§ 20. Строение клетки

Определения и обозначения

Клеточная мембрана — наружная оболочка клетки, которая отделяет её от окружающей среды. Она избирательно проницаема: одни вещества проходят через неё легче, другие — с ограничениями или при помощи специальных механизмов. Благодаря этому клетка регулирует обмен с внешней средой и поддерживает подходящие условия внутри.

Цитоплазма — внутренняя среда клетки, состоящая из цитозоля и расположенных в нём структур. Цитозоль — жидкая часть этой среды, где растворены различные вещества и протекает множество реакций. Цитоплазма размещает органоиды и позволяет им взаимодействовать, поэтому клетка работает как единое целое.

Органоиды — постоянные специализированные структуры клетки, выполняющие определённые функции. У них есть особенности строения, соответствующие их работе: например, рибосомы синтезируют белки, а митохондрии участвуют в получении энергии. Разделение задач между органоидами позволяет клетке одновременно выполнять разные процессы.

Ядро — органоид эукариотической клетки, содержащий основную часть её наследственного материала. Оно отделено от цитоплазмы оболочкой и участвует в управлении клеточными процессами. Хранящаяся в ядре информация используется клеткой и передаётся дочерним клеткам при делении.

Как это устроено

Мембрана образует границу, которая сохраняет целостность клетки, но не изолирует её полностью. Это необходимо потому, что клетке постоянно нужны вода, питательные вещества и ионы, а продукты обмена должны удаляться. Избирательный транспорт помогает поддерживать нужный состав внутренней среды: мембрана пропускает вещества с учётом их свойств и потребностей клетки. Поэтому через границу клетки происходит регулируемый обмен, а не свободное перемешивание внутреннего содержимого с окружающей средой.

Цитоплазма заполняет пространство между мембраной и внутренними структурами клетки. В ней находятся органоиды, а растворённые вещества могут перемещаться и вступать в реакции. Такое расположение важно потому, что клеточные процессы связаны между собой: продукты одной реакции могут стать исходными веществами для другой. Органоиды не действуют изолированно, а обмениваются веществами и согласуют работу в общей внутренней среде.

В ядре находится ДНК — молекула, в которой записана наследственная информация. Ядерная оболочка отделяет содержимое ядра от цитоплазмы, а через её поры между ними перемещаются некоторые молекулы. Информация ДНК используется при образовании РНК и белков, от которых зависят строение и работа клетки. Перед делением наследственный материал копируется, поэтому он может быть распределён между дочерними клетками; у прокариот оформленного ядра нет.

Специализация органоидов позволяет клетке выполнять разные задачи эффективнее. Рибосомы собирают белки, а эндоплазматическая сеть участвует в синтезе и перемещении веществ внутри клетки. Комплекс Гольджи изменяет, сортирует и упаковывает вещества для дальнейшего использования или выведения. Митохондрии участвуют в клеточном дыхании и обеспечивают клетку энергией, а лизосомы содержат вещества, расщепляющие ненужные компоненты; строение каждой структуры связано с её работой.

Клетки растений и животных — эукариотические, поэтому у них есть ядро, мембрана, цитоплазма, рибосомы и многие общие органоиды. У растений дополнительно имеются пластиды, в том числе хлоропласты, клеточная стенка и обычно крупная вакуоль: эти структуры связаны с фотосинтезом, опорой и запасанием веществ. Животная клетка не имеет пластид и клеточной стенки, что соответствует её особенностям. У прокариот есть мембрана, цитоплазма и рибосомы, но нет оформленного ядра и мембранных органоидов.

Структуры клетки: строение и функции

Сначала определите, какие структуры есть у рассматриваемой клетки, а затем сопоставьте их строение и функцию. Последний столбец помогает сравнивать типы клеток, но учитывайте, что отдельные особенности могут различаться даже внутри одной группы организмов.

Разбор задач

1. Назовите структуру клетки, которая избирательно пропускает вещества, и объясните её значение.

Нужно найти структуру, которая одновременно образует границу клетки и контролирует обмен. Это позволит отличить её от цитоплазмы и органоидов, расположенных внутри. Избирательная проницаемость означает, что перенос веществ не одинаков для всех молекул. Значение этой особенности следует связать с потребностями клетки и сохранением её внутренней среды.

1. Определяем, где находится граница клетки: её образует клеточная мембрана.
2. Связываем мембрану с переносом: она регулирует поступление нужных веществ и выведение продуктов обмена.
3. Объясняем результат: контроль обмена помогает клетке сохранять целостность и подходящий состав внутренней среды.

