Клеточное строение организмов
материал для подготовки к егэ (гиа) по биологии (9 класс) на тему

Клетка является структурной и функциональной единицей, а также единицей развития живых организмов. Она представляет собой саморегулирующуюся, самовоспроизводящуюся живую систему.

Неклеточные формы — вирусы — неспособны к самостоятельному существованию.

Клеточная теория. В XVIII—XIX вв. основным «оружием» биологов был световой микроскоп. К середине XVIII столетия учёные создали систему увеличительных линз, позволяющих лучше разглядеть и подробнее описать исследуемые объекты. В 1781 г. Феличе Фонтана зарисовал клетки животных и их ядра, затем Ян Пуркинье описал клеточное ядро и ввёл термин «протоплазма» (от греч. protos — первый и plasma — оформленное). В 1838 г. вышла книга немецкого ботаника М. Шлейдена «Материалы к филогенезу», в которой он высказал идею о том, что клетка является основной структурной единицей растений, и ставил вопрос о возникновении новых клеток в организме. Основываясь на работах М. Шлейдена, немецкий физиолог Т. Шванн всего через год опубликовал книгу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в которой и была изложена первая версия клеточной теории.

Положения клеточной теории:

— все живые существа состоят из клеток;

— все клетки имеют сходное строение, химический состав и общие принципы жизнедеятельности;

— клетки образуются только при делении предшествующих им клеток;

— клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, но в многоклеточных организмах их работа скоординирована, и организм представляет собой целостную систему.

Каким будет увеличение микроскопа, если увеличение линзы окуляра ×7, а линзы объектива ×40? (При увеличении в 7 раз и ещё в 40 раз общее увеличение будет в 7х40=280 раз)

Марии необходимо сделать рисунки разных по форме клеток. Какой микроскоп ей лучше выбрать для такого исследования?

1) линза окуляра ×7, а линза объектива ×40

2) линза окуляра ×20, а линза объектива ×20

3) линза окуляра ×5, а линза объектива ×80

4) линза окуляра ×15, а линза объектива ×40

Найдем увеличение каждого микроскопа:

1) 7х40 = 280;

2) 20х20 = 400;

3) 5х80 = 400;

4) 15х40 = 600.

Чтобы сравнить форму клеток нужен микроскоп с меньшим увеличением, т. е. 280.

Николаю необходимо изучить строение растительной клетки. Для успешного выполнения исследования ему необходим микроскоп с увеличением, равным ×200. У него есть объектив, дающий увеличение в 20 раз (×20). Какое увеличение окуляра ему необходимо?  

(Если необходимо увеличение в 200 раз, а объектив увеличивает в 20 раз, увеличение окуляра должно быть в 10 раз. Чтобы найти увеличение микроскопа, нужно число на окуляре умножить на число на объективе: 20х10=200, тогда увеличенное в 20 раз увеличивается ещё в 10 раз.)

Проверь себя

Возникновение клеточной теории в середине XIX в. связано с развитием

1) генетики

2) эволюционной теории

3) медицины

4) микроскопии

Сущность клеточной теории отражена в следующем положении:

1) из клеток состоят только животные и растения

2) клетки всех организмов близки по своим функциям

3) все организмы состоят из клеток

4) клетки всех организмов имеют ядро

Из чего, согласно клеточной теории, состоят и растения, и животные?

1) органоидов

2) тканей

3) синцитиев

4) клеток

Откуда, согласно клеточной теории, появляются новые клетки у животных?

1) формируются из органоидов

2) от других клеток

3) путём реорганизации тканей

4) путём распада синцитиев

К доклеточным формам жизни относят

1) холерный вибрион

2) туберкулёзную палочку

3) вирус герпеса

4) дизентерийную амёбу

Химический состав клетки

Около 98% массы клетки образуют четыре элемента: водород, кислород, углерод и азот. Это главные компоненты всех органических соединений.

Неорганические вещества клетки - вода и минеральный соли.

Органические вещества – углеводы, липиды (жиры), белки, нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК, АТФ)

Белки. Среди органических веществ клетки,  белки занимают первое место, как по количеству, так и по значению. Это высокомолекулярные полимерные соединения, мономером которых служат аминокислоты.

