Конспект по биологии на тему "Клетка. Строение и функции" (9 класс)

Вспомним с прошлого урока - Основные положения современной клеточной теории:

1.    Клетка — основная структурная единица строения, функционирования и развития всех живых организмов, способная к самовоспроизведению и саморегуляции. 

2.    Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным процессам жизнедеятельности и обмену веществ. 

3.    Размножение клеток происходит путем их деления, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.

4.    В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервной и гуморальной регуляциям.

5.    Клеточное строение организмов — доказательство единства происхождения всего живого. 

Клетка. Строение и функции.

Давайте вспомним, :

Животные и растительные клетки:

Поверхностный комплекс клетки

Жидкостно- мозаичная модель. Согласно этой модели поверхностный комплекс клетки является трехслойным образованием, основу которого составляет плазматическая (клеточная) мембрана, над ней – особого строения надмембранный комплекс, или гликокаликс, а ниже, непосредственно прилегая к цитоплазме, - субмембранный слой.

Плазмалемма или плазматическая мембрана, - это органоид клетки, состоящий из липидов, белков и сахаров. В основной своей части он представлен слоем, образованным из огромного числа липидных молекул – фосфолипидов. Они расположены в 2 ряда таким образом, что их полярные гидрофильные (притягивающие воду) концы – «головки» - обращены кнаружу, а неполярные водоотталкивающие (гидрофобные) концы – «хвосты» - направлены внутрь (друг к другу). Расположенные таким образом молекулы фосфолипидов образуют двухслойную (бислойную) плоскость мембраны.

Билипидный слой представляет собой подвижную, текучую структуру, он ведет себя как жидкость, обладающая значительным поверхностным натяжением. Жесткость мембраны определяет холестерин.

Некоторые белковые молекулы проходят через всю толщу мембраны так, что концы молекулы белка выходят наружу – это интегральные или трансмембранные белки. Другие погружены в толщу фосфолипидных слоев мембраны лишь одним концом молекулы, а противоположный конец выходит наружу – их называют полуинтегральными белками. Третьи лежат снаружи мембраны, примыкая к ней, - это наружные, или периферические белки. Некоторые белки могут находиться между фосфолипидными слоями.

Основная функция плазматической мембраны транспортная. Она обеспечивает поступление питательных веществ в клетку и выведение из нее продуктов обмена. Через белки переносчики и каналообразующие белки (пассивный транспорт).

Поступление более крупных молекул (глюкозы, аминокислот) в клетку обеспечивают транспортные белки мембраны, которые, соединяясь с молекулами транспортируемых веществ, переносят их через мембрану. В этом процессе участвуют ферменты расщепляющие АТФ.

Полуинтегральные белки выполняют рецепторную функцию – воспринимают химические сигналы и передают их на определенные внутриклеточные (субмембранные) белки.

Важное свойство мембраны - избирательная проницаемость, или полупроницаемость, позволяет клетке взаимодействовать с окружающей средой: в нее поступают и вы водятся из нее лишь определенные вещества. В результате в клетке создается и поддерживается определенная концентрация химических соединений. Мелкие молекулы воды и некоторых других веществ проникают в клетку путем диффузии, частично через поры в мембране.

Еще более крупные молекулы белков и полисахаридов проникают в клетку путем фагоцитоза (от греч. фагос - пожирающий и китос - сосуд, клетка), а капли жидкости - путем пиноцитоза (от греч. пино - пью и китос).

У всех эукариотических клеток плазматическая мембрана покрыта дополнительной покровной структурой, образующий надмембранный слой называется гликокаликс. Гликокаликс – это слой, покрывающий плазмолемму снаружи, образованный молекулами полисахаридов и олигосахаридов, связанных с мембранными белками и липидами.

В гликокаликс входят также периферические белки и выступающие наружу рабочие части интегральных белков. Гликокаликс отделяет содержимое клетки от внешней среды. Галактоза, манноза, фруктоза, сахароза.

Цитоплазма и ее свойства.

Цитоплазма – это обязательная часть клетки, ее внутренняя среда. В ней происходят все основные процессы обмена веществ и энергии (метаболизм), размещаются все общие и специальные органоиды клетки и сосредоточены питательные вещества (жировые капли, крахмальные зерна, гранулы гликогена, кристаллы солей). Цитоплазма является упорядоченно работающей системой всех внутриклеточных компонентов.

