Підручник з Біології. 9 клас. Межжерін - Нова програма

§ 14. Різноманітність типів будови клітини. Клітинна теорія

Терміни та поняття: прокаріоти, еукаріоти, клітинна теорія, принцип «клітинної організації живого», принцип «клітина від клітини».

Подібність та відмінність клітин різних організмів. Як уже зазначалось, клітини всіх живих істот мають спільний план будови: клітинна мембрана; цитоплазма, яка містить органели та генетичний апарат — вмістилище спадкової інформації.

Слід зазначити, що клітини різних груп організмів бактерій, рослин, тварин і грибів мають певні відмінності, які й зумовлюють їхній спосіб життя, тип живлення і здатність пересуватися.

Найбільші відмінності спостерігаються між клітинами прокаріотів, до яких відносять різноманітні бактерії та еукаріоти — рослини, тварини й гриби.

Головні відмінності клітин прокаріотів та еукаріотів.

• Різні розміри. Клітини еукаріотів зазвичай у тисячі разів більші за об’ємом, ніж прокаріотів. Наприклад, діаметр типової клітини людини — близько 0,03 мм, тоді як розмір найбільших бактерій становить лише 0,002 мм (іл. 14.1).

Іл. 14.1. Приблизні порівняльні розміри клітин еукаріотів (а) та прокаріотів (б): 1 — яйцеклітина; 2 — клітина печінки; 3 — амеба; 4 — еритроцит; 5 — діатомова водорість; 6 — стрептокок; 7 — бацила; 8 — дріжджі

Значно більші розміри дозволяють еукаріотній клітині створити систему клітинних органел, підвищити рівень організації, зробити процеси, що в ній відбуваються, більш складними й водночас більш керованими.

• Принципово різна організація цитоплазми. Сучасні дані, отримані за допомогою електронного мікроскопа, довели, що цитоплазма еукаріотного організму має чітко визначену структуру.

Її основою є система пов’язаних між собою плазматичних мембран, що утворюють різноманітні функціональні відсіки-органели: ендоплазматичну сітку, апарат Гольджі, лізосоми, мікротільця і вакуолі. Тоді як у прокаріотів усі ці органели відсутні, а процеси, пов’язані із синтезом біологічних речовин, відбуваються на внутрішній стороні клітинної мембрани (іл. 14.2).

Іл. 14.2. Схема будови клітини бактерії

У результаті бактерії просто не можуть ефективно використати весь об’єм клітини, як це роблять еукаріоти, а тому хімічні перетворення речовин у їхніх клітинах відбуваються не так ефективно.

• Відмінність у будові генетичного апарата. У клітинах рослин, тварин чи грибів генетичний апарат міститься в ядрі — органелі, яка відокремлена від цитоплазми оболонкою. Генетичний матеріал — молекула ДНК разом зі спеціальними білками-гістонами формує речовину хроматин, з якої утворюються хромосоми. У бактерій немає ані чітко оформленого ядра, ані хромосом, ані хроматину. Функцію хромосоми в них виконує молекула ДНК (іл. 14.2).

Вона має форму замкненого кільця, яке прикріплене до внутрішньої сторони клітинної мембрани (іл. 14.2).

• Відмінність між клітинами різних царств еукаріотів. Представники трьох царств еукаріотів: Рослини, Тварини й Гриби — чітко розрізняються за способом життя та живленням. Рослини — це автотрофні фото синтезуючі нерухомі організми, тварини — гетеротрофні, що активно рухаються, а гриби — нерухомі гетеротрофи.

Усі ці особливості чітко відбиваються на особливостях будови їхніх клітин, хоча правильніше казати — саме особливості будови їх клітин і визначають рухомий чи нерухомий спосіб життя і здатність чи нездатність до фотосинтезу.

Клітини рослин закуті у тверду клітинну оболонку, основою якої в усіх вищих рослин є молекули полісахариду целюлози (іл. 14.3).

У нижчих рослин — водоростей — клітинна оболонка більш різноманітної будови. Її складовою також є целюлоза, однак вагоме значення мають й особливі білки глікопротеїди. У діатомових водоростей панцир складається з силіцій(ІV) оксиду (іл. 14.4). У клітинах рослин обов’язково наявний фотосинтетичний апарат, який утворюють хлоропласти.

Ще одна особливість зрілих рослинних клітин — наявність вакуолей, які можуть займати близько 90 % об’єму цитоплазми.

Іл. 14.3. Місце стикання оболонок трьох рослинних клітин: 1 — клітинні стінки сусідніх клітин; 2 — плазматична мембрана; 3 — міжклітинна речовина

Іл. 14.4. Діатомова водорість

Клітини тварин на своїй поверхні містять гнучкий глікокалікс, що дозволяє їм легко змінювати свою форму (іл. 10.11). У них немає ані пластид, ані вакуоль, однак є розвинутий цитоскелет, що складається з мікротрубочок й мікрофіламентів та виконує функцію опорно-рухового апарату. Завдяки відсутності клітинних стінок і наявності цитоскелета клітини розтягуються і скорочуються, а тварини швидко пересуваються.

