Глава 2
Явления и закономерности жизни на клеточном уровне
Изучив главу, вы сможете характеризовать :
Состав и строение клетки;
Свойства клеточных органоидов;
Процессы жизнедеятельности клетки.
Вы сумеете:
Определять различия в строении клеток эукариот и прокариот;
Оценивать роль автотрофов и гетеротрофов в природе;
Объяснять значение обмена веществ в жизнедеятельности клетки;
Сравнивать механизмы протекания процессов биосинтеза белка, фотосинтеза и дыхания.
Параграф 5. Многообразие клеток
Вспомните
Какой структурный уровень организации жизни характеризует клетка;
Что существуют одноклеточные и многоклеточные организмы.
Из истории изучения многообразия клеток. История изучения клетки неразрывно связана с развитием микроскопической техники. О существовании клеток стало известно лишь в XVII в. В 1665 г. английский естествоиспытатель Р. Гук, оценив значение увеличительного прибора, впервые применил его для исследования срезов некоторых растительных и животных тканей. Под микроскопом он обнаружил структуры, похожие по строению на пчелиные соты, и назвал их «ячейками», или «клетками». С тех пор этот термин прочно утвердился в биологии.
В 1674 г. голландский натуралист А. ван Левенгук впервые рассмотрел под самодельным микроскопом некоторых простейших и отдельные клетки животных (эритроциты, сперматозоиды).
В 30-х г. XIX в. шотландский учёный Р. Браун обнаружил в клетках растений круглое плотное образование, которое он назвал ядром.
В 1838 г., обобщая имевшиеся к тому времени сведения о клетке, немецкий ботаник М.Я. Шлейден первым пришёл к заключению о том, что ядро является обязательным структурным элементом всех растительных клеток. В 1839 г. немецкий физиолог Т. Шванн, основываясь на работах Шлейдена, изложил основы клеточной теории, согласно которой все ткани животных и растительных организмов состоят из клеток, клетки растений и животных имеют общий принцип строения, каждая отдельная клетка самостоятельна, а жизнедеятельность всего организма проявляется как совокупность жизнедеятельности отдельных групп клеток.
Появление клеточной теории Шлейдена и Шванна обусловило дальнейшее развитие учения о клетке. В 1858 г. немецкий патолог Р. Вирхов доказал, что клетки возникают только путём воспроизведения себе подобных. Ему принадлежит афористическое утверждение: «Каждая клетка - от клетки». В конце XIX в. была выдвинута гипотеза о том, что информация о наследственных свойствах организмов заключена в ядре.
Крупный вклад в развитие учения о клетке внесли русские учёные. В 1892 г. И.И. Мечников открыл явление фагоцитоза (от греч. phagos - «пожиратель», kytos - «клетка») - активного захватывания и поглощения различных частиц одноклеточными организмами и даже клетками многоклеточных организмов. В 1898 г. С.Г. Навашин описал особый тип оплодотворения - двойное оплодотворение, свойственное всем цветковым растениям.
В начале XX в. были разработаны методы культивирования клеток в пробирке и сконструирован первый электронный микроскоп. В результате наука обогатилась сведениями о мельчайших, ранее не известных клеточных структурах. Было доказано, что клетки всех организмов, несмотря на их разнообразие, сходны по строению, химическому составу и проявлениям своей жизнедеятельности.
Дальнейшие исследования показали, что ядерные структуры клетки служат основой передачи наследственных свойств организмов.
Мир клеток живой природы
Клетки чрезвычайно разнообразны. Они различаются по своим размерам, структуре, форме и функциям. Размеры клеток варьируют от 0,1-0,25 мкм (некоторые бактерии) до 15-21 см (яйцо страуса в скорлупе).
Есть свободноживущие клетки, которые ведут себя как особи популяций и видов. Их жизнедеятельность зависит не только от слаженной работы внутриклеточных структур, но и от особенностей существования клетки как самостоятельного организма (добывание пищи, способ питания, размножение, подвижность в окружающей среде, активное и неактивное переживание неблагоприятных условий и пр.).
