§ 12. Клеточная теория. Прокариотические и эукариотические клетки

Определения и обозначения

Клеточная теория — учение о том, что клетка является структурной, функциональной и генетической основой живых организмов. Она также утверждает, что новые клетки возникают из уже существующих клеток. Это нужно, чтобы объяснить единство живого на уровне строения, процессов жизнедеятельности и передачи наследственной информации.

Прокариотическая клетка — клетка без оформленного ядра. Её наследственный материал находится в цитоплазме, а не внутри оболочечного ядра. Такое определение помогает отличить бактерий и архей от организмов с более сложной внутренней организацией.

Эукариотическая клетка — клетка, в которой наследственный материал заключён в ядре, отделённом от цитоплазмы оболочкой. Для неё также характерны мембранные органоиды, выполняющие специальные функции. Благодаря этому клетка может разделять разные процессы по внутренним отсекам.

Нуклеоид — область цитоплазмы прокариотической клетки, где расположена её основная молекула ДНК. Нуклеоид не является ядром, потому что не окружён ядерной оболочкой. По нему определяют, что наследственный материал прокариота не изолирован от цитоплазмы.

Как это устроено

Учёные наблюдали клетки растений, животных и одноклеточных организмов, сравнивали их строение и жизненные процессы. Постепенно стало ясно, что клетка встречается у организмов разных групп и сохраняет общий план организации. Эти наблюдения привели к клеточной теории, потому что отдельные факты сложились в объяснение единства живого.

Общие признаки клеток подтверждают их родство и общие принципы работы. Мембрана отделяет клетку от окружающей среды и регулирует обмен веществ, цитоплазма служит средой для реакций, а наследственный материал хранит программу построения и функционирования. Поэтому клетка одновременно является структурной, функциональной и генетической единицей организма.

Прокариотическая клетка отличается отсутствием ядра не отсутствием ДНК, а способом её размещения. Молекула ДНК находится в цитоплазме и образует область нуклеоида, которая не ограничена мембраной. Поэтому процессы, связанные с хранением и использованием наследственной информации, происходят в пространстве, не отделённом от остальной цитоплазмы.

У эукариот ядро изолирует ДНК от цитоплазмы, а мембранные органоиды разделяют клетку на функциональные участки. Например, одни структуры участвуют в получении энергии, другие — в синтезе и переносе веществ. Такое разделение уменьшает взаимные помехи между процессами и позволяет им идти одновременно и более согласованно.

Прокариоты и эукариоты различаются сложностью внутренней организации, но имеют общий клеточный фундамент. У обоих типов есть мембрана, цитоплазма и наследственный материал, без которых клетка не может поддерживать жизнедеятельность. Значит, различия дополняют клеточную теорию, а не опровергают её: единство живого сочетается с разнообразием клеток.

Сравнение прокариотической и эукариотической клеток

При работе с таблицей сначала проверьте наличие оформленного ядра, а затем уточните расположение ДНК и наличие мембранных органоидов. Если ядра нет, клетка относится к прокариотическим, даже если в ней есть наследственный материал. Если ядро и органоиды присутствуют, перед вами эукариотическая клетка.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какому типу относится клетка, если её ДНК расположена в цитоплазме и не окружена ядерной оболочкой.

1. Выделяем главный признак: ДНК не заключена в оформленное ядро.
2. Связываем этот признак с типом организации: отсутствие ядерной оболочки характерно для прокариот.
3. Уточняем расположение ДНК: область цитоплазмы с основной молекулой ДНК называется нуклеоидом.

Ответ: клетка прокариотическая, потому что её ДНК находится в цитоплазме, в области нуклеоида, и не отделена ядерной оболочкой.

Задача 2. В описании клетки указаны ядро, цитоплазма и мембранные органоиды. Определите тип клетки и обоснуйте ответ двумя признаками.

1. Находим указание на оформленное ядро, отделённое от цитоплазмы оболочкой.
2. Проверяем второй признак: мембранные органоиды характерны для эукариотической организации.
3. Сопоставляем оба признака и исключаем прокариотическую клетку, у которой оформленного ядра и таких органоидов нет.

Ответ: клетка эукариотическая. Основания: наличие оформленного ядра и мембранных органоидов.

Задача 3. Сравните две клетки: у первой наследственный материал находится в нуклеоиде, у второй — в ядре. Заполните для них строки таблицы о типе клетки, расположении ДНК и наличии оформленного ядра.

1. Нуклеоид у первой клетки указывает на прокариотический тип, поэтому её ДНК расположена в цитоплазме.
2. У первой клетки оформленного ядра нет: нуклеоид не окружён оболочкой.
3. Ядро у второй клетки означает эукариотический тип; её ДНК находится внутри ядра, а оформленное ядро присутствует.

Ответ: первая клетка — прокариотическая: ДНК в нуклеоиде, ядра нет. Вторая — эукариотическая: ДНК в ядре, оформленное ядро есть.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать, что у прокариот нет наследственного материала. Так думают из-за смешения понятий «нет ядра» и «нет ДНК». Проверьте себя: у прокариот всегда ищите ДНК в области нуклеоида.

Ошибка 2. Называть нуклеоид ядром. Нуклеоид действительно содержит основную ДНК, но не отделён от цитоплазмы оболочкой. Если мембранной границы нет, это нуклеоид, а не ядро.

Ошибка 3. Считать все клетки одинаковыми из-за клеточной теории. Общие компоненты доказывают единство живого, но не отменяют различий в организации. Сравните наличие ядра и органоидов, прежде чем делать вывод.

Ошибка 4. Определять тип клетки только по размеру. Маленькая клетка не обязательно прокариотическая, а крупная не обязательно эукариотическая. Надёжнее проверять наличие оформленного ядра и мембранных органоидов.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что клетка является основной структурной единицей живых организмов, а также помнить назначение мембраны, цитоплазмы и ДНК. Эти базовые компоненты встречаются у обоих типов клеток, хотя организованы по-разному.

Сравнение прокариот и эукариот пригодится при изучении бактерий, строения клеточных органоидов и разнообразия организмов. Оно помогает связывать особенности строения клетки с её жизнедеятельностью и принадлежностью организма к определённой группе.

Что запомнить

• Клеточная теория объясняет общность клеточного строения живых организмов.
• Новые клетки возникают из уже существующих клеток.
• Прокариоты не имеют оформленного ядра.
• У прокариот ДНК находится в области нуклеоида.
• Эукариотическая клетка имеет ядро, отделённое оболочкой.
• Эукариотическим клеткам свойственны мембранные органоиды.
• Общие черты клеток не исключают различий в их организации.