. Поддержание тургора (осмотического давления) — обеспечивает упругость тканей.
  2. Накопление запасных веществ и воды.
  3. Окраска цветов и плодов (привлекает опылителей/распространителей).
  4. Защитная — накопление токсичных веществ (алкалоиды, дубильные вещества) для отпугивания травоядных.
Вакуоль растительной клетки — строение, клеточный сок и функции органоида. Схема по биологии для подготовки к ЕГЭ.

Б. Вакуоли животных (простейших)

  • Сократительные (пульсирующие) вакуоли — есть у пресноводных простейших (амеба, инфузория). Выкачивают лишнюю воду, поступающую осмотически, регулируя водно-солевой баланс.
  • Пищеварительные вакуоли — образуются при фагоцитозе (захвате пищи), сливаются с лизосомами.

2.5 Пероксисомы (Микротельца) — «Санитары»

Это небольшие (0,3–0,5 мкм) одномембранные пузырьки, которые часто путают с лизосомами, но у них другая ферментная начинка.

Строение:

  • Содержат фермент каталазу (около 40% всех белков).
  • Также содержат оксидазы (уратоксидазу, D-аминооксидазу).

Функции пероксисом:

  1. Обезвреживание перекиси водорода (H₂O₂) — каталаза расщепляет H₂O₂ (образующуюся как побочный продукт окислительных процессов) на воду и кислород: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂.
  2. Окисление жирных кислот (длинноцепочечных) с образованием ацетил-КоА.
  3. Участвуют в синтезе некоторых липидов (например, плазмалогенов — важны для нервной ткани).
Важно для ЕГЭ: Отличить пероксисому от лизосомы можно по функции — если идет расщепление H₂O₂, значит, это пероксисома.

Логическая связь: Путь белка (Самое важное для ЕГЭ!)

Это задание №? (обычно встречается в линиях на установление последовательности). Запомните путь синтеза и транспорта белка:
  1. Ядро → транскрипция (РНК).
  2. Рибосома (на шероховатой ЭПС) → синтез белка.
  3. Шероховатая ЭПС → первичная упаковка, транспорт в пузырьках.
  4. Аппарат Гольджи → дозревание, сортировка.
  5. Пузырек Гольджи → либо в лизосому (если это ферменты), либо в секреторный пузырек (на экспорт из клетки), либо в мембрану клетки (встраивание).

3.Немембранные органоиды

Все они:
  1. Не имеют мембранного барьера (липидного бислоя).
  2. Построены из белковых субъединиц (фибриллярных или глобулярных белков).
  3. Не связаны с вакуолярной системой клетки.
  4. Часто собираются прямо в цитоплазме из готовых субъединиц.
К немембранным органоидам относятся:
  • Цитоскелет (микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты).
  • Клеточный центр (центросома).
  • Рибосомы.
  • Органоиды движения (жгутики и реснички).

3.1 Цитоскелет — «Внутренний каркас и дороги»

Цитоскелет есть у всех эукариотических клеток. Это не статичная структура, а динамичная сеть, которая постоянно перестраивается.

Цитоскелет клетки — микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты. Строение и функции для ЕГЭ по биологии.

Из чего состоит цитоскелет (3 основных компонента):

Важно для ЕГЭ:
  • Микротрубочки — самые толстые из трёх.
  • Микрофиламенты — самые тонкие.
  • На цитоскелете осуществляется транспорт органоидов клетки — пузырьки с белками, митохондрии и даже хромосомы двигаются по микротрубочкам, как по рельсам.

3.2 Клеточный центр (Центросома) — «Штаб деления»

Это органоид, который организует веретено деления во время митоза и мейоза. Находится обычно рядом с ядром.

Строение клеточного центра:

  1. Две центриоли — цилиндрические структуры, расположенные перпендикулярно друг к другу.
  2. Каждая центриоль состоит из 9 триплетов микротрубочек (тубулиновых белков), образующих полый цилиндр.
  3. Вокруг центриолей находится бесструктурное вещество — центросфера (организующий центр микротрубочек).
Клеточный центр — центриоли, строение и функции органоида животной клетки. Иллюстрация для подготовки к ЕГЭ по биологии.

Функции клеточного центра:

  1. Образование веретена деления (микротрубочки, расходящиеся к полюсам клетки).
  2. Определение полюсов клетки при делении.
  3. Участие в образовании жгутиков и ресничек (базальные тельца, лежащие у их основания, гомологичны центриолям).

Особенности для ЕГЭ:

  • Есть у животных клеток и у низших растений (водоросли, мхи).
  • Отсутствует у высших растений (цветковых, голосеменных) — у них веретено деления формируется без центриолей.
  • Центриоли удваиваются перед делением клетки (в S-фазе интерфазы).
Вопрос-ловушка: «Клеточный центр построен из микротрубочек» — верно. Но «Центриоли состоят из микрофиламентов» — неверно, только из тубулиновых микротрубочек!

3.3 Рибосомы — «Фабрики белка»

Это самые маленькие немембранные органоиды, но одни из самых важных. Они есть у всех живых организмов (и у прокариот, и у эукариот).

Строение рибосомы (детально):

  • Рибосома состоит из двух субъединиц (большой и малой), которые собираются только в момент синтеза белка.
  • Каждая субъединица построена из белков и р-РНК (рибосомальной РНК).
  • Между субъединицами есть бороздка, куда укладывается матричная РНК (м-РНК).
Размеры (важно для ЕГЭ!):
  • Прокариоты (бактерии) — рибосомы 70S (S — коэффициент седиментации). Состоят из большой (50S) и малой (30S) субъединиц.
  • Эукариоты — рибосомы 80S. Состоят из большой (60S) и малой (40S) субъединиц.
  • Рибосомы митохондрий и хлоропластов — 70S (это одно из доказательств симбиотической теории!).
Рибосомы — строение и функции немембранного органоида клетки, синтез белка, свободные и связанные рибосомы. Схема для подготовки к ЕГЭ по биологии.

Функции рибосом:

  • Синтез белка (трансляция) — сборка полипептидной цепи из аминокислот по матрице м-РНК.

Где находятся рибосомы в клетке:

  1. Свободные рибосомы — плавают в цитоплазме. Синтезируют белки для нужд самой клетки(ферменты цитоплазмы, структурные белки).
  2. Прикреплённые рибосомы — сидят на наружной мембране шероховатой ЭПС. Синтезируют белки на экспорт (секреторные белки, мембранные белки, ферменты лизосом).

Как образуются рибосомы (важно для ЕГЭ):

  • Субъединицы рибосом собираются в ядрышке (внутри ядра) — на матрице ДНК синтезируется р-РНК, к ней присоединяются белки.
  • Затем субъединицы транспортируются через ядерные поры в цитоплазму, где и соединяются в полноценную рибосому при наличии м-РНК.

4. Жгутики и Реснички — «Вёсла и локомотивы»

Это специализированные органоиды движения, которые есть у некоторых клеток (сперматозоиды, эвглена, инфузории, эпителий дыхательных путей).

Строение (универсальная формула "9+2"):

  • В основе лежит аксонема — осевой цилиндр.
  • Состоит из 9 пар (дублетов) микротрубочек по периферии и 2 одиночных микротрубочек в центре.
  • Все микротрубочки связаны между собой белками (нексин, динеин).
  • В основании находятся базальные тельца (по строению идентичны центриолям — 9 триплетов микротрубочек).