Немембранні органели: рибосоми, клітинний центр, цитоскелет

Цитоплазма — це весь вміст клітини, що міститься між плазматичною мембраною і ядром. Вона об'єднує всі компоненти клітини в єдине середовище, де відбувається більшість метаболічних процесів. Цитоплазма складається з чотирьох основних компонентів: гіалоплазми (цитозолю), органел, включень і цитоскелета.

Гіалоплазма (цитозоль)

Гіалоплазма — це напіврідкий колоїдний розчин, основу якого становить вода. У ній розчинені білки-ферменти, молекули РНК, амінокислоти, цукри, неорганічні йони. Саме в гіалоплазмі відбуваються ключові етапи обміну речовин, зокрема гліколіз (розщеплення глюкози без кисню) і синтез білків на вільних рибосомах. Гіалоплазма забезпечує взаємодію між різними органелами, транспортуючи речовини й сигнали. У живих клітинах цитоплазма перебуває в постійному русі — цей процес називають циклозом. Наприклад, рух хлоропластів у клітинах листка елодеї можна спостерігати у світловий мікроскоп.

Органели та включення

Органели — це постійні структури клітини, кожна з яких має визначену будову й виконує специфічну функцію. Вони поділяються на мембранні (одно- та двомембранні) і немембранні. На відміну від органел, включення — це непостійні утвори, які з'являються в цитоплазмі залежно від фізіологічного стану клітини й зникають, коли потреба в них минає.

Види включень

Важливо не плутати включення з органелами: органели — постійні структури, а включення можуть з'являтися й зникати. Наприклад, гранула глікогену в клітині печінки — це включення, а рибосома чи лізосома — органели.

Немембранні органели

Немембранні органели — це структури, які не мають власної мембрани, тому вони не відмежовують окремих відсіків у цитоплазмі. До них належать рибосоми, клітинний центр, цитоскелет, джгутики й війки. Саме їм присвячений цей урок.

Рибосоми — це немембранні органели, у яких відбувається синтез білка (трансляція). Вони є в клітинах усіх організмів — і прокаріотів, і еукаріотів. Рибосоми настільки дрібні (близько 20–30 нм у діаметрі), що їх можна побачити лише в електронний мікроскоп.

Будова рибосоми

Рибосома складається з двох субодиниць — великої й малої. Кожна субодиниця утворена з молекул рибосомальної РНК (рРНК) і білків. Важливо запам'ятати: рибосома не має мембрани. Вона є комплексом рРНК і білків, і більше нічого.

Субодиниці рибосоми позначають через S — одиницю Сведберга, яка показує швидкість осідання частинки під час центрифугування. Ця величина залежить від маси й форми частинки, тому вона не додається арифметично. Наприклад, рибосома еукаріотів має позначення 80S, хоча її субодиниці — 60S і 40S. Якби S додавалися, то 60 + 40 = 100, але насправді 60S + 40S = 80S, бо форма готової рибосоми компактніша, ніж сума двох окремих субодиниць.

Типи рибосом: 80S і 70S

Дрібні рибосоми, подібні до 70S, містяться в мітохондріях і хлоропластах — це один із доказів походження цих органел від прокаріотів (симбіотична теорія).

Утворення рибосом і робота в клітині

Субодиниці рибосом збираються в ядерці. Там синтезується рРНК, до якої приєднуються білки, що надходять із цитоплазми. Готові субодиниці виходять із ядра крізь ядерні пори в цитоплазму. Повна рибосома (дві субодиниці разом) існує лише під час синтезу білка. Коли рибосома не працює, її субодиниці перебувають окремо.

За розташуванням у клітині розрізняють два типи рибосом:

• Вільні рибосоми — плавають у гіалоплазмі; синтезують білки для власних потреб клітини.

• Рибосоми, прикріплені до мембран гранулярної ендоплазматичної сітки (ЕПС), — синтезують білки «на експорт», а також білки для мембран і лізосом.

Як саме рибосома зчитує інформацію з іРНК і збирає поліпептидний ланцюг з амінокислот, ти детально вивчиш в уроці «Трансляція» курсу «Молекулярна біологія, поділ клітини і розмноження».

Цитоскелет — це система білкових ниток, що пронизує гіалоплазму й надає клітині форми, забезпечує її рух і внутрішній транспорт. Він складається з мікротрубочок, мікрофіламентів і проміжних філаментів (найміцніших опорних ниток, наприклад із кератину в клітинах епітелію). Мікротрубочки й мікрофіламенти здатні швидко збиратися й розбиратися залежно від потреб клітини.

Мікротрубочки

Мікротрубочки — це порожнисті циліндри діаметром близько 25 нм, стінки яких утворені з білка тубуліну. Вони виконують роль опорних елементів і «рейок» для транспортування пухирців та органел усередині клітини. Під час поділу клітини мікротрубочки формують веретено поділу, яке розводить хромосоми до полюсів.

