§ 3. Клетка: строение, химический состав и жизнедеятельность

Определения и обозначения

Клетка — основная структурная и функциональная единица живого организма. Это значит, что из клеток построены организмы и именно в клетках происходят важнейшие процессы жизни. Одноклеточный организм состоит из одной клетки, которая выполняет все необходимые функции. В многоклеточном организме клетки многочисленны, могут различаться по строению и совместно обеспечивают работу целого организма.

Клеточная мембрана — наружная оболочка клетки, отделяющая её содержимое от внешней среды и регулирующая обмен веществ. Она нужна, чтобы клетка сохраняла внутреннюю среду, но при этом получала нужные вещества и избавлялась от ненужных. Мембрана не запирает клетку наглухо: она избирательно пропускает вещества. Благодаря этому клетка может взаимодействовать с окружающей средой.

Цитоплазма — внутренняя среда клетки, в которой расположены органоиды и протекают многие химические реакции. Она заполняет пространство внутри мембраны и связывает разные части клетки в единую систему. В цитоплазме вещества могут перемещаться и взаимодействовать. Поэтому цитоплазма необходима для согласованной работы клеточных структур.

Органоиды — постоянные структуры клетки, каждая из которых выполняет определённые функции. Их можно сравнить с частями сложной системы, где у каждой есть своя задача. Одни органоиды участвуют в получении энергии, другие — в создании веществ или их накоплении. Разделение работы между органоидами помогает клетке выполнять множество процессов.

Как это устроено

Общий план строения клетки включает мембрану, цитоплазму и органоиды. Мембрана очерчивает границу клетки и отделяет её содержимое от внешней среды. Внутри располагается цитоплазма, а в ней — органоиды, обеспечивающие разные стороны жизнедеятельности. Такое устройство помогает одновременно сохранять целостность клетки и выполнять множество процессов внутри неё.

Мембрана избирательно пропускает вещества, потому что клетке необходимо контролировать состав своей внутренней среды. Одни вещества должны поступать внутрь, например для построения клеточных структур, а другие — покидать клетку. Если бы мембрана пропускала всё без разбора, клетка не могла бы поддерживать нужные условия для работы. Через мембрану также возможна связь с окружающей средой: клетка получает сигналы и реагирует на изменения вокруг.

Ядро хранит наследственную информацию — сведения, которые передаются при делении клетки и влияют на её признаки и работу. Эта информация нужна, чтобы клетка могла поддерживать свои процессы и создавать необходимые вещества. Ядро участвует в управлении жизнедеятельностью, но управление не означает, что все действия выполняет только оно. Разные задачи решают также органоиды и другие клеточные структуры.

Органоиды различаются по выполняемым функциям, поэтому клетке не приходится поручать все процессы одной структуре. Митохондрии обеспечивают клетку энергией, необходимой для её работы. Рибосомы участвуют в создании белков, которые нужны для построения клеточных структур и других процессов. Вакуоли накапливают вещества и помогают поддерживать водный баланс, то есть соотношение воды в клетке.

Вещества клетки делят на неорганические и органические. К неорганическим относят прежде всего воду и минеральные соли: вода служит средой для многих реакций и помогает перемещать вещества, а соли участвуют в поддержании свойств внутренней среды. К органическим относятся белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Они входят в состав клеточных структур и используются в разных процессах, поэтому химический состав клетки связан с её строением и работой.

Клетка живёт благодаря обмену веществ и энергии: вещества поступают, превращаются, используются и выводятся. В ходе этих превращений клетка получает материалы для построения собственных структур и энергию для их работы. Это позволяет ей расти и обновлять свои части. Обмен нельзя отделить от других проявлений жизни: без него клетка не смогла бы поддерживать жизнедеятельность и изменяться.

Основные части клетки и их функции

Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите название структуры или группы веществ, а затем сопоставьте её особенности с функцией. Если нужно объяснить работу клетки, объедините сведения о нескольких строках: например, о мембране, цитоплазме и органоидах. Помните, что таблица показывает основные функции, но клеточные процессы взаимосвязаны.

Разбор задач

Задача 1. На схеме клетки обозначены мембрана, цитоплазма, ядро и митохондрии. Укажите, какая структура ограничивает клетку, где находятся органоиды и какая из перечисленных структур связана с обеспечением клетки энергией. Для решения нужно соотнести расположение частей с их функциями. Не следует выбирать структуру только по названию: проверьте, какую роль она выполняет.

1. Сначала найдём наружную границу клетки. Её образует клеточная мембрана, поэтому именно она отделяет содержимое клетки от окружающей среды. Это отвечает на вопрос о структуре, которая ограничивает клетку.
2. Затем определим, где расположены органоиды. Они находятся в цитоплазме — внутренней среде клетки. Значит, цитоплазма не является оболочкой, а заполняет пространство внутри мембраны.
3. Наконец, сопоставим органоиды с их функциями. Митохондрии обеспечивают клетку энергией, тогда как ядро хранит наследственную информацию и участвует в управлении. Поэтому для ответа об энергии выбираем митохондрии.

