Раздел 1. Клетка

Определения и обозначения

Клетка — структурно-функциональная единица живого организма. Это значит, что клетка составляет основу его строения и способна выполнять необходимые для жизни процессы: обмениваться веществами, использовать энергию и поддерживать внутренний порядок. У одноклеточных организмов одна клетка выполняет все жизненные функции, а у многоклеточных клетки часто специализируются.

Клеточная теория — учение об общем клеточном строении организмов, жизнедеятельности клеток и их происхождении. Согласно её положениям, все организмы состоят из клеток, клетка является единицей строения и жизнедеятельности, а новые клетки возникают только из предшествующих. Теория помогает увидеть общее в устройстве живых организмов.

Прокариоты — организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов. Их наследственный материал не отделён от цитоплазмы оболочкой ядра, но клетка всё равно содержит структуры, необходимые для жизни. К прокариотам относятся бактерии.

Эукариоты — организмы, клетки которых содержат оформленное ядро и мембранные органоиды. Внутреннее пространство таких клеток разделено на участки, где выполняются разные процессы. Эукариотами являются животные, растения, грибы и многие одноклеточные организмы.

Как это устроено

Клетку считают минимальной единицей строения и жизнедеятельности, потому что именно в ней сосредоточены структуры, необходимые для обмена веществ и поддержания жизни. Части клетки могут выполнять отдельные задачи, но поодиночке не образуют целый организм и не обеспечивают полный набор жизненных процессов. В многоклеточном организме клетки объединяются в ткани и органы, поэтому клеточная основа не отменяет более сложных уровней организации.

Клеточная мембрана окружает клетку и отделяет её содержимое от внешней среды. Она состоит преимущественно из липидов и белков; благодаря своему строению мембрана пропускает одни вещества легче, чем другие. Такая избирательная проницаемость позволяет клетке получать нужные вещества, выводить продукты обмена и сохранять подходящий состав внутренней среды.

Органоиды устроены так, чтобы выполнять разные, но связанные задачи. Рибосомы собирают белки из аминокислот, эндоплазматическая сеть помогает синтезировать и перемещать вещества, а комплекс Гольджи изменяет, сортирует и упаковывает их для использования или выведения. Митохондрии высвобождают энергию при клеточном дыхании, лизосомы расщепляют вещества, а вакуоли служат для хранения воды и растворённых соединений, особенно в растительных клетках.

Ядро управляет работой эукариотической клетки не само по себе, а благодаря наследственной информации, записанной в молекулах ДНК. По этой инструкции клетка производит нужные белки, а белки участвуют в её строении и регулируют множество процессов. Ядерная оболочка отделяет наследственный материал от цитоплазмы, но через специальные отверстия вещества могут перемещаться между ядром и остальной клеткой.

Главное различие прокариот и эукариот — степень внутренней организации клетки. У прокариот нет оформленного ядра и мембранных органоидов, поэтому наследственный материал находится в цитоплазме, а многие процессы идут в общем внутреннем пространстве. У эукариот ядро и органоиды разделяют клетку на функциональные участки: это позволяет согласованно выполнять разные процессы, хотя само по себе не определяет, насколько сложен весь организм.

Сравнение прокариотической и эукариотической клеток

Сначала сравните наличие ядра и мембранных органоидов: эти признаки позволяют определить тип клетки. Затем проверьте клеточную стенку, помня, что она встречается не у всех эукариот. По размеру нельзя надёжно классифицировать клетку без остальных признаков.

Разбор задач

Задача 1. Нужно определить, какие органоиды обеспечивают синтез белка, его транспорт и выведение из клетки. Чтобы ответить, следует проследить путь белка от места образования до выхода наружу. Для каждого этапа нужно подобрать структуру, выполняющую соответствующую функцию.

1. Синтез белка начинается на рибосомах: они соединяют аминокислоты в цепь согласно наследственной инструкции.
2. Затем белок может попасть в эндоплазматическую сеть, которая участвует в его перемещении внутри клетки.
3. Комплекс Гольджи изменяет и упаковывает белок; пузырёк с ним может слиться с мембраной и вывести содержимое наружу.

