Строение клетки и органоиды

В теле человека около 30 триллионов клеток, и в типичной клетке работает целое хозяйство: ядро хранит инструкции, рибосомы собирают белки, митохондрии добывают энергию. Строение клетки проходят в школе несколько раз, и почти всегда учитель просит заполнить таблицу «органоид — строение — функции». Тренажёр выше помогает понять эту таблицу, а не переписать её. Нажмите на любую часть рисунка, и откроется карточка: из чего состоит органоид, сколько у него мембран, у каких клеток он есть и на чём чаще всего ошибаются. Таблицу органоидов можно распечатать готовой или пустым бланком, сравнить животную, растительную, грибную и бактериальную клетки бок о бок и проверить себя в играх, похожих на задания ЕГЭ.

С чего начать: пять шагов

Если вы здесь впервые, пройдите этот маршрут. Каждая кнопка включает нужный режим прямо в тренажёре и прокручивает к нему. Потом можно вернуться сюда и читать дальше.

1. Откройте ядро животной клетки и прочитайте карточку целиком. Ядро
2. Посмотрите, как те же органоиды выглядят строками таблицы. Таблица
3. Переключитесь на растительную клетку и найдите огромную вакуоль. Вакуоль
4. Раскрасьте рисунок по числу мембран и запомните три цвета органоидов: две мембраны, одна, ни одной. Мембраны
5. Сыграйте раунд «Что под цифрой», как в заданиях с рисунком. Играть

Как люди увидели клетку

В 1665 году английский учёный Роберт Гук рассматривал в усовершенствованный им микроскоп тонкий срез пробки. Он увидел ячейки, похожие на пчелиные соты, и назвал их cells, то есть «комнатки». В пробке Гук видел не живые клетки, а их пустые оболочки, клеточные стенки. Но слово прижилось, и по-русски мы до сих пор говорим «клетка».

Через несколько лет голландец Антони ван Левенгук, торговец тканями, научился шлифовать крошечные линзы, увеличивавшие в двести с лишним раз. В капле прудовой воды он увидел живых одноклеточных, которые плавали туда и сюда. Потом стали находить и части клетки: в 1831 году Роберт Броун описал ядро в клетках орхидеи.

В 1838–1839 годах ботаник Маттиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн сопоставили наблюдения и пришли к выводу, что и растения, и животные состоят из клеток. Так появилась клеточная теория. В 1855 году врач Рудольф Вирхов добавил к ней важную мысль: каждая клетка происходит от другой клетки. В учебнике общей биологии для 10–11 класса основные положения клеточной теории такие:

1. Клетка — основная единица строения, жизнедеятельности и развития всех живых организмов.
2. Клетки всех организмов сходны по строению, химическому составу и обмену веществ.
3. Новые клетки образуются только делением исходной клетки.
4. В многоклеточном организме клетки специализированы и образуют ткани.

Многие детали строения клетки разглядели только в электронный микроскоп, который появился в 1930-х. Например, рибосомы описал Джордж Паладе в 1955 году. Поэтому в учебниках 5–7 класса на рисунке клетки только оболочка, мембрана, ядро, цитоплазма, вакуоль и пластиды, а в 8–9 классе добавляются ЭПС, комплекс Гольджи, рибосомы и другие органоиды. Тренажёр устроен так же: переключатель уровня показывает ровно то, что проходят в вашем классе.

Три части любой клетки

Клетки бывают очень разными. Отростки некоторых нервных клеток человека тянутся на метр, а кишечная палочка длиной всего около двух микрометров. Но почти у любой клетки есть три основные части, а исключения вроде эритроцитов человека разберём ниже.

Мембрана отделяет клетку от внешней среды. Это двойной слой липидов толщиной меньше десяти нанометров, в который встроены белки. Мембрана пропускает вещества избирательно: кислород и углекислый газ проходят легко, вода тоже, а ионы и глюкоза только с помощью белков: ионы через каналы и насосы, глюкоза через переносчики. Это свойство называют избирательной проницаемостью.

Цитоплазма заполняет клетку. Её жидкая часть, гиалоплазма, состоит в основном из воды, и в ней идут многие реакции обмена веществ. В цитоплазме лежат органоиды, то есть постоянные части клетки со своей работой, и включения, временные запасы вроде капель жира или зёрен крахмала.

Наследственный аппарат хранит инструкции. У растений, животных и грибов он заключён в ядро с двойной оболочкой. У бактерий ядра нет, и их ДНК лежит прямо в цитоплазме. По этому признаку все клеточные организмы делят на эукариот (ядерных) и прокариот (доядерных). Вирусы клеток не имеют и в это деление не входят.

Органоиды клетки по числу мембран

Названий органоидов много, но запомнить их легче, если разложить по трём корзинам. Об этом делении спрашивают и на контрольной в 9 классе, и на ЕГЭ.

Двумембранные: ядро, митохондрии и пластиды. У митохондрии внутренняя мембрана собрана в складки, кристы, и на них идёт синтез АТФ, главной «энергетической валюты» клетки. Внутри хлоропласта — стопки плоских мешочков, тилакоидов, с хлорофиллом. Такие стопки называются гранами.

Одномембранные: эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы и вакуоли. Они работают как одна система. На шероховатой ЭПС рибосомы собирают белки, по каналам сети они уходят в комплекс Гольджи, там их сортируют и упаковывают в пузырьки. Часть пузырьков становится лизосомами с пищеварительными ферментами.

Немембранные: рибосомы, клеточный центр, цитоскелет. Рибосома состоит из двух частей, собранных из рибосомной РНК и белка. Клеточный центр у животных — это две центриоли под прямым углом, и при делении от них расходятся нити веретена.