Клетки свободноживущие (1) и образующие ткани (2)
Одноклеточных организмов чрезвычайно много. Их представители встречаются среди всех царств живой природы и населяют все среды жизни на нашей планете.
У многоклеточных организмов разные клетки выполняют различные функции. Клетки, сходные по строению, расположенные рядом, объединённые межклеточным веществом и предназначенные для выполнения определённых (специализированных) функций в организме, образуют ткани. Ткани возникли в ходе эволюционного развития одновременно с появлением многоклеточности, так как специализация клеток и, следовательно, тканей способствовала лучшему обеспечению процессов жизнедеятельности целостного организма.
У животных различают четыре типа (группы) тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную; у растений - пять типов (групп) тканей: образовательную, покровную, проводящую, механическую, основную.
Клетки всех организмов на Земле принципиально сходны по своему строению, химическому составу и основным проявлениям жизни. При этом процессы жизнедеятельности (дыхание, биосинтез, обмен веществ) происходят в клетках независимо от того, являются они одноклеточными организмами или составными частями многоклеточного организма.
Жизнь многоклеточного организма зависит от жизнедеятельности его отдельных клеток и их групп, выполняющих особые, специализированные функции.
Свойства клетки. Особенность клетки определяется специфичностью её составных компонентов, упорядоченностью происходящих в ней как в целостной системе процессов. Живая клетка осуществляет процессы, от которых зависит её жизнь: она поглощает пищу, извлекает из неё энергию, избавляется от отходов обмена веществ, поддерживает постоянство своего химического состава и воспроизводит саму себя. Всё это позволяет рассматривать клетку как особую единицу живой материи, как элементарную живую систему - биосистему клеточного уровня организации жизни.
Клетка - основная структурная и функциональная единица жизни.
Из клеток состоят все живые существа - от одноклеточных до крупных растений, животных и человека. У всех организмов клетки функционируют, с одной стороны, как самостоятельные биосистемы, а с другой - как взаимосвязанные части целого.
Два типа клеток.
В первой половине XX в. было обнаружено, что в клетках бактерий нет оформленного ядра, отделённого от цитоплазмы мембраной, хотя присутствует само ядерное вещество, несущее наследственную информацию. В клетках растений, животных и грибов ядро хорошо сформировано и отграничено от цитоплазмы.
Клетки, не имеющие оформленного ядра, называют прокариотическими (лат. pro - «перед», «раньше» и греч. karyon - «ядро»), а имеющие ядро - эукариотическими (лат. ей - «полностью» и греч. karyon - «ядро»). По этому признаку все организмы делят на две группы: доядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).
Клетки прокариот имеют достаточно простое строение, так как сохраняют черты первых организмов, возникших на Земле. Эукариоты могут быть одноклеточными и многоклеточными, их клетки имеют более сложное строение, чем у прокариот, и отличаются большим разнообразием.
Ответы на тесты «Клетка» 10 класс
Чем отличаются клетки одноклеточных организмов от клеток многоклеточных организмов?
Клетки всех организмов представляют собой самостоятельные живые системы, сходные по химическому составу и строению, осуществляющие обмен веществ и энергии и способные к саморегуляции. Однако между клетками одноклеточных и многоклеточных организмов имеются и существенные различия.
Клетки одноклеточных организмов представляют собой самостоятельные организмы. Они осуществляют все функции, присущие организму: добывание пищи, движение, размножение и др. Клетки одноклеточных — это одновременно и клеточный, и организменный уровни организации жизни.
У многоклеточного организма клетка является его частью. Клетки многоклеточных специализируются по выполняемым функциям. Существовать самостоятельно клетки многоклеточных не способны, но все вместе они обеспечивают существование организма.
Почему бактерии относят к прокариотам?
Бактерии относят к прокариотам, потому что в их клетках отсутствует оформленное ядро.
Какие функции выполняет ядро в клетке?
