Физиология клетки. Основы клеточной теории.

Обновлено: 28.05.2024

Клетка представляет собой структурно-функциональную единицу живого организма, которая способна к обмену веществом, информацией и энергией с окружающей средой и делению. Клетка осуществляет передачу генетической информации следующим поколениями путём самовоспроизведения.

Современная клеточная теория, как и любая другая научная теория – это синтез данных об объекте исследования, то есть – живой клетке. Основоположниками клеточной теории являются немецкие исследователи М. Шлейден и Т. Шванн (1839 г.).

Основными положениями клеточной теории стали следующие:

1. Все организмы (за исключением вирусов) состоят из клеток, которые способны к обмену с внешней средой веществом, энергией, информацией.

2. Клетка является элементарной структурной, функциональной и генетической (информационной) единицей всего живого.

3. Клетка – это также и единица размножения, роста и развития живого организма.

4. В многоклеточных организмах клетки дифференцированы по функциям и строению и составляют ткани, составляющие органы и системы органов.

5. Клетка – это элементарная, открытая живая система, которая способна к саморегуляции, самовоспроизведению и восстановлению.

6. Клетки возникают только из клеток (уточнение Р. Вирхова в 1858 г.).

Клетки очень разнообразны по размерам, форме, строению, функциям. Размеры клеток варьируют от 5 до 200 мкм.

Клетка – это система биополимеров, которая содержит ядро, цитоплазму и органеллы, находящиеся в ней. Клетка ограничена клеточной мембраной (плазмалеммой) от внешней среды. Плазмалемма позволяет осуществлять транспорт веществ между клеткой и внешней средой, взаимодействовать с близлежащими клетками и межклеточным веществом.

В клетке расположено ядро, как правило, округлой или яйцевидной формы (в некоторых клетках, например, лейкоцитах, оно может быть палочковидным), где хранится генетическая информация (ДНК). Сверху ядро покрыто ядерной оболочкой, состоящей из внешней и внутренней мембраны. Внутри ядра находится нуклеоплазма – гелеобразное вещество, хроматин и ядрышко. Клетка – носитель генетической информации.

Клеточные органеллы – это постоянные части клетки, имеющие установившуюся структуру и выполняющие определённые функции. Основные органеллы клетки – это рибосомы, лизосомы, комплекс Гольджи эндоплазматическая сеть, митохондрии, клеточный центр.

Интерактивная 3-D модель клетки

Значение клеток

Клетка может являться как отдельным организмом – одноклеточным (например, инфузория туфелька, амёба и т. д.), так и структурной единицей многоклеточного организма, в котором выполняет такие функции, как: усвоение и расщепление поступающих извне в клетку веществ с извлечением энергии для поддержания жизнедеятельности, синтез биополимеров, рост организма – путём увеличения числа клеток, размножение – путём соединения половых клеток.

Клетки могут перемещать значительные объёмы веществ через мембрану, что осуществляется в ходе таких процессов как фагоцитоз (в случае поглощения твёрдых тел) и пиноцитоз (в случае поглощения жидких тел). В общем виде в ходе этих процессов клетка приближается к субстрату, изгибается вокруг него и охватывает мембраной в пузырек, где, при взаимодействии с лизосомами – особыми органеллами, содержащими ферменты, происходит расщепление и «переваривание» субстрата. Например, клетки крови лейкоциты (белые кровяные тельца, фагоциты), поглощают проникающие через рану бактерии, фагоцитируют («пожирают») их и, погибая, образуют гной. В этой связи, можно выделить ещё одну функцию клеток – защитную.

Клетки обладают раздражимостью (т. е. способностью реагировать на внешние воздействия) и размножаются делением.

