§ 6. Строение клетки

Определения и обозначения

Клетка — структурно-функциональная единица живого организма, то есть его наименьшая часть, способная выполнять основные жизненные процессы. Она состоит из мембраны, цитоплазмы, ядра и органоидов. Поэтому через строение клетки можно понять, как организм получает вещества, энергию и наследует признаки.

Клеточная мембрана — тонкая оболочка, отделяющая клетку от внешней среды. Она образована двойным слоем липидов и встроенными белками, поэтому остаётся гибкой и может пропускать разные вещества. Мембрана нужна для защиты, поддержания внутреннего состава клетки и обмена с окружающей средой.

Цитоплазма — внутреннее содержимое клетки, расположенное между мембраной и ядром. Она включает жидкую основу и находящиеся в ней органоиды. В цитоплазме структуры клетки соединяются между собой, а многие химические реакции идут именно в её среде.

Органоиды — постоянные структуры клетки, каждая из которых выполняет определённую функцию. Одни органоиды окружены мембраной, например митохондрии, другие, например рибосомы, мембраны не имеют. Их совместная работа обеспечивает жизнедеятельность клетки.

Как это устроено

Мембрана образует границу клетки, потому что её липидный слой плохо пропускает растворённые частицы без помощи белков-переносчиков. Белки мембраны создают каналы и переносчики, через которые проходят нужные ионы и молекулы. Такая избирательная проницаемость помогает сохранять внутри клетки подходящее содержание воды, солей и питательных веществ, а ненужные продукты выводить наружу.

Цитоплазма связывает органоиды в единую систему, поскольку служит средой для их взаимодействия и перемещения веществ. Например, продукты, созданные на рибосомах, могут передаваться в эндоплазматическую сеть, затем в аппарат Гольджи и к месту использования. В цитоплазме также идут реакции обмена веществ, поэтому органоиды не работают изолированно друг от друга.

Ядро называют центром хранения и реализации наследственной информации, потому что в его хромосомах находится ДНК. Участки ДНК содержат инструкции для создания белков, а белки определяют строение и многие процессы клетки. Ядро не выполняет всю работу самостоятельно: оно регулирует деятельность цитоплазмы через образование информационных молекул.

Строение органоида связано с его задачами. Митохондрии имеют внутренние складки мембраны, увеличивающие площадь реакций клеточного дыхания, рибосомы состоят из РНК и белков и подходят для сборки белковых цепей, а мембранная сеть эндоплазматической сети образует каналы для синтеза и переноса веществ. Аппарат Гольджи представлен стопкой уплощённых мембранных пузырьков, поэтому он может изменять, сортировать и упаковывать продукты клетки.

Растительная клетка имеет хлоропласты, клеточную стенку и крупную вакуоль, а животная обычно лишена этих структур и содержит клеточный центр. Хлоропласты позволяют растениям использовать свет и создавать органические вещества, стенка поддерживает форму, а вакуоль запасает воду и растворённые соединения. Животные получают готовую пищу и активно меняют положение тела, поэтому им не нужны хлоропласты и жёсткая стенка.

Основные структуры клетки и их функции

Таблицу удобно читать по строкам: сначала определить строение, затем связать его с функцией. Последний столбец помогает сравнивать растительную и животную клетки. Если нужно установить органоид по описанию, ищите характерную особенность и проверяйте, соответствует ли ей функция.

Разбор задач

Задача 1. Определить органоид по описанию

Условие: структура участвует в синтезе белка и может быть связана с мембранами эндоплазматической сети. Нужно назвать органоид и объяснить выбор. Описание содержит одновременно признак функции и признак расположения.

1. Синтез белка выполняют рибосомы, потому что именно на них аминокислоты соединяются в цепь по информации иРНК.
2. Рибосомы могут находиться свободно в цитоплазме или прикрепляться к наружной поверхности эндоплазматической сети.
3. Следовательно, упоминание связи с ЭПС не меняет названия структуры, а показывает один из вариантов её расположения.

Ответ: это рибосома. Она является немембранным органоидом и синтезирует белок.