Функции ядра:
1. В ядре содержится основная наследственная информация, которая необходима для развития целого организма с разнообразием его признаков и свойств.
2. В нем происходит воспроизведение (редупликация) молекул ДНК, что дает возможность при мейозе двум дочерним клеткам получить одинаковый в качественном и количественном отношении генетический материал.
3. Ядро обеспечивает синтез на молекулах ДНК различных и-РНК, т-РНК, р-РНК.
Как функционирует лизосома?
Лизосома функционирует следующим образом:
1. Лизосома перемещается к пищевой частице, сливается с ней, образуя пищеварительную вакуоль.
2.Частицы пищи или отмершие части клетки окружаются ферментами и перевариваются, при этом сложные органические вещества превращаются в менее сложные, например, биополимеры в мономеры.
3. Мономеры проступают в цитоплазму и используются клеткой.
Каковы различия в наборе органоидов в клетках растений и животных?
Элементы ответа:
1) в клетках растений, но не в клетках животных, имеются пластиды;
2) в клетках растений, но не в клетках животных, имеются цитоплазматические вакуоли с клеточным соком;
3) в клетках животных, но не в клетках растений, имеются центриоли.
В чем состоит отличие цианобактерий от остальных организмов?
Элементы ответа:
1) цианобактерии, или, как их называли ранее, синезеленые водоросли, — прокариоты;
2) цианобактерии способны к фотосинтезу в отличие от большинства прокариот.
Какие черты сходства митохондрий с прокариотами позволили выдвинуть симбиотическую теорию происхождения эукариотической клетки?
Элементы ответа:
1) наличие кольцевой хромосомы, сходной с бактериальной;
2) наличие собственной системы биосинтеза белка, которая близка по своим свойствам к прокариотической;
3) способность размножаться делением.
Назовите одну-две основные функции клеточной мембраны?
Защитная и транспортная.
Как в настоящее время формулируется клеточная теория?
1) Все живые организмы состоят из клеток.
2) Клетки животных и растений сходны по строению, химическому составу, принципам обмена веществ.
3) Клетка — единица строения, функции, развития, размножения организмов.
4) Клетка — функциональная часть многоклеточного организма.
5) Клетка способна к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению
Укажите признаки, характерные для вирусов
Элементы ответа:
1) неклеточные формы жизни
2) генетический материал (ДНК или РНК) окружен белковой оболочкой
Каково строение и функции оболочки ядра?
Элементы ответа:
1) отграничивает содержимое ядра от цитоплазмы
2) состоит из наружной и внутренней мембран, сходных по строению с плазматической мембраной
3) имеет многочисленные поры, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой
Общая масса митохондрий по отношению к массе клеток различных органов крысы составляет: в поджелудочной железе — 7,9 %, в печени - 18,4 %, в сердце - 35,8 %. Почему в клетках этих органов различное содержание митохондрий?
Элементы ответа:
1) митохондрии являются энергетическими станциями клетки, в них синтезируются и накапливаются молекулы АТФ;
2) для интенсивной работы сердечной мышцы необходимо много энергии, поэтому содержание митохондрий в ее клетках наиболее высокое;
3) в печени количество митохондрий по сравнению с поджелудочной железой выше, так как в ней идет более интенсивный обмен веществ.
Все живые организмы на нашей планете состоят из особо природного «строительного материала» — клетки. В зависимости от количества клеток выделяют одноклеточные и многоклеточные организмы.
Что такое одноклеточные организмы
Одноклеточные или по-другому простейшие организмы – самые маленькие существа, которые состоят всего из 1 клетки. Несмотря на это они способны вести полноценную жизнедеятельность, а именно питаться, двигаться, размножаться. Такие организмы были открыты знаменитым ученым Антони ван Левенгуком , после того как он создал световой микроскоп.
Инфузория туфелька — строение
Типы одноклеточных
Все одноклеточные подразделяются на прокариоты , у которых нет ядра, а вместо этого внутри оболочки находится крупная клетка ДНК и эукариоты , у которых есть ядро. Например, бактерии являются прокариотами, а общеизвестными представителями эукариотов считаются инфузория-туфелька, амеба, эвглена зеленая.