Ответ: рибосомы синтезируют белок, эндоплазматическая сеть участвует в его транспорте, а комплекс Гольджи обрабатывает и упаковывает его для выведения. Эти структуры работают последовательно, а не независимо.

Задача 2. Сравните клетку бактерии и клетку растения по наличию ядра, клеточной стенки, рибосом и мембранных органоидов. Важно не перепутать общие для обеих клеток структуры с признаками, по которым они различаются. Бактерия — прокариот, а растение — эукариот.

1. Оформленного ядра у бактерии нет, а у растительной клетки оно есть.
2. Клеточная стенка имеется у обеих клеток, но её состав и строение различаются.
3. Рибосомы присутствуют в обеих клетках, поскольку обе синтезируют белки; мембранные органоиды есть у растения, но отсутствуют у бактерии.

Ответ: общими признаками являются клеточная стенка и рибосомы. Ядро и мембранные органоиды отличают растительную клетку от бактериальной. Нельзя заключать, что у бактерии нет рибосом только потому, что она прокариот.

Задача 3. Объясните, почему повреждение клеточной мембраны нарушает жизнедеятельность клетки, даже если ядро и органоиды сохранились. Сначала определите, что мембрана делает на границе клетки со средой. Затем свяжите её работу с поступлением нужных веществ и выведением продуктов обмена.

1. Через мембрану клетка получает воду и необходимые вещества, а также удаляет часть продуктов обмена.
2. При повреждении её избирательная проницаемость нарушается, поэтому внутренний состав клетки становится нестабильным.
3. Из-за нарушения обмена веществ ядро и органоиды не могут нормально поддерживать работу клетки, даже если сами остались целыми.

Ответ: повреждённая мембрана мешает обмену с окружающей средой и поддержанию постоянства внутренней среды. Поэтому сохранности ядра и органоидов недостаточно для нормальной жизнедеятельности.

Типичные ошибки

Ошибка: считать клетку единственной частью организма. Это неверно для многоклеточных организмов, где специализированные клетки объединяются в ткани и органы; такое заблуждение возникает, если представлять клетку как весь организм. Проверьте себя: укажите отдельно клеточный, тканевый и органный уровни организации.

Ошибка: называть ядро обязательной частью любой клетки. У прокариот оформленного ядра нет, хотя их наследственный материал присутствует в клетке; ошибка появляется из-за привычки описывать только клетки растений и животных. Перед ответом определите, прокариотическая перед вами клетка или эукариотическая.

Ошибка: путать клеточную стенку с мембраной и приписывать им одинаковые функции. Мембрана есть у всех клеток и регулирует обмен, а стенка снаружи неё придаёт форму и защищает клетку; путаница связана с тем, что обе структуры находятся на границе клетки. Проверьте, какая из них избирательно пропускает вещества и у каких организмов встречается стенка.

Ошибка: считать органоиды независимыми друг от друга. В клетке процессы связаны: например, синтезированный белок может перемещаться по эндоплазматической сети и обрабатываться комплексом Гольджи. Ошибка возникает, когда функции учат отдельными списками; для самопроверки проследите путь вещества через несколько структур.

Связь с другими темами

Для изучения клетки нужны знания о признаках живого, уровнях организации природы и веществах, из которых она состоит. Эта тема станет основой для понимания обмена веществ, деления клеток и передачи наследственных признаков, а также строения тканей и организмов. С химией клетку связывают вода и минеральные соли, белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты: их свойства определяют строение клеточных структур и ход процессов.

Что запомнить

• Клетка — основная структурная и функциональная единица живого.
• Все клетки возникают только из предшествующих клеток.
• Клеточная мембрана отделяет клетку от внешней среды и регулирует обмен веществ.
• Ядро хранит наследственную информацию и регулирует работу эукариотической клетки.
• Прокариоты не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов.
• Эукариотические клетки имеют ядро и развитую систему органоидов.
• Органоиды работают взаимосвязанно, обеспечивая жизнедеятельность клетки.