Підручники з Біології / Біологія 9 клас / Задорожний Біологія 9 клас 2022 поглиблене

Найважливіші функції біологічних мембран

Бар’єрна

Рецепторна

Транспортна

Мембрани виконують також структурну, захисну й ферментативну функції. Вони надають клітинам певної форми, захищають їх від пошкоджень і об’єднують окремі клітини тканин в одне ціле. Ферменти, які розташовуються на поверхні мембран, забезпечують виконання ферментативної функції, як-от під час травлення в кишечнику людини.

Мембрани — це бар’єри з вибірковою проникністю, які регулюють обмін речовин між клітиною й навколишнім середовищем, а також між окремими компонентами всередині клітини. Бар’єрні функції мембран виконують насамперед ліпіди. Саме вони утворюють основу біологічної мембрани.

Рецепторну функцію виконує глікокалікс на зовнішній поверхні мембрани, який формується вуглеводними компонентами глікопротеїдів і гліколіпідів. Глікокалікс забезпечує взаємодію клітини з міжклітинним середовищем та комунікацію з іншими клітинами.

Мембрани відіграють важливу роль в обміні речовин між клітиною та навколишнім середовищем і передають сигнали із зовнішнього середовища всередину клітин.

Транспорт речовин через мембрани

Транспортна функція мембран є надзвичайно важливою для життєдіяльності клітини. Найбільше значення для її здійснення мають білки. Вони можуть утворювати в мембрані наскрізні канали або транспортувати деякі речовини, тимчасово поєднуючись із ними.

Транспортування речовин через мембрану може відбуватися або без витрат енергії клітинами (пасивний транспорт), або з витратами (активний транспорт) (мал. 10.2). Пасивний транспорт здійснюється із зони з високою концентрацією

речовини в зону з її низькою концентрацією. А активний транспорт, навпаки, із зони з низькою концентрацією в зону з високою концентрацією.

Через мембрану транспортуються як великі, так і малі молекули речовин. Переміщення малих молекул відбувається за допомогою простої дифузії, полегшеної дифузії, активного транспорту, а великих — завдяки ектоцитозу (мембранного транспорту із клітини) та ендоцитозу (мембранного транспорту до клітини).

Пасивний та активний транспорт

Шляхом простої дифузії здійснюється пасивний транспорт кисню та вуглекислого

Ключова ідея

Клітинні мембрани — це структури, які оточують клітину й формують усередині неї низку органел. До їхнього складу входять ліпіди, білки й вугле­ води. Ліпіди утворюють подвійний шар. У кожному із шарів гідрофільні частини ліпідних молекул орієнтовані назовні, а гідрофобні — усередину. Склад зовнішнього і внутрішнього шарів ліпідів може відрізнятися. Основними функціями мембран є бар’єрна, транспортна й рецепторна.

газу через ліпідний двошар мембрани, а також йонів натрію, калію, хлору та кальцію через спеціальні канали всередині мембранних білків.

Молекули води також транспортуються пасивно через спеціальні білкові канали в мембрані, які називаються аквапоринами. Пасивний транспорт йонів і малих органічних молекул (глюкози, амінокислот) відбувається шляхом полегшеної дифузії за допомогою білків-переносників.

Активний транспорт йонів та малих органічних молекул також забезпечується біл- ками-переносниками. Проте великі органічні молекули та йони транспортуються через мембрану активно шляхом ендочи екзоцитозу.

Перевірте свої знання

1.Що таке мембрана? Які об’єкти вона оточує?

2.Яку будову має клітинна мембрана? 3. Які речовини входять до складу мембран? 4. Які функції виконують клітинні мембрани? 5. Чому деякі речовини не можуть проникати через мембрану шляхом простої дифузії? 6*. Які властивості фосфоліпідів зумовили те, що вони стали основою клітинних мембран? 7*. Чому для різних речовин клітини використовують різні механізми їх транспорту через мембрану?

Тема 2. Структура клітини

§ 11. Органели клітин

Поміркуйте

Чому така особливість будови клітини, як наявність клітинної стінки, дає переваги для бактерій? Які саме переваги?

Згадайте

•З якими органелами рослинних клітин ви ознайомилися в попередніх класах?

•Які особливості є характерними для будови клітин бактерій?

Цитоплазма та немембранні органели

Цитоплазма — це основний уміст клітин, який складається з цитозолю, цитоскелета, органел і включень.

Цитозоль є напіврідкою субстанцією, щільність якої може суттєво змінюватися та яка забезпечує взаємозв’язок усіх компонентів клітини. Крім того, у цитозолю відбуваються важливі біохімічні реакції.

Органелами називають структури у складі клітин живих організмів, які мають характерну будову й виконують певні функції. Більшість із органел існують у клітинах постійно, а деякі органели можуть на певний час зникати, а потім знову утворюватися.