Функции белков в клетке чрезвычайно многообразны. Одна из важнейших — строительная (структурная) функция: белки участвуют в образовании всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внеклеточных структур.

Исключительно важное значение имеет каталитическая роль белков. Все ферменты — вещества белковой природы, они ускоряют химические реакции, протекающие в клетке, в десятки и сотни тысяч раз.

Двигательная функция живых организмов обеспечивается специальными сократительными белками. Эти белки участвуют во всех видах движения, к которым способны клетки и организмы.

Транспортная функция белков заключается в присоединении химических элементов (например, кислорода) или биологически активных веществ (гормонов) и переносе их к различным тканям и органам тела.

Защитная функция. При поступлении в организм чужеродных белков или микроорганизмов в белых кровяных тельцах — лейкоцитах — образуются особые белки — антитела. Они связывают и обезвреживают несвойственные организму вещества (антигены).

Белки служат и одним из источников энергии в клетке, т. е. выполняют энергетическую функцию. При полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.

Углеводы. Углеводы, или сахариды, — органические вещества с общей формулой Cn(H2O)m.  Углеводы выполняют две основные функции: строительную и энергетическую. Например, целлюлоза образует стенки растительных клеток; сложный полисахарид хитин — главный структурный компонент наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов.

Углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии. Крахмал у растений и гликоген у животных, откладываясь в клетках, служат резервом пищи и энергии.

Липиды. Нерастворимые в воде органические вещества называют липидами.

Основная функция жиров — служить энергетическим резервуаром. Калорийность липидов выше энергетической ценности углеводов. В ходе расщепления 1 г жиров до CO2 и H2O освобождается 38,9 кДж энергии.

Очень важную роль для живых организмов играют фосфолипиды, являющиеся компонентами мембран, т. е. выполняющие строительную функцию.

Из липидов можно отметить также воск, который используется у растений и животных в качестве водоотталкивающего покрытия.

Проверь себя

Какой химический элемент входит в состав жизненно важных органических соединений клетки?

1) фтор

2) углерод

3) медь

4) калий

К неорганическим веществам клетки относят

1) витамины

2) воду

3) углеводы

4) жиры

В качестве запасающего вещества гликоген активно накапливается в клетках

1) клубня картофеля

2) бактерий туберкулёза

3) печени собаки

4) листьев элодеи

Благодаря какому из свойств липиды составляют основу плазматической мембраны клетки?

1) высокая химическая активность

2) нерастворимость в воде

3) способность к самоудвоению

4) способность выделять много энергии

Строение клетки

Различные структуры живой клетки, выполняющие ту или иную функцию, подобно органам целого организма, получили название органоидов или органелл. По строению клетки, все живые существа делят на «доядерные» организмы — прокариоты и «ядерные» — эукариоты. В группу прокариот попали все бактерии и синезелёные водоросли (цианеи), а в группу эукариот — грибы, растения и животные.

Основная особенность строения бактерий — отсутствие ядра. Наследственная информация у них представлена одной кольцевой молекулой ДНК, расположенной в цитоплазме. ДНК у бактерий не образует комплексов с белками, и поэтому все гены, входящие в состав хромосомы, «работают», т. е. с них непрерывно считывается информация. Бактериальная клетка окружена мембраной, поверх которой расположена клеточная стенка. В цитоплазме находятся рибосомы, осуществляющие синтез белков. Ферменты, обеспечивающие процессы жизнедеятельности бактерий, находятся в цитоплазме или расположены на внутренней поверхности мембраны.

Эукариотические клетки самых разнообразных организмов — от простейших (корненожки, жгутиковые, инфузории и др.) до грибов, высших растений и животных — отличаются формой, размерами и особенностями строения.

В растительной клетке есть все органоиды, свойственные и животной клетке: ядро, эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи. Вместе с тем она отличается от животной клетки существенными особенностями строения:

1)прочной клеточной стенкой; 2) особыми органоидами —пластидами, в которых происходит первичный синтез органических веществ за счёт энергии света; 3) развитой системой вакуолей, в значительной мере обусловливающих осмотические свойства клеток.