Іл. 14.5. Схема будови клітини грибів: І — цитоплазма; 2 — ядро; 3 — клітинна оболонка; 4 — мітохоидрії; 5 — вакуоля

Клітина грибів дуже незвичайна (іл. 14.5, 13.2). Практично все тіло — це одна величезна багатоядерна клітина, яка може бути розділена перегородками на окремі сегменти. Поверхня клітини має тверду клітинну стінку, побудовану зі складного полісахариду хітину. Згадайте: саме ця речовина є складовою міцного панцира членистоногих тварин.

Отже, клітини грибів не здатні змінювати свою форму, а тому гриби є нерухомими організмами. У клітинах грибів відсутні пластиди, вакуолі й цитоскелет. Порівняльна характеристика будови клітин чотирьох царств живого наведена в таблиці 3.

Таблиця 3.

Порівняльна характеристика будови клітин представників чотирьох царств живого

Ознака чи структура

Бактерії

Рослини

Тварини

Гриби

Плазматична мембрана

Є

Є

Є

Є

Клітинна оболонка

З особливих білків

З целюлози

Немає

З хітину

Ендоплазматична сітка

Немає

Є

Є

Є

Комплекс Гольджі

Немає

Є

Є

Є

Лізосоми

Немає

Є

Є

Є

Вакуолі

Немає

Є

Немає

Немає

Рибосоми

Є дрібні

Є звичайного розміру

Є звичайного розміру

Є звичайного розміру

Клітинний центр

Немає

Немає

Є

Немає

Цитоскелет

Немає

Немає

Є

Немає

Генетичний апарат

Є

Є

Є

Є

Ядро

Немає

Є

Є

Є

Хромосоми

Немає

Є

Є

Є

Генетична речовина

ДНК

ДНК

ДНК

ДНК

Теорія клітинної будови організмів. Одним з головних теоретичних положень сучасної біології є клітинна теорія. Це біологічне узагальнення бере свій початок ще з XIX ст. Воно доводить існування єдиного принципу будови й життєдіяльності всіх живих організмів. Ключовим положенням є уявлення про клітину як одиницю будови живих організмів. Головними слід вважати чотири положення.

Теодор Шванн (1810-1882)

Рудольф Вірхов (1821-1902)

1. Принцип «клітинної організації живого». Клітина є найменшою елементарною одиницею живого; поза клітиною життя немає. Близько 200 років тому це положення сформулював німецький дослідник Теодор Шванн.

Воно й досі залишається ключовим у клітинній теорії та одним з основоположних принципів науки про живе. Виходячи з теорії клітинної будови організмів, можна стверджувати, що життя та його відтворення поза клітиною неможливі, а всі організми, які живуть на Землі, складаються з клітин. Це стосується як мікроскопічних одноклітинних організмів, так і гігантів світу тварин і рослин.

2. Принцип спадковості клітин, або закон Вірхова. Нова клітина виникає лише внаслідок поділу материнської клітини.

Цей принцип сформулював видатний німецький біолог Рудольф Вірхов. Із принципу спадковості клітин випливають важливі висновки, які вважають універсальними положеннями сучасної біології.

• Основою процесу росту й розвитку багатоклітинного організму є поділ клітин. Цей поділ спричиняє збільшення кількості клітин у геометричній прогресії та, у свою чергу, — збільшення організму в розмірах і його розвитку.

• Розмноження організмів пов'язане лише з поділом клітин. Так, одноклітинні організми розмножуються лише поділом навпіл материнської клітини, а багатоклітинні — спеціальними статевими клітинами, які утворюються внаслідок мейозу.

Усі організми, що складаються зі значної кількості клітин, беруть початок від однієї заплідненої яйцеклітини.

3. Принцип спільності в будові та походженні клітин. Усі клітини подібні за своїми основними властивостями й організацією, мають спільне походження, однаковий план будови, складаються з однакових хімічних елементів і речовин. Так, найпоширенішою речовиною клітин є вода; будівельним матеріалом усіх клітин — клітинна мембрана, що побудована з фосфоліпідів; основною функціональною речовиною клітини є білок; джерелом енергії слугують жири та вуглеводи, а носієм спадкової інформації — ДНК.

4. Активність багатоклітинного організму як сума активностей його клітин. Будь-який життєвий прояв багатоклітинного організму — це сукупність активних дій клітин. Наприклад, рухи людини — це скорочення волокон м'язових клітин, роботу яких координують нервові клітини, а забезпечують еритроцити, що здійснюють газообмін. Навіть думка, яка промайнула в голові, є результатом скоординованої роботи окремих клітин кори великих півкуль головного мозку.

Крім того, що клітини мають спільний план будови, представники різних царств живого мають свої особливості, які визначають їх спосіб життя й тип живлення. Особливо відрізняються клітини прокаріотів та еукаріотів, у будові яких спільними залишаються лише найбільш загальні риси.

Клітинна теорія є одним з головних теоретичних положень сучасної біології, яка стверджує існування єдиного принципу будови й життєдіяльності всіх живих організмів. Ключовим її положенням є уявлення про клітину як одиницю будови живих організмів.

1. У чому полягають головні відмінності будови клітин прокаріотів порівняно з еукаріотами? 2. Що є особливого в будові генетичного апарату тварин порівняно з бактеріями? 3. Назвіть головні відмінності будови клітин рослин та тварин. 4. Які особливості клітинної будови тварин особливо позначаються на способі їх життя?

5. Яке з положень клітинної теорії вважають головним. Чому? 6. Який процес на рівні клітин спричиняє ріст і розвиток організму?

• Чи може квіткова рослина повністю перейти на гетеротрофний спосіб живлення? Якщо так, то які зміни на рівні клітин мають відбутися?

Лабораторна робота

Тема: Вивчення структурно-функціональної різноманітності клітин.

Мета: отримати наочне уявлення про різноманітність клітин людини, тварин та рослин.

Обладнання та матеріали: мікроскоп, постійні препарати різних типів тканин та органів людини, постійні препарати тваринних і рослинних клітин.

Теоретична частина. Клітини, з яких побудовані тіла вищих рослин і тварин, відрізняються за своїм функціональним призначенням, місцем, яке вони займають в організмі, розмірами, формою та будовою. Клітини певних типів, сполучаюсь між собою, утворюють тканини, з яких уже формуються органи рослин і тварин, а згодом — і все тіло. Будова, розміри й форма клітин призначені для найбільш ефективної роботи.

Варіант 1

Завдання: 1) порівняти розміри й форму клітин, що належать до різних типів тканин; 2) обґрунтувати особливості форми й розмірів клітину зв’язку з функціями, які вони виконують.

Хід роботи.

1. Налаштуйте мікроскоп, виставивши потрібне збільшення.

2. Детально розгляньте клітинну будову різних тканин людини.

3. Опишіть побачені клітини.

4. Визначте залежність між типом клітин і функцією, яку вони виконують в організмі людини.

5. Намалюйте побачені клітини.

6. Заповніть протокол лабораторного дослідження:

• за якого збільшення мікроскопа проводилося дослідження;

• запишіть результати спостережень;

• поясніть різноманітність типів клітин;

Варіант 2

Завдання: 1) порівняти розміри і форму клітин, що належать до рослинних та тваринних тканин; 2) обґрунтувати особливості форми й будови клітин різних царств у зв’язку з особливостями способів життя рослин і тварин.

Хід роботи.

1. Налаштуйте мікроскоп, виставивши потрібне збільшення.

2. Детально розгляньте клітинну будову різних тканин рослини й тварин.

3. Визначте найпомітніші відмінності в їх будові.

4. Замалюйте побачені клітини.

5. Заповніть протокол лабораторного дослідження:

• укажіть, за якого збільшення мікроскопа проводилося дослідження;

• укажіть відмінність у будові клітин рослин і тварин;

• поясніть причини різноманітності типів клітин.

Тестові завдання до теми 2

2.1. Першим побачив клітину в мікроскопі

А Р. Гук

Б К. Гольджі

В Т. Шванн

Г Р. Вірхов

2.2. Світловий мікроскоп здатний збільшувати зображення щонайбільше до

А 100 разів

Б 1 000 разів

В 2 000 разів

Г 50 000 разів

2.3. Метод, за допомогою якого найкраще досліджувати деталі будови клітинної мембрани

А світлова мікроскопія

Б авторадіографія

В електронна мікроскопія

Г центрифугування

2.4. Речовина, яка визначає властивості клітинної мембрани

А глікопротеїди

Б фосфоліпіди

В целюлоза

Г клітковина

2.5. Речовина, яка входить до складу клітинної стінки рослин

А крохмаль

Б віск

В фосфоліпіди

Г целюлоза

2.6. Глікокаліксом називають

А нещільний покрив тваринної клітини

Б щільний покрив рослинної клітини

В будь-який покрив клітини

Г клітинну оболонку тваринних клітин

2.7. Органела, у якій відбувається синтез білків

А шорстка ендоплазматична сітка

Б гладенька ендоплазматична сітка

В комплекс Гольджі

Г клітинний центр

2.8. Органела, яка побудована лише з одного шару клітинної мембрани

А лізосома

Б хлоропласт

В мітохондрія

Г ядро

2. 9. Увідповідніть органели та функції, які вони виконують

1 хлоропласт

2 мітохондрія

3 клітинний центр

4 апарат Гольджі

А забезпечує фотосинтез

Б забезпечує внутрішньоклітинне травлення

В формує мікротрубочки

Г накопичує білки та полісахариди

Д окисненює органічні речовини

2.10. Складіть характеристику тваринній клітині, вибравши правильні відповіді

Особливість поверхневого апарату

Наявність органел з подвійним шаром клітинної мембрани

Особливості організації цитоплазми

1

взагалі немає

1

лише мітохондрії

1

наявні вакуолі

2

нещільний

2

лише пластиди

2

наявний цитоскелет

3

глікокалікс, клітинна стінка

3

пластиди та мітохондрії

3

немає ані цитоскелета, ані вакуоль