Органели поділяють на дві великі групи: мембранні й немембранні. Немембранними органелами є цитоскелет, клітинний центр, рибосоми, джгутики та війки (див. таблицю про немембранні органели клітин).

Анімація «Чим відрізняється

будова рослинної і тваринної клітин»

Мембранні органели

Мембранні органели (див. таблицю про основні мембранні органели клітин) відокремлені­ від інших частин клітини мембранами, які їх укривають.

Зазвичай мембранні органели поділяють на одномем­ бранні та двомембранні.

Ключова ідея

Цитоплазма є основою всіх клітин. Вона складається із цитозолю, цитоскелету, органел і клітинних включень. Цитозоль — це напіврідка речовина, яка заповнює клітину й може змінювати свою в’язкість. У цитозолю розташовані мембранні й немембранні органели. Немембранними органелами є цитоскелет, рибосоми, війки та джгутики. Мембранними органелами є ядра, мітохондрії, пластиди, ендоплазматична сітка, комплекс (апарат) Гольджі, вакуолі й лізосоми.

Перевірте свої знання

1.Які компоненти входять до складу цитоплазми?

2.Що таке органели? 3. Які існують немембранні органели й чим вони відрізняються від мембранних органел? 4. Які органели здійснюють процес фотосинтезу?

Поміркуйте

Навіщо нерухомим клітинам можуть бути потрібні війки?

Згадайте

•Які функції в клітині виконують пластиди?

•Чи можуть клітини рухатися? Яким чином?

3D-модель «Прокаріоти»

Нуклеоїд — це комплекс із кільцевої молекули ДНК і білка, який не оточений мембраною.

Типи організації клітин

Усі живі організми, які мають клітинну будову, поділяють на прокаріотичні (прокаріоти) та еукаріотичні (еука­ ріоти). Їхні клітини відрізняються за розміром і організацією (мал. 12.1). Тож можна говорити про два типи клітинної організації: прокаріотичний­ та еукаріотичний.

Мал. 12.1. Порівняння будови клітин еукаріотів та прокаріотів

Прокаріотичні клітини

Прокаріотами є археї, бактерії та ціанобактерії. Це дрібні клітини розміром від 0,1 до 10 мкм, які не мають чітко сформованого ядра та більшості органел. Клітини оточені плазматичною мембраною, що вкрита клітинною стінкою. Клітинна стінка побудована з муреїну — складної речовини, яка утворена з полісахаридів і амінокислот. Клітинна стінка досить жорстка, але не перешкоджає проникненню малих речовин. Зовні вона може бути вкрита слизовою капсулою, яка убезпечує від висихання, механічного ушкодження клітини, проникнення вірусів та великих молекул. У деяких прокаріотів наявні додаткові поверхневі структури — ворсинки.

Ворсинки прокаріотів є виростами плазматичної мембрани, спрямованими назовні, за допомогою яких клітини рухаються, прикріплюються до субстрату та обмінюються молекулами ДНК. Містить рибосоми, гранули запасних речовин, слабко розвинутий цитоскелет і генетичний матеріал у вигляді нуклеоїда. У цитоплазмі ціанобактерій також містяться тилакоїди — мембранні комплекси, які відіграють провідну роль у процесах фотосинтезу, що здійснює клітина.

Еукаріотичні клітини

Еукаріотами є гриби, рослини і тварини. В еукаріотичних організмів наявні поверхневі структури, які забезпечують рух клітин, — джгутики й війки,­ що мають складну внутрішню будову. Також деякі еукаріотичні клітини можуть здійснювати амебоїдний рух.

Складна внутрішня структура клітини, наявність цито­ скелета, ядра й мембранних органел уможливлюють еукаріотичним клітинам досягати набагато більших розмірів. Середній розмір клітин еукаріотів — близько 50 мкм. Вони також набули здатності утворювати стійкі комплекси клітин, різні клітини яких можуть виконувати різні функції. Це стало причиною виникнення справжньої багатоклітинності й появи­ великих за розмірами організмів: тварин, рослин і грибів.

Різноманітність еукаріотичних клітин

Величезне різноманіття еукаріотичних клітин зумовлюється способом, яким вони отримують енергію, здатністю до активного руху і складністю їх організації. На мал. 12.2 можна побачити відмінності будови клітин грибів, рослин і тварин.

Клітини грибів мають клітинну стінку з хітину. Вона захищає їх, підтримує їхню форму, забезпечує надходження поживних речовин та містить ферменти для позаклітинного травлення. У цитоплазмі цих клітин є вакуолі, які виконують запасальну функцію, лізосоми, ферменти яких забезпечують перетравлення органічних речовин, і гранули з глікогену — резервного полісахариду.

Рослинні клітини вкриті клітинною стінкою з целюлози, яка виконує захисну та опорну функції і забезпечує надходження речовин із зовнішнього середовища. У цитоплазмі рослинних клітин є вакуолі, які надають їм пружності та запасають різні речовини, пластиди, де утворюються й запасаються поживні речовини і резервні гранули з крохмалю.

