Разделение труда в клетке - основа её жизнедеятельности - СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ТЕЛА - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Постановка проблемы урока

Факт 1. В клетке идёт множество химических реакций.

Факт2. Разнонаправленные химические процессы мешают друг другу (конкурируют).

• В чём состоит противоречие? Предложите свой вариант вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 332).

Повторение необходимых знаний

• Что такое клетка? (5 - 7 классы)

• Что вы знаете о растительных и животных клетках? (5 - 7 классы)

Решение проблемы

С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы.

• Как устроены и какие функции выполняют разные органеллы в клетке?

• Что общего в работе машины и организма?

От окружающей организм неживой природы живая клетка отличается прежде всего тем, что она построена из очень больших и сложных молекул. Эти молекулы настолько своеобразны, что, встретив их среди неживого вещества, мы всегда можем с уверенностью сказать, что это остатки некогда живых клеток. В клетке эти органические молекулы образуют систему, которая может добывать энергию и строительные материалы из окружающей среды.

6.1. Строение животной клетки: 1 - цитоплазматическая мембрана; 2 - ядро; 3 - эндоплазматическая сеть; 4 - рибосомы; 5 - митохондрии; 6 - аппарат Гольджи

Цитоплазма - внутренняя среда клетки

Клеточная мембрана отделяет от внешней среды цитоплазму, включающую основную жидкую составляющую клетки — гиалоплазму, органеллы и включения. Гиалоплазма — водный раствор неорганических и органических веществ. В нём протекают химические реакции, располагаются и взаимодействуют между собой внутренние структуры клетки. Цитоплазма постоянно движется, и с её током различные вещества перемещаются из одной части клетки в другую. В цитоплазме белки, липиды, углеводы могут накапливаться в виде зёрен, кристаллов, капелек.

Клеточная мембрана ограничивает клетку и поддерживает её химический состав

Клеточная мембрана отделяет внутреннее содержимое одной клетки от других. Основу мембраны составляет двойной слой липидов. Подобно масляной плёнке на поверхности воды, она не жесткая, а текучая, легко прогибающаяся, растягивающаяся, меняющая свою форму. Через мембрану свободно проходят вещества, растворимые в масле, а также маленькие незаряжённые молекулы кислорода, углекислого газа, воды. А вот для большинства веществ, растворимых в воде, например, сахара и соли, мембрана практически непроницаема, поэтому химическая среда внутри клетки отличается от наружной.

Так как некоторые сахара и соли очень нужны клетке, в мембране существуют “контрольно-пропускные пункты”. Молекулы специальных белков “пропускают” в клетку необходимые ей вещества, но преграждают путь ненужным, чем обеспечивают избирательную проницательность мембраны клетки. Это очень важное свойство, и его отсутствие свидетельствует о гибели клетки.

Живая клетка взаимодействует с окружающими её клетками. Белковые молекулы мембраны умеют “распознавать” различные химические вещества, служащие разнообразными сигналами, и позволяют клеткам “узнавать” друг друга.

6.2. Строение мембраны

• Объясните, какова роль липидов и белков в функционировании мембраны.

Очень крупные молекулы не могут проникнуть в клетку через “контрольно - пропускные пункты”, однако значительная часть клеток может и поглощать их, и выделять синтезированные внутри клетки большие молекулы в межклеточную жидкость.

Чтобы выделить какое - либо вещество наружу, клетки упаковывают его в специальные пузырьки. Затем эти пузырьки сливаются с мембраной и открываются во внеклеточное пространство, высвобождая вещество. Этот процесс называется экзоцитозом.

Сходный механизм, но в обратной последовательности — эндоцитоз — клетки используют для захвата частиц из окружающей среды. Если клетка поглощает жидкость и растворённые вещества с помощью небольших пузырьков, процесс называется пиноцитозом, а если клетка поглощает большие частицы - фагоцитозом.

6.3. Транспорт крупных молекул через мембрану

• Для чего в клетке используются эндоцитоз и экзоцитоз?

Эндоплазматическая сеть - “фабрика клетки” и “сеть её дорог”

Большая часть клетки заполнена системой внутренних мембран, сходных по своему строению с наружными. Часть из них свёрнута в многочисленные складки и образует замкнутые полости, не сообщающиеся с цитоплазмой. Эта система мембран называется эндоплазматической сетью (рис. 6.4). На её поверхности идёт “процесс сборки” необходимых клетке органических веществ. Чтобы он шёл в строго определённой последовательности, сборщики - ферменты располагаются в строгом порядке на мембране эндоплазматической сети, как рабочие у конвейера по сборке автомобилей. Собранные вещества перемещаются по каналам эндоплазматической сети в другие части клетки, где происходят их дальнейшие химические превращения.

6.4. Эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи

• Как связаны функции эндоплазматической сети с её строением?

Эндоплазматическая сеть неоднородна, часть её поверхности гладкая, другая, особенно вблизи ядра, выглядит шероховатой. Эти две области так и называют - гладкая и шероховатая эндоплазматическая сеть. С поверхностью шероховатой эндоплазматической сети связаны тысячи крошечных телец - рибосом. Это - микроскопические тельца округлой формы. Основная функция всех рибосом - синтез белка. Это сложный процесс, который осуществляется не одной рибосомой, а целой группой, включающей до нескольких десятков объединённых рибосом. Эндоплазматическая сеть и рибосомы, расположенные на её мембранах, представляют собой единый аппарат биосинтеза и транспорта белков.

