Клеточная теория и сравнение прокариотических и эукариотических клеток
Проследим, как наблюдения стали основой клеточной теории, что есть у всех клеток и чем отсутствие ядра отличается от отсутствия наследственного материала.
Федеральная программа · базовый уровень · 10 класс
Химический состав и строение клетки
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Цитология и методы изучения клетки
- История и основные положения клеточной теории
- Общие признаки всех клеток
- Прокариотическая клетка и стенка бактерий
- Эукариотическая клетка
- Лабораторная работа № 2: сравнение готовых микропрепаратов растений, животных и бактерий
Как это устроено
Клеточную теорию создали не по одному снимку. Гук описал ячейки пробки, Левенгук наблюдал микроскопические живые формы, Шлейден и Шванн обобщили клеточное строение растений и животных, а последующие исследования деления клеток уточнили происхождение новых клеток. Исторические формулировки менялись: сегодня теорию объясняют с учётом генетики, мембран и разнообразия клеток. Вирусы не имеют клеточного строения и поэтому не опровергают утверждение о клеточных организмах.
Клеткам необходимы граница, обмен веществ, хранение наследственной информации и синтез белков. У клеточных организмов это связано с мембраной, ДНК и рибосомами; детали устройства различаются. Прокариоты — не «клетки без ДНК»: их хромосомная ДНК находится в нуклеоиде без ядерной оболочки. Некоторые имеют дополнительные плазмиды. Бактерии и археи обе относятся к прокариотическим клеточным линиям, но не являются одной и той же группой.
У эукариот ядро окружает большую часть хромосомной ДНК; некоторые органоиды, например митохондрии и у растений пластиды, содержат собственные небольшие геномы. Растительная клетка обычно имеет целлюлозную стенку, пластиды и большую вакуоль; у грибов есть стенка с другим составом, но нет пластид; типичная животная клетка не имеет жёсткой клеточной стенки. Это учебные обобщения, а не правило, что каждая клетка любого организма сохраняет все типичные части на всех этапах развития.
Метод ограничивает вывод. В световом микроскопе можно увидеть общую форму многих клеток и некоторые окрашенные структуры; электронный микроскоп даёт более тонкие детали, но подготовка материала меняет условия наблюдения. Краситель может помочь различить ядро и стенку, однако цвет препарата часто не равен естественному цвету живой клетки. Схема требует масштаба и подписи: от одного увеличенного рисунка нельзя судить о размерах без шкалы.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Цитология
Раздел биологии, изучающий строение, процессы жизнедеятельности, деление и взаимодействия клеток с использованием различных методов.
Пример: Цитолог сопоставляет наблюдения микроскопа с данными о работе клеточных белков.
- Клеточная теория
Система подтверждённых положений о клеточном строении организмов, функции клеток и происхождении новых клеток от существовавших клеток.
Пример: Наблюдение деления клеток корешка показывает возникновение дочерних клеток из прежней клетки.
- Световой микроскоп
Прибор, создающий увеличенное изображение объекта видимым светом и системой линз, с ограничением разрешения по сравнению с электронной микроскопией.
Пример: В готовом препарате кожицы лука видны стенки и при подходящем окрашивании ядра клеток.
- Разрешение микроскопа
Минимальное расстояние между двумя точками объекта, при котором они ещё различимы как отдельные детали при заданной системе наблюдения.
Пример: Сильнее увеличить изображение не значит увидеть рибосому обычным школьным световым микроскопом.
- Плазматическая мембрана
Граница клетки на основе липидного бислоя и белков, регулирующая обмен с внешней средой и участвующая в передаче сигналов.
Пример: Мембрана отделяет цитоплазму бактерии от окружающего раствора.
- Цитоплазма
Содержимое клетки внутри плазматической мембраны вне ядра у эукариот, включающее водную среду, структуры и вещества.
Пример: Рибосомы находятся в цитоплазме бактерии и синтезируют белковые цепи.
- Рибосома
Комплекс РНК и белков, который считывает последовательность мРНК и синтезирует полипептидную цепь.
Пример: Рибосомы есть и у бактерий, и у растений, хотя отдельные их варианты различаются.
- Прокариотическая клетка
Клетка бактерии или археи без ограниченного ядерной оболочкой ядра; ДНК расположена в области клетки и может дополняться плазмидами.
Пример: Кишечная палочка — бактерия с прокариотическим типом клеточной организации.
- Нуклеоид
Область прокариотической клетки, где находится основная часть её хромосомной ДНК без окружающей её ядерной оболочки.
Пример: ДНК бактериального нуклеоида не заключена в отдельное мембранное ядро.
- Эукариотическая клетка
Клетка организма из группы эукариот, обычно содержащая оформленное ядро и развитые внутренние мембранные структуры.
Пример: Клетки берёзы, шампиньона и человека относятся к эукариотическим.
- Клеточная стенка
Наружная по отношению к мембране прочная структура некоторых клеток, состав и свойства которой различаются у бактерий, растений и грибов.
Пример: У многих бактерий стенка содержит пептидогликан, а у растений основным структурным полисахаридом служит целлюлоза.
- Плазмида
Отдельная от основной бактериальной хромосомы молекула ДНК, способная копироваться в клетке и иногда передаваться между клетками.
Пример: Некоторые плазмиды бактерий несут гены устойчивости к отдельным антибиотикам.
Пример по шагам
В готовом препарате видна клетка со стенкой и ДНК, но не видно ядра. Достаточно ли этого, чтобы назвать её бактерией?
- Отсутствие видимого ядра может быть связано как с типом клетки, так и с качеством препарата и методом окрашивания.
- Нужны дополнительные признаки: размеры со шкалой, строение стенки или последовательности, другие данные о клетке.
- Если подтверждён прокариотический тип, всё ещё требуется различить бактерию и архею — одно отсутствие ядра этого не решает.
Вывод: Микроскопическая подсказка полезна, но надёжная классификация требует нескольких признаков и понимания пределов метода.
Практическая работа
Описание готовых микропрепаратов разных клеток
- Получите готовые изображения растительных, животных и бактериальных клеток с масштабом и подписью метода.
- Для каждой группы отдельно запишите видимые признаки и признаки, которые источник сообщает, но изображение не позволяет увидеть.
- Оцените размеры по шкале и составьте сравнительную таблицу мембраны, стенки, ядра и ДНК; для невидимых деталей поставьте «не определяется данным методом».
Что можно заключить: Сравнение клеток требует разделять наблюдаемое и известное из других методов; это не одно и то же.
Безопасность: Работайте с готовыми препаратами или изображениями; не выращивайте неизвестные бактерии и не собирайте мазки с людей.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.