Роль цитоплазмы заключается в том, что она объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их химическое взаимодействие друг с другом.

Структурные компоненты цитоплазмы: гиалоплазма, органоиды и включения.

Гиалоплазма – основное вещество цитоплазмы. Это бесцветная высокоупорядоченная коллоидная среда, состоящая из воды, ионов и молекул разных органических веществ. Выполняет функцию хранения биологических молекул, создает необходимую среду для протекания биохимических реакций, участвует в транспорте веществ и поддержании гомеостаза клетки (кислотно-щелочного баланса, водно-солевого режима).

Немембранные органоиды клетки

Цитоскелет. Гиалоплазма пронизана многочисленными микротрубочками, белковыми волокнами (филаментами, микрофиламентами) их совокупность составляет цитоскелет эукариотической клетки. С помощью цитоскелета обеспечивается пространственная организация цитоплазмы. Он же определяет трехмерное распределение органоидов в клетке. Объединяет разные части клетки и обеспечивает передачу сигналов внутри нее и между соседними клетками, принимает участие в регуляции обмен веществ и процессах митоза, мейоза.

Органоиды (органеллы) клетки

Немембранные органоиды

Мембранные (одномембранные)

Двухмембранные органоиды

Немембранные органоиды клетки:

Микротрубочки – обязательные компоненты цитоскелета. Вид полых цилиндров, образованный нитями белка – тубулина, скрученный по спирали одна над другой. Микротрубочка состоит из 13 протофиламентов.

Образует опорную структуру клетки – цитоскелет (клеточный скелет), участвует в транспорте веществ внутри клетки.

Микрофиламенты – белковые волокна, более тонкие. Пологая спиральная лента, постороенная из белка актина. Нити белка, поддерживающие форму клетки.

Промежуточные филаменты – длинные белковые молекулы. Тоньше микротрубочек,  но толще микрофиламентов. Промежуточные филаменты – это жесткие и прочные белковые волокна, пронизывающие цитоплазму.

Рибосомы – органоид присутствует  у всех эукариот и прокариот. Состоит из 2 субъединиц – большой и малой. Представляет собой комплекс рРНК с белками. Субъединицы рибосом в цитоплазме могут образовать активный комплекс (рибосому), которая осуществляет синтез полимерной молекулы белка на иРНК. Функция – сборка белковых молекул из аминокислот, доставляемых к ним тРНК.

Одномембранные органоиды клетки

ЭПС – (ЭПР) – обязательный мембранный органоид. Представляет собой систему разветвлённых каналов, цистерн (вакуолей), пузырьков, стенками которых служит мембрана внутреннего типа.

 Мембрана ЭПС широко простирается в  клетке и образует многочисленные складки и полости, тем самым разобщая различные химические процессы, одновременно протекающие в цитоплазме.причем полости ЭПС  зачастую занимает более 10% общего объема клетки. мембрана ЭПС представляет собой непрерывное образование совместно с наружной ядерной мембраной.

в клетке различают 2 типа ЭПС: шероховатую (гранулярную), несущую на себе рибосомы и полисомы, и гладкую (агранулярную) - без рибосом. На шероховатой ЭПС рибосомы синтезирует белки, выводимые из клетки. участвуя в синтезе белков, шероховатая ЭПС обеспечивают их обособление от основных функционирующих белков клетки. гладкая ЭПС участвует в синтезе внутриклеточных полисахаридов и липидов, главным образом стероидов.

 Оба типа ЭПС ответственны за синтез, накопление и транспорт синтезированных в клетке веществ, которые затем посткпают в аппарат Гольджи, где они сортируются, упаковывается и уже оттуда направляются к  местам назначения.

Комплекс (аппарат) Гольджи - названный так в честь итальянского гистолога Камилло Гольдж,и обнаружившего этот органоид еще 1898 году.

 комплекс Гольджи или как часто называют аппарат Гольджи, представляет собой систему плоских дискообразных цистерн, ограниченных однослойной мембраной и окруженных многочисленными пузырьками, он представляет собой систему блюдцеобразных мешков - цистерн, канальцев, пузырьков и вакуолей.

Цистерны располагается стопками 1 над другой и образуют диктиосомы. Диктиосомы  являются основными элементами комплекса Гольджи. Число их колеблется от 1 до нескольких сотен в зависимости от типа клетки фазы их развития. Все диктиосомы соединены между собой каналами и при выполнении своих функций тесно связанных с деятельностью ЭПС  клетки. Но полости мембранной структуры комплекса Гольджи не соединяются с полостями ЭПС, поэтому передача продуктов осуществляется с помощью пузырьков.

К комплексу Гольджи доставляются вещества, синтезируемые в  ЭПС. В цистернах поступившие вещества модифицируются, то есть участвуют в новых сложных соединений, образуя полисахариды, гликопротеины, протеины, мембранные гликолипиды и так далее. В процессе модификации вещества переходят из 1 цистерны в другие. на их боковых поверхностях переместившиеся туда вещества скапливаются в возникающих выростах, затем отщепляются в виде пузырьков, которые удаляются от комплекса Гольджи в разных направлениях по гиалоплазме.

Одной из важнейших функций комплекса Гольджи является упаковка транспортируемых веществ в пузырьки, окруженные мембраной. Такой расход мембраны должен выполняться, и это действительно происходит в комплексе Гольджи, поэтому сборка мембран - это еще одна важнейшая функция комплекса Гольджи.

Вблизи Комплекса Гольджи всегда концентрируется большое количество митохондрий. Это обусловлено тем, что происходящие в нем процессы - синтез, сортировка, упаковка и транспорт веществ являются энергозатратными.

Лизосомы - обнаружены у большинства эукариотических организмов, но особенно много их в клетках, которые способны к фагоцитозу. Они представляют собой одномембранные мешочки, наполненные гидролитическими или пищеварительными ферментами, такими как липазы, протеазы и нуклеазы, т. е. ферменты, которые расщепляют жиры, белки и нуклеиновые кислоты.

Содержимое лизосом имеет кислую реакцию – для их ферментов характерен низкий оптимум pH. Мембраны лизосомы изолируют гидролитические ферменты, не давая им разрушать другие компоненты клетки. В клетках животных лизосомы имеют округлую форму, их диаметр – от 0,2 до 0,4 микрон.

В растительных клетках функцию лизосом выполняют крупные вакуоли. В некоторых растительных клетках, особенно погибающих, можно заметить небольшие тельца, напоминающие лизосомы.

Пероксисома - органоид, представляющий собой мембранный пузырек. пероксисомы, обнаружены у простейших, низших грибов, высших растений, в клетках печени и почек позвоночных животных. пероксисомы содержит ферменты, участвующие в метаболизме перекиси водорода. (более 40% всех белков - фермент каталаза.)

Пероксисомы являются функциональной разновидностью лизосом. Они также отщепляются от цистерн и содержат в себе набор различных ферментов. С помощью этих ферментов пероксисомы участвуют  к в обмене перекисных соединений, в частности перекиси водорода, которая очень токсична для клетки, - отсюда и название этого органоида. пероксисомы наряду с митохондриями являются главными центрами утилизации кислорода в клетке. кислород используется ими для окислительных реакций, которые в отличие от процессов, происходящих в митохондриях, не сопровождаются накоплением энергией в виде АТФ. образующаяся при этом перекись водорода также используется для окисления субстратов, а ее излишки разрушаются с образованием воды.

пероксисомы обладают способностью к саморепродукции., хотя в них нет нуклеиновых кислот. Новые пероксисомы образуются в результате роста и деления предшествующих пероксисом.

Двухмембранные органоиды клетки –

Митохондрии - имеются во всех эукариотических клетках. Они участвуют в процессах клеточного дыхания и запасают энергию в виде макроэргических связей молекулы АТФ, то есть в доступной форме для большинства процессов, связанных с затратой энергии в клетке.

Число митохондрий в клетках не постоянно, оно зависит от вида организма и типа клетки. В клетках, потребность которых в энергии велика, содержится много митохондрий (в одной печеночной клетке их может быть около 1000), в менее активных клетках митохондрий гораздо меньше. Чрезвычайно сильно варьируются также размеры и формы митохондрий. Они могут быть спиральными, округлыми, вытянутыми и разветвленными. Их длина колеблется от 1,5 мкм до 10 мкм, а ширина – от 0,25 до 1 мкм. В более активных клетках митохондрии крупнее.

Митохондрии способны изменять свою форму, а некоторые могут перемещаться в более активные участки клетки. Такое перемещение способствует накоплению митохондрий в тех местах клетки, где выше потребность в АТФ.

Каждая митохондрия окружена оболочкой, состоящей из двух мембран (см. Рис. 2). Наружную мембрану отделяет от внутренней небольшое расстояние (6-10 нм) – межмембранное пространство. Внутренняя мембрана образует многочисленные гребневидные складки – кристы. Кристы существенно увеличивают поверхность внутренней мембраны. На кристах происходят процессы клеточного дыхания, необходимые для синтеза АТФ. Митохондрии являются полуавтономными органеллами, содержащими компоненты, которые необходимы для синтеза собственных белков. Внутренняя мембрана окружает жидкий матрикс, в котором находятся белки, ферменты, РНК, кольцевые молекулы ДНК, рибосомы.

Пластиды - Это органоиды, свойственные только клеткам растений. Существуют три вида пластид: зеленые хлоропласты, цветные (но не зеленые) хромопласты и бесцветные лейкопласты.

Хлоропласт по форме напоминает диск или шар диаметром 4—6 мкм с двойной мембраной — наружной и внутренней. Внутри хлоропласта имеются ДНК, рибосомы и особые мембранные структуры — граны, связанные между собой и с внутренней меморанои хлоропласта, в каждом хлоропласте около 50 гран, расположенных в шахматном порядке для лучшего улавливания света. В мембранах гран находится зеленый пигмент хлорофилл. Благодаря хлорофиллу в хлоропластах происходит превращение энергии солнечного света в химическую энергию АТФ. Энергия АТФ используется в хлоропластах для синтеза органических соединений, в первую очередь углеводов.

Хромопласты. Пигменты красного и желтого цвета, находящиеся в хромопластах, придают различным частям растений красную и желтую окраску. Корень моркови, плоды томатов окрашены благодаря пигментам, содержащимся в хромопластах. Сочетание хромопластов, содержащих разные пигменты, создает большое разнообразие окрасок цветков и плодов растений.

Лейкопласты являются местом накопления запасного питательного вещества — крахмала. Особенно много лейкопластов в клетках клубней картофеля. На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласта (в результате чего клубни картофеля зеленеют). Осенью хлоропласты превращаются в хромопласты и зеленые листья и плоды желтеют и краснеют.

Клеточное ядро — это важнейшая часть клетки.

От цитоплазмы ядро отделено оболочкой, состоящей из двух мембран. В оболочке ядра имеются многочисленные поры, они нужны для того, чтобы различные вещества могли попадать из цитоплазмы в ядро и наоборот.

Внутреннее содержимое ядра получило название кариоплазмы, или ядерного сока. В ядерном соке расположены хроматин и ядрышко.

Ядро содержит генетическую информацию и управляет жизнедеятельностью клетки.

Ядрышко представляет собой плотное округлое тело внутри ядра. Обычно в ядре клетки бывает от одного до семи ядрышек. Они хорошо видны между делениями клетки, а во время деления — разрушаются.

Функция ядрышек — синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды — рибосомы.

Хромосомы— нуклеопротеидные структуры клетки, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации и которые предназначены для её хранения, реализации и передачи. Хромосомы чётко различимы в световом микроскопе только в период митоза или мейоза. Набор всех хромосом клетки, называемый кариотипом.

Хромосома образуется из единственной и чрезвычайно длинной молекулы ДНК, которая содержит группу множества генов. Комплекс белков, связанных с ДНК, образует хроматин. Хроматин — нуклеопротеид, составляющий основу хромосом, находится внутри ядра клеток эукариот.

Генов, кодирующих различные признаки, у любого организма очень много. Так, по приблизительным подсчетам, у человека около 120 тыс. генов, а видов хромосом всего 23. Все это огромное количество генов размещается в этих хромосомах.