Общие сведения о клетках. Клеточная мембрана. Цитоплазма

Цели: продолжить развитие понятий о клетке; сформировать знания о цитоплазме, ее составе, клеточной мембране, ее строении.

Оборудование: карточки для проверки домашнего задания; таблицы “Схема строения растительной клетки”, “Схема строения животной клетки”.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

1. Индивидуальная работа по карточкам (См. приложение 2).

2. Работа в группе по принципу “Один за всех, все за одного”. Класс делится на три группы, каждая получает одну задачу. После

обсуждения вопросов, один из участников дает развернутый ответ. Если отвечающий раскрыл вопрос неполно, любой из членов группы может его дополнить. По ответу первого отвечающего оценку получают все члены группы, принявшие активное участие в обсуждении вопроса.

Биологические задачи:

1) Первое описание клетки было опубликовано в 1665 г. В 1675 г. стали известны одноклеточные организмы. Назовите имена ученых, сделавших эти открытия? Можно ли считать эти даты зарождением цитологии как науки? Почему?

2) Клеточная теория была выдвинута в 1834 г., а окончательно сформулирована лишь в 1855 г. Назовите ученых-авторов этой теории, сформулируйте ее основные положения. Почему от момента открытия клетки до становления клеточной теории прошло около 200 лет?

3) Научное познание проходит несколько этапов: наблюдение — гипотеза — эксперимент — теория — закон. Какие открытия были сделаны на каждом этапе развития цитологии? Когда цитология оформилась как экспериментальная наука?

III. Изучение новой темы

1. Работа с таблицами.

На доске вывешиваются таблицы “Схема строения растительной клетки” и “Схема строения животной клетки”.

— Рассмотрите, пожалуйста, схемы строения растительной и животной клеток, выявите структурные элементы, характерные как для растительной, так и для животной клетки.

— Итак, правильно, клетки, несмотря на их разнообразие, образованы тремя неразрывно связанными между собой частями: оболочки, цитоплазмы и ядра.

2. Рассказ учителя.

Живое содержимое клеток растений и животных слагается из цитоплазмы и ядра, которые вместе образуют протоплазму.

Цитоплазма состоит из основного полужидкого вещества и находящихся в нем разнообразных органилл — постоянных компонентов цитоплазмы, а также различных включений — временных компонентов цитоплазмы.

Цитоплазма содержит многочисленные химические соединения. Она представляет собой не однородное химическое соединение, а сложную, постоянно изменяющуюся физико-химическую систему, характеризующуюся щелочной реакцией и высоким содержанием воды (60—90% всей массы цитоплазмы). Цитоплазма богата белками, жирами и жироподобными веществами, неорганическими солями, сахарами, нуклеотидами и другими органическими соединениями.

В цитоплазме осуществляются почти все процессы обмена веществ, кроме синтеза нуклеиновых кислот, происходящего в ядре. Одно из основных свойств цитоплазмы живой клетки — способность к движению, которое обеспечивает связь между органиллами и их взаимодействие друг с другом.

Как и для всего живого, клетке характерна способность к саморегуляции. А для того, чтобы поддерживать необходимую концентрацию химических веществ, она должна быть физически отделена от внешней среды. Какой компонент клетки выполняет эту функцию?

Конечно, клеточная оболочка, которая является достаточно сложным образованием, состоящим из наружного слоя и прилегающей к цитоплазме плазматической мембраны, или плазмалеммы.

Наружные слои клеточных оболочек живых организмов имеют разное строение. У животных он представлен гликопротеинами, гликолимидами или липопротеинами и называется гликокаликсом. Гликокаликс клеток животных очень тонкий и эластичный, защищает клетку от повреждений и придает ей форму. Наружный слой растительных клеток образован мощным слоем клетчатки, получившим название клеточной стенки. Клеточная стенка служит каркасом клеткам, выполняя наряду с защитной функцией еще и опорную.

Наружный слой клеточных оболочек образуется в результате процессов жизнедеятельности клеток.

Роль барьера между цитоплазмой и внешней средой играет плазматическая мембрана (от лат. “membrana” — кожица). Плазматическая мембрана очень тонкая (толщина ее составляет около 7,5 нм). Так, например, если увеличить клетку в 1 млн раз, то получится помещение с огромный зал, а толщина стены этого зала будет лишь 1 см, поэтому изучение плазмалеммы возможно лишь с помощью электронного микроскопа.