Биология. 11 класс

Открытие клеток. Изучение клеток стало возможным благодаря изобретению микроскопа — прибора, предназначенного для получения увеличенных изображений. *Первый микроскоп появился в Европе в конце XVI в.*

Человеком, впервые увидевшим клетки при помощи микроскопа (рис. 10.1, а), был английский ученый Р. Гук. В 1665 г. при рассмотрении тонкого среза пробкового слоя древесной коры он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек (рис. 10.1, б). Эти ячейки, похожие на пчелиные соты, Гук назвал клетками. Тот же план строения он наблюдал и при изучении других тканей растений. Со временем термин «клетка» утвердился в биологии.

*Об открытии клеток Гук написал в своей книге «Микрография»: «Взяв кусочек чистой светлой пробки, я отрезал от него острым как бритва перочинным ножом очень тонкую пластинку. Когда затем я поместил этот срез на предметное стекло и стал разглядывать его под микроскопом, направив свет с помощью зеркала, я очень ясно увидел, что весь он пронизан отверстиями и порами. Эти поры были не слишком глубокими, а состояли из очень многих маленьких ячеек, вычлененных из одной длинной непрерывной поры особыми перегородками. Такое строение свойственно не одной только пробке. Я рассматривал при помощи своего микроскопа сердцевину бузины и различных деревьев, а также внутреннюю мякоть стебля тростника, некоторых овощей и других растений: фенхеля, моркови, лопуха, папоротника и т. п. И обнаружил у них всех тот же план строения, что и у п ро бк и».*

Через несколько лет голландский натуралист А. ван Левенгук изготовил микроскоп, который обладал гораздо бóльшим увеличением. С его помощью исследователь обнаружил движущиеся микроскопические организмы — инфузории, амебы, подвижные бактерии. Также Левенгук впервые наблюдал клетки животных — эритроциты и сперматозоиды.

Микроскоп Левенгука представлял собой пластинку, в центре которой была одна линза (рис. 10.2). Наблюдателю нужно было смотреть через линзу на образец, закрепленный с другой стороны. Несмотря на простоту конструкции, микроскоп Левенгука позволял получить увеличение в несколько раз большее, чем у других микроскопов того времени. В течение жизни Левенгук изготовил не менее 25 микроскопов. Девять из них, сохранившиеся до наших дней, способны увеличивать изображение в 275 раз. Однако предполагается, что Левенгук создал микроскопы, которые могли давать увеличение до 500 раз.

*В XVIII в. было опубликовано много новых рисунков и описаний различных клеток, причем преимущественно растительных. Дело в том, что ткани животных легко повредить, вследствие чего ученым было трудно изготавливать препараты для исследования. Однако микроскоп в то время рассматривался главным образом как игрушка, поэтому большинство естествоиспытателей не придавало своим наблюдениям серьезного значения.*

Основные положения клеточной теории

2. Основные положения современной клеточной теории:

клетка - основная единица строения, функционирования и развития
всех живых организмов, наименьшая единица живого, способная к
самовоспроизведению, саморегуляции и самообновлению;
клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны
(гомологиины) по своему строению, химическому составу, основным
проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;
размножение клеток происходит путем их деления, каждая новая
клетка образуется в результате деления исходной (материнской)
клетки;
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.

3. Строение клетки

4. Прокариоты и эукариоты

Прокариоты — организмы, состоящие из клеток, которые не имеют
клеточного ядра или любых мембранных органелл. Это означает, что
генетический материал ДНК у прокариот не связан в ядре.
Эукариоты — живые организмы, клетки которых содержат ядро и
мембранные органеллы. Генетический материал у эукариот находится
в ядре, а ДНК организовано в хромосомы.

5. Неклеточные формы жизни — вирусы

Вирусы — неклеточные формы жизни. Они были открыты
в 1892 году русским ученым Д. И. Ивановским. Вирусы
очень мелких размеров, примерно в 50 раз меньше
бактерий. Разглядеть их с помощью светового
микроскопа практически невозможно. Размножаются
вирусы только в клетках растений, животных и человека,
вызывая различные заболевания.
Вирусы имеют очень простое строение и состоят из
нуклеиновой кислоты и белковой оболочки и скорее
напоминают частицу, нежели клетку. Вне клеток хозяина
вирусная частица не проявляет никаких признаков
жизни: не питается, не дышит, не растет, не
размножается. Но, проникнув в клетку, вирус «подчиняет*
ее себе, заставляет вырабатывать новые вирусные
частицы, что приводит клетку к гибели, а
освободившиеся вирусные частицы заражают новые
клетки.

