Живая клетка - ЦИТОЛОГИЯ.РЕГУЛЯЦИЯ НА КЛЕТОЧНОМ УРОВНЕ

Изучая эту главу учебника, вы научитесь:

а) объяснять строение и функционирование клеток.

Для этого вы должны овладеть следующими умениями:

- пользоваться важнейшими понятиями цитологии;

- перечислять основные положения клеточной теории;

- характеризовать основные структурные элементы клетки, их функции и роль в жизнедеятельности целого организма, особенности строения клеток разных царств живых организмов;

- характеризовать обмен веществ в клетке и его энергетическое обеспечение (в том числе принципиальную схему фотосинтеза и его космическую роль, биосинтез белка и самосборку молекул);

- характеризовать материальные основы наследственности и способы деления клеток;

- пользоваться микроскопом, готовить и рассматривать простейшие микропрепараты.

Проверьте себя:

• Что такое клеточная мембрана и как она устроена? Какие органеллы клетки состоят из клеточной мембраны?

Темы исследовательских проектов (анализ литературы в библиотеке и Интернете).

1. Нобелевские лауреаты по физиологии и медицине и их вклад в современную цитологию.

2. Клетка - “организм в организме” или зависимая часть целостного организма.

3. Химический состав продуктов, которые мы едим (изменилась ли еда со времён ваших бабушек и дедушек).

4. Изготовление микропрепаратов для учеников 5-х классов.

§ 5. Живая клетка.

Постановка проблемы урока

Факт 1. Развитие большинства живых организмов начинается с клетки.

Факт 2. Живые организмы бывают одноклеточными и многоклеточными.

Факт 3. Большинство ферментативных процессов происходит внутри клеток.

• Что общего во всех этих фразах? Чему посвящён параграф? (Сравните с авторским вариантом на с. 349.)

Необходимые базовые знания

• Почему не все организмы состоят из одной клетки? (7 класс)

• Какие одноклеточные организмы вы знаете? Какова их роль в природе? (5, 7 классы)

• Какие типы питания характерны для различных царств живых организмов? (7 класс)

• Какие органеллы клеток вы знаете? (8 класс)

Решение проблемы

Цитология - наука о клетке

История цитологии развивалась параллельно с методами изучения микроструктуры живой материи.

В XVII в. английский физик и ботаник Роберт Гук впервые назвал клетками структуры растительной ткани, обнаруженные им с помощью системы увеличительных стёкол. Вскоре были описаны клеточное строение растений и некоторые особенности формирования сосудистых тканей. К концу XVII в. с помощью более совершенного светового микроскопа, созданного голландским исследователем Антонием ван Левенгуком, было обнаружено клеточное строение тканей животных. Впервые удалось разглядеть сперматозоиды, инфузории, бактерии.

В середине XIX в. немецкие биологи — ботаник Маттиас Шлейден и физиолог Теодор Шванн впервые выдвинули общие положения клеточной теории: все организмы состоят из клеток, которые образуются и растут по общим правилам; клетка обладает высокой степенью целостности и самостоятельности. Теорию расширил немецкий естествоиспытатель Рудольф Вирхов, открывший способ образования новых клеток путём деления. Он заключил, что “всякая клетка — из другой клетки”, и определил важнейшие функции клеточного ядра и цитоплазмы. Впоследствии выяснили, что рост организма связан с увеличением числа клеток.

5.1. Рудольф Вирхов.

Усовершенствование светового микроскопа ПОЗВОЛИЛО К концу XIX в. описать основные клеточные структуры. Сформировалась цитология как наука, изучающая структуру и функции клетки.

Клеточная теория - основа исследований клетки

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

1. Клетка - элементарная единица всего живого. Она - основа строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов.

2. Клетки всех организмов гомологичны по своему строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности.

3. Новые клетки образуются только из клеток в результате их деления.

4. Взаимодействие дифференцированных клеток обеспечивает целостность многоклеточного организма.

5. Клеточное строение свидетельствует о единстве происхождения всего живого.

Современные методы цитологии

В XX в. в связи с новыми открытиями в физике и химии стремительно развивались методы исследования клетки. Перечислим основные методические достижения.

Контрастное окрашивание. Метод основывается на подборе реагентов для окрашивания микроскопического препарата с целью выделить определённые органеллы клетки и их структурные части.

Метод радиомечения. Основан на введении в клетку радиоизотопов, движение которых улавливают приборы. Меченые атомы вступают в обычные клеточные реакции, так что можно определить их место и длительность.

Дифференциальное центрифугирование. В этом процессе происходит разделение смеси клеточных субъединиц по массе с помощью центробежной силы.

Электрофорез. Этот метод разделяет высокомолекулярные органические соединения по скорости их прохождения через вязкую жидкость в слабом электрическом поле.

Электронная микроскопия. Позволяет регистрировать потоки электронов, которые огибают структурные элементы клетки, превращая их в световое изображение.

Косвенные методы. Объединяют разнообразные способы проверки гипотез о функциях клетки по изменению концентрации веществ, потребляемых и выделяемых клеткой.

Применение новых методов открыло неизвестные подробности строения органелл.

Органеллы эукариотической клетки

Клетки прокариот и эукариот

Клетки прокариот (бактерий и цианобактерий) отличаются от типичного строения клеток остальных организмов (эукариот). Рассмотрите рис. 5.2 и 5.3.

5.2. Прокариотическая клетка: 1 - клеточная стенка; 2 - цитоплазматическая мембрана; 3 - мезосома; 4 -ДНК; 5 –рибосомы.

