Как открыли клетки и клеточная теория
Клетка — самая маленькая живая единица. Большинство клеток слишком малы, чтобы увидеть их глазом, поэтому нужен микроскоп (прибор, который увеличивает мелкие предметы).
- 1665 — Роберт Гук увидел крошечные коробочки в срезе пробки и назвал их клетками (латинское cella = маленькая комната). Это были мёртвые клетки.
- 1674 — Левенгук с помощью более хорошей линзы увидел в прудовой воде живые клетки, например бактерии.
- 1831 — Роберт Броун открыл ядро.
- 1838–39 — Шлейден и Шванн заявили, что все растения и животные состоят из клеток.
- 1855 — Вирхов добавил, что новые клетки возникают только из уже существующих клеток.
Клеточная теория в трёх строках
- Все живые организмы состоят из одной или нескольких клеток.
- Клетка — основная единица строения и работы организма.
- Все клетки происходят от ранее существовавших клеток.
Организмы из одной клетки (амёба, бактерии) называются одноклеточными. Организмы из многих клеток (ты, дерево манго) — многоклеточные.
Попробуй дома
Сними тонкую плёнку с внутренней стороны слоя лука, положи её на предметное стекло с каплей воды и посмотри в школьный микроскоп или через сильный макрообъектив телефона. Ты увидишь аккуратные клетки, похожие на кирпичики.
Прокариоты и эукариоты, растительная и животная клетка
Прокариотические и эукариотические клетки
| Прокариотическая | Эукариотическая |
|---|---|
| Очень маленькая (1–10 мкм) | Больше (5–100 мкм) |
| Нет ядерной оболочки; ДНК лежит в области, которая называется нуклеоид | Настоящее ядро с ядерной оболочкой |
| Нет органоидов с мембраной (нет митохондрий и хлоропластов) | Много органоидов с мембраной |
| Бактерии, сине-зелёные водоросли | Растения, животные, грибы, амёба |
Растительная и животная клетка
| Растительная клетка | Животная клетка |
|---|---|
| Снаружи от мембраны клеточная стенка из целлюлозы | Клеточной стенки нет |
| Постоянная форма, похожая на коробку | Форма может меняться, часто круглая |
| Есть хлоропласты (в зелёных частях) | Хлоропластов нет |
| Одна большая центральная вакуоль | Вакуоли маленькие или их нет |
| Центриолей обычно нет | Центриоли есть |
В обеих есть клеточная мембрана, цитоплазма, ядро, митохондрии, ЭПС, аппарат Гольджи и рибосомы.
Органоиды клетки и их функции
Органоиды — это крошечные части внутри клетки, у каждой своя работа, как у комнат на фабрике.
- Клеточная мембрана (плазматическая мембрана): тонкая внешняя оболочка. Она избирательно проницаема — одни вещества пропускает, другие нет.
- Клеточная стенка (у растений, грибов): жёсткий слой целлюлозы снаружи от мембраны. Даёт форму и прочность и не даёт клетке лопнуть в воде.
- Ядро: пункт управления. В нём находятся хромосомы из ДНК, которые хранят инструкции и передают признаки следующему поколению.
- Цитоплазма: желеобразное вещество, заполняющее клетку; в ней находятся органоиды.
- Митохондрии: энергостанции. Они расщепляют пищу и выделяют энергию в виде АТФ. У них есть собственная ДНК и рибосомы.
- Пластиды: хлоропласты (зелёные, с хлорофиллом — создают пищу при фотосинтезе), лейкопласты (бесцветные, хранят крахмал, масло, белок). У пластид тоже есть собственная ДНК.
- Эндоплазматическая сеть (ЭПС): сеть трубочек. Шероховатая ЭПС несёт рибосомы и помогает делать белки; гладкая ЭПС делает жиры (липиды) и помогает обезвреживать яды в клетках печени. Вместе они создают мембраны (образование мембран).
- Рибосомы: делают белки.
- Аппарат Гольджи: хранит, изменяет и упаковывает вещества и отправляет их наружу; также образует лизосомы.
- Лизосомы: мешочки с пищеварительными ферментами, которые убирают отходы и изношенные части. Если клетка сильно повреждена, они лопаются и переваривают саму клетку, поэтому их называют «мешками самоубийц».
- Вакуоли: мешочки для хранения. В растительных клетках очень большие (могут занимать почти всю клетку) и поддерживают упругость клетки (тургор).
Диффузия и осмос
Диффузия: частицы сами расходятся оттуда, где их больше, туда, где их меньше. Кислород входит в клетку, а углекислый газ выходит из неё путём диффузии.
Осмос: движение воды через избирательно проницаемую мембрану из места, где воды больше (разбавленный раствор), туда, где воды меньше (концентрированный раствор).
Три вида раствора снаружи
- Гипотонический (снаружи раствор слабее, например чистая вода): вода входит, клетка набухает. Животные клетки могут лопнуть; растительные остаются упругими из-за стенки.
- Изотонический (та же концентрация): общего движения воды нет, ничего не меняется.
- Гипертонический (снаружи раствор крепче, например солёная вода): вода выходит, клетка сжимается. В растительных клетках содержимое отходит от стенки — это плазмолиз.
Клетки также захватывают пищу путём эндоцитоза: амёба обхватывает еду своей мембраной. Это возможно, потому что мембрана гибкая.
Попробуй дома
Возьми две миски: в одной простая вода, в другой очень солёная. Положи в каждую по 5 изюминок. Через 2 часа сравни. Сначала предскажи результат, потом проверь.
Деление клетки: митоз и мейоз
Новые клетки нужны для роста, для замены старых или повреждённых клеток и для создания половых клеток (гамет).
| Митоз | Мейоз |
|---|---|
| 1 клетка → 2 дочерние клетки | 1 клетка → 4 дочерние клетки (два деления) |
| Столько же хромосом, сколько у материнской клетки | Вдвое меньше хромосом |
| Дочерние клетки одинаковые | Дочерние клетки разные |
| Для роста и восстановления (кожа, кончик корня) | Только в органах размножения, чтобы создавать сперматозоиды и яйцеклетки |
Почему вдвое меньше? Когда сперматозоид и яйцеклетка соединяются, две половинки снова дают полное число. У человека: в клетках тела 46 хромосом, в половых клетках 23.
Главные формулы и определения
- Клетка = основная единица строения и работы живого
- Прокариот: нет ядерной оболочки (нуклеоид); эукариот: настоящее ядро
- Только у растительной клетки: клеточная стенка, хлоропласты, большая вакуоль
- Митохондрия = энергостанция (АТФ); лизосома = мешок самоубийц
- Осмос: вода идёт из разбавленного раствора в концентрированный через избирательно проницаемую мембрану
- Гипотонический → набухает; изотонический → без изменений; гипертонический → сжимается (плазмолиз)
- Митоз: 1 → 2 одинаковые, то же число хромосом; мейоз: 1 → 4, число вдвое меньше
Разобранные примеры
1. У клетки нет ядерной оболочки и нет митохондрий. Она прокариотическая или эукариотическая? Назови один пример.
Нет ядерной оболочки — значит, ДНК лежит свободно в нуклеоиде, и нет органоидов с мембраной. Поэтому клетка прокариотическая, например бактерия.
2. У клетки есть клеточная стенка и большая вакуоль, но нет хлоропластов. Может ли это всё же быть растительная клетка?
Да. Клеточная стенка и большая центральная вакуоль указывают на растительную клетку. Клетки корня не зелёные, поэтому хлоропластов у них нет (могут быть лейкопласты для хранения крахмала).
3. Почему изюм набухает в воде, а солёный кусочек манго становится влажным?
Внутри изюма раствор концентрированнее, чем вода, поэтому вода входит путём осмоса (снаружи гипотонический раствор). Соль снаружи кусочка манго делает наружный раствор более концентрированным (гипертонический), поэтому вода выходит из клеток.
4. В клетках тела человека 46 хромосом. Сколько хромосом будет в каждой клетке после митоза? После мейоза?
Митоз сохраняет число: по 46 в каждой из 2 клеток. Мейоз уменьшает его вдвое: по 23 в каждой из 4 клеток.
5. Почему растительная клетка в чистой воде не лопается, а эритроцит может?
В обе клетки вода входит путём осмоса. Жёсткая целлюлозная стенка растительной клетки сопротивляется и не даёт ей лопнуть (клетка становится упругой, тургорной). У эритроцита стенки нет, поэтому он продолжает набухать и может лопнуть.
6. Что пострадает, если аппарат Гольджи в клетке перестанет работать?
Аппарат Гольджи упаковывает и отправляет наружу вещества, созданные ЭПС, и образует лизосомы. Поэтому упаковка и выделение (например, ферментов и гормонов) прекратятся, а новые лизосомы не образуются.
Частые ошибки
- Говорить, что Роберт Гук видел живые клетки. Клетки пробки, которые он видел, были мёртвыми; живые клетки первым увидел Левенгук.
- Думать, что у бактерий нет ДНК. Она есть, просто не заключена в ядерную оболочку.
- Путать диффузию и осмос. Осмос — это только движение воды через избирательно проницаемую мембрану.
- Писать, что мейоз даёт 2 клетки. Мейоз даёт 4 клетки с вдвое меньшим числом хромосом; митоз даёт 2.