6. Растительные и животные клетки - различия

Растительные и животные клетки различия
Если сравнивать эти две структуры, важным
отличием является способ питания: все растения
относятся к автотрофам. Для животных
органические вещества являются главным
источником углерода, которые попадают в
организм вместе с пищей, таким образом они
относятся к гетеротрофам.
У растений есть пластиды для фотосинтеза,
которые обуславливают их цвет (хромопласты –
красные, хлоропласты – зеленые и лейкопласты –
бесцветные), во втором типе клеток хлоропласты
отсутствуют.
Снаружи растения покрыты плотной оболочкой,
которая называется плазматическая мембрана и
состоит из целлюлозы, тогда как у животных
наружная мембрана представлена гликокаликсом.

7. Растительные и животные клетки - сходства

Растительные и животные клетки сходства
1. Все ядерные структуры покрыты очень тонкой мембранной оболочкой,
которая ограждает их от взаимодействия с внешней средой. С помощью
специальных наростов, называемых складкам, они очень близко прилегают
друг к другу. Обмен веществ осуществляется через специальные отверстия –
поры, которые пронизывают мембрану.
2. Главным органоидом всех типов клеток растений и животных является ядро.
Чаще всего оно находится в центре и может содержать одно или несколько
ядрышек, которые, в свою очередь, синтезируют белок и структуры РНК.
3. В обеих структурах содержится бесцветная полужидкая цитоплазма,
которая заполняет пространство между ядром и мембраной. В ней находятся
органоиды и запасные питательные вещества.
4. Важным является генетический код, который наследуется одинаково.
5. Обмен веществ и энергии происходит по одинаковому принципу.
6. Одинаковый процесс деления, т.к. и животная, и растительная могут делиться
путем митоза.
7. Имеют одинаковую химическую составляющую.
8. Сходный состав органоидов (ЭПС, Аппарат Гольджи, рибосомы, лизосомы,
митохондрии).

Клеточная теория

Изучение клетки связано с открытием и использованием микроскопа и улучшением техники микроскопирования. В 1665 г. английский физик Р. Гук на тонком срезе пробки рассмотрел крошечные "ячейки", которые он назвал клетками. Позже Н. Грю, М. Мальпиги (1671), изучая анатомию растений, также обнаружили мельчайшие "ячейки", "пузырьки" или "мешочки". В этот период главной частью клетки считалась ее стенка, и лишь спустя двести лет стало ясно, что главное в клетке не стенка, а внутреннее содержимое.

Впервые под микроскопом некоторые клетки животных организмов рассмотрел А. Левенгук (1674). Однако уровень знаний о клетке, достигнутый в XVII в., существенно не изменился до начала XIX в. В дальнейшем по мере усовершенствования микроскопа и техники микроскопирования накапливались и сведения о клетках животных и растений. На их основе складывались представления о клеточной организации всего органического мира.

Опираясь на эти данные и собственные исследования, немецкий ботаник М. Шлейден сделал важный вывод о клеточной организации растений. Зоолог Т. Шванн на основе исследований зоологических объектов и данных его предшественников утвердил важнейшее достижение теоретической биологии: клетка является элементарной единицей .строения и развития всех растительных и животных, организмов (1839). В последующий период клеточная теория обогатилась новым содержанием. Ее основные положения можно сформулировать так:

1) клетка представляет собой основу структурной и функциональной организации растений и животных;
2) клетки растений и животных сходны по строению и развиваются аналогично (путем деления исходной клетки);
3) клетки у всех организмов имеют мембранное строение;
4) ядро клетки представляет ее главный регуляторный органоид;
5) клеточное строение живых организмов - свидетельство единства их происхождения.

