Клітина

Урок 21. Будова клітин прокаріотів і еукаріотів

Цілі уроку: розглянутиособливостібудовиклітинпрокаріотівтаеукаріотів;пересвідчитися,що клітини прокаріотів та еукаріотів мають схожийпланбудови;навчитисярозпізнаватиеукаріотичнітапрокаріотичніклітини з допомогою світлового мікроскопа та на електронних мікрофотографіях.

Обладнання й матеріали: таблиці «Будова прокаріотичної клітини»,«Будоварослинноїклітини»,«Будова тваринної клітини», мікропрепарати бактерій, мікроскоп, електронні мікрофотографії прокаріотичних клітин.

Базові поняття й терміни: клітина, прокаріоти, еукаріоти, ядро, органели,клітиннастінка,бактерії,гриби, рослини, тварини, мікрофотографії, мікропрепарати.

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1.Хто першим побачив клітини в мікроскоп?

2.Що з допомогою мікроскопа відкрив А. Левенгук?

3.Хто створив клітинну теорію?

4.Якими методами користується сучасна цитологія?

ІII. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами бесіди

Характерною ознакою, за якою клітини живих організмів можна розділити на два основні типи, є наявність у клітині ядра. Саме тому живі організми поділяють на еукаріотичні (ядерні) та прокаріотичні (доядерні). Цю ознаку добре видно з допомогою світлового мікроскопа. Тому подібний поділ виник досить давно. Дослідження з використанням найсучасніших технологій дозволили виявити набагато більше відмінностей між цими групами.

Прокаріотичні клітини складаються з поверхневого апарата та цитоплазми. До складу поверхневого апарата зазвичай входять плазматична мембрана і клітинна стінка, але в деяких прокаріотичних організмів клітинна стінка може бути відсутньою. Як додаткові елементи до поверхневого апарата у прокаріотів можуть входити бактеріальні джгутики, слизові капсули та різноманітні вирости плазматичної мембрани.