5.3. Эукариотическая клетка: 1 - цитоплазматическая мембрана; 2 - ядро;3 - ядрышко; 4 - эндоплазматическая сеть; 5 -рибосома; 6 - центриоли; 7 - митохондрия; 8 - аппарат Гольджи; 9 – лизосома.

• Чем различаются эти два типа клеток? Дополните сравнение данными из таблицы.

Сравнение прокариот и эукариот

Особенности		Прокариоты	Эукариоты
Организм	Группы организмов	Бактерии и цианобактерии	Простейшие, грибы, растения, животные
	Клеточная организация	Преимущественно одноклеточные	Преимущественно многоклеточные с дифференцированными клетками
	Размножение	Деление надвое	Митоз или мейоз
	Обмен веществ	Анаэробный или аэробный	Аэробный, реже анаэробный
Строение клетки	Размеры клеток	Мелкие, от 1 до 10 мкм	Крупные, от 10 до 100 мкм
	Органеллы	Немногочисленны или отсутствуют. Нет мембранных органелл	Мембранные органеллы: ядро, митохондрии, хлоропласты, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи
	ДНК	Кольцевая ДНК, лежащая в цитоплазме	Очень длинная линейная ДНК, упакованная в хромосомы, заключена в ядро
	Цитоскелет	Отсутствует	Имеется

Эукариоты ограничивают диффузию

• Как происходит активный и пассивный перенос веществ в клетке?

Вещества распределяются внутри клетки в результате диффузии — теплового движения молекул в сторону уменьшения их концентрации. Это самый дешёвый транспорт, не требующий дополнительной энергии. В маленькой клетке прокариотного организма с помощью диффузии вещества распространяются повсюду, в том числе и в то место клетки, где они необходимы для осуществления реакции.

Эукариоты отличаются от прокариот более активной жизнедеятельностью, которая основана на сложных и разнообразных биохимических реакциях, требующих значительного увеличения размеров клетки. Но в просторной клетке молекулы рассеиваются и слишком долго добираются до места назначения. Выросты и складки мембран внутри клетки способны ограничивать диффузию, тем самым направляя молекулы в нужное русло (рис. 5.4). Поэтому строение эукариотической клетки пошло по пути усложнения мембранных структур.

5.4. Перегородки ограничивают диффузию.

Образование многочисленных отсеков и каналов ЭПС поделило клетку на много частей, в каждой из которых достигается различная концентрация веществ. Благодаря этому эукариоты также широко используют диффузию как “бесплатный” транспорт: вещества сами поступают туда, где они израсходованы и где их концентрация снижена. Клетку разделяют и другие мембранные органеллы, которые позволяют проводить реакции при более высокой концентрации реагентов. Такой путь усложнения строения клетки получил название компартментализации.

Эукариоты увеличивают внутренние поверхности клетки

По мере увеличения размеров и объёма клетки сокращается относительная площадь её поверхности. Но на поверхности мембран происходит большинство внутриклеточных реакций, особенно многоэтапных. Появление органелл и процесс компартментализации резко увеличивают внутренние поверхности, тем самым решая проблему их дефицита.

Три типа клеток - три царства эукариот

• Какие вам известны различия между клетками растений и животных? Дополните ответ данными из таблицы.

5.5. Строение клеток: А -растений; Б - животных.

• Чем отличаются клетки грибов? Используйте для ответа таблицу.

• Какие вам известны различия между клетками, представляющими три царства организмов? Дополните ответ данными из таблицы.

Отличия трёх царств эукариот

Растения	Животные	Грибы
Способ питания
Автотрофный	Гетеротрофный(голозойный)	Гетеротрофный(осмотрофный)
Клеточная стенка
Из целлюлозы	Отсутствует	Из хитина
Пластиды
Разнообразные	Отсутствуют	Отсутствуют
Вакуоли
Крупные (до 95% объёма клетки)	Мелкие (до 5% объёма клетки)	Крупные (до 95% объёма клетки)
Запас углеводов
Крахмал	Гликоген	Гликоген
Место синтеза АТФ
Пластиды, митохондрии, цитоплазма	Митохондрии, цитоплазма	Митохондрии, цитоплазма

Обобщение новых знаний

Клетка - единица строения, функционирования и развития любого организма. Клеточное строение свидетельствует о единстве происхождения всего живого. Разнообразие мембранных структур позволяет эукариотам (в отличие от прокариот) одновременно проводить в клетке большое число реакций. Три царства эукариот различаются особенностями клеточного строения, связанными со способом питания.

Цитология. Клеточная теория. Органеллы клетки: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, ядро, эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы, пластиды, вакуоли.

Применение знаний

1. Что способствовало развитию цитологии как науки о клетке?

2. Назовите основные положения современной клеточной теории.

3. Каковы основные функции различных органелл?

4. Чем отличается эукариотическая клетка от клетки бактерии?

5. Как различаются клетки автотрофных и гетеротрофных организмов?

6. Какие объекты в клетке не видны в световой микроскоп? Предложите методы их изучения.

7. Найдите в Интернете сведения об устройстве электронного микроскопа и результатах изучения клеток с его помощью.

Мои биологические исследования

Рассматривание клеток растений, грибов и животных под микроскопом

Приготовьте микропрепараты кожицы лука и дрожжевых грибов, а также готовые микропрепараты клеток животного организма (можно использовать готовые препараты представителей всех царств). Рассмотрите их под микроскопом и сопоставьте увиденное с изображением объектов на страницах учебника (с. 40, 42).