Клеточная теория, будучи важнейшим достижением естествознания, обосновав единство клеточной организации и общность происхождения растений и животных, сыграла огромную роль в развитии всех разделов биологии, особенно гистологии, эмбриологии, физиологии клетки, эволюционного учения, генетики. На ее основе сложилось и развивалось учение о болезненных процессах у животных, растений и человека. Открытие клетки и создание клеточной теории помогло объяснить основные закономерности живой природы с материалистических позиций.

Другие записи

Аденозинтрифосфорная кислота-АТФ - обязательный энергетический компонент любой живой клетки. АТФ также нуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, сахара рибозы и трех остатков молекулы фосфорной…

Общие признаки 1. Единство структурных систем - цитоплазмы и ядра. 2. Сходство процессов обмена веществ и энергии. 3. Единство принципа наследственного кода. 4. Универсальное мембранное строение. 5.…

К прокариотам относят бактерии и сине-зелёные водоросли (цианеи). Наследственный аппарат прокариот представлен одной кольцевой молекулой ДНК, не образующей связей с белками и содержащей по одной копии…

ПОЯСНЕНИЯ К СХЕМЕ ФОТОСИНТЕЗ Процесс фотосинтеза осуществляется в хлоропластах в два этапа. В гранах (тилакоидах) протекают реакции, вызываемые светом.- световые, а в строме - реакции, не связанные со…

Под раздражимостью и возбудимостью понимают присущую всему живому способность реагировать на действие какого-либо раздражителя: на изменения химического состава среды, температуры, на действие света,…

к задачам из плаката
«Выбери свой университет»
в школах Москвы

Клеточная теория по биологии

Корпорация «Российский учебник» вместе с профессором МИОО Георгием Лернером продолжает разбирать клеточную теорию по биологии. На этот раз рассмотрим основные положения, этапы изучения, примеры заданий.

Общие методические рекомендации

Объедините в один блок все темы, в которых отражен клеточный уровень жизни.
Проверяйте знания ученика разными типами заданий, модифицируйте задания.
Используйте контроль знаний и умений как доминирующую форму работы при подготовке к экзаменам.
Разъясните школьнику как он должен работать: как изучать текст, рисунки, как пользоваться справочными материалами, какие задавать вопросы, как контролировать свой учебный процесс. Приемы работы должны стать навыками ученика.
Делегируйте учебную деятельность абитуриенту.
Не забывайте о необходимости психологической подготовки выпускника к экзамену.
Обсудите простые задания, которые все же требуют сосредоточенности, и в которых из-за невнимательности даже «сильные» ученики допускают ошибки (например, задания на работу с таблицами или на выбор неверных утверждений).
Используйте только качественные, проверенные учебники и пособия.

Как изучать клеточную теорию

Согласно общим требованиям и кодификатору ЕГЭ, выпускник должен знать основные положения клеточной теории, а также названия, особенности строения и функций органоидов клетки. Кроме того, экзамен проверяет предметные и метапредметные умения ученика:

Доказывать, что клетка — это открытая система.
Сравнивать клетки разных царств.
Устанавливать взаимосвязь между строением и функциями клеток и тканей разных типов.
Описывать и сравнивать этапы клеточного цикла в митозе и мейозе.
Применять полученные знания при решении цитологических и генетических задач.

Примерный план изучения клеточной теории

История открытия клетки и создания клеточной теории. Имена создателей и их роль в становлении теории;
Методы цитологии (как повторение);
Про и эукариотические клетки в сравнении. Строение клеток разных царств. Химический состав клеток;
Функции клеточных структур, их взаимосвязь. Обмен веществ;
Наследственный аппарат клетки;
Жизненный цикл клетки;
Сравнение митоза и мейоза;
Спорогенез, гаметогенез;
Эмбриогенез;
Культура клеток и тканей.