Таблица органоидов: строение и функции

Ниже — короткая шпаргалка по органоидам животной клетки: с неё начинают в 8–9 классе. Полная таблица органоидов в тренажёре подстраивается под выбранную клетку и уровень, умеет прятать столбец строения или функций, чтобы проверить себя, и печатается на лист.

В растительной клетке к этим строкам добавляются клеточная стенка, крупная вакуоль и пластиды, а лизосомы и клеточный центр, наоборот, обычно не указывают. Поэтому таблицы по биологии к параграфам о животной и о растительной клетке выглядят по-разному, и тренажёр строит каждую отдельно.

Растительная и животная клетка: в чём разница

Строение растительной клетки знакомо по кожице лука под микроскопом в 5–7 классе: вытянутые клетки с хорошо заметными стенками. Клетки животных и человека выглядят иначе: жёсткой стенки у них нет, поэтому форма их разнообразна и часто не такая правильная. Различия связаны с образом жизни. Растение не передвигается и само создаёт органические вещества на свету, поэтому ему нужны хлоропласты и прочный каркас. Животное передвигается и добывает готовую пищу, и жёсткая стенка ему бы мешала.

Клетка человека устроена как типичная животная клетка, поэтому в курсе «Человек» таблицу строения клетки заполняют по тому же рисунку. Есть и исключения, о которых часто спрашивают на ОГЭ и ЕГЭ. Например, у зрелых эритроцитов человека нет ядра, а у эритроцитов лягушки и птиц оно есть.

Грибы и бактерии: чем их клетки отличаются

Грибную клетку часто путают с растительной, ведь у неё тоже есть клеточная стенка. Но стенка грибов в основном из хитина, того же вещества, что и в покровах насекомых, а запасают грибы, как животные, гликоген. Хлоропластов у них нет: грибы всасывают готовые органические вещества.

Бактериальная клетка устроена проще всех и меньше всех: обычно её размер — несколько микрометров. У неё нет ядра, митохондрий, ЭПС и комплекса Гольджи. ДНК замкнута в кольцо и лежит в цитоплазме; эта зона называется нуклеоидом. Рядом бывают маленькие кольца ДНК, плазмиды. Стенка у бактерий из муреина, а рибосомы мельче, чем у ядерных клеток. Зато в хороших условиях некоторые бактерии делятся надвое каждые двадцать минут.

Митохондрия и хлоропласт: клетка внутри клетки

У митохондрий и хлоропластов есть странности. У них собственная кольцевая ДНК, как у бактерий. Есть и свои рибосомы — тоже мелкие, бактериального типа. Они размножаются делением независимо от деления клетки, и клетка не может собрать их заново, если они пропали. Учёные объясняют это так: давным-давно крупная клетка поглотила бактерию, но не переварила её, и они стали жить вместе.

Подробно такую мысль про хлоропласты изложил в 1905 году русский ботаник Константин Мережковский. Её долго не принимали всерьёз. В 1967 году американский биолог Линн Маргулис развила идею, а позже, когда научились читать ДНК, гипотезу подтвердили: ДНК митохондрий и хлоропластов оказалась похожа на ДНК бактерий. В учебниках эти органоиды называют полуавтономными: своя ДНК и свои рибосомы у них есть, но большую часть их белков кодирует ДНК ядра.

Химический состав клетки: из чего она сделана

В клетке нет особых «живых» атомов, это те же элементы, что и в неживой природе. В клетках обнаружено больше 70 химических элементов, но почти всю массу клетки дают четыре: кислород, углерод, водород и азот. Их называют органогенами: из них в основном построены органические вещества клетки. Углеводы и жиры состоят из углерода, водорода и кислорода, а в белках и нуклеиновых кислотах есть ещё и азот.

Больше всего в клетке воды, обычно 70–80 % массы. Вода растворяет вещества, переносит их и участвует в реакциях. Отсюда и первое место кислорода. Других элементов совсем мало, но без них клетка не обходится. Железо входит в гемоглобин, магний в хлорофилл, йод в гормоны щитовидной железы. Где эти элементы стоят в периодической системе и чем они похожи на соседей, можно посмотреть в интерактивной таблице Менделеева.

Как выучить органоиды клетки без зубрёжки

Сначала запомните три корзины по мембранам. Потом для каждого органоида держите в голове одну картинку и одно слово: митохондрия со складками — энергия, рибосома из двух половинок — белок, стопка Гольджи — упаковка. Разбирать строение и функции по таблице проще, когда органоид перед глазами на рисунке.

Дальше полезно ловить свои ошибки. В карточке каждого органоида есть блок «Частые ошибки». Вот самые популярные:

• Рибосомы есть и у бактерий, только мельче. Из органоидов таблицы это единственный, который есть и у прокариот, и у эукариот.
• Митохондрии есть и у растений. Хлоропласты создают органические вещества на свету, но дышат растения тоже.
• Ядрышко не окружено мембраной: это плотное тельце внутри ядра, где образуются субъединицы рибосом.
• Стенка грибов состоит из хитина, а не из целлюлозы.

И наконец, играйте. «Найди на рисунке» учит узнавать органоид по форме, «Что под цифрой» повторяет задания ЕГЭ с рисунком, «Выбор ответов» и «Соответствие» устроены как задания ЕГЭ с кратким ответом: ответ записывается цифрами, полный балл дают без ошибок, а за одну ошибку снимают балл. Тренажёр запоминает ваши промахи, и их можно повторить отдельным раундом.

Частые вопросы