С первого взгляда кажется, что строение одноклеточных довольно простое — оболочка, цитоплазма (жидкость, которой заполнена клетка) и ядро (несет в себе информацию об организме), однако, на деле они имеют дополнительные органоиды:
- Рибосомы – находятся в цитоплазме и осуществляют синтез белка.
- Митохондрии – с помощью них в клетке происходят окислительно-восстановительные реакции и расщепление органических соединений.
- Аппарат Гольджи – органоид состоящий из одной мембраны, расположен чаще всего около клеточного ядра. С помощью этого аппарат поступающие в клетку вещества проходят химическую модификацию и транспортируются дальше.
- Реснички, жгутики и ложноножки – органоиды, которые помогают клеткам передвигаться.
- Вакуоль – органоид, который может иметь разные функции: сократительную (выводит лишнее из клетки), пищеварительную (переваривает питательные вещества), запасающую (в ней откладывается запас воды с питательными веществами).
У простейших эукариотов существует 2 способа питания: фотосинтез и фагоцитоз (когда клетка захватывает частицы, для дальнейшего переваривания с помощью вакуоли).
Размножаются одноклеточные организмы также двумя способами:
- Делением – когда ядро расщепляется и образуется 2 подобных одноклеточных организма;
- Псевдополовое размножение (копуляция или конъюгация) – это такой вид размножения, когда клетки могут обмениваться ядрами или частями своей ДНК.
В случае если наступают неблагоприятные условия, одноклеточные организмы способны покрыться надежной оболочкой под названием циста. С помощью нее они могут дождаться более приемлемых условий для питания, роста и размножения.
Вопреки заблуждениям, простейшие организмы могут обитать не только в водной среде, но также в почве и даже в организмах животных и людей, вызывая серьезные заболевания.
Что такое многоклеточные организмы
Многоклеточные организмы – это группа живых существ, объединенная общим признаком, они имеют больше одной клетки в своем строении. К многоклеточным относятся:
- Подавляющее большинство грибов.
- Растения.
- Насекомые.
- Амфибии.
- Птицы.
- Животные и, естественно, человек.
Все эти организмы состоят из множества клеток, которые объединяются в группы и образуют те или иные ткани и органы . При этом само строение клетки похоже на строение клетки у простейших, имеется ядро, цитоплазма, оболочка, некоторые органоиды.
Жизнь высших многоклеточных организмов начинается с 1 клетки – зиготы, которая образуется за счет слияния двух родительских клеток. В других случаях многоклеточные размножаются:
- Спорами.
- Вегетативным методом.
- Почкованием.
- Фрагментацией – когда из отдельных частей одного организма могут вырасти полноценные новые.
Клетки многоклеточных организмов не способны существовать и функционировать самостоятельно . При этом скопления различных типов клеток в организме выполняют соответствующие задачи.
Многоклеточные организмы способны получать питание для своего роста и развития различными способами. Так, растения получают все необходимое из почвы, для роста им также нужны свет и вода. У животных и людей развитие и рост происходят за счет увеличения клеток и молекул. Клетки получают необходимые вещества через кровеносную систему, а нужные элементы попадают в кровь благодаря пище и воде, которую употребляют животные и люди.
Несмотря на то, что клетки многоклеточных способны увеличивать свое количество, этот процесс все-таки ограничен.
Что общего между одноклеточными и многоклеточными
- И те и другие организмы в своей основе имеют простую клетку.
- У обоих организмов в клетке имеется ядро.
- И тем и другим организмам для роста и развития нужны благоприятные условия (свет, вода, питательные вещества).
Чем отличаются простейшие от многоклеточных организмов
- У простейших организмов клетка выполняет функции всего организма, тогда как у многоклеточных такое невозможно.
- Простейшие появились первыми и уже из них эволюционировали многоклеточные.