Полезно обратить внимание ученика на интегрирующую роль клеточной теории, повторяя таким образом направления развития биологической науки. Потому что:

Клеточная теория лежит в основе понимания биологических процессов в биосистемах.
Клетка основа индивидуального развития многоклеточных структур.
Клетка и ее жизненный цикл лежит в основе эволюционных процессов.
С клеткой, ее наследственным материалом связана передача наследственной информации.
Клеточный уровень жизни является исходным для формирования более высоких уровней жизни.
Клеточная теория предсказывает различные направления ее развития: таксономическое (про и эукариоты), морфологическое (ткани, органы), физиологическое (процессы), генетическое (ген, геном, кариотип и т.д.), эволюционное (от одноклеточности к многоклеточности).

Рабочая тетрадь разработана к учебнику «Биология. Базовый уровень» для учащихся 11 класса (авт. И.Н. Пономарёва, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина, П.В. Ижевский), входящему в систему учебно-методических комплектов «Алгоритм успеха». Предлагаемые в ней задания, имеющие познавательно-обучающий характер, соответствуют названным разделам и параграфам учебника. Они позволят учителю организовать дифференцированную практическую работу школьников, а ученикам — приобрести прочные знания по биологии.

Принципы работы с текстом на примере изучения темы «Митоз и мейоз»

Существует ряд вопросов, призванных помочь ученику понять текст с новой сложной информацией: О чем говорится в тексте? Что говорится в тексте об этом? Что это значит? В чем это заключается? Что далее говорится об этом? Как это доказывается? О чем это говорит? Какая мысль этим раскрывается? Рассмотрим на примере темы «Митоз и мейоз» как, ставя правильные вопросы и находя на них ответы, ученик может усвоить факты.

Текст

Митоз — непрямое деление эукариотической клетки, в результате которого сохраняется генетическая информация материнской клетки. Митозом могут делиться как диплоидные, так и гаплоидные клетки. Митоз обеспечивает вегетативное размножение организмов, рост, регенерацию тканей, эмбриональное развитие многоклеточных организмов и т.д.

Мейоз — это редукционное деление, при котором хромосомный набор образующихся гамет уменьшается вдвое. Мейоз состоит из двух последовательных процессов — первого деления мейоза и второго деления мейоза. Стадии мейоза: Мейозу предшествует интерфаза. Каждая хромосома перед началом деления состоит из двух молекул ДНК, которые образуют две сестринские хроматиды, сцепленные центромерами. В это время клетка имеет диплоидный набор хромосом, а каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК, поэтому в клетке находится 4с молекул ДНК. Таким образом, перед началом деления в клетке набор хромосом и ДНК 2n4c. Половые клетки животных и споры растений формируются в результате мейоза.

Вопросы к тексту

Чем отличается деление эукариот от деления прокариот?
Какой набор и каких хромосом имеют клетки, появившиеся в результате митоза?
Что означает термин «редукционное деление»?
Какой формулой выражается число хромосом перед началом первого деления мейоза?
Если в соматической клетке содержится 42 хромосомы и 42 молекулы ДНК, то сколько хромосом и ДНК будет содержаться в клетке после первого деления? А после второго деления?
Увеличивается ли число хромосом в интерфазе? А число хроматид?
Чем интерфазная хромосома отличается от хроматиды?
Сколько хромосом будет в гаметах волка, если в его соматических клетках содержится 78 хромосом?

Что достигается данными вопросами?

Знание определения понятий «митоз» и «мейоз», понимание различий между ними и биологическими смыслами этих процессов.
Понимание различий между интерфазой и делением.
Понимание процесса изменений, происходящих в интерфазе и на протяжении деления клетки еще до изучения всех его стадий.
Провоцируется постановка проблемы: А каким образом возникает гаплоидный набор хромосом в гаметах после мейоза?
Понимание того, что гаметы и споры гаплоидны.
Профилактическая подготовка к решению задач № 27 в экзаменационной работе.

Примеры заданий по клеточной теории

Задание 1

Проанализируйте таблицу «Строение и функции нуклеиновых кислот». Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины и словосочетания, приведенные в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из предложенного списка.

Читайте также: