Задание 5 ЕГЭ по биологии 2025: Анализ рисунка по теме «Клетка как биологическая система»

Пятое задание ЕГЭ по биологии проверяет умение анализировать изображения клеточных структур и процессов, происходящих в клетке. В этом задании необходимо определить изображенные на рисунке структуры клетки, их функции, а также процессы, в которых они участвуют.

Теория для подготовки к заданию

Клетка – это основная структурная и функциональная единица всех живых организмов. Несмотря на разнообразие форм и функций, все клетки имеют общие черты строения и принципы функционирования. Для успешного выполнения задания необходимо хорошо знать строение клетки, функции клеточных органоидов и основные клеточные процессы.

Строение клетки

Прокариотическая клетка

Прокариотическая клетка – это клетка, не имеющая оформленного ядра и мембранных органоидов. К прокариотам относятся бактерии и архебактерии.

Основные компоненты прокариотической клетки:

• Клеточная стенка – жесткая структура, окружающая клетку и защищающая ее от механических повреждений и осмотического лизиса.
• Цитоплазматическая мембрана – полупроницаемая мембрана, отделяющая содержимое клетки от внешней среды и регулирующая обмен веществ между клеткой и окружающей средой.
• Цитоплазма – внутренняя среда клетки, содержащая различные органические и неорганические вещества, а также включения.
• Нуклеоид – область цитоплазмы, содержащая кольцевую молекулу ДНК (генетический материал клетки).
• Рибосомы – немембранные органоиды, участвующие в синтезе белка.
• Плазмиды – небольшие кольцевые молекулы ДНК, содержащие дополнительную генетическую информацию.
• Жгутики и пили – структуры, обеспечивающие движение клетки и прикрепление к поверхностям.

Эукариотическая клетка

Эукариотическая клетка – это клетка, имеющая оформленное ядро и мембранные органоиды. К эукариотам относятся животные, растения, грибы и протисты.

Основные компоненты эукариотической клетки:

• Клеточная стенка (у растений, грибов и некоторых протистов) – жесткая структура, окружающая клетку и защищающая ее от механических повреждений и осмотического лизиса.
• Клеточная (плазматическая) мембрана – полупроницаемая мембрана, отделяющая содержимое клетки от внешней среды и регулирующая обмен веществ между клеткой и окружающей средой.
• Цитоплазма – внутренняя среда клетки, содержащая различные органические и неорганические вещества, а также органоиды.
• Ядро – крупный органоид, содержащий генетический материал клетки (ДНК) и управляющий всеми клеточными процессами.
• Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – система мембранных каналов и полостей, участвующая в синтезе, транспорте и модификации веществ.
• Аппарат Гольджи – система мембранных цистерн, участвующая в модификации, сортировке и транспорте веществ.
• Лизосомы – мембранные пузырьки, содержащие гидролитические ферменты и участвующие в внутриклеточном пищеварении.
• Митохондрии – двумембранные органоиды, участвующие в клеточном дыхании и синтезе АТФ.
• Пластиды (у растений и некоторых протистов) – двумембранные органоиды, участвующие в фотосинтезе (хлоропласты), запасании питательных веществ (лейкопласты) и синтезе пигментов (хромопласты).
• Рибосомы – немембранные органоиды, участвующие в синтезе белка.
• Клеточный центр (центриоли) (у животных и некоторых протистов) – органоид, участвующий в делении клетки и организации цитоскелета.
• Цитоскелет – система белковых нитей, поддерживающая форму клетки и обеспечивающая внутриклеточный транспорт.
• Вакуоли – мембранные пузырьки, содержащие клеточный сок и участвующие в поддержании тургора клетки (у растений) или временном хранении веществ (у животных).

Функции клеточных органоидов

Ядро

Ядро – это крупный органоид, окруженный двойной мембраной (ядерной оболочкой) и содержащий генетический материал клетки (ДНК).

Основные компоненты ядра:

• Ядерная оболочка – двойная мембрана, отделяющая содержимое ядра от цитоплазмы.
• Ядерные поры – отверстия в ядерной оболочке, через которые осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой.
• Хроматин – комплекс ДНК и белков, из которого во время деления клетки формируются хромосомы.
• Ядрышко – структура, в которой происходит синтез рибосомальной РНК и формирование субъединиц рибосом.
• Кариоплазма (ядерный сок) – жидкая среда ядра, в которой находятся хроматин и ядрышко.