Задача 2. Сравнить растительную и животную клетки

Условие: по описанию или схеме нужно указать не менее четырёх различий между растительной и животной клетками. Сравнивать следует не любые детали, а структуры, характерные для одной из групп.

1. Найдите наружный плотный слой: клеточная стенка есть у растений, но отсутствует у животных.
2. Проверьте наличие хлоропластов: они участвуют в фотосинтезе и характерны для зелёных растительных клеток.
3. Определите вакуоль: у растений обычно имеется крупная центральная вакуоль, а у животных крупной вакуоли такого типа нет.
4. Поищите клеточный центр: он типичен для животных клеток, тогда как у высших растений обычно отсутствует.

Ответ: четыре различия — клеточная стенка, хлоропласты, крупная вакуоль и клеточный центр. Первые три признака связаны с фотосинтезом, запасанием воды и поддержанием формы растения.

Задача 3. Предсказать последствия повреждения органоида

Условие: нужно предположить, что произойдёт при повреждении митохондрий, рибосом или клеточной мембраны. Рассуждение строится от функции органоида к нарушению процесса, а затем к общему результату для клетки.

1. При повреждении митохондрий ослабнет клеточное дыхание и уменьшится образование энергии, поэтому активные процессы замедлятся.
2. При повреждении рибосом нарушится синтез белков, а без белков клетка не сможет создавать ферменты, мембраны и многие рабочие структуры.
3. При повреждении мембраны нарушится избирательный обмен: полезные вещества будут теряться, а вода и посторонние частицы смогут поступать бесконтрольно.
4. Сопоставьте нарушение с функцией и сделайте вывод о жизнеспособности клетки.

Ответ: повреждение любого из названных компонентов опасно, но причины различны: митохондрии связаны с энергией, рибосомы — с белками, мембрана — с границей и обменом веществ.

Типичные ошибки

Ошибка: считать клеточную стенку частью всех клеток. Её путают с мембраной, потому что обе структуры находятся снаружи, но стенка характерна прежде всего для растений, а у животных отсутствует. Проверка: спросите себя, какая оболочка есть у любой клетки и какая придаёт жёсткость растительной.

Ошибка: называть ядро единственным органоидом клетки. Так происходит, когда ядру приписывают все процессы управления и забывают о рибосомах, митохондриях и других структурах. Проверка: перечислите хотя бы три органоида цитоплазмы и назовите функцию каждого.

Ошибка: путать митохондрии и хлоропласты. Оба органоида имеют мембраны, поэтому их иногда смешивают, однако митохондрии обеспечивают клеточное дыхание, а хлоропласты участвуют в фотосинтезе. Проверка: свяжите митохондрии с получением энергии из органических веществ, а хлоропласты — со светом и образованием органических веществ.

Ошибка: считать, что каждый органоид действует изолированно. Жизнь клетки зависит от цепочек процессов: например, ядро задаёт информацию, рибосомы создают белок, ЭПС и аппарат Гольджи его перемещают и обрабатывают. Проверка: для любого органоида назовите хотя бы одну структуру, с которой он взаимодействует.

Связь с другими темами

До изучения строения клетки нужно знать признаки живого, уровни организации природы и основные положения клеточной теории. Эти знания объясняют, почему клетка считается минимальной живой системой и как клетки объединяются в организм.

Строение органоидов понадобится при изучении обмена веществ, фотосинтеза, клеточного дыхания и деления клетки. Функция каждого органоида помогает понять последовательность процессов внутри клетки.

Знание функций органоидов связано с темой специализации клеток, тканей и органов. Клетки разных тканей имеют общий план строения, но число и активность отдельных органоидов у них различаются.

Что запомнить

• Клетка является структурно-функциональной единицей живого организма.
• Мембрана отделяет клетку от внешней среды и регулирует обмен веществами.
• Цитоплазма объединяет органоиды и является средой протекания многих реакций.
• Ядро хранит наследственную информацию и регулирует процессы жизнедеятельности клетки.
• Митохондрии обеспечивают клетку энергией, а рибосомы участвуют в синтезе белка.
• Хлоропласты, клеточная стенка и крупная вакуоль характерны для растительных клеток.
• Органоиды работают не изолированно, а как части единой клеточной системы.