Строение и функции клетки

Определения и обозначения

Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого организма. Это значит, что организм состоит из клеток, а основные процессы его жизнедеятельности связаны с их работой. Клетки обмениваются веществами и энергией, растут и могут делиться, хотя конкретные задачи клеток различаются.

Плазматическая мембрана — оболочка клетки, которая отделяет её от внешней среды и регулирует обмен веществ. Она не просто изолирует содержимое: через неё внутрь поступают необходимые вещества, а наружу выводятся продукты обмена. Благодаря мембране клетка сохраняет собственную внутреннюю среду.

Цитоплазма — внутренняя среда клетки, в которой расположены органоиды и протекают многие реакции. Она включает жидкую часть и находящиеся в ней структуры, между которыми перемещаются вещества. Поэтому цитоплазма связывает работу разных частей клетки в единое целое.

Органоид — постоянная структура клетки, выполняющая определённые функции. Одни органоиды обеспечивают получение энергии, другие синтезируют, изменяют или переносят вещества. Такое разделение задач помогает клетке одновременно выполнять множество процессов.

Как это устроено

Клеточная теория объясняет, почему клеточное строение считают общим для живых организмов: клетки имеют сходные основные признаки, а жизнь организма складывается из их деятельности. Новые клетки возникают при делении уже существующих, поэтому рост организма связан с увеличением числа клеток или их размеров. При этом клетки могут специализироваться: например, одни обеспечивают сокращение, другие проводят сигналы. Разделение работы между клетками позволяет тканям и органам выполнять сложные функции.

У эукариотической клетки выделяют мембрану, цитоплазму и ядро. Мембрана создаёт границу с окружающей средой, цитоплазма заполняет внутреннее пространство, а ядро хранит основную часть наследственной информации и участвует в управлении клеточными процессами. Эти части зависят друг от друга: информация ядра нужна для образования клеточных веществ, а реакции в цитоплазме обеспечивают работу самой клетки. У бактерий ядра с оболочкой нет, но наследственный материал и цитоплазма присутствуют.

Мембрана состоит главным образом из двойного слоя липидов с белками, встроенными в него или связанными с его поверхностью. Такое устройство создаёт барьер для многих веществ, а белки помогают пропускать определённые молекулы и ионы. Благодаря избирательной проницаемости клетка получает нужные вещества и регулирует их количество; перенос может идти с затратой энергии или без неё. Мембранные белки также принимают сигналы извне, поэтому клетка способна отвечать на изменения среды.

Органоиды работают согласованно, потому что продукты одних процессов становятся исходными веществами для других. Рибосомы собирают белки; часть рибосом связана с эндоплазматической сетью, где белки и другие вещества синтезируются или перемещаются. Комплекс Гольджи изменяет, сортирует и упаковывает вещества в пузырьки для доставки, в том числе к мембране. Митохондрии при клеточном дыхании обеспечивают клетку энергией в форме АТФ, а лизосомы расщепляют поступившие вещества и ненужные части клетки.

У растительных клеток к общим клеточным структурам добавляются особенности, связанные с жизнью растения. Снаружи мембраны расположена клеточная стенка из прочного материала: она поддерживает форму и защищает клетку, но не заменяет мембрану. Пластиды выполняют разные задачи: хлоропласты участвуют в фотосинтезе, а другие виды пластид могут запасать вещества или содержать пигменты. Крупная вакуоль с клеточным соком накапливает воду и растворённые вещества и помогает поддерживать внутреннее давление клетки.

Органоиды клетки: строение и функции

Сопоставляйте в таблице не только название структуры, но и связь её строения с задачей. Например, мембрана образует избирательный барьер, а складки внутренней мембраны митохондрии увеличивают поверхность для процессов клеточного дыхания. Последний столбец помогает отличать общие структуры от тех, которые характерны лишь для отдельных групп клеток.

Разбор задач

Задача 1. Укажите, какая часть клетки непосредственно отделяет её содержимое от внешней среды и регулирует поступление веществ. Здесь нужно связать обе части описания с одной структурой: важны и граница клетки, и управление обменом. Не следует выбирать стенку только потому, что она тоже находится снаружи у некоторых клеток. Проверим, какая структура есть у всех клеток и обладает избирательной проницаемостью.