Функции ядра:

• Хранение генетической информации (ДНК).
• Регуляция экспрессии генов.
• Синтез РНК (транскрипция).
• Формирование субъединиц рибосом.
• Контроль клеточного деления.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Эндоплазматическая сеть – это система мембранных каналов и полостей, пронизывающих цитоплазму клетки.

Типы ЭПС:

• Гранулярная (шероховатая) ЭПС – имеет на своей поверхности рибосомы и участвует в синтезе, модификации и транспорте белков.
• Агранулярная (гладкая) ЭПС – не имеет рибосом и участвует в синтезе липидов, стероидов, углеводов, а также в детоксикации веществ.

Функции ЭПС:

• Синтез, модификация и транспорт белков (гранулярная ЭПС).
• Синтез липидов, стероидов, углеводов (агранулярная ЭПС).
• Детоксикация веществ (агранулярная ЭПС).
• Формирование мембран клетки.
• Транспорт веществ внутри клетки.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи – это система мембранных цистерн, расположенных стопками (диктиосомы).

Функции аппарата Гольджи:

• Модификация белков и липидов, синтезированных в ЭПС.
• Сортировка и упаковка веществ в везикулы для транспорта к месту назначения.
• Синтез полисахаридов клеточной стенки (у растений).
• Формирование лизосом.
• Секреция веществ из клетки.

Лизосомы

Лизосомы – это мембранные пузырьки, содержащие гидролитические ферменты.

Функции лизосом:

• Внутриклеточное пищеварение (расщепление поглощенных клеткой веществ).
• Аутофагия (разрушение поврежденных или ненужных клеточных компонентов).
• Аутолиз (самопереваривание клетки при ее гибели).

Митохондрии

Митохондрии – это двумембранные органоиды овальной или палочковидной формы.

Структура митохондрии:

• Наружная мембрана – гладкая мембрана, окружающая митохондрию.
• Внутренняя мембрана – образует многочисленные складки (кристы), увеличивающие ее поверхность.
• Межмембранное пространство – пространство между наружной и внутренней мембранами.
• Матрикс – внутреннее содержимое митохондрии, в котором находятся ферменты цикла Кребса, митохондриальная ДНК, рибосомы и другие компоненты.

Функции митохондрий:

• Клеточное дыхание (окисление органических веществ с выделением энергии).
• Синтез АТФ (основного энергетического соединения клетки).
• Участие в апоптозе (программируемой гибели клетки).
• Участие в метаболизме аминокислот, липидов и стероидов.
• Хранение и экспрессия собственной ДНК (митохондриальной ДНК).

Пластиды

Пластиды – это двумембранные органоиды, характерные для растительных клеток и некоторых протистов.

Типы пластид:

• Хлоропласты – содержат хлорофилл и другие фотосинтетические пигменты, участвуют в фотосинтезе.
• Лейкопласты – бесцветные пластиды, участвующие в запасании питательных веществ (крахмала, белков, липидов).
• Хромопласты – содержат пигменты (каротиноиды), придающие окраску плодам, цветкам и осенним листьям.

Структура хлоропласта:

• Наружная мембрана – гладкая мембрана, окружающая хлоропласт.
• Внутренняя мембрана – окружает строму хлоропласта.
• Межмембранное пространство – пространство между наружной и внутренней мембранами.
• Строма – внутреннее содержимое хлоропласта, в котором находятся ферменты цикла Кальвина, хлоропластная ДНК, рибосомы и другие компоненты.
• Тилакоиды – мембранные структуры в строме, образующие стопки (граны).
• Граны – стопки тилакоидов.

Функции хлоропластов:

• Фотосинтез (преобразование энергии света в энергию химических связей органических веществ).
• Синтез АТФ (фотофосфорилирование).
• Хранение и экспрессия собственной ДНК (хлоропластной ДНК).

Рибосомы

Рибосомы – это немембранные органоиды, состоящие из рибосомальной РНК (рРНК) и белков.

