Прокариотическая и эукариотическая клетка: мембрана, органоиды, ядро
Сравним две организации клетки, разберём работу мембраны, цитоплазмы и органоидов и не будем путать отсутствие ядра с отсутствием ДНК.
Федеральная программа · углублённый уровень · 7 класс
Введение
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Структурная организация прокариотической и эукариотической клетки
- Мембрана, цитоплазма и органоиды; единая мембранная система
- Митохондрии, пластиды, цитоскелет, органоиды движения
- Ядро, хромосомы и гены
Как это устроено
Сначала найдите общее: любая клетка имеет границу-мембрану, внутреннюю среду, наследственный материал и аппарат синтеза белка. Затем сравнивайте различие организации. У бактерий и архей нет ограниченного оболочкой ядра; их ДНК находится в нуклеоиде. У эукариот большая часть ДНК заключена в ядре, а внутренние мембраны разделяют многие процессы. Размер не является абсолютным диагностическим признаком: существуют необычно крупные бактерии и очень маленькие эукариоты.
Сравнение по отдельным признакам надёжнее, чем ярлык «простая» и «сложная». У обеих клеток есть плазматическая мембрана, цитоплазма, ДНК и рибосомы. У бактерий и архей обычно нет ограниченного оболочкой ядра; у эукариот оно есть у большинства клеток в обычном состоянии. Стенка встречается у растений, грибов и многих прокариот, но состав стенок различен. У животных стенки нет, а отсутствие хлоропласта у клетки корня не делает её прокариотической.
Мембрана — не непроницаемый пакет. Липидный слой затрудняет самопроизвольное прохождение многих заряженных частиц, а белки помогают распознавать сигналы и переносить вещества. Эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи участвуют в синтезе, изменении и сортировке молекул. Их не следует представлять как одну открытую трубу: вещества часто переносятся в пузырьках.
Проследите один маршрут: рибосома на шероховатой эндоплазматической сети синтезирует белок, который попадает в её полость или мембрану; транспортный пузырёк доставляет его к аппарату Гольджи, где он может измениться и отсортироваться; следующий пузырёк переносит его к нужному месту. Это пример, а не путь всех белков: многие белки работают в цитозоле или направляются к другим органоидам иным способом. Митохондрии и хлоропласты не являются частями этого пузырькового маршрута.
Митохондрии и пластиды имеют собственные ДНК и двойные мембраны; это связано с их эволюционной историей. Хлоропласт не «заменяет» митохондрию: клетки зелёных растений фотосинтезируют и дышат. Цитоскелет удерживает и перемещает структуры, а жгутики или реснички некоторых эукариот помогают движению. Бактериальные жгутики устроены иначе, хотя называются тем же словом.
В ядре ДНК упакована в хромосомы; ген — участок наследственного материала, а не отдельная маленькая хромосома. Перед делением ДНК копируется. Чтобы понять клеточную функцию, недостаточно указать «ген есть»: нужно учитывать, какие гены активны, какие молекулы созданы и какие условия действуют на клетку.
При чтении микрофотографии учитывайте предел метода. Ядро растительной клетки можно увидеть в световом микроскопе при подходящем препарате, но рибосомы слишком малы для обычного школьного светового микроскопа. Если на учебном рисунке видны все органоиды сразу, это чаще объединённая схема сведений из разных методов, а не снимок одной живой клетки. Отсутствие видимой детали не доказывает её отсутствие в объекте.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Прокариотическая клетка
Клетка без ограниченного ядерной оболочкой ядра; основная ДНК находится в нуклеоиде, а рибосомы работают в цитоплазме. Бактерии и археи имеют прокариотическую организацию, но представляют разные эволюционные линии.
Пример: Клетки кишечной палочки и некоторых архей — прокариотические, хотя их клеточные оболочки и молекулярные особенности различаются.
Важно: «Нет ядра» не означает «нет ДНК» или «нет клеточной мембраны».
- Эукариотическая клетка
Клетка эукариотического организма, у которой основная часть хромосомной ДНК находится в ядре с ядерной оболочкой; в цитоплазме могут быть митохондрии и другие специализированные структуры.
Пример: Клетки берёзы, дрожжей и человека — эукариотические; зрелые эритроциты млекопитающих утрачивают ядро при развитии, но происходят из эукариотических клеток.
- Плазматическая мембрана
Тонкая граница клетки, образованная главным образом липидами и белками; она отделяет внутреннюю среду и регулирует обмен веществ и сигналов.
Пример: Через мембранные белки клетка может переносить определённые ионы, не пропуская все вещества одинаково.
- Цитоплазма
Внутреннее содержимое клетки вне ядра, включающее водную среду, растворённые вещества и расположенные в ней клеточные структуры.
Пример: В цитоплазме эукариотической клетки находятся митохондрии и рибосомы.
- Органоид
Постоянная или закономерно возникающая специализированная структура клетки, выполняющая определённые функции.
Пример: Рибосомы синтезируют белки, а митохондрии участвуют в процессах получения энергии.
- Клеточная стенка
Прочный наружный слой за плазматической мембраной у растений, грибов, многих бактерий и архей; его химический состав у этих групп различается. Стенка поддерживает форму и защищает клетку, но не заменяет мембрану.
Пример: Стенка клетки листа богата целлюлозой, стенка многих бактерий содержит пептидогликан, а у клеток животных стенки нет.
- Рибосома
Немембранная клеточная структура из РНК и белков, на которой из аминокислот собирается белковая цепь по информации матричной РНК.
Пример: Рибосомы есть и у бактерий, и у эукариот, хотя их строение различается.
- Митохондрия
Органоид эукариотической клетки с двумя мембранами, участвующий в клеточном дыхании и образовании большой части используемого клеткой АТФ.