Ответ: избирательно пропускает вещества клеточная мембрана. Она регулирует обмен между клеткой и окружающей средой и помогает поддерживать её целостность.

2. В клетке обнаружены ядро, митохондрии и рибосомы. Определите, является ли она прокариотической или эукариотической, и обоснуйте ответ.

При определении типа клетки сначала проверяют наличие оформленного ядра. Это более надёжный признак, чем наличие рибосом: рибосомы есть и у прокариот, и у эукариот. Митохондрии дополнительно указывают на эукариотическое строение, потому что это мембранные органоиды, отсутствующие у прокариот. Значит, в условии приведены сразу два признака эукариотической клетки.

1. Находим ядро: его наличие означает, что наследственный материал заключён в оформленную структуру.
2. Сверяем признак с типами клеток: у прокариот оформленного ядра нет, а у эукариот оно есть.
3. Проверяем дополнительный признак: митохондрии также характерны для эукариот; рибосомы сами по себе тип клетки не определяют.

Ответ: клетка эукариотическая, поскольку в ней есть оформленное ядро и митохондрии. Рибосомы встречаются в клетках обоих типов.

3. Сравните клетку листа растения и клетку животного: укажите общие структуры и объясните назначение структур, обнаруживаемых только в растительной клетке.

Сравнивать клетки удобнее по общему плану строения и отличительным структурам. Обе клетки эукариотические, поэтому у них есть мембрана, цитоплазма, ядро, рибосомы и многие общие органоиды. Затем нужно назвать структуры, характерные для растительной клетки, и связать каждую с её функцией. Так ответ показывает не только различия, но и причины, по которым они важны для растения.

1. Перечисляем общие структуры: мембрана, цитоплазма, ядро, рибосомы, митохондрии, эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи.
2. Выделяем растительные особенности: клеточную стенку, пластиды и крупную центральную вакуоль.
3. Объясняем их роль: стенка придаёт опору и помогает поддерживать форму, хлоропласты проводят фотосинтез, а вакуоль накапливает воду и растворённые вещества и участвует в поддержании упругости клетки.

Ответ: у клеток растения и животного есть общий набор основных эукариотических структур. Растительной клетке свойственны стенка, пластиды и крупная вакуоль, связанные с опорой, фотосинтезом и накоплением веществ.

Типичные ошибки

Считать мембрану полностью непроницаемой — значит представить клетку изолированной от среды. Такое заблуждение возникает из-за слова «оболочка», которое может ассоциироваться с герметичной стенкой. На деле мембрана регулирует транспорт: вещества поступают и выводятся из клетки. Проверяйте себя вопросом, каким образом клетка получает необходимые вещества и избавляется от продуктов обмена.

Называть цитоплазмой только жидкую среду — значит смешивать её с цитозолем. Это происходит потому, что жидкость заметнее при описании внутреннего содержимого клетки. Цитоплазма включает цитозоль и находящиеся в нём структуры. Чтобы проверить ответ, спросите себя, включены ли органоиды в данное определение.

Считать, что ядро есть у всех клеток, неверно: у прокариот нет оформленного ядра. Путаница возникает, когда свойства эукариотических клеток автоматически переносят на бактерии. Проверка проста: определите, есть ли у клетки ядро, отделённое оболочкой; у прокариот ДНК не заключена в такой органоид.

Приписывать всем клеткам одинаковый набор органоидов — ошибка, потому что клетки разных групп и специализаций отличаются. Часто общие для многих клеток структуры запоминаются лучше, чем исключения. Например, пластиды характерны для растений и некоторых водорослей, но не для животных. Для самопроверки сравнивайте конкретные типы клеток и связывайте каждое отличие с функцией.

Связь с другими темами

Для изучения строения клетки нужно знать основные признаки живого и понимать, что клетка — структурная и функциональная единица организмов. Тема опирается на различие прокариот и эукариот: оно помогает объяснить устройство бактерий, растений и животных. Строение органоидов также понадобится при изучении обмена веществ, фотосинтеза и клеточного дыхания. Знание устройства клетки помогает понять, как наследственная информация используется и распределяется при делении.

Что запомнить

• Клеточная мембрана отделяет клетку от среды и регулирует обмен веществ.
• Цитоплазма — внутренняя среда, в которой расположены клеточные структуры.
• Ядро содержит основную часть наследственного материала эукариотической клетки.
• Органоиды специализированы: их строение связано с выполняемыми функциями.
• У прокариот нет оформленного ядра и мембранных органоидов.
• Клетки растений и животных имеют общий план строения, но различаются набором структур.