Ответ. Клетку ограничивает мембрана, органоиды находятся в цитоплазме, а с обеспечением энергией связаны митохондрии. В таком задании полезно сначала определить положение части клетки, а затем вспомнить её функцию. Это помогает не спутать ядро с органоидами, выполняющими другие задачи.

Задача 2. В клетке обнаружены вода, минеральные соли, белки и углеводы. Распределите вещества на неорганические и органические и назовите по одной функции каждой группы. Сначала нужно вспомнить, к какой группе относится каждое вещество. Затем следует назвать не только группу, но и значение входящих в неё веществ для клетки.

1. Вода и минеральные соли относятся к неорганическим веществам. Вода создаёт среду, в которой протекают многие реакции и перемещаются вещества. Минеральные соли участвуют в поддержании свойств внутренней среды клетки.
2. Белки и углеводы относятся к органическим веществам. Органические вещества входят в состав клеточных структур и используются в жизнедеятельности. Для ответа достаточно привести одну такую общую роль, не приписывая всем органическим веществам одинаковую задачу.

Ответ. Неорганические вещества — вода и минеральные соли; их функции связаны со средой для реакций и поддержанием свойств клетки. Органические вещества — белки и углеводы; они входят в состав структур и участвуют в жизнедеятельности. Классификацию удобно проверять по составу группы, а функцию — по роли вещества в клетке.

Задача 3. Клетка поглощает кислород и питательные вещества, использует их для получения энергии и построения собственных структур, а ненужные продукты выводит. Объясните, какие проявления жизнедеятельности описаны и почему их нельзя рассматривать независимо друг от друга. В условии перечислены не отдельные случайные действия, а этапы взаимосвязанной работы клетки. Проследим, как один этап обеспечивает следующий.

1. Поглощение веществ и вывод ненужных продуктов относятся к обмену веществ. Получение энергии из поступивших веществ показывает обмен энергии. Эти процессы связаны, потому что превращения веществ помогают клетке получать энергию.
2. Использование веществ для построения собственных структур связано с ростом и обновлением клетки. Материалы для этого должны сначала поступить и пройти необходимые превращения. Энергия нужна, чтобы клетка могла использовать их в своей работе.
3. Сопоставим все этапы: поступление веществ обеспечивает превращения, превращения дают материалы и энергию, а выведение удаляет ненужные продукты. Если нарушить один этап, это повлияет на остальные. Поэтому обмен нельзя рассматривать отдельно от роста и поддержания клеточных структур.

Ответ. Описаны обмен веществ и энергии, рост и обновление клеточных структур. Они взаимосвязаны: клетка получает вещества, превращает и использует их, а затем выводит ненужные продукты. Благодаря этой последовательности поддерживается её жизнедеятельность.

Типичные ошибки

Ошибка: считать мембрану непроницаемой стенкой. Такое представление возникает из-за того, что мембрана действительно отделяет клетку от окружающей среды. Но она не просто закрывает клетку, а избирательно регулирует поступление и выведение веществ. Проверьте себя вопросом: может ли клетка получать нужные вещества и избавляться от ненужных? Если да, мембрана не является непроницаемой.

Ошибка: путать цитоплазму с клеточным соком или считать её пустым пространством. Такое упрощение может появиться, если воспринимать внутреннюю часть клетки как одно большое свободное место. На самом деле в цитоплазме находятся органоиды и протекают химические реакции. Проверьте себя: если в ответе цитоплазма названа только жидкостью или пустотой, добавьте сведения о её содержимом и роли.

Ошибка: приписывать все функции клетки ядру. Ядро хранит наследственную информацию и участвует в управлении, поэтому его роль легко переоценить. Однако митохондрии связаны с обеспечением энергией, а рибосомы — с созданием белков; разные процессы выполняют разные структуры. Проверьте себя, распределив задачи между органоидами, а не объясняя каждую работу клетки только деятельностью ядра.

Ошибка: считать, что органические вещества клетка получает только с пищей. Так думают, потому что некоторые вещества действительно поступают в клетку извне. Но клетка может образовывать многие необходимые вещества в ходе обмена. Чтобы проверить себя, вспомните: обмен включает не только поступление, но и превращение веществ, поэтому исходные вещества могут становиться материалом для новых соединений.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что все живые организмы состоят из клеток, а вещества различаются по составу и свойствам. Эти сведения помогают объяснить, почему у клеток есть общие части и почему их содержимое включает разные группы веществ. Дальше строение и функции клеточных частей понадобятся при изучении тканей и органов. Они также помогут разобраться в росте и развитии организма и в том, как обмен веществ поддерживает его жизнедеятельность.

Что запомнить

• Клетка — основная структурная и функциональная единица живого.
• Мембрана отделяет клетку от среды и регулирует обмен веществ.
• Цитоплазма содержит органоиды и служит средой для химических реакций.
• Ядро хранит наследственную информацию и участвует в управлении клеткой.
• Органоиды выполняют специализированные функции.
• В состав клетки входят неорганические и органические вещества.
• Обмен веществ и энергии необходим для жизнедеятельности клетки.