Каждая клетка состоит из двух важнейших, неразрывно связанных между собой частей — цитоплазмы и ядра, окружённых наружной мембраной.

В цитоплазме находится целый ряд структур (органелл, или органоидов), каждая из которых отличается особенностями строения и выполняет определённую функцию. Основное вещество цитоплазмы получило название гиалоплазмы.  В гиалоплазме протекают процессы обмена веществ в клетке, через неё происходит взаимодействие ядра и органоидов. Цитоплазма постоянно перемещается внутри клетки, что хорошо заметно по движению органоидов. У всех эукариот в цитоплазме имеется сложная опорная система — цитоскелет. В цитоплазме откладываются также различные вещества — их называют включениями. Это непостоянные структуры цитоплазмы (а иногда и ядра), которые, в отличие от органоидов, то возникают, то исчезают в процессе жизнедеятельности клетки.

Ядро — важнейшая составная часть клетки грибов, растений и животных. Клеточное ядро содержит ДНК, т. е. гены, и благодаря этому выполняет две главные функции: 1) хранение и воспроизведение генетической информации и 2) регуляцию процессов обмена веществ, протекающих в клетке. У животной клетки ядро обычно расположено в её центре, а у растительной, как правило, находится на периферии клетки. Содержимое ядра называется кариоплазмой. В ней располагается хроматин и  ядрышки.  Хроматин —  это  ДНК,  связанная  с белками. Перед делением клетки ДНК плотно скручивается, образуя хромосомы, а ядерные белки — гистоны — необходимы для правильной укладки ДНК, в результате которой объём, занимаемый ДНК, во много раз уменьшается. Ядро окружено оболочкой, которая состоит из двух мембран. Ядерная мембрана со стороны, обращённой в цитоплазму, покрыта рибосомами, внутренняя мембрана ядра гладкая. Ядерная оболочка — часть мембранной системы клетки. Несмотря на активный обмен между ядром и цитоплазмой, ядерная оболочка отграничивает ядерное содержимое от цитоплазмы, обеспечивая тем самым различия в их химическом составе. Это необходимо для нормального функционирования ядерных структур.

В основе структурной организации клетки лежит мембранный принцип строения. Все мембраны клетки имеют сходное строение. Они образованы двумя рядами фосфолипидов, в которые на разную глубину с наружной и внутренней стороны погружены многочисленные и разнообразные молекулы белков. Наружная цитоплазматическая мембрана отграничивает содержимое цитоплазмы от внешней среды. Однако цитоплазматическая мембрана она пронизана многочисленными мельчайшими отверстиями — порами, через которые с помощью ферментов внутрь клетки могут проникать ионы и мелкие молекулы. Цитоплазматическая мембрана выполняет ещё одну функцию — обеспечивает связь между клетками в тканях многоклеточных организмов: во-первых, путём образования многочисленных складок и выростов, во-вторых, за счёт выделения клетками вещества, заполняющего межклеточное пространство.

У растительной клетки, в отличие от животной, снаружи от цитоплазматической мембраны расположена толстая, состоящая из целлюлозы клеточная стенка.

Клетки грибов, как и растений, окружены клеточной стенкой, но она образована не целлюлозой, а хитиноподобным веществом.

Эндоплазматическая сеть — это сложная система мембран, пронизывающая цитоплазму всех эукариотических клеток; у прокариот её нет. Различают два вида эндоплазматической сети: гладкую и шероховатую. Одной из функций гладкой эндоплазматической сети является синтез липидов и углеводов. Особенно обильно гладкая эндоплазматическая сеть представлена в клетках сальных желёз (синтез жиров), в клетках печени (синтез гликогена), в клетках, богатых запасными питательными веществами (семена растений). На каналах шероховатой эндоплазматической сети расположены рибосомы, синтезирующие белок.

Таким образом, эндоплазматическая сеть — общая внутриклеточная циркуляционная система, по каналам которой осуществляется транспорт веществ, а в мембраны этих каналов встроены многочисленные ферменты, обеспечивающие жизнедеятельность клетки.