Мікрофіламенти

Мікрофіламенти — це тонкі нитки діаметром близько 7 нм, побудовані з білка актину. Вони відповідають за амебоїдний рух клітини (утворення псевдоніжок), рух цитоплазми (циклоз) і скорочення м'язових клітин (разом із міозином). Мікрофіламенти також закріплюють органели на певних місцях у клітині.

Клітинний центр (центросома)

Клітинний центр розташований біля ядра в клітинах тварин. Він складається з двох центріолей, розміщених перпендикулярно одна до одної. Кожна центріоля — це циліндр, утворений із дев'яти триплетів мікротрубочок. Таку будову позначають формулою 9 × 3 + 0 (дев'ять триплетів по колу, нічого в центрі).

Перед поділом клітини центріолі подвоюються. Під час мітозу клітинний центр організовує мікротрубочки веретена поділу, які розводять хромосоми до полюсів клітини. Детально фази поділу ти вивчиш в уроці «Клітинний цикл і мітоз».

Особливість клітин вищих рослин

У клітинах вищих рослин, зокрема покритонасінних, центріолей немає. Однак веретено поділу в них усе одно утворюється — мікротрубочки організовуються без участі центріолей, за допомогою інших білкових центрів. Тому наявність центріолей — ознака тваринної клітини, але не обов'язкова умова для поділу.

Функції цитоскелета: зведена таблиця

Джгутики й війки — це вирости клітини, вкриті плазматичною мембраною, усередині яких міститься осьова нитка з мікротрубочок. Вони забезпечують рух клітини або переміщення рідини вздовж її поверхні.

Будова: формула 9 × 2 + 2

Осьова нитка джгутика або війки (аксонема) складається з мікротрубочок, розташованих за формулою 9 × 2 + 2: дев'ять пар мікротрубочок по колу й одна пара в центрі. В основі джгутика чи війки міститься базальне тільце, яке має будову, ідентичну центріолі — 9 × 3 + 0 (дев'ять триплетів мікротрубочок, нічого в центрі). Базальне тільце є центром організації мікротрубочок для аксонеми.

Джгутики та війки: порівняння

Рух джгутиків і війок забезпечується ковзанням пар мікротрубочок одна відносно одної. Цей процес потребує енергії АТФ. Завдяки такому руху клітина може пересуватися (наприклад, сперматозоїд) або переміщувати рідину вздовж своєї поверхні (наприклад, війки дихальних шляхів виводять пил і слиз, а війки яйцепроводів просувають яйцеклітину).

Амебоїдний рух

Інший спосіб руху клітини — амебоїдний, за допомогою псевдоніжок (несправжніх ніжок). Псевдоніжки утворюються завдяки мікрофіламентам актину. Такий рух характерний для амеби протей і лейкоцитів людини.

Важливо: джгутики бактерій мають зовсім іншу будову — вони не містять мікротрубочок і не вкриті мембраною. Бактеріальні джгутики складаються з білка флагеліну. Цю тему ти вивчатимеш у розділі «Прокаріоти».

Розгляньмо типові завдання НМТ на тему немембранних органел. Кожне завдання супроводжується покроковим розв'язанням і поясненням, чому інші варіанти неправильні.

Приклад 1. Логічні пари: структура → функція

Установи відповідність між структурою клітини (1–4) і функцією, яку вона виконує (А–Д). Одна буква зайва.

1 рибосома; 2 клітинний центр; 3 мікрофіламенти; 4 війки.

А збирання поліпептидного ланцюга з амінокислот; Б утворення веретена поділу в тваринній клітині; В амебоїдний рух і рух цитоплазми; Г переміщення клітини чи рідини вздовж її поверхні; Д розщеплення біополімерів.

Розв'язання: рибосома (1) — це місце синтезу білка, тобто збирання поліпептидного ланцюга з амінокислот (А). Клітинний центр (2) організовує мікротрубочки веретена поділу в тваринній клітині (Б). Мікрофіламенти (3) з актину забезпечують амебоїдний рух і рух цитоплазми (В). Війки (4) переміщують клітину або рідину вздовж її поверхні (Г). Варіант Д — розщеплення біополімерів — це функція лізосом (одномембранна органела), тому він зайвий.

Відповідь: 1 → А, 2 → Б, 3 → В, 4 → Г.

Приклад 2. Вибір однієї відповіді: де немає центріолей?

У клітинах якого організму немає центріолей?

А людина; Б голуб; В пшениця; Г жаба.

Розв'язання: центріолі є в клітинах тварин — людини, голуба, жаби. У клітинах вищих рослин, зокрема покритонасінних (пшениця), центріолей немає. Веретено поділу в них утворюється без центріолей.

Відповідь: В (пшениця).