Структура рибосомы:

• Большая субъединица – содержит центр пептидилтрансферазной активности, катализирующий образование пептидных связей.
• Малая субъединица – содержит центр декодирования, распознающий кодоны мРНК.

Функции рибосом:

• Синтез белка (трансляция).
• Декодирование генетической информации, закодированной в мРНК.
• Образование пептидных связей между аминокислотами.

Клеточный центр (центриоли)

Клеточный центр – это органоид, состоящий из двух центриолей, расположенных перпендикулярно друг к другу.

Структура центриоли:

• Цилиндрическая структура, состоящая из 9 триплетов микротрубочек, расположенных по окружности.

Функции клеточного центра:

• Организация веретена деления во время митоза и мейоза.
• Формирование базальных телец ресничек и жгутиков.
• Организация цитоскелета.

Цитоскелет

Цитоскелет – это система белковых нитей, пронизывающих цитоплазму клетки.

Компоненты цитоскелета:

• Микротрубочки – полые цилиндрические структуры, состоящие из белка тубулина.
• Микрофиламенты – тонкие нити, состоящие из белка актина.
• Промежуточные филаменты – нити среднего диаметра, состоящие из различных белков (кератина, виментина и др.).

Функции цитоскелета:

• Поддержание формы клетки.
• Внутриклеточный транспорт веществ и органоидов.
• Движение клетки и ее частей.
• Формирование веретена деления во время митоза и мейоза.
• Образование ресничек и жгутиков.

Вакуоли

Вакуоли – это мембранные пузырьки, заполненные клеточным соком или другими веществами.

Типы вакуолей:

• Центральная вакуоль (у растений) – крупная вакуоль, занимающая большую часть объема клетки и содержащая клеточный сок.
• Сократительные вакуоли (у некоторых протистов) – вакуоли, участвующие в осморегуляции и выведении избытка воды из клетки.
• Пищеварительные вакуоли (у некоторых протистов) – вакуоли, в которых происходит переваривание поглощенной пищи.

Функции вакуолей:

• Поддержание тургора клетки (у растений).
• Запасание питательных веществ, ионов, пигментов и других соединений.
• Изоляция токсичных веществ.
• Осморегуляция (у некоторых протистов).
• Внутриклеточное пищеварение (у некоторых протистов).

Основные клеточные процессы

Фотосинтез

Фотосинтез – это процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ, происходящий в хлоропластах растений и некоторых протистов.

Уравнение фотосинтеза:

6CO₂ + 6H₂O + энергия света → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Стадии фотосинтеза:

1. Световая фаза – происходит на мембранах тилакоидов и включает поглощение света фотосистемами, фотолиз воды, транспорт электронов по электронтранспортной цепи и синтез АТФ и НАДФН.
2. Темновая фаза (цикл Кальвина) – происходит в строме хлоропласта и включает фиксацию углекислого газа, восстановление образовавшихся соединений с помощью НАДФН и синтез глюкозы с использованием энергии АТФ.

Клеточное дыхание

Клеточное дыхание – это процесс окисления органических веществ с выделением энергии, происходящий в митохондриях эукариотических клеток.

Уравнение клеточного дыхания:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + энергия (АТФ)

Стадии клеточного дыхания:

1. Гликолиз – происходит в цитоплазме и включает расщепление глюкозы до двух молекул пирувата с образованием небольшого количества АТФ и НАДН.
2. Окислительное декарбоксилирование пирувата – происходит в матриксе митохондрий и включает превращение пирувата в ацетил-КоА с выделением CO₂ и образованием НАДН.
3. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) – происходит в матриксе митохондрий и включает окисление ацетил-КоА до CO₂ с образованием НАДН, ФАДН₂ и небольшого количества АТФ.
4. Окислительное фосфорилирование – происходит на внутренней мембране митохондрий и включает транспорт электронов по электронтранспортной цепи от НАДН и ФАДН₂ к кислороду с образованием воды и синтез АТФ за счет энергии протонного градиента.

Биосинтез белка

Биосинтез белка – это процесс синтеза полипептидной цепи на основе информации, закодированной в молекуле мРНК.