- У простейших, в отличие от многоклеточных организмов имеются органоиды движения.
- Деление клетки у простейших ведет к увеличению их популяции, в то время как деление клеток у многоклеточных ведет к росту тканей.
- Многоклеточные организмы более устойчивы к различным воздействиям внешней среды.
Определение 1
Одноклеточные (простейшие) - организмы, в которых все функции живого выполняет одна клетка.
Кроме прокариот, к ним относятся одноклеточные эукариоты, среди которых есть и растения, и животные, и грибы.
Особенности одноклеточных организмов
Размеры простейших микроскопически малы. К особенностям одноклеточных организмов относится то, что они выполняют все функции живого с помощью клеточных органелл и является отдельным самостоятельным организмом, представленным лишь одной клетки. По строению и набором органелл клетки одноклеточных организмов подобные клеткам многоклеточных организмов. Среди одноклеточных эукариот выделяют как просто построенные организмы (амеба, хлорелла), так и достаточно сложные (инфузории, ацетабулярии).
Если для клеток многоклеточных организмов характерно дифференцировка функций и невозможность выполнять сразу все функции живого, то одноклеточные организмы эту способность сохраняют. Высокий уровень их организации - клеточный. Клетка одноклеточных организмов - это целостный организм, которому присущи все свойства живого: обмен веществ, раздражимость, рост, размножение и тому подобное.
Их тело состоит из цитоплазмы, в которой различают внешний слой - эктоплазму, и внутренний - эндоплазму. В большинстве видов клетка снаружи покрыта оболочкой, которая предоставляет одноклеточной животному постоянную форму. У простейших проявляются органеллы, выполняющие различные функции:
- пищеварения (пищеварительные вакуоли),
- выделения (сократительные вакуоли),
- движения (жгутики, реснички),
- восприятия света (светочувствительный глазок)
и другие органеллы, обеспечивающие все процессы жизнедеятельности. По способу питания - это гетеротрофные организмы. Простейшим свойственна раздражительность, проявляющаяся в различных движениях - таксисе. Различают положительные таксисы - движения к раздражителю, и отрицательные таксисы - движения от раздражителя.
Попадая в неблагоприятные условия, простейшие образуют цисты. Инцистирование - важная биологическая особенность простейших. Оно не только обеспечивает переживания неблагоприятных условий, но и способствует широкому расселению.
Водные одноклеточные
Морские одноклеточные животные, например фораминиферы и радиолярии, имеют внешний скелет в виде известковой раковины. К высокоорганизованных одноклеточных животных относятся инфузории. Органоидами движения в них выступают реснички, тело покрыто прочной эластичной оболочкой, которая предоставляет ему постоянной формы. Большинство инфузорий имеет два ядра: большое и малое. Большое вегетативное ядро - регулирует процессы движения, питания, выделения, а также бесполое размножение, осуществляемое поперечным делением клетки пополам. Малое ядро - генеративное, оно выполняет важную функцию в половом процессе.
Среди водных одноклеточных организмов также выделяют миксотрофы - организмы, которые могут питаться как с помощью фотосинтеза, так и гетеротрофно. Например, эвглена зеленая.
Живет эвглена в пресноводных водоемах и плавает с помощью единого жгутика, расположенного на переднем конце тела. В цитоплазме эвглены имеются хлоропласты, содержащие хлорофилл, позволяет эвглену питаться фототрофные. Если нет света, она переходит на гетеротрофное питания. Благодаря этому свойству эвглена сочетает в себе признаки растения и животного, что свидетельствует об эволюционном единстве растительного и животного мира.
Одноклеточные растения и грибы
Замечание 1
В природе много не только одноклеточных животных, но и одноклеточных растений и грибов. Например, среди зеленых водорослей к представителям одноклеточных принадлежат хламидомонада и хлорелла, а среди грибов одноклеточными являются дрожжи.
Одноклеточные растения и животные являются типичными эукариотическими клетками, имеющими соответствующие органеллы:
- поверхностную мембрану,
- ядро,
- митохондрии,
- аппарат Гольджи,
- эндоплазматическую сеть,
- рибосомы.