Мембрана — очень распространенная в клетке структура. Она не только окружает цитоплазму, отделяя ее от внешней среды, но и является неотъемлемой частью многих клеточных органилл (митохондрии, пластиды, ядро и др.).

Биологические мембраны живых организмов имеют сходные структурные особенности и свойства. Общепризнанной в настоящее время является жидкостно-мозаичная модель строения мембраны.

Ее основу составляет двойной слой молекул жиров-липидов, который можно сравнить со стенкой мыльного пузыря, так как молекулы мыла и липидов построены сходным образом.

Капля жидкого мыла, как и капля жира, не смешивается с водой, а растекается по ее поверхности тончайшей пленкой. Двойные слои

мембраны пластичны и текучи, как оболочка мыльного пузыря, но вместе с тем и не бесформенны. Если мыльный пузырь разрезать микроножом, то получится не две половинки, а два целых пузыря, только поменьше. Столкнувшись в воздухе два мыльных шара сольются вместе в один, более крупный. Такими же уникальными свойствами обладает и мембрана. Если проткнуть ее иглой, то отверстие тотчас же исчезнет, а если клетку разрезать пополам, то каждая ее часть окажется окруженной своей мембраной.

Таким образом, клеточные мембраны обладают такими важными свойствами как подвижность и текучесть, самозамыкаемость и полупроницаемость благодаря динамичной структуре липидного бислоя. Но, согласно жидкостно-мозаичной модели мембран, в ее состав входят еще белковые молекулы, которые плавают в липидном “море” подобно островам — иногда свободно, а иногда как бы на привязи, их удерживают особые образования — микрофиламенты, проникающие в цитоплазму.

В клеточных мембранах встречаются тысячи различных белков, так как они определяют большинство специфических функций мембран. Различают периферические белки, которые располагаются на наружной или внутренней поверхности билипидного слоя; полуинтегральные белки, которые покружены в липидный бислой на различную глубину; интегральные (трансмембранные) белки, пронизывающие мембрану насквозь, контактируя при этом с наружной и внутренней средой клетки.

Группа пронизывающих белков, собираясь в кружок, образует пару, через которую некоторые соединения могут переходить с одной стороны мембраны на другую. Мембранные белки выполняют такие функции как транспорт веществ, катализ мембранных реакций, поддержание определенной структуры мембраны, получение и преобразование сигналов из окружающей среды и т.д.

В мембранах, помимо белков и липидов, могут содержаться и углеводы (от 2 до 10%). Углеводный компонент мембран может быть связан с молекулами белков (гликопротеины) или липидов (гликолипиды). В основном углеводы располагаются на наружной поверхности мембраны и обеспечивают распознавание внешних сигналов, сцепление соседних клеток.

IV. Общие выводы урока

— А сейчас нам с вами предстоит объединить все известные данные о строении биологических мембран и составить их общую характеристику.

Общая характеристика биологических мембран:

1. Биологические мембраны имеют небольшую толщину (5—10 мм).

2. Это липопротеиновые структуры (липид + белок), к отдельным молекулам которых могут присоединяться углеводные компоненты (белок + углевод или углевод + липид).

3. Липиды образуют бимолекулярный слой.

4. Белки мембран выполняют различные функции, определяя специфические особенности мембран.

5. Мембранные белки и липиды способны перемещаться в плоскости мембраны, если только они не закреплены или не ограничены в своем передвижении.

6. Углеводный компонент мембран связан с механизмами распознавания.

V. Закрепление

Выберите правильный ответ:

1. Какие из перечисленных веществ в состав мембран не входят (белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты)?

2. Какую функцию выполняют белки, входящие в состав клеточных мембран (строительную, защитную, ферментативную, все указанные ФУНКЦИИ)?

3. Какую функцию выполняют углеводы, входящие в состав клеточных мембран (транспорт веществ, узнавание типов клеток, образование двойного слоя мембраны, катализ реакций)?

4. Какой из компонентов мембраны обуславливает свойства текучести и подвижности (углеводы, липиды, белки, нуклеиновые килосты)?

5. Каково строение липидного слоя в мембране: а) мономолекулярный, бимолекулярный: б) непрерывный; прерван белковыми парами. частично прерван полупогруженными молекулами белка?

Домашнее задание

Учебник А.А. Каменского, §2.2, с. 43—44, до слов “Однако более крупные частицы...”.

Учебник И.Н. Пономаревой, §7, с. 24—25, до слов “Под мембраной находятся...”.