Биология. Введение в общую биологию. 9 класс - Глеб Швецов

Соединения азота, фосфора, кальция и других неорганических веществ используются для синтеза молекул органических веществ.

Соли кальция и фосфора обеспечивают прочность костей, ногтей, зубов. Катионы кальция принимают участие в регуляции сердечных сокращений и свёртываемости крови.

Методы изучения клетки. Исторически первым таким методом изучения клетки стала световая микроскопия. Первые микроскопы были изобретены в начале XVII в. и увеличивали в 20–35 раз. Современные световые микроскопы увеличивают изучаемый объект в 2000–2500 раз. В 30-х гг. XX в. появилась электронная микроскопия. Именно в это время был изобретён электронный микроскоп, который позволяет достигать увеличения до 1 000 000 раз (рис. 21).

Для выделения митохондрий, рибосом, пластид и других органоидов клетки используют метод центрифугирования. Для этого разрушенные клетки помещают в пробирки и вращают с очень большой скоростью в специальных приборах – центрифугах.

Рис. 21. Микроскопы 1 – микроскоп XVII в.; 2 – современные световые микроскопы; 3 – электронный микроскоп

В настоящее время учёные используют и другие физические и химические методы, позволяющие выделять и исследовать различные виды молекул, входящих в состав клетки.

Основные положения клеточной теории. Клетки различных органов животных, растений, грибов внешне не очень похожи друг на друга. Ну что общего, казалось бы, между нейроном нашего мозга, стрекательной клеткой гидры, инфузорией туфелькой и клеткой листа берёзы? И тем не менее между этими, да и всеми другими клетками, гораздо больше сходства, чем различий. И хотя многие учёные пользовались микроскопами для изучения живых существ, техника XVII–XVIII вв. была ещё очень несовершенной. Лишь в начале XIX в. Р. Броун смог увидеть внутри клеток листа плотное образование, которое он назвал ядром. К середине XIX в. немецкие учёные Т. Шванн и М. Шлейден, обобщив сведения, полученные многими исследователями, сформулировали клеточную теорию, одну из основных в современной биологии.

1. Все живые существа, от одноклеточных до крупных растительных и животных организмов, состоят из клеток.

2. Все клетки сходны по строению, химическому составу и жизненным функциям.

3. Несмотря на то что в многоклеточных организмах отдельные клетки специализируются на выполнении какой-то определённой «работы», они способны к самостоятельной жизнедеятельности, т. е. могут питаться, расти, размножаться.

М. Шлейден и Т. Шванн ошибочно полагали, что клетки могут самопроизвольно зарождаться в жидкостях или во множестве рождаться внутри старых клеток. Однако немецкий биолог и врач Р. Вирхов доказал, что клетки способны делиться, и предложил следующее дополнение к клеточной теории.

4. Все клетки образуются из клетки.

Таким образом, клетка – элементарная единица живого, лежащая в основе строения, развития и размножения всех живых организмов.

Клетка. Методы изучения клетки: световая микроскопия и электронная микроскопия, центрифугирование. Клеточная теория

Вопросы

1. Какие вопросы рассматриваются на клеточном уровне?

2. Что характерно для химического состава клетки?

3. Какие методы используются при изучении клетки?

4. Кто разработал клеточную теорию?

5. Почему клетку назвали клеткой?

6. Какие свойства объединяют все клетки живых организмов?

Задания

Используя знания, полученные на уроках физики, объясните, почему электронные микроскопы дают большее увеличение, чем световые.

§ 14. Общие сведения о клетках. Клеточная мембрана

1. Чем различаются оболочки животной и растительной клеток?

2. Чем покрыта клетка гриба?

Клетки, несмотря на свои малые размеры, устроены очень сложно. Они содержат структуры для потребления питательных веществ и энергии, выделения ненужных продуктов обмена, размножения. Все эти стороны жизнедеятельности клетки должны быть тесно связаны друг с другом.

Исследования, проводившиеся в течение многих десятилетий и не прекращающиеся до сих пор, позволяют нарисовать достаточно полную картину строения клетки. Мы можем связать отдельные функции клетки с множеством различных мельчайших образований, обнаруженных в ней.

Внутреннее полужидкое содержимое клетки получило название цитоплазмы. В цитоплазме большинства клеток находится ядро, координирующее жизнедеятельность клетки, и многочисленные органоиды, выполняющие разнообразные функции.

Клеточная мембрана отделяет внутреннее содержание клетки от внешней среды. Она защищает цитоплазму и ядро от повреждений, обеспечивает связь клеток между собой, избирательно пропускает внутрь клетки необходимые вещества и выводит из клетки продукты обмена.

Строение мембраны у всех клеток одинаково. Её толщина составляет приблизительно 8 нм (1 нм = 10−9 м), и поэтому увидеть мембрану в световой микроскоп невозможно. Данные, полученные при помощи электронного микроскопа, позволили заключить, что основу мембраны составляет двойной слой молекул липидов (рис. 22), в котором расположены многочисленные молекулы белков. Некоторые белки находятся на поверхности липидного слоя, другие пронизывают оба слоя липидов насквозь. Специальные белки образуют тончайшие каналы, по которым внутрь клетки или из неё могут проходить ионы калия, натрия, кальция и некоторые другие ионы, имеющие маленький диаметр. Однако более крупные частицы через мембранные каналы пройти не могут. Молекулы пищевых веществ – белки, углеводы, липиды – попадают в клетку при помощи фагоцитоза или пиноцитоза.

В том месте, где пищевая частица прикасается к наружной мембране клетки, образуется впячивание, и частица попадает внутрь клетки, окружённая мембраной. Этот процесс называется фагоцитозом (рис. 23, А). Внутрь образовавшегося пузырька проникают пищеварительные ферменты, и возникает пищеварительная вакуоль. Путём фагоцитоза питаются простейшие. У многоклеточных организмов некоторые лейкоциты крови – довольно крупные амёбовидные клетки, передвигаясь в крови и лимфе, также способны активно захватывать и переваривать чужеродные бактерии. Их называют фагоцитами.

Рис. 22. Строение клеточной мембраны

Рис. 23. Схемы фагоцитоза (А) и пиноцитоза (Б)

Так как клетки растений поверх наружной клеточной мембраны покрыты плотным слоем клетчатки, они не могут захватывать вещества при помощи фагоцитоза.

Пиноцитоз отличается от фагоцитоза лишь тем, что в этом случае впячивание наружной мембраны захватывает не твёрдые частицы, а капельки жидкости с растворёнными в ней веществами (рис. 23, Б). Это один из основных механизмов проникновения веществ в клетку.

Цитоплазма. Ядро. Органоиды. Мембрана. Фагоцитоз. Пиноцитоз

Вопросы

1. Каковы функции наружной мембраны клетки?

2. Какими способами различные вещества могут проникать внутрь клетки?

3. Чем пиноцитоз отличается от фагоцитоза?

4. Почему у растительных клеток нет фагоцитоза?

Задания

1. Составьте план параграфа.

2. Проанализировав текст параграфа и рисунки 22 и 23, установите взаимосвязь между строением и функциями клеточной мембраны.

§ 15. Ядро

1. Какова роль ядра в клетке?

2. Приведите примеры безъядерных, одноядерных и многоядерных клеток.

Клеточное ядро – это важнейшая часть клетки. Оно есть почти во всех клетках многоклеточных организмов. Исключение составляют красные кровяные тельца человека – эритроциты, которые лишены ядра. Не имеют ядра и древнейшие одноклеточные существа на Земле – бактерии, поэтому их и называют прокариотами (от лат. pro – перед, раньше и греч. karyon – ядро). Клетки всех остальных организмов – грибов, растений, животных – содержат хорошо оформленное ядро, поэтому их называют эукариотами (от греч. еu – хорошо, полностью).

Почему же наличие ядра так важно для жизнедеятельности клетки? Клеточное ядро содержит ДНК – вещество наследственности, в котором зашифрованы все свойства клетки. Ядро осуществляет регуляцию важнейших функций клетки. Во-первых, это деление, при котором образуются новые клетки. Во-вторых, ядро регулирует все процессы белкового синтеза, обмена веществ и энергии, идущие в клетке.

Ядро чаще всего имеет шаровидную или овальную форму. Обычно в клетках находится одно ядро, хотя есть и исключения. Например, у инфузории туфельки два ядра, а в волокнах поперечно-полосатых мышц их множество.