Аппарат Гольджи - “склад” и “упаковочный цех” клетки

В клетке есть ещё од на мембранная система — аппарат Гольджи. В отличие от эндоплазматической сети мембранные цистерны аппарата Гольджи непосредственно не соединены между собой. Их связь осуществляется с помощью транспортных пузырьков, которые отделяются от одной структуры и присоединяются к другой, передавая ей содержащиеся внутри вещества. В аппарате Гольджи молекулы, образовавшиеся в эндоплазматической сети, проходят дальнейшие химические превращения. Полученные вещества накапливаются, сортируются, а затем в виде крупных и мелких мембранных пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке для поддержки её жизнедеятельности, либо выводятся из неё с помощью экзоцитоза и поступают в другие клетки.

Митохондрии - “силовые станции” клетки

В цитоплазме расположены митохондрии — довольно крупные мешковидные органеллы, образованные двумя мембранами: внешней гладкой и внутренней складчатой (рис. 6.5). Складки — кристы — увеличивают поверхность внутренней мембраны. На ней размещаются ферменты, ускоряющие реакции окисления жиров и углеводов. При этом освобождается энергия. Она транспортируется во все части клетки универсальными переносчиками — молекулами АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), поэтому митохондрии называют “силовыми станциями” клетки. В клетке они часто располагаются рядом с местами интенсивного потребления энергии, например, около жгутиков и ресничек. Митохондрий много в тех клетках, где велики энергетические затраты, например, в мышечных.

6.5. Митохондрия

• Почему внутренняя мембрана митохондрий имеет складки?

У клеток есть скелет

Если бы клетки были заполнены только вязкой жидкостью - цитоплазмой, они имели бы форму шара. Однако клетки нашего тела обычно имеют гораздо более сложную форму. Дело в том, что цитоплазма пронизана белковыми микротрубочками, которые позволяют клетке сохранять определённую форму, участвуют в перемещении клеточных органелл и движении клетки. Неудивительно, что комплекс микротрубочек называют цитоскелетом, опорно-двигательной системой клетки. Благодаря способности микротрубочек к быстрому распаду и сборке они легко перемещаются и формируют новые конструкции, что придаёт цитоскелету и клетке значительную гибкость.

Ядро - хранилище наследственной информации

Клеточное ядро — важнейшая часть клетки. Оно расположено в цитоплазме и имеет округлую или овальную форму. Ядро покрыто состоящей из двух мембран оболочкой, которая предохраняет его содержимое от повреждения частицами и крупными молекулами, работающими в цитоплазме. Ядерная оболочка пронизана порами. Через них происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Главная функция ядра - хранение и передача ДНК, в которой записана наследственная информация.

“Химическая машина”

Можно обнаружить интересную аналогию между организмом и машиной. Машина работает, а организм живёт, используя энергию (топливо) из внешнего источника. Организм поглощает из внешней среды необходимые для жизни компоненты — химические вещества. Именно из них он извлекает энергию и строит своё тело. В этом смысле организм можно считать “химической машиной”.

Машина будет работать, пока поддерживается постоянство её устройства. Например, паровоз совершает поступательное движение из пункта А в пункт Б за счёт того, что все его движущиеся детали вновь и вновь возвращаются в прежнее положение. Колесо делает круг, поршень доходит до упора и снова идёт обратно, то есть совершает возвратно - поступательное движение. Такое повторяющееся движение называется циклическим.

Функционирование любого организма, в том числе и человека, тоже построено на циклических процессах и в этом смысле подобно машине. Кровь выходит из сердца, делает круг и возвращается в конце концов снова в сердце. Ходьбу обеспечивает возвратно - поступательное движение конечностей.

Циклическими могут быть не только движения, но и химические процессы. Так, например, гемоглобин крови в лёгких присоединяет кислород, чтобы отдать его в тканях, и снова становится способным при соединять кислород.

Повторяющиеся процессы мы наблюдаем на разных уровнях живого. В биосфере и экосистеме это круговорот веществ. В жизнедеятельности организма — это циклы использования поглощённых веществ и выведения ненужных продуктов обмена вовне.

Формулирование вывода

Жизнедеятельность клетки представляет собой сложную систему циклических процессов. Разграничение цитоплазмы мембранами позволяет осуществлять множество химических реакций одновременно. Каждая органелла выполняет определённую функцию в жизнедеятельности клетки.

Цитоплазма, клеточная мембрана, эндоплазматическая сеть,

аппарат Гольджи, митохондрии, ядро

Применение знаний

1. Из каких частей состоит клетка?

2. Как происходит “разделение труда” в клетке?

3. Почему клетку можно назвать “химической машиной”?

4. Зачем люди стремятся разделить помещение на части (квартиру - на комнаты, завод - на цеха и т.п.)?

5. Почему клеточную мембрану называют универсальным строительным материалом клетки?

6. Суммарная поверхность всех клеточных мембран во много раз превышает поверхность самой клетки. Какой в этом биологический смысл?

7. Стратегические запасы энергии в организме создаются с помощью липидов, тактические - с помощью глюкозы. Как вы думаете, почему внутриклеточным переносчиком энергии является АТФ?

8. Поработайте в паре: пусть один называет органеллу клетки, а второй объясняет её функцию и роль в клетке.