1. Находим в условии признак «отделяет содержимое от внешней среды».
2. Добавляем второй признак: структура регулирует поступление веществ, то есть избирательно пропускает их.
3. Сопоставляем признаки с функциями мембраны, а не опорной клеточной стенки.

Ответ: плазматическая мембрана.

Задача 2. В клетке активно синтезируются белки, которые затем выводятся наружу. Назовите участвующие в этом процессе структуры и укажите их последовательность. Чтобы не перепутать органоиды, проследим путь белка: сначала его собирают, затем перемещают и подготавливают к доставке. В конце белок должен пройти через границу клетки.

1. Белок образуется на рибосоме; для белков, предназначенных для выведения, рибосомы часто связаны с эндоплазматической сетью.
2. Эндоплазматическая сеть участвует в переносе белка внутри клетки к комплексу Гольджи.
3. Комплекс Гольджи изменяет и упаковывает белок в пузырёк, который направляется к плазматической мембране.
4. Пузырёк сливается с мембраной, и содержимое выходит наружу.

Ответ: рибосомы → эндоплазматическая сеть → комплекс Гольджи → плазматическая мембрана.

Задача 3. В клетке обнаружены ядро, митохондрии, клеточная стенка и крупная вакуоль, но не найдены хлоропласты. Определите, к какому типу клеток она может относиться, и обоснуйте ответ. Ядро и митохондрии указывают на эукариотическую клетку, но сами по себе не позволяют отличить растительную от животной. Значение имеют также стенка и крупная вакуоль, а отсутствие хлоропластов нужно оценить отдельно.

1. Ядро и митохондрии показывают, что клетка эукариотическая.
2. Клеточная стенка и крупная вакуоль характерны для растительной клетки и не соответствуют типичному набору животной клетки.
3. Проверяем признак хлоропластов: они есть лишь в клетках, способных к фотосинтезу, поэтому их отсутствие не исключает растение.

Ответ: клетка может быть растительной, например клеткой корня. Хлоропласты в ней не обязательны.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что клеточная стенка есть у всех клеток. Её принимают за универсальную оболочку, потому что она хорошо заметна в описании растительной клетки, но у животных клеток стенки нет. Проверка: выясните, говорится ли об опоре и прочном наружном слое; для общей границы и обмена ищите мембрану.

Ошибка: путать клеточную мембрану и клеточную стенку. Обе расположены на границе клетки, поэтому их функции иногда смешивают, хотя стенка поддерживает форму, а мембрана регулирует обмен. Проверка: мембрана есть у всех клеток и находится под стенкой там, где стенка присутствует.

Ошибка: приписывать митохондриям синтез белка. Такое заблуждение может возникнуть из-за того, что митохондрии содержат собственный наследственный материал и рибосомы, однако их основная роль — клеточное дыхание и образование АТФ. Проверка: если речь о сборке белковой молекулы, называйте рибосомы.

Ошибка: считать, что все растительные клетки содержат хлоропласты. Обычно хлоропласты связывают с растениями в целом, но фотосинтез происходит лишь в клетках, которые получают необходимые условия и выполняют эту функцию. Проверка: подумайте, освещена ли клетка и должна ли она фотосинтезировать; отсутствие хлоропластов само по себе не исключает растительное происхождение.

Связь с другими темами

Для понимания строения клетки нужно знать, что организмы состоят из клеток, а вещества участвуют в обмене веществ. Строение мембраны и органоидов помогает объяснить, как проходят клеточное дыхание и фотосинтез и откуда клетка получает энергию. Представление о ядре, наследственном материале и органоидах пригодится при изучении деления клеток. Различия и специализация клеток объясняют, как формируются ткани и органы и почему части организма выполняют разные задачи.

Что запомнить

• Клетка — структурная и функциональная единица живого.
• Плазматическая мембрана отделяет клетку от среды и регулирует обмен веществ.
• Цитоплазма объединяет клеточные структуры и служит средой для многих реакций.
• Ядро хранит наследственную информацию и участвует в управлении процессами клетки.
• Рибосомы синтезируют белки, а митохондрии обеспечивают клетку энергией.
• Строение и набор структур клетки связаны с её функциями.
• Клетки растений, животных, грибов и бактерий имеют общие черты и различия.