Пример: В клетках активно работающей мышцы обычно много митохондрий.
Важно: Не вся энергия клетки возникает только в митохондриях; начальные этапы расщепления глюкозы идут в цитоплазме.
- Пластида
Группа двумембранных органоидов клеток растений и некоторых водорослей; разные пластиды участвуют в фотосинтезе, окраске или запасании веществ.
Пример: Хлоропласты листа осуществляют фотосинтез; лейкопласты клубня могут запасать крахмал.
- Хлоропласт
Разновидность пластиды с двумя оболочечными мембранами и внутренними мембранами, содержащими фотосинтетические пигменты. В хлоропласте световая энергия используется для образования органических веществ из неорганических исходных веществ.
Пример: В зелёных клетках листа хлоропласты осуществляют фотосинтез, а митохондрии тех же клеток участвуют в дыхании.
- Эндомембранная система
Совокупность взаимосвязанных мембранных компартментов эукариотической клетки: ядерной оболочки, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи, пузырьков и некоторых других структур. Внутри системы вещества могут синтезироваться, изменяться, сортироваться и переноситься; митохондрии и пластиды к ней не относят.
Пример: Белок может синтезироваться на рибосоме ЭПС, изменяться в аппарате Гольджи и переноситься в пузырьке к мембране.
- Эндоплазматическая сеть
Сеть мембранных канальцев и мешочков эукариотической клетки. На шероховатой ЭПС рибосомы синтезируют часть белков, поступающих в мембраны или секрет; гладкая ЭПС участвует, среди прочего, в синтезе липидов.
Пример: Белок, предназначенный для выделения из клетки, может войти внутрь шероховатой ЭПС при синтезе и затем переместиться к аппарату Гольджи.
- Аппарат Гольджи
Стопки мембранных мешочков и связанные с ними пузырьки эукариотической клетки, где часть полученных молекул изменяется, сортируется и направляется дальше по внутриклеточным маршрутам.
Пример: Пузырёк может доставить белок от ЭПС к аппарату Гольджи, а другой пузырёк — к плазматической мембране.
- Вакуоль и лизосома
Вакуоль — мембранный отдел клетки для хранения веществ, осморегуляции и других задач; у зрелых растительных клеток часто есть крупная центральная вакуоль. Лизосома — мембранный отдел многих животных клеток с ферментами внутриклеточного расщепления.
Пример: Центральная вакуоль клетки листа помогает поддерживать тургор, а лизосомы животных клеток могут перерабатывать поступившие частицы.
Важно: Эти структуры не универсальны для всех эукариотических клеток и не выполняют только одну функцию.
- Цитоскелет
Система белковых нитей и трубочек внутри эукариотической клетки, поддерживающая форму и участвующая в перемещении структур и делении.
Пример: Микротрубочки участвуют в расхождении хромосом во время деления.
- Ресничка и жгутик эукариот
Выступы некоторых эукариотических клеток, движение которых связано с внутренними микротрубочками и моторными белками. Короткие многочисленные реснички и более длинные жгутики могут перемещать клетку или жидкость у её поверхности.
Пример: Реснички мерцательного эпителия перемещают слизь; жгутик сперматозоида помогает клетке двигаться.
Важно: Бактериальный жгутик имеет иное строение и принцип движения; совпадение названия не делает структуры одинаковыми.
- Ядро
Ограниченный двойной мембраной отдел эукариотической клетки, содержащий большую часть её хромосомной ДНК.
Пример: На препарате клеток кожицы лука ядро может быть видно после подходящего окрашивания.
- Хромосома
Организованная структура из ДНК и связанных с ней белков; в ней расположено множество генов.
Пример: Перед делением клетка удваивает ДНК, поэтому подготовленная к делению хромосома содержит две сестринские хроматиды.
- Ген
Участок наследственного материала, информация которого используется для создания функционального продукта — РНК или белка — и может влиять на признаки организма.
Пример: Изменение гена фермента способно изменить работу соответствующего обменного пути.
Важно: Один признак часто зависит от нескольких генов и условий среды.
Пример по шагам
На рисунке у клетки видны мембрана, рибосомы и ДНК, но нет ядра. Можно ли назвать её «безъядерной и лишённой наследственности»?
- Отметьте наличие ДНК как наследственного материала.
- Проверьте именно ядерную оболочку: если её нет, возможна прокариотическая организация.
- Не делайте вывод о точной группе только по одной схеме: нужны дополнительные признаки и происхождение образца.
Вывод: Отсутствие оформленного ядра не означает отсутствия ДНК; рисунок совместим с прокариотической клеткой.
Практическая работа
Отделяем наблюдение от вывода на микрофотографии
- Возьмите подписанную учебную микрофотографию растительной клетки и схему бактериальной клетки с масштабной линейкой.
- Отметьте структуры, действительно видимые на каждом изображении, отдельно от тех, что известны по другим методам, но здесь не различимы.
- Сравните масштаб и запишите, почему по отсутствию видимого ядра на плохом фото нельзя автоматически объявлять клетку бактерией.
Что можно заключить: Вывод о типе клетки опирается на качество изображения, масштаб и совокупность признаков.
Безопасность: Пользуйтесь готовыми снимками; самостоятельная работа с красителями и микроскопом проводится по инструкции учителя.
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.
- ФРП ООО «Биология», углублённый уровень, 7–9 классы
- ФРП биологии 7–9 классов, углублённый уровень: клеточная организация
- OpenStax Biology 2e: прокариотические клетки
- OpenStax Biology 2e: эукариотические клетки и органоиды
- OpenStax Biology 2e: эндомембранная система
- OpenStax Biology 2e: цитоскелет, реснички и жгутики
- OpenStax Biology 2e: устройство мембраны