Рибосомы представляют собой тельца, состоящие из двух субъединиц. В рибосомах примерно равное количество белка и РНК. Рибосомальная РНК (рРНК) синтезируется в ядре на молекуле ДНК в зоне ядрышка. Там же формируются рибосомы, которые затем покидают ядро. В цитоплазме рибосомы могут располагаться свободно или прикрепляться к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети. Рибосомы есть во всех клетках, как прокариотических, так и эукариотических.

Основной структурный элемент комплекса (аппарата) Гольджи — гладкая мембрана, которая образует пакеты уплощённых цистерн, крупные вакуоли или мелкие пузырьки и переносятся в те места цитоплазмы, где они необходимы, или же транспортируются к клеточной мембране и выходят за пределы клетки. Ещё одна важная функция комплекса Гольджи — это сборка мембран клетки. 

Лизосомы (от греч. лизис — расщепление) — небольшие мембранные пузырьки, которые образуются в основном в комплексе Гольджи. Они заполнены пищеварительными ферментами, способными расщеплять различные вещества. Они приближаются к пиноцитозным или фагоцитозным вакуолям и сливаются с ними. Кроме того, лизосомы могут разрушать структуры самой клетки при их старении, в ходе эмбрионального развития, когда происходит замена зародышевых тканей на постоянные и в ряде других случаев.

Митохондрии имеются во всех эукариотических клетках одноклеточных и многоклеточных организмов. Такое распространение митохондрий в животном и растительном мире указывает на важную роль, которую они играют в клетке. Все митохондрии имеют единый план строения. Они образованы двумя мембранами. Внешняя мембрана гладкая, а внутренняя образует многочисленные выступы и перегородки — кристы, имеющие большую поверхность. На кристах и происходят процессы клеточного дыхания, необходимые для синтеза АТФ.  Основная функция митохондрий — синтез универсального источника энергии — АТФ. Только митохондрии и пластиды, в отличие от других органоидов клетки, имеют собственную генетическую систему, обеспечивающую их самовоспроизводство.  ДНК митохондрии имеет форму замкнутого кольца, как у прокариот. В митохондриях также имеется собственная РНК и особые рибосомы.

Пластиды. Органоиды, характерные только для растительных клеток, — это пластиды. (Исключение составляют некоторые жгутиковые простейшие, такие как эвглена зелёная и вольвокс.) Так же как митохондрии, они имеют двумембранную структуру и собственный генетический аппарат. Пластиды содержат собственные ДНК и РНК, способные синтезировать белки, и размножаются делением надвое.Пластиды подразделяют на хлоропласты, содержащие хлорофилл; хромопласты, содержащие красные, оранжевые и фиолетовые пигменты, и лейкопласты, бесцветные, выполняющие в основном запасающие функции. Под воздействием яркого света лейкопласты начинают вырабатывать зелёный пигмент хлорофилл и становятся хлоропластами. Поэтому, кстати, зеленеют на свету клубни картофеля.  Хлоропласты — органоиды фотосинтеза. Реакции фотосинтеза, связанные с получением энергии за счёт света (световая фаза), протекают на мембранах тилакоидов, а реакции использования запасённой энергии для синтеза органических веществ (темновая фаза) — в строме пластид.

Вакуоли растительных клеток — это мембранные органоиды. Они образуются из цистерн эндоплазматической сети. Вакуоли содержат в растворённом виде белки, углеводы, низкомолекулярные продукты синтеза, витамины, различные соли.

Клеточный центр состоит из двух маленьких телец цилиндрической формы, расположенных под прямым углом друг к другу. Эти тельца называют центриолями. Клеточный центр играет важную роль в клеточном делении: перед началом деления центриоли расходятся к полюсам клетки и удваиваются. Затем от центриолей начинается рост веретена деления. В растительных клетках центриолей нет, и веретено деления образуется без их участия.

Органоиды движения. Многие клетки способны к движению, причём механизмы двигательных реакций могут быть различными. Выделяют амебоидное (амёбы, лейкоциты), ресничное (инфузория туфелька, клетки мерцательного эпителия дыхательных путей), жгутиковое (сперматозоиды, эвглена зелёная) и мышечное виды движения.

Сравнение клеток прокариот и эукариот

Проверь себя:

На рисунке изображена растительная клетка. Какую функцию выполняет часть клетки, обозначенная буквой А?

1) производит питательные вещества

2) контролирует жизнедеятельность

3) запасает воду

4) поглощает энергию солнца

Какой органоид вырабатывает энергию, используемую клетками?

1) вакуоль

2) митохондрия

3) ядро

4) комплекс Гольджи

Какой органоид обеспечивает сборку белка в клетках?

1) ядро

2) рибосома

3) клеточный центр

4) лизосома

Какой органоид обеспечивает синтез органических веществ из неорганических в растительной клетке?

1) вакуоль

2) митохондрия

3) хлоропласт

4) рибосома

Какой органоид обеспечивает накопление продуктов жизнедеятельности в растительной клетке?

1) вакуоль

2) рибосома

3) ядро

4) митохондрия

Какое образование клетки обеспечивает взаимодействие всех её структур?

1) цитоплазма

2) клеточная стенка

3) вакуоль

4) рибосома

Чем отличается клетка, показанная на рисунке, от клеток грибов, растений и животных?

1) наличием клеточной стенки

2) отсутствием рибосом

3) наличием цитоплазмы

4) отсутствием оформленного ядра

В чём проявляется сходство клеток грибов, растений и животных?

1) в отсутствии лизосом

2) в наличии оформленного ядра

3) в наличии пластид

4) в отсутствии клеточной стенки

В каком органоиде клетки происходит окисление органических веществ?

1) ядро

2) вакуоль

3) митохондрия

4) комплекс Гольджи

Какой организм состоит из клеток, клеточные стенки которых состоят из целлюлозы?

В каких органоидах клетки полимеры расщепляются до мономеров?

1) в рибосомах

2) в хлоропластах

3) в митохондриях

4) в лизосомах

Каким свойством обладает фрагмент клеточной структуры, показанный на рисунке?

1) способностью синтезировать АТФ

2) постоянством формы

3) способностью синтезировать белок

4) избирательной проницаемостью

На рисунке изображена растительная клетка. Какую функцию выполняют органоиды клетки, обозначенные буквой А?

1) контролируют жизнедеятельность

2) поглощают энергию солнечного света

3) хранят наследственную информацию

4) запасают воду

Кроме клеточного ядра хранить и передавать наследственную информацию могут

1) аппарат Гольджи и вакуоли

2) лизосомы и ЭПС

3) рибосомы и центриоли

4) митохондрии и хлоропласты

На рисунке изображена растительная клетка. Какую функцию выполняет органоид клетки, обозначенный буквой А?

1) поглощает энергию солнечного света

2) запасает воду

3) контролирует жизнедеятельность

4) производит питательные вещества

На рисунке изображена растительная клетка. Какую функцию выполняют органоиды клетки, обозначенные буквой А?

1) производят органические вещества из неорганических

2) запасают воду

3) синтезируют молекулы АТФ

4) контролируют жизнедеятельность

Представитель какой группы организмов изображён на рисунке?

1) одноклеточных грибов

2) простейших

3) вирусов

4) одноклеточных водорослей

Какая из перечисленных клеточных структур присутствует и в клетках бактерий, и в клетках животных?

1) хромосома

2) клеточная стенка

3) лизосома

4) митохондрия

Какую клеточную структуру можно обнаружить и в клетках бактерий, и в клетках грибов?

1) лизосому

2) митохондрию

3) ядро

4) рибосому

Наличие какого органоида отличает клетки растений от клеток животных?

1) центральная вакуоль

2) ядро

3) аппарат Гольджи

4) эндоплазматическая сеть

Какой из перечисленных организмов не содержит в клетке органоида, изображённого на рисунке?

1) мукор

2) папоротник

3) туберкулёзная палочка

4) спирогира

Какой из перечисленных организмов содержит в своих клетках органоид, изображённый на рисунке?

1) подосиновик

2) инфузория-туфелька

3) кишечная палочка

4) хламидомонада

Наличие какого органоида отличает клетки животных от клеток растений?

1) ядро

2) клеточный центр

3) эндоплазматическая сеть

4) митохондрии

Какой из перечисленных органоидов есть и в мышечных клетках пресноводной планарии, и в клетках стебля пшеницы?

1) клеточная стенка

2) митохондрия

3) центриоль

4) центральная вакуоль

Клетка кожицы лука и клетка кожи человека содержат

1) митохондрии

2) вакуоли с клеточным соком

3) клеточные стенки из целлюлозы

4) пластиды

Какие животные клетки способны к сокращению?

1) эпидермиса

2) мышечные

3) нервные

4) печени

Старая растительная клетка отличается от молодой тем, что она

1) имеет более крупное ядро

2) содержит большую вакуоль

3) заполнена цитоплазмой

4) содержит хлоропласты

Как называют клетку, в состав которой входит изображённое клеточное образование?

1) прокариотная

2) эукариотная

3) автотрофная

4) гетеротрофная

Органоидом, в котором происходит окисление питательных веществ и образование АТФ, является

1) рибосома

2) аппарат Гольджи

3) ядро

4) митохондрия

Наследственная информация в растительной клетке содержится в

1) цитоплазме

2) ядрышке

3) хромосоме

4) центриолях

Обмен веществ и энергии в клетках.

Для поддержания жизнедеятельности клеток в них непрерывно идут процессы биологического синтеза, или биосинтеза. С помощью ферментов из простых низкомолекулярных веществ образуются сложные высокомолекулярные соединения: из аминокислот синтезируются белки, из моносахаридов — сложные углеводы. Азотистые основания включаются в состав нуклеотидов, из которых формируются нуклеиновые кислоты. Разнообразные липиды возникают путём химических превращений сравнительно простых веществ, источником которых служит остаток уксусной кислоты — ацетат. Так образуются жирные кислоты, отличающиеся друг от друга числом атомов углерода в молекуле. Соединяясь с глицерином, они образуют известные нам жиры и масла. Синтезированные вещества используются в процессе роста для построения клеток и их органоидов и для замены израсходованных или разрушенных молекул. Все реакции синтеза идут с поглощением энергии. В ходе реакций распада, наоборот, энергия выделяется.

Совокупность реакций биологического синтеза называют пластическим обменом (или ассимиляцией). Название данного вида обмена отражает его сущность: из простых веществ, поступающих в клетку извне, образуются вещества клетки.

Процессом, противоположным синтезу, является диссимиляция — совокупность реакций расщепления. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют ещё энергетическим обменом клетки.

Химическая энергия питательных веществ заключена в раз личных ковалентных связях между атомами в молекуле органических соединений. В глюкозе количество потенциальной энергии, заключённой в связях между атомами C, H и O, составляет 2800 кДж на 1 моль (т. е. на 180 г глюкозы). При расщеплении глюкозы энергия выделяется поэтапно при участии ряда ферментов:

C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + 2800 кДж.

Способы питания. В процессе питания организмы получают химические соединения, используемые в дальнейшем для всех процессов жизнедеятельности. По способу получения органических веществ, т. е. по способу питания, все организмы делятся на две группы: автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофы — это организмы, которые способны сами синтезировать необходимые им органические вещества, получая из окружающей среды углерод в виде СО2, воду и минеральные соли. К ним относятся некоторые бактерии и все зелёные растения.

В зависимости от того, какой источник энергии автотрофные организмы используют для синтеза органических соединений, их делят на две группы: фототрофы и хемотрофы. Для фототрофов источником энергии служит свет, а хемотрофы используют энергию, освобождающуюся при окислительно-восстановительных реакциях.Зелёные растения — фототрофы. При помощи содержащегося в хлоропластах хлорофилла они осуществляют фотосинтез — преобразование световой энергии в энергию химических связей.

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 (конечная формула фотосинтеза)

Организмы, не способные сами синтезировать органические вещества из неорганических, нуждаются в поступлении их из окружающей среды. Эти организмы называют гетеротрофными. К ним относят большинство бактерий, грибы и всех животных.