Раздел 2. Клетка

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живых организмов. Это значит, что клетка служит строительной частью организма и местом, где происходят основные процессы его жизнедеятельности. Одноклеточный организм состоит из одной клетки, а многоклеточный — из множества клеток, часто различающихся по функциям.

Клеточная теория — совокупность положений о клеточном строении организмов, происхождении клеток и их значении для жизни. Она помогает увидеть общие черты живого и объясняет, почему изучение клетки важно для понимания организма в целом. Клеточная теория также связывает жизнь отдельных клеток с непрерывностью поколений.

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра. Их наследственный материал находится в цитоплазме, а не отделён от неё ядерной оболочкой. Это определение позволяет отличать прокариот, к которым относятся бактерии, от организмов с более сложной клеточной организацией.

Эукариоты — организмы, клетки которых имеют оформленное ядро и мембранные органоиды. Органоиды — части клетки, выполняющие определённые функции; например, к ним относятся митохондрии. Термин помогает объединить организмы, клетки которых разделяют процессы между внутренними структурами.

Как это устроено

Положения клеточной теории складывались благодаря наблюдениям за клетками разных организмов. Сравнение клеточного строения показало, что при заметных различиях в форме и функциях у клеток есть общий план организации. Это сходство объясняет единство живого: организмы используют общие принципы устройства и жизнедеятельности. Теория важна не только как перечень фактов, но и как способ связать строение клетки с устройством организма.

Клетки не возникают самопроизвольно из неживого вещества в обычных процессах жизни организма: они образуются при делении других клеток. При делении наследственная информация передаётся новым клеткам, поэтому между поколениями сохраняется преемственность. Передача информации позволяет клеткам развиваться и поддерживать характерные признаки организма. Так клеточное размножение связывает непрерывность жизни с наследственностью.

Мембрана отделяет клетку от окружающей среды, цитоплазма служит внутренней средой, а наследственный материал содержит информацию о её работе. Эти общие компоненты нужны для сохранения целостности клетки и протекания жизненных процессов. При этом клетки могут сильно отличаться: одни специализируются, например, на сокращении, другие — на передаче сигналов. Различия возникают потому, что строение клетки приспособлено к её задачам.

Отсутствие оформленного ядра у прокариот означает, что их наследственный материал не окружён ядерной оболочкой. У эукариот ядро отделено от цитоплазмы, а внутреннее пространство клетки организовано сложнее благодаря мембранным органоидам. Такое различие отражает разные уровни клеточной организации, а не то, что один тип клеток «живой», а другой — нет. И прокариоты, и эукариоты способны осуществлять жизненные процессы.

Разделение функций между органоидами помогает клетке упорядочить работу. Ядро хранит наследственную информацию и участвует в управлении клеточными процессами, а митохондрии участвуют в клеточном дыхании. При дыхании клетка получает энергию, необходимую для выполнения её функций. Поэтому нарушение работы конкретного органоида прежде всего затрагивает связанные с ним процессы.

Сравнение прокариотической и эукариотической клеток

Сравнивайте клетки по признакам в первой колонке: не делайте вывод по одному случайному свойству, если доступно несколько. Особенно показательны наличие оформленного ядра и мембранных органоидов. Последняя строка напоминает, какие группы организмов относятся к каждому типу клеточной организации.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какой группе относятся бактерии, если их клетка не имеет оформленного ядра. Нужно сопоставить указанное свойство с признаками двух типов клеток, а не ориентироваться только на то, что бактерии состоят из клеток.

1. Вспомним определение прокариот: у них нет оформленного ядра.
2. В условии сказано, что у бактериальной клетки ядро не оформлено.
3. Значит, признак из условия совпадает с определяющим признаком прокариот.

Ответ: бактерии относятся к прокариотам. Вывод сделан по отсутствию оформленного ядра.

Задача 2. В клетке обнаружены ядро, митохондрии и плазматическая мембрана. Определите тип клетки и объясните, какие признаки помогли. Мембрана присутствует у клеток обоих типов, поэтому для классификации важнее проверить остальные находки.

1. Наличие оформленного ядра указывает на эукариотическую клетку.
2. Митохондрии — мембранные органоиды, характерные для эукариот.
3. Плазматическая мембрана подтверждает, что перед нами клетка, но сама по себе не различает прокариот и эукариот.

Ответ: это эукариотическая клетка. Решение подтверждают ядро и митохондрии, а не одна лишь мембрана.

Задача 3. В клетке нарушена работа митохондрий. Предположите, какой процесс пострадает и почему. Здесь нужно связать функцию органоида с последствиями сбоя, а не перечислять все процессы клетки.

1. Митохондрии участвуют в клеточном дыхании.
2. Клеточное дыхание связано с получением энергии, необходимой клетке.
3. Если митохондрии работают хуже, клетке может не хватать энергии для процессов, которые от неё зависят.

Ответ: пострадает клеточное дыхание и обеспечение клетки энергией. Это может затруднить выполнение других функций, требующих затрат энергии.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что все клетки имеют ядро. Так думают, потому что ядро часто изображают как обязательную часть клетки, но у прокариот его нет. Проверьте себя вопросом: отделён ли наследственный материал ядерной оболочкой? Если нет, клетка не имеет оформленного ядра.

Ошибка: называть клетку самой маленькой частью любого организма без оговорок. Такое упрощение не учитывает существование неклеточных форм жизни и то, что некоторые организмы состоят всего из одной клетки. Чтобы проверить формулировку, уточните, что речь идёт о клеточных организмах: для них клетка — структурная и функциональная единица.

Ошибка: путать клеточную мембрану с клеточной стенкой. Их смешивают, потому что обе структуры могут находиться на границе клетки. Мембрана есть у клеток, а стенка имеется не у всех групп организмов и расположена снаружи мембраны. Для проверки назовите функции и уточните, о какой именно оболочке идёт речь.

Ошибка: считать, что все органоиды выполняют одинаковые функции. Это впечатление возникает, когда органоиды воспринимают просто как части клетки, не сравнивая их устройство. Проверьте себя на примерах: ядро хранит наследственную информацию, а митохондрии участвуют в клеточном дыхании. Разные функции связаны с различиями в строении органоидов.

Связь с другими темами

Чтобы понять клеточную теорию, полезно знать признаки живого и уметь отличать живые организмы от объектов неживой природы: так становится яснее, какие процессы происходят в клетке. Строение клетки понадобится при изучении обмена веществ, клеточного деления, наследственности и эволюции, потому что эти явления связаны с клеточной работой и передачей информации. Клеточный уровень также соединяет биологию организмов с молекулярной биологией и биохимией: процессы внутри клетки изучают и на уровне целых структур, и на уровне молекул.

Что запомнить

• Клетка — структурная и функциональная единица живого.
• Новые клетки возникают из уже существующих клеток.
• Клеточная теория объясняет общность клеточного строения организмов.
• У прокариот нет оформленного ядра.
• У эукариот есть оформленное ядро и мембранные органоиды.
• Строение органоида связано с выполняемой им функцией.