Различия строения одноклеточных животных и одноклеточных растений связаны с различиями способа их питания. Для растительных клеток характерно наличие пластид, вакуоли, клеточной стенки и других особенностей, связанных с фотосинтезом. Для животных клеток характерно наличие гликокаликса, пищеварительных вакуолей и других особенностей, связанных с гетеротрофным питанием.
У грибов клетка имеет клеточную стенку, в этом проявляется сходство грибов с бактериями и растениями. Но грибы являются гетеротрофами, и это роднит их с животными.
Одноклеточные эукариоты размножаются преимущественно бесполым путем, но у некоторых из них (например, у инфузории-туфельки) наблюдается половой процесс - обмен генетической информацией, а в других (например, в хламидомонады) происходит половое размножение. Бесполое размножение происходит путем деления клетки пополам с помощью митоза. При половом размножении образуются гаметы, которые затем сливаются с образованием зиготы.
Замечание 2
Одноклеточные и Многоклеточные организмы – это внесестиматические единицы биосферы. Именно они населяют нашу планету. Выявление отличий между обеими группами позволит человеку лучше понять эволюционные процессы, контролировать болезни или увеличивать урожайность сельскохозяйственных культур.
Одноклеточные организмы состоят всего из одной клетки. В эту группу могут быть отнесены – ядерные. Самыми известными представителями ядерных индивидуумов являются амеба обычная, эвглена зеленая, инфузория-туфелька. Из безъядерных организмов наиболее распространены и археи. Одноклеточные индивидуумы объединяются в колонии, которые усиливают способность вида к выживаемости. Одноклеточные были открыты Антонием Левенгуком после создания им светового микроскопа.
Одноклеточные имеют оболочку, которая удерживает внутреннее содержимое клетки. У ядерных есть четко оформленное ядро, защищенное ядерной оболочкой. У безъядерных – крупная молекула ДНК, которая содержит генетическую информацию.
Практически все одноклеточные имеют «средства передвижения» — жгутики, ложноножки, реснички или газовые вакуоли. У каждого организма есть специфические структуры, с помощью которых они могут проводить фото- или хемо-синтез. В середине каждой клетки содержатся митохондрии. Они окисляют органические соединения и используют освобожденную энергию для синтеза молекул адезинтрифосфата, источника энергии для всех процессов, проистекающих в клетке. В цитоплазме находится пара вакуолей. Они предназначены для переваривания пищи, выделения или движения. Аппарат Гольджи контролирует белки, а в везикулах запасаются питательные вещества.
Размножение организмов происходит делением или же псевдосексуально, когда индивидуумы лишь обмениваются фрагментами своего генетического багажа, при этом, не увеличивая число особей.
Одноклеточные организмы первыми сформировались на планете, если следовать эволюционной теории Дарвина. В этой группе роль пионеров пространства принадлежит безъядерным и лишь 1,5-2 миллиарда лет тому назад появились ядерные клетки.
Многоклеточные организмы – это индивидуумы, тела которых состоят из множества клеток. К ним относятся , большинство растений и животных. Их организмы состоят из специализированных клеток, которые объединены в ткани, органы или системы органов. При этом каждая отдельная клетка, входящая в систему, обладает обычным набором органелл: ядром, комплексом Гольджи, митохондриями, вакуолями, цитоскилетом, ядерной оболочкой.
Жизнь любого многоклеточного существа начинается с одной клетки, зиготы. Она образовалась при слиянии двух родительских клеток. Такое начало онтогенеза или индивидуального развития организма является одним из доказательств того, что одноклеточные стали базовым организмом для появления многоклеточных.
Выводы сайт
- Ключевым отличием является количество клеток, из которых сложен организм.
- Первыми на Земле появились одноклеточные, а уже из них образовались, эволюционировали многоклеточные существа.
- Уровень организаций одноклеточных примитивный. Многоклеточные – более сложно организованные существа.
