ЯДРО КЛЕТКИ. ПРОКАРИОТЫ И ЭУКАРИОТЫ - СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ КЛЕТКИ - КЛЕТКА — ЕДИНИЦА ЖИВОГО

Задачи. Продолжить изучение клеточного уровня организации жизни. Рассмотреть особенности строения и выполняемые функции ядра клетки. Продолжить формирование эволюционных представлений о развитии органического мира и его делении на прокариотические и эукариотические организмы. Повторить материал и проконтролировать знания учащихся по теме «Органоиды клетки».

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, кодограмма, фрагменты фильма «Клетка», диафильма «Клетка и ее органоиды».

Ход урока:

Повторение. Письменная работа с карточками на 10 мин.

1. Оболочка и органоиды растительной клетки, их функции.

2. Оболочка и органоиды животной клетки, их функции.

3. Чем растительная клетка отличается от животной?

Работа с карточкой у доски: приложение 2.

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

Изучение нового материала. Объяснение с помощью фрагментов фильма, диафильма, кодограммы.

Строение и функции ядра клетки. Большинство клеток имеет одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (у ряда простейших). Число ядер может достигать нескольких десятков. Некоторые высокоспециализированные клетки утрачивают ядро (эритроциты млекопитающих и клетки ситовидных трубок у покрытосеменных растений).

Форма и размер ядер клеток разнообразны. Обычно ядро имеет диаметр от 3 до 10 мкм. Главными функциями ядра являются: хранение генетической информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления, а также контроль жизнедеятельности клетки путем регуляции синтеза различных белков.

В состав ядра входят: ядерная оболочка, кариоплазма (нуклеоплазма, ядерный сок), хроматин, ядрышки. Ядро отграничено от остальной цитоплазмы ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран типичного строения. Между мембранами имеется узкая щель, заполненная полужидким веществом. В некоторых местах обе мембраны сливаются друг с другом, образуя ядерные поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Наружная ядерная мембрана со стороны, обращенной в цитоплазму, покрыта рибосомами, придающими ей шероховатость, внутренняя мембрана гладкая. Ядерная оболочка — часть мембранной системы клетки. Выросты внешней ядерной мембраны соединяются с каналами эндоплазматической сети, образуя единую систему сообщающихся каналов.

Кариоплазма — внутреннее содержимое ядра, в котором располагаются хроматин и одно или несколько ядрышек. В состав ядерного сока входят различные белки (в том числе ферменты ядра), свободные нуклеотиды.

Ядрышко представляет собой округлое плотное тельце, погруженное в ядерный сок. Количество ядрышек зависит от функционального состояния ядра и может колебаться от 1 до 5-7 и более (даже в одной и той же клетке). Ядрышки обнаруживаются только в неделящихся ядрах, во время митоза они исчезают, а после завершения деления возникают вновь. Ядрышко не является самостоятельной структурой ядра. Оно образуется в результате концентрации в определенном участке кариоплазмы участков хромосом, несущих информацию о структуре рРНК. Они содержат многочисленные копии генов, кодирующих рРНК. Поскольку в ядрышке интенсивно идет процесс синтеза рРНК и формирование субъединиц рибосом, можно говорить, что ядрышко — это скопление рРНК и рибосомальных субъединиц на разных этапах формирования.

Хроматином называют глыбки, гранулы и сетевидные структуры ядра, интенсивно окрашивающиеся некоторыми красителями и отличающиеся по форме от ядрышка. Хроматин представляет собой молекулы ДНК, связанные с белками — гистонами. В зависимости от степени спирализации различают: эухроматин — деспирализованные (раскрученные) участки хроматина, имеющие вид тонких, неразличимых при световой микроскопии нитей, слабо окрашивающихся и генетически активных; гетерохроматин — спирализованные и уплотненные участки хроматина, имеющие вид глыбок или гранул, интенсивно окрашивающихся и генетически не активных.

Хроматин представляет собой форму существования генетического материала в неделящихся клетках и обеспечивает возможность удвоения и реализации заключенной в нем информации.

Прокариоты и эукариоты. Первые организмы, появившиеся 3,0—3,5 млрд. лет назад, жили в бескислородных условиях, были анаэробными гетеротрофами. Они использовали органические вещества абиогенного происхождения в качестве питательных веществ, энергию получали за счет бескислородного окисления и брожения.

