§ 18. Основы цитологии. Повторение

Определения и обозначения

Клеточная теория — учение о клетке как единице строения, жизнедеятельности и размножения организмов. Она объясняет, почему организмы различного устройства имеют общую основу и как клеточное деление связано с ростом и продолжением жизни. С её помощью можно сопоставлять строение разных организмов и понимать их родство.

Прокариотическая клетка — клетка без оформленного ядра, в которой наследственный материал расположен в цитоплазме. ДНК у неё не отделена от остального содержимого ядерной оболочкой. Это определение позволяет отличить бактерий и архей от организмов с ядерными клетками.

Эукариотическая клетка — клетка с ядром, отделённым от цитоплазмы ядерной оболочкой. В ядре хранится большая часть наследственной информации, а внутренние мембраны разделяют клетку на функциональные области. Понятие помогает описывать клетки животных, растений, грибов и многих одноклеточных организмов.

Органоид — постоянная структура клетки, выполняющая определённые функции. Например, рибосомы участвуют в синтезе белка, а митохондрии — в клеточном дыхании. Название нужно, чтобы различать внутренние части клетки по их устройству и работе.

Как это устроено

Клетку считают элементарной единицей живого, потому что в ней есть граница, внутреннее содержимое и система наследственной информации. Благодаря этому клетка регулирует поступление и выделение веществ, получает энергию и поддерживает собственное состояние. Отдельные молекулы могут участвовать в жизненных процессах, но сами по себе не образуют самостоятельную систему, способную выполнять их полный комплекс.

Клеточная теория связывает строение организма с размножением его клеток: тело многоклеточного существа развивается из клеток, а ткани состоят из клеток и их производных. Рост происходит, когда клетки увеличиваются и делятся, а повреждённые клетки во многих случаях заменяются новыми. Поскольку новые клетки возникают из уже существующих, сохраняется преемственность наследственной информации; общность клеточного устройства также указывает на единство происхождения живых организмов.

Главное различие прокариот и эукариот связано с организацией наследственного материала. У прокариот ДНК находится в цитоплазме и не окружена ядерной оболочкой; у эукариот она в основном заключена в ядре. У прокариот нет мембранных органоидов, тогда как у эукариот мембранные структуры разделяют процессы по отделам, что позволяет клетке одновременно выполнять разные задачи.

Мембрана отделяет клетку от среды, но не изолирует её полностью: она избирательно пропускает вещества и помогает поддерживать внутренние условия. Цитоплазма — внутреннее содержимое клетки, где находятся структуры и протекают многие химические реакции. Органоиды выполняют специализированные задачи, а наследственная информация направляет синтез белков и передачу признаков; вместе эти компоненты обеспечивают обмен веществ и согласованную работу клетки.

Строение клетки соответствует её работе, потому что для разных задач нужны разные структуры и ресурсы. В растительной клетке хлоропласты улавливают свет для фотосинтеза, а крупная вакуоль с клеточным соком помогает поддерживать форму и запасать вещества. В животной клетке, например в сокращающейся мышечной, особенно важны сократительные белки и митохондрии, поставляющие энергию; при этом и растительные, и животные клетки имеют общие эукариотические структуры.

Сравнение прокариотических и эукариотических клеток

Сначала сравнивайте наличие ядра и расположение ДНК: это основные признаки, по которым определяют тип клетки. Затем проверьте, есть ли мембранные органоиды, и вспомните, что мембрана, цитоплазма, ДНК и рибосомы встречаются у обоих типов клеток. Таблица помогает отделить общие черты от различий, но для определения конкретного организма могут понадобиться дополнительные признаки.

Разбор задач

Задача 1. В описании клетки указаны мембрана, цитоплазма и ДНК, расположенная не в ядре. Определите тип клетки и обоснуйте ответ. В условии важны не просто наличие ДНК и мембраны, а место, где находится наследственный материал. Рассуждение удобно построить от этого признака к общему типу клетки.

1. Выясним, есть ли оформленное ядро: ДНК расположена не в ядре, значит, ядерная оболочка её не отделяет.
2. Сопоставим признак с определениями: отсутствие оформленного ядра характерно для прокариот.
3. Мембрана и цитоплазма не меняют вывод, потому что присутствуют и у прокариот, и у эукариот.