Чому інші варіанти неправильні: людина (А), голуб (Б) і жаба (Г) — це тварини, у клітинах яких є центріолі.

Приклад 3. Вибір однієї відповіді: включення чи органела?

Яка з перелічених структур клітини є включенням, а не органелою?

А рибосома; Б центріоля; В гранула глікогену в клітині печінки; Г лізосома.

Розв'язання: включення — це непостійні структури, які з'являються й зникають залежно від стану клітини. Гранула глікогену (В) — запасна речовина, вона то накопичується, то витрачається, тому це включення. Рибосома (А), центріоля (Б) і лізосома (Г) — постійні органели.

Відповідь: В.

Приклад 4. Вибір однієї відповіді: два твердження

Прочитай два твердження. Визнач, яке з них правильне.

I. Рибосома оточена однією мембраною.

II. Рибосоми мітохондрій подібні до рибосом прокаріотів.

А правильне лише I; Б правильне лише II; В обидва правильні; Г обидва неправильні.

Розв'язання: твердження I хибне — рибосома не має мембрани, вона складається лише з рРНК і білків. Твердження II правильне — рибосоми мітохондрій (і хлоропластів) подібні до рибосом прокаріотів (70S), що є одним із доказів симбіотичної теорії походження цих органел.

Відповідь: Б (правильне лише II).

• Приписують рибосомам мембрану. Пам'ятай: рибосоми складаються лише з рРНК і білків, у них немає жодної мембрани. Це немембранна органела.

• Приписують центріолі клітинам покритонасінних. У вищих рослин (пшениця, дуб, соняшник) центріолей немає. Веретено поділу в них утворюється без центріолей — за допомогою інших центрів організації мікротрубочок.

• Плутають 80S і 70S. 80S — рибосоми в цитоплазмі еукаріотів (60S + 40S). 70S — рибосоми прокаріотів (50S + 30S), а також подібні до них рибосоми в мітохондріях і хлоропластах.

• Відносять включення до органел. Включення — непостійні структури: зерна крохмалю, гранули глікогену, краплі жиру, кристали. Вони з'являються й зникають залежно від стану клітини, на відміну від постійних органел.

• Плутають формули мікротрубочок. Центріоля й базальне тільце мають формулу 9 × 3 + 0 (дев'ять триплетів по колу, порожнина в центрі). Джгутик і війка мають формулу 9 × 2 + 2 (дев'ять пар по колу й одна пара в центрі).

• Плутають мікротрубочки й мікрофіламенти. Мікротрубочки — порожнисті циліндри з білка тубуліну (≈ 25 нм). Мікрофіламенти — тонкі нитки з білка актину (≈ 7 нм). Вони виконують різні функції: мікротрубочки — опора й транспорт, мікрофіламенти — рух і скорочення.

Тема немембранних органел належить до теми 1.3 програми НМТ з біології: «Цитоплазма (цитоскелет, органели, включення), рибосоми, центріолі, органели руху — джгутики й війки». На НМТ перевіряють уміння візуально розпізнавати компоненти клітини й пов'язувати їхню будову з функціями.

Формати завдань

Завдання 1–24 — це вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г). Кожне таке завдання оцінюється в 0 або 1 бал. У демоваріанті НМТ 2026 року тема 1.3 є основною в завданні № 4, де подано два судження учнів за рисунком клітини.

Завдання 25–28 — логічні пари (1–4 → А–Д), де одна буква зайва. Кожна правильно встановлена пара дає 1 бал, максимум — 4 бали за завдання. У демоваріанті 2026 року тема 1.3 є основною в завданні № 25.

Стратегія виконання

Спершу відокрем немембранні органели від мембранних і від включень. Зайвий варіант у завданнях на логічні пари часто належить до іншої групи органел (наприклад, лізосома — одномембранна органела, а не немембранна). Пам'ятай про ключові відмінності: рибосоми не мають мембрани, центріолей немає в клітинах вищих рослин, а джгутики й війки еукаріотів мають формулу 9 × 2 + 2.

• Цитоплазма = гіалоплазма + органели + включення + цитоскелет. Включення — непостійні запасні речовини (крохмаль, глікоген, жири) й продукти обміну (кристали).

• Рибосома: велика й мала субодиниці з рРНК і білків, без мембрани. 80S — у цитоплазмі еукаріотів, 70S — у прокаріотів, мітохондріях і хлоропластах.

• Клітинний центр: дві центріолі (9 × 3 + 0), утворює веретено поділу в клітинах тварин. У вищих рослин центріолей немає.

• Цитоскелет: мікротрубочки (тубулін, ≈ 25 нм) — опора, транспорт, веретено поділу; мікрофіламенти (актин, ≈ 7 нм) — амебоїдний рух, циклоз, скорочення.

• Джгутики й війки: аксонема за формулою 9 × 2 + 2, базальне тільце — 9 × 3 + 0. Рух за рахунок АТФ.