§ 3. Клетка — структурная единица организма

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица организма человека. Она является частью тела, но при этом сама получает вещества, использует энергию, растёт и реагирует на изменения среды. Это понятие помогает понять, из каких «рабочих единиц» складывается организм.

Клеточная теория — учение о том, что живые организмы состоят из клеток, клетка является единицей строения и жизнедеятельности, а новые клетки возникают из ранее существовавших. Теория объясняет сходство живых организмов и показывает общий принцип их развития.

Клеточная мембрана — наружная оболочка клетки, отделяющая её внутреннюю среду от внешней. Мембрана сохраняет целостность клетки и пропускает не все вещества подряд, а только те, обмен которыми необходим. Благодаря этому внутри клетки поддерживаются подходящие условия для жизни.

Органоид — постоянная клеточная структура, выполняющая определённую функцию. Одни органоиды создают вещества, другие обеспечивают энергией или удаляют ненужные соединения. Такое разделение работы делает клетку более эффективной.

Как это устроено

Клетку называют структурной единицей, потому что из клеток построено тело человека. Сначала сходные клетки объединяются в ткани, например мышечную или нервную, затем несколько тканей образуют орган. Органы, работающие вместе, составляют систему органов, поэтому нарушение клеток может отразиться на всём организме.

Мембрана поддерживает целостность клетки, потому что образует границу между её содержимым и окружающей средой. Через мембрану внутрь поступают вода, кислород и питательные вещества, а наружу выводятся продукты обмена. Избирательность обмена нужна для сохранения постоянного состава клетки: полезные вещества пропускаются, а опасные или лишние задерживаются либо удаляются.

Внутренняя среда клетки представлена цитоплазмой — полужидким содержимым между мембраной и ядром. В ней находятся органоиды, перемещаются вещества и происходят химические реакции. Поэтому цитоплазма не просто заполняет клетку, а связывает её части в единую работающую систему.

Ядро считают центром хранения наследственной информации, потому что в нём находятся хромосомы с молекулами ДНК. В ДНК записаны сведения о строении и работе клетки, а при делении часть этой информации передаётся дочерним клеткам. Ядро также регулирует жизнедеятельность, управляя образованием белков и согласуя процессы роста, обмена и деления.

Клетки организма человека различаются набором и активностью органоидов, потому что выполняют разные задачи. В мышечных клетках особенно важны митохондрии, поставляющие энергию для сокращений, а в клетках, выделяющих вещества, хорошо развиты эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи. Специализация позволяет клеткам работать с высокой эффективностью, но сохраняет их зависимость друг от друга.

Строение клеток человека и функции клеточных структур

Таблица показывает, как особенности строения связаны с работой клеточной структуры. Последний столбец помогает предсказать последствия неисправности: если нарушена одна часть системы, страдают связанные с ней процессы. При повторении сначала закройте функции, назовите их по памяти, а затем проверьте себя.

Разбор задач

Задача 1. По схеме клетки человека нужно определить мембрану, цитоплазму, ядро и основные органоиды. Решение начинаем с самых заметных признаков, потому что положение и форма помогают отличить структуры друг от друга. Названия нельзя выбирать только по размеру: нужно учитывать функцию и расположение.

1. Найдите внешний контур клетки: это клеточная мембрана, отделяющая клетку от среды.
2. Определите внутреннее полужидкое пространство вокруг структур: это цитоплазма.
3. Найдите крупную округлую структуру с наследственной информацией: это ядро.
4. Оставшиеся постоянные структуры сопоставьте с признаками: овальные образования — митохондрии, мелкие частицы — рибосомы, сеть каналов — эндоплазматическая сеть.

Ответ: внешний контур — мембрана, внутреннее содержимое — цитоплазма, крупная управляющая структура — ядро, остальные обозначения определяются по их форме и функции.

Задача 2. Распределите функции между ядром, митохондриями, рибосомами, аппаратом Гольджи и лизосомами: хранение наследственной информации, получение энергии, синтез белка, упаковка веществ, расщепление ненужных частиц. Решать удобно через связь «строение — действие», а не заучивать случайный перечень.

1. Свяжите ДНК и хромосомы с ядром: оно хранит наследственную информацию.
2. Свяжите клеточное дыхание с митохондриями: они обеспечивают получение энергии.
3. Синтез белка отнесите к рибосомам.
4. Сортировку и упаковку веществ отнесите к аппарату Гольджи.
5. Ферментативное расщепление ненужных частиц отнесите к лизосомам.

Ответ: ядро — наследственная информация; митохондрии — энергия; рибосомы — белок; аппарат Гольджи — упаковка; лизосомы — расщепление.

Задача 3. Объясните, почему повреждение мембраны или ядра может нарушить работу клетки и ткани. Сначала определим непосредственное последствие повреждения, затем проследим его влияние на клетку и группу клеток.

1. При повреждении мембраны нарушается граница клетки и избирательный обмен веществ.
2. Из-за этого меняется состав цитоплазмы, органоиды не получают нужные вещества или подвергаются воздействию вредных соединений.
3. При повреждении ядра нарушаются хранение информации и управление синтезом белков, ростом или делением.
4. Если такие клетки входят в ткань, она хуже выполняет общую функцию.

Ответ: мембрана поддерживает внутренние условия, а ядро управляет процессами, поэтому повреждение любой из этих структур может привести к нарушению работы клетки и ткани.

Типичные ошибки

Считать клетку просто маленькой частью организма. Ошибка возникает, если замечать только её размер и забывать о жизненных процессах. Проверьте себя: назовите хотя бы три функции клетки, например обмен веществ, рост и реакцию на среду.

Путать мембрану с клеточной стенкой. Жёсткая клеточная стенка характерна для растений, грибов и бактерий, а у клеток человека её нет. Проверка проста: мембрана есть у человеческой клетки и регулирует обмен, но стенка не является её оболочкой.

Называть ядро единственным органоидом. Так происходит, когда на схеме запоминают только самый крупный объект. Перечислите также митохондрии, рибосомы, эндоплазматическую сеть, аппарат Гольджи и лизосомы, а затем назовите функцию каждого.

Смешивать функции органоидов. Например, митохондрии ошибочно объявляют хранилищем наследственной информации, а ядру приписывают получение энергии. Проверяйте ответ по вопросу «что делает структура»: ядро хранит и регулирует, митохондрии обеспечивают энергией.

Связь с другими темами

До изучения темы нужны знания о признаках живого, уровнях организации организма и назначении светового микроскопа. Далее клеточное строение поможет понять, как формируются ткани, органы и системы органов, а также как происходят деление клеток и передача наследственных признаков. В биологии и медицине нарушения работы клеток рассматривают как основу многих заболеваний.

Что запомнить

• Клетка — структурная и функциональная единица организма.
• Клетки организма человека имеют общий план строения, но могут специализироваться.
• Мембрана отделяет клетку от внешней среды и регулирует обмен веществ.
• Цитоплазма объединяет внутренние структуры клетки.
• Ядро хранит наследственную информацию и регулирует жизнедеятельность клетки.
• Органоиды выполняют специализированные функции.
• Согласованная работа клеточных структур обеспечивает жизнедеятельность организма.