Ответ: это прокариотическая клетка, поскольку её ДНК находится вне оформленного ядра. Нельзя заключить, что клетка прокариотическая только из-за наличия мембраны или цитоплазмы: эти признаки общие. Решающий признак в условии — расположение ДНК.

Задача 2. В клетке обнаружены ядро, митохондрии и клеточная стенка. Определите, что можно сказать о её типе, и назовите недостающие сведения для различения растительной и грибной клетки. Не следует делать вывод о принадлежности к растениям только по наличию стенки. Для ответа нужно разделить признаки типа клетки и признаки конкретных групп организмов.

1. Ядро показывает, что клетка эукариотическая; митохондрии подтверждают наличие мембранных органоидов.
2. Клеточная стенка встречается и у растений, и у грибов, поэтому сама по себе не позволяет выбрать один из этих вариантов.
3. Проверим наличие хлоропластов и способность к фотосинтезу: они характерны для фотосинтезирующих растительных клеток, но не для грибных.

Ответ: это эукариотическая клетка, а стенка совместима как с растительным, так и с грибным происхождением. Чтобы различить эти варианты, нужны данные о хлоропластах или фотосинтезе; можно также учитывать химический состав стенки. Наличие ядра и митохондрий не позволяет отличить растения от грибов, поскольку эти структуры есть у обоих типов клеток.

Задача 3. Сравните клетку, синтезирующую много белков для выделения, с активно сокращающейся клеткой. Назовите структуры, важные для каждой функции, и объясните их роль. В обоих случаях белки необходимы, но клетке, выделяющей белок, нужно дополнительно его обработать и вывести. Сокращающейся клетке требуется энергия, поэтому важно учесть не только её сократительные структуры, но и источник энергии.

1. Для массового синтеза белка нужны рибосомы: на них собираются белковые молекулы.
2. Эндоплазматическая сеть помогает синтезировать и перемещать белки, а аппарат Гольджи — изменять, сортировать и упаковывать их для выделения.
3. Для сокращения необходимы сократительные белки, а митохондрии обеспечивают клетку энергией, нужной для работы.

Ответ: в выделяющей белок клетке особенно важны рибосомы, эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи. В сокращающейся клетке важны сократительные белки и митохондрии, снабжающие её энергией. Эти структуры не обязательно отсутствуют в других клетках, но их количество и активность связаны с выполняемой работой.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что ядро есть у всех клеток. Такое представление возникает, если судить по привычным примерам клеток растений и животных. У прокариот оформленного ядра нет, а некоторые зрелые клетки эукариот тоже могут его утрачивать. Проверяйте, о какой группе и стадии развития клетки говорится.

Ошибка: путать клеточную стенку с клеточной мембраной. Их обе называют оболочками, поэтому кажется, что это одна и та же структура. Мембрана есть у всех клеток и регулирует обмен с окружающей средой, а стенка располагается снаружи мембраны и имеется не у всех. Проверьте, разделяет ли структура клетку и среду или служит дополнительной опорой и защитой.

Ошибка: считать, что любой органоид окружён мембраной. Такое обобщение появляется из-за того, что многие органоиды имеют мембранное строение. Однако рибосомы мембранной оболочки не имеют, хотя выполняют важную работу в клетке. Чтобы проверить себя, различайте органоиды по строению, а не только по названию.

Ошибка: представлять растительную клетку как клетку, содержащую только хлоропласты. Хлоропласты заметны при изучении фотосинтеза, и их роль легко переоценить. Растительная клетка также имеет ядро, мембрану, цитоплазму, рибосомы и другие структуры эукариот. Проверяйте, не забыты ли общие компоненты клетки, прежде чем перечислять особенности растений.

Связь с другими темами

Для изучения клетки нужны знания об основных признаках живого и о различиях одноклеточных и многоклеточных организмов: это помогает понять, какую роль клетка играет в организме. Понятия о мембране и органоидах понадобятся при изучении обмена веществ, фотосинтеза, клеточного дыхания и деления клеток. Сравнение прокариот и эукариот помогает объяснить разнообразие организмов и рассматривать их эволюционные связи.

Что запомнить

• Клетка — структурная и функциональная единица живого.
• Новые клетки возникают при делении уже существующих клеток.
• Прокариоты не имеют оформленного ядра.
• Эукариотические клетки имеют ядро и мембранные органоиды.
• Строение каждой клетки связано с выполняемыми ею функциями.
• Клеточная мембрана есть у всех клеток.