Стадии биосинтеза белка:

1. Транскрипция – происходит в ядре эукариотических клеток и включает синтез мРНК на матрице ДНК.
2. Процессинг мРНК (у эукариот) – включает добавление кэпа на 5'-конец, полиаденилирование 3'-конца и сплайсинг (вырезание интронов и соединение экзонов).
3. Трансляция – происходит на рибосомах и включает синтез полипептидной цепи на основе информации, закодированной в мРНК.
4. Посттрансляционная модификация – включает различные изменения полипептидной цепи (фолдинг, образование дисульфидных мостиков, гликозилирование, фосфорилирование и др.).

Этапы трансляции:

1. Инициация – формирование инициирующего комплекса, состоящего из малой субъединицы рибосомы, инициаторной тРНК с метионином и мРНК.
2. Элонгация – последовательное присоединение аминокислот к растущей полипептидной цепи в соответствии с кодонами мРНК.
3. Терминация – завершение синтеза белка при достижении стоп-кодона и отделение полипептидной цепи от рибосомы.

Деление клетки

Деление клетки – это процесс, в результате которого из одной материнской клетки образуются две или более дочерние клетки.

Типы деления клетки:

• Митоз – тип деления клетки, в результате которого образуются две дочерние клетки с таким же набором хромосом, как у материнской клетки.
• Мейоз – тип деления клетки, в результате которого образуются четыре дочерние клетки с гаплоидным (одинарным) набором хромосом.
• Амитоз – прямое деление клетки без образования веретена деления и конденсации хромосом.

Фазы митоза:

1. Профаза – конденсация хромосом, разрушение ядерной оболочки, формирование веретена деления.
2. Метафаза – выстраивание хромосом в экваториальной плоскости клетки.
3. Анафаза – расхождение хроматид к противоположным полюсам клетки.
4. Телофаза – деконденсация хромосом, формирование ядерной оболочки, цитокинез (деление цитоплазмы).

Фазы мейоза:

1. Мейоз I (редукционное деление):
   • Профаза I – конденсация хромосом, конъюгация гомологичных хромосом, кроссинговер, разрушение ядерной оболочки, формирование веретена деления.
   • Метафаза I – выстраивание пар гомологичных хромосом в экваториальной плоскости клетки.
   • Анафаза I – расхождение гомологичных хромосом к противоположным полюсам клетки.
   • Телофаза I – формирование ядерной оболочки, цитокинез.
2. Мейоз II (эквационное деление):
   • Профаза II – конденсация хромосом, разрушение ядерной оболочки, формирование веретена деления.
   • Метафаза II – выстраивание хромосом в экваториальной плоскости клетки.
   • Анафаза II – расхождение хроматид к противоположным полюсам клетки.
   • Телофаза II – деконденсация хромосом, формирование ядерной оболочки, цитокинез.

Примеры заданий

Типичные ошибки при выполнении задания

1. Неправильное определение органоида или процесса. Необходимо внимательно изучить характерные особенности строения различных органоидов и процессов, происходящих в клетке.
2. Путаница в определении структурных компонентов. Важно знать строение каждого органоида и функции его компонентов.
3. Неправильное определение функций органоидов. Необходимо четко понимать, какие функции выполняет каждый органоид в клетке.
4. Неправильное определение стадий клеточных процессов. Важно знать последовательность и особенности каждой стадии клеточных процессов (митоза, мейоза, фотосинтеза, клеточного дыхания и др.).
5. Невнимательное чтение задания. Необходимо внимательно читать условие задания и отвечать именно на поставленные вопросы.

Рекомендации по выполнению задания

1. Внимательно изучите строение клетки, функции органоидов и основные клеточные процессы.
2. Научитесь распознавать органоиды и клеточные процессы по их характерным особенностям на рисунках.
3. Практикуйтесь в анализе изображений клеточных структур и процессов.
4. При выполнении задания внимательно читайте условие и анализируйте предложенный рисунок.
5. Определите, какой органоид или процесс изображен на рисунке, опираясь на его характерные особенности.
6. Определите структурные компоненты органоида или стадию процесса, обозначенные цифрами.
7. Укажите функции органоида или особенности стадии процесса в соответствии с условием задания.
8. Проверьте свой ответ на соответствие условию задания.

Задание 5 ЕГЭ: ПРАКТИКА

Закрепите теорию на практике! Попробуйте решить несколько вариантов задания 5.