Клітини тварин не мають клітинної стінки, завдяки цьому деякі з них здатні до активного руху (наприклад, амеба, інфузорія, фагоцити). Проте на зовнішній поверхні плазматичної мембрани є глікокалікс, який забезпечує взаємодію клітин між собою та сприйняття інформації. Дрібні вакуолі різних організмів виконують видільну, травну або скоротливу функцію. Ферменти лізосом розщеплюють складні поживні речовини. Резервні гранули містять глікоген. Пластиди у тваринних клітинах відсутні.

Тема 2. Структура клітини

3D-модель «Еукаріоти»

Тваринна клітина

Рослинна клітина

Клітина грибів

Мал. 12.2. Особливості будови клітин тварин, рослин і грибів (більш докладно — під QR-кодом до параграфа)

Ключова ідея

Виділяють два основні типи клітин живих організмів: прокаріотичні та еукаріотичні. Прокаріотичні клітини не містять ядра та мембранних органел. Еукаріотичні клітини відзначаються великим різноманіттям своєї будови. Клітини грибів і рослин мають клітинну стінку, а в клітинах тварин її немає. У той же час пластиди відсутні в клітинах грибів і тварин, але є в клітинах рослин.

Перевірте свої знання

1. Які типи організації клітин існують? Чим вони відрізняються між собою? 2. Які спільні особливості будови мають прокаріотичні та еукаріотичні клітини? 3. Порівняйте транспорт речовин усередині клітин прокаріотів та еукаріотів. 4*. Різноманітність типів клітин у грибів є меншою, ніж у тварин та рослин. З чим це може бути пов’язано? Відповідь обґрунтуйте.

1 За допомогою діаграми Венна поясніть відміні та спільні ознаки прокаріотичних та еукаріотичних клітин.

2 Назвіть органели клітини, про які йдеться в кожному твердженні.

•Забезпечують клітину енергією в результаті процесів дихання.

•Керує процесами життєдіяльності клітин.

•Містить велику кількість хлорофілу.

•Містить хромосоми.

•Не містить хлорофілу, безбарвні пластиди.

•Система трубочок мембран, на якій розміщуються

рибосоми.

•Пластида, що має будь-який колір (окрім зеленого).

3 У 2015 році шведською науковою спільнотою було відкрито новий тип організмів – Lokiarchaeota. Відібрані для сканування проби взяли в Північному Льодовитому океані на глибині майже три з половиною кілометри. Порівняльний аналіз генома Lokiarchaeum з іншими геномами організмів дозволив побудувати філогенетичне дерево, до якого увійшли еукаріоти й Lokiarchaeum.

З’ясуйте, до якого царства живої природи належать ці організми та яке біологічне значення вони мають.

4 Відома українська біофізикиня Галина Лавренчук у своєму інтерв’ю для медіа сказала: «Жоден комп'ютер будь-якої потужності за складністю ніколи не наблизиться до живої клітини». Що мала на увазі науковиця? Обґрунтуйте свою відповідь в есе.

Тестові завдання за темою «Структура клітини»

Поміркуйте

Як відбуваються надходження речовин, енергії та інформації в клітину?

Згадайте

•Що таке система?

•Які типи органічних речовин є в клітинах живих організмів?

Метаболізм — комплекс хімічних реакцій, що відбувається в живих організмах.

Обмін речовин. Типи обміну

Клітина — це біологічна система, для елементів якої характерні спільний обмін речовин і перетворення енергії.

Обмін речовин — сукупність хімічних реакцій, необхідних для підтримання життя, які відбуваються всередині клітин.

Обмін речовин у клітині можна умовно поділити на два етапи: обмін із навколишнім середовищем і внутрішній обмін, або метаболізм (мал. 13.1). Під час обміну з навколишнім середовищем рослини, наприклад, поглинають воду, вуглекислий газ, мінеральні речовини тощо, а виділяють кисень, воду та інші речовини.

Мал. 13.1. Схема метаболізму

Ключова ідея

Обмін речовин є характерною рисою всіх живих організмів. Обмін речовин усередині організмів називають метаболізмом. Розрізняють два основ­ ні типи обміну: енергетичний (катаболізм) і пластичний (анаболізм). Під час катаболізму складні органічні сполуки розщеплюються до простих. Енергія, яка при цьому виділяється, запасається у вигляді АТФ. Під час анаболізму з простих органічних речовин із витратами АТФ синтезуються складні органічні сполуки.

Перевірте свої знання

1. Які існують типи обміну речовин? 2. Що таке метаболізм? 3. Що є результатом пластичного обміну? 4. Що є результатом енергетичного обміну? 5. Порівняйте перетворення енергії, які відбуваються за пластичного й енергетичного обміну.