Замечательным событием стало появление процесса фотосинтеза, когда для синтеза органических веществ стала использоваться энергия солнечного света. Бактериальный фотосинтез на первых этапах не сопровождался выделением кислорода (первые фотоавтотрофы, используют углекислый газ как источник углерода и H2S как источник водорода).

Позже, у сине-зеленых, появляется фотосистема, способная расщеплять воду и использовать ее молекулы в качестве доноров водорода. Начинается фотолиз воды, при котором происходит выделение кислорода. Фотосинтез сине-зеленых сопровождается накоплением кислорода в атмосфере и образованием озонового экрана. Кислород в атмосфере остановил процесс абиогенного синтеза органических соединений, но привел к появлению энергетически более выгодного процесса — дыхания. Появляются аэробные бактерии, у которых продукты гликолиза подвергаются дальнейшему окислению с помощью кислорода до углекислого газа и воды.

Симбиоз большой анаэробной клетки (вероятно, относящейся к архебактериям и сохранившей ферменты гликолитического окисления) с аэробными бактериями оказался взаимовыгодным, причем аэробные бактерии со временем утратили самостоятельность и превратились в митохондрии.

Потеря самостоятельности связана с утратой части генов, которые перешли в хромосомный аппарат клетки-хозяина. Но все же митохондрии сохранили собственный белоксинтезирующий аппарат и способность к размножению.

Важным этапом в эволюции клетки стало появление эукариот, при котором произошло обособление ядра, отделение генетического аппарата клетки от реакций обмена веществ.

Различные способы гетеротрофного питания привели к формированию царства Грибов и царства Животных. У грибов в клеточной стенке присутствует хитин, запасные питательные вещества откладываются в форме гликогена, продуктом метаболизма белков является мочевина

Симбиоз с цианобактериями привел к появлению хлоропластов. Хлоропласты также утратили часть генов и являются полуавтономными органоидами, способными к самовоспроизведению. Их появление привело к развитию по пути с автотрофным типом обмена веществ и обособлению части организмов в царство Растений. Для растений характерным веществом клеточной стенки является клетчатка, запасное вещество откладывается в форме крахмала, характерно наличие крупных вакуолей, и у высших растений в клеточном центре отсутствуют центриоли.

В пользу симбиотического происхождения митохондрий и хлоропластов говорят многие факты. Во-первых, их генетический материал представлен одной кольцевой молекулой ДНК (как и у прокариот), во-вторых, их рибосомы по массе, по строению рРНК и рибосомальных белков близки к таковым у аэробных бактерий и сине-зеленых. В-третьих, они размножаются, как прокариоты, и, наконец, механизмы белкового синтеза в митохондриях и бактериях чувствительны к одним антибиотикам (стрептомицину), а циклогексимид блокирует синтез белка в цитоплазме. Кроме того, известен один вид амеб, которые не имеют митохондрий и живут в симбиозе с аэробными бактериями, а в клетках некоторых растений обнаружены цианобактерии (сине-зеленые), сходные по строению с хлоропластами.

Дальнейшая эволюция привела к обособлению и сохранению двух империй — Доклеточные и Клеточные. Доклеточные объединены в царство Вирусы, Клеточные в два надцарства: Прокариоты (доядерные) и Эукариоты (ядерные). Прокариоты входят в царство Дробянок и разделены на три подцарства: самые древние относятся к подцарству Архебактерий, другая группа бактерий относится к подцарству Эубактерий, и в подцарство Сине-зеленых объединяются прокариоты, способные при фотосинтезе выделять кислород.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы

Приложение 1. Кодограмма к уроку

Тема: Ядро, Эукариоты и прокариоты. § 9

Строение и функции ядра (от 3 до 10 мкм)

1 — наружная мембрана;

2 — внутренняя мембрана;

3 — ядерные поры.

В ядерном соке:

4 — ядрышко (до 10);

5 — гетерохроматин;

6 — эухроматин (экспрессируемый).

Хроматин — раскрученные хромосомы. Хромосома — ДНК + белки (до 65%).

Функции:

1. Хранение наследственной информации.

2. Регуляция обмена веществ в клетке.

3. Синтез субъединиц рибосом из РНК и белков.

Эукариоты, прокариоты

Империя Клеточные:

Надцарство Эукариоты:

Царство Растения: целлюлоза в клеточной стенке, пластиды, вакуоль, у высших нет центриолей, крахмал.

Царство Животные.

Царство Грибы: хитин в клеточной стенке, вакуоль, гликоген, нет пластид. Надцарство Прокариоты (1 —10 мкм): Царство Дробянки: подцарства — Архебактерии, Эубактерии, Сине-зеленые. У некоторых фотосинтез.

Клеточная стенка (муреин), жгутики без мембран, хромосома одна (кольцевая), мезосомы. Рибосомы 70S. Нет ядра, митохондрий, хлоропластов, ЭПС, комплекса Гольджи.

Приложение 2. Карточка для работы у доски

Запишите номера вопросов, против них — правильные ответы.

1. Какие органоиды имеют снаружи одну мембрану?

2. Какие органоиды имеют снаружи две мембраны?

3. Какие немембранные органоиды вам известны?

4. Какой органоид получил название «экспортная система клетки»? Здесь происходит накопление, модификация и осуществляется вывод веществ из клетки. Здесь же образуются лизосомы.

5. Какие органоиды обеспечивают биосинтез белков цитоплазмы клетки?

6. Какие органоиды отвечают за обеспечение клетки энергией, получили название «органоиды дыхания»?

7. Какие органоиды отвечают за расщепление сложных органических молекул до мономеров, даже пищевых частиц, попавших в клетку путем фагоцитоза?

8. Какие органоиды отсутствуют в клетках высших растений?

9. Какой органоид отвечает за образование цитоскелета?

Записав ответы, садитесь на место.

Приложение 3. Компьютерное тестирование

Задание 7. «Органоиды клетки»

**Тест 1. Укажите одномембранные органоиды клетки:

1. Рибосомы.

2. Комплекс Гольджи.

3. Митохондрии.

4. Хлоропласты.

5. Цитоскелет.

6. Лизосомы.

7. ЭПС.

8. Миофибриллы из актина и миозина.

9. Реснички и жгутики эукариот.

10. Клеточный центр.

**Тест 2. Укажите двухмембранные органоиды клетки:

1. Рибосомы.

2. Комплекс Гольджи.

3. Митохондрии.

4. Хлоропласты.

5. Цитоскелет.

6. Лизосомы.

7. ЭПС.

8. Миофибриллы из актина и миозина.

9. Реснички и жгутики эукариот.

10. Клеточный центр.

**Тест 3. Укажите немембранные органоиды клетки:

1. Рибосомы.

2. Комплекс Гольджи.

3. Митохондрии.

4. Хлоропласты.

5. Цитоскелет.

6. Лизосомы.

7. ЭПС.

8. Миофибриплы из актина и миозина.

9. Реснички и жгутики эукариот.

10. Клеточный центр.

Тест 4. Какой органоид получил название «экспортная система клетки»? Здесь происходит накопление, модификация и осуществляется вывод веществ из клетки. Здесь же образуются лизосомы.

1. ЭПС.

2. Комплекс Гольджи.

3. Клеточный центр.

4. Митохондрии.

Тест 5. Какие органоиды обеспечивают биосинтез белков цитоплазмы клетки?

1. Митохондрии.

2. Хлоропласты.

3. Комплекс Гольджи.

4. Рибосомы.

Тест 6. Какие органоиды отвечают за обеспечение клетки энергией, получили название «органоиды дыхания»?

1. Митохондрии.

2. Хлоропласты.

3. Комплекс Гольджи.

4. Рибосомы.

Тест 7. Какие органоиды отвечают за расщепление сложных органических молекул до мономеров, даже пищевых частиц, попавших в клетку путем фагоцитоза?

1. Лизосомы.

2. Рибосомы.

3. ЭПС.

4. Комплекс Гольджи.

Тест 8. Какие органоиды отсутствуют в клетках высших растений?

1. Митохондрии.

2. Хлоропласты.

3. Комплекс Гольджи.

4. Центриоли.

Тест 9. Какой органоид отвечает за образование цитоскелета?

1. Комплекс Гольджи.

2. Клеточный центр.

3. ЭПС.

4. Миофибриллы.

Тест 10. Какие органоиды способны преобразовывать энергию солнечного света в энергию химических связей образованного органического вещества?

1. Митохондрии.

2. Хлоропласты.

3. Лизосомы.

4. Комплекс Гольджи.