§ 7. Особенности клеточного строения организмов. Вирусы

Определения и обозначения

Клеточная теория — основные положения о клетке как структурной, функциональной и генетической единице живых организмов. Иными словами, клетка образует тело организма, выполняет жизненные процессы и хранит наследственную информацию. Это понятие помогает объяснить, почему живые организмы так разнообразны, но имеют общую основу строения.

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов. Их ДНК не исчезает, а находится в цитоплазме в особой области — нуклеоиде. К прокариотам относятся бактерии, и это определение помогает отличать их клетки от клеток растений и животных.

Эукариоты — организмы, клетки которых содержат оформленное ядро и мембранные органоиды. Ядро отделено от цитоплазмы оболочкой, а органоиды выполняют специализированные задачи. К эукариотам относятся животные, растения, грибы и многие одноклеточные организмы; термин нужен для обозначения этой большой группы.

Вирус — неклеточная форма, состоящая из генетического материала и белковой оболочки и размножающаяся только внутри клетки хозяина. Белковую оболочку вируса называют капсидом. Это понятие подчёркивает отличие вирусов от клеточных организмов и объясняет их зависимость от живых клеток.

Как это устроено

Клетку считают универсальной основой потому, что в ней сочетаются строение и работа организма: клетка получает вещества, преобразует их, поддерживает свою жизнедеятельность и передаёт наследственную информацию. Одноклеточный организм выполняет все необходимые функции одной клеткой, а у многоклеточного клетки часто специализируются и работают совместно. Новые клетки возникают из уже существующих клеток, поэтому клеточное строение связано и с размножением. Вирусы составляют исключение: их относят к неклеточным формам, а не к организмам клеточного строения.

Главное различие прокариот и эукариот связано с тем, как организован генетический материал. У прокариот ДНК находится в цитоплазме и не окружена ядерной оболочкой; у эукариот основная часть ДНК заключена в ядре. У прокариот нет мембранных органоидов, тогда как у эукариот они имеются. Такое разделение позволяет эукариотической клетке размещать разные процессы в разных отделах, хотя конкретный набор органоидов зависит от типа клетки.

У прокариотической клетки есть клеточная мембрана, которая отделяет внутреннюю среду от внешней и регулирует обмен веществами. Обычно снаружи мембраны расположена клеточная стенка, придающая клетке форму и защищающая её; у бактерий стенка по составу отличается от растительной. Внутри находится цитоплазма, где расположены рибосомы — структуры, участвующие в синтезе белка. ДНК сосредоточена в нуклеоиде, поэтому клетка может хранить и использовать наследственную информацию, не имея ядра.

В эукариотической клетке ядро хранит основную часть наследственного материала и отделяет его от многих процессов, происходящих в цитоплазме. Мембранные органоиды создают отдельные участки для выполнения специальных задач, например преобразования энергии или перемещения веществ. Благодаря такому разделению клеточные процессы могут быть организованы и согласованы. Состав органоидов у разных клеток неодинаков: он связан с их устройством и выполняемыми функциями.

Вирус не имеет цитоплазмы, рибосом и других частей клетки, поэтому сам не производит необходимые ему вещества. Его генетический материал заключён в белковый капсид, а у некоторых вирусов есть и дополнительная оболочка. Попав в клетку хозяина, вирус использует её ресурсы и системы для создания вирусных компонентов. Затем эти компоненты собираются в новые вирусные частицы, поэтому размножение вируса — не обычное деление клетки.

Сравнение прокариот, эукариот и вирусов

Пользуйся таблицей как последовательной проверкой признаков: сначала выясни, есть ли клеточное строение, затем — оформленное ядро и мембранные органоиды. Генетический материал встречается во всех трёх группах, но сам по себе не доказывает, что перед нами клетка. Размер указан приблизительно: важнее сочетание признаков и способ размножения.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какой группе относятся бактерия, клетка растения, клетка животного и вирус, если в описании указаны их основные структурные признаки. Не нужно опираться только на размер или наличие наследственного материала. Сначала проверим клеточное строение, затем наличие ядра и органоидов.

1. У бактерии есть мембрана, цитоплазма и ДНК, но нет оформленного ядра и мембранных органоидов. Значит, это клетка прокариота.
2. У клетки растения есть клеточное строение, ядро и мембранные органоиды. Следовательно, она относится к эукариотам; клеточная стенка не меняет этот вывод.
3. У клетки животного также есть ядро и мембранные органоиды, поэтому она эукариотическая. Отсутствие растительной клеточной стенки не делает её прокариотической.
4. Вирус состоит из генетического материала и белковой оболочки, но не имеет клеточного строения. Поэтому его выделяют в отдельную группу неклеточных форм.

Ответ: бактерия — прокариот; клетки растения и животного — эукариоты; вирус — неклеточная форма. Такой вывод получен по устройству объектов, а не по тому, что у некоторых из них есть ДНК. Главный различительный признак между двумя типами клеток — оформленное ядро.

Задача 2. Сравните клетку бактерии и клетку растения: укажите общие структуры и признаки, характерные только для каждой из них. Чтобы не смешать сходства и различия, сначала выпишем то, что есть у обеих клеток. Затем отдельно отметим признаки прокариотической и растительной эукариотической клетки.

1. К общим клеточным структурам относятся мембрана, цитоплазма, рибосомы и генетический материал. Они обеспечивают базовые условия клеточной жизнедеятельности.
2. Для бактерии характерны отсутствие оформленного ядра и мембранных органоидов, а ДНК расположена в нуклеоиде. Это признаки прокариотической организации.
3. У растительной клетки есть оформленное ядро и мембранные органоиды; также для неё характерны целлюлозная клеточная стенка и хлоропласты. Эти признаки нельзя переносить на бактерию.

Ответ: общие признаки — мембрана, цитоплазма, рибосомы и генетический материал. Бактерия отличается нуклеоидом и отсутствием ядра и мембранных органоидов, а растительная клетка — ядром, мембранными органоидами, целлюлозной стенкой и хлоропластами. Стенка есть у обеих, но её состав различается.

Задача 3. Объясните, почему вирусы размножаются только в клетках хозяина и почему антибиотики обычно не направлены непосредственно на вирусы. В условии важно связать устройство вируса с его возможностями. Сравним, какие системы есть у клетки и чего вирусу недостаёт.

1. У вируса нет рибосом и собственного аппарата обмена веществ, поэтому он не может самостоятельно синтезировать белки и создавать новые частицы. Для этих процессов ему нужны системы клетки хозяина.
2. После попадания в клетку вирус использует её ресурсы для создания своих компонентов. Затем компоненты собираются в новые вирусные частицы, а не возникают делением самого вируса.
3. Антибиотики обычно нацелены на структуры или процессы бактерий, которых у вирусов нет. Поэтому антибиотик не лечит вирусную инфекцию непосредственно, хотя врач может назначить его при отдельных бактериальных осложнениях.

Ответ: размножение вируса зависит от ресурсов и аппарата клетки хозяина. Антибиотики обычно воздействуют на бактериальные мишени, а не на вирусные частицы. Лекарства следует принимать по назначению медицинского специалиста.

Типичные ошибки

• Называть вирус клеткой. Вирус действительно содержит наследственный материал, поэтому его легко спутать с очень простой клеткой. Но у него нет клеточного строения и собственного клеточного обмена веществ. Проверь себя: есть ли у объекта цитоплазма и клеточные структуры, способные выполнять жизненные процессы?
• Считать прокариоты организмами без генетического материала. Такое заблуждение возникает, если отсутствие ядра ошибочно принимают за отсутствие ДНК. У прокариот наследственный материал есть, но он не заключён в оформленное ядро. Проверка простая: различай наличие ДНК и место, где она расположена.
• Утверждать, что у всех эукариотических клеток одинаковый набор органоидов. Часто признаки растительной клетки переносят на животную или наоборот. На деле состав органоидов зависит от типа клетки и её функций. Сверяй каждый органоид с конкретной клеткой, а не с общей схемой эукариота.
• Смешивать размножение вируса с обычным делением клетки. Сходство результата — появление новых частиц — может создавать такое впечатление. Однако вирусные частицы собираются из компонентов, синтезированных в клетке хозяина, а не делятся пополам. Чтобы проверить себя, спроси, какая структура выполняет деление и где образуются вирусные компоненты.

Связь с другими темами

Для изучения темы нужно знать основные части клетки и функции ядра, цитоплазмы, мембраны и органоидов. Эти знания помогают сравнить прокариотическую и эукариотическую организацию и понять, почему вирус не называют клеткой. Представление о ДНК и РНК пригодится дальше при изучении генетики, наследственного материала и передачи информации в клетке. Различия между бактериями и вирусами важны при разборе инфекционных заболеваний, иммунитета и действия антибиотиков. Зависимость вирусов от клеток хозяина также связана с биотехнологией, где клеточные системы используют для получения нужных веществ.

Что запомнить

• Клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов.
• Прокариоты не имеют оформленного ядра.
• Эукариоты имеют ядро и мембранные органоиды.
• Генетический материал есть и у прокариот, и у эукариот, но организован по-разному.
• Вирусы не имеют клеточного строения.
• Вирус размножается только внутри клетки хозяина.
• Основные части вируса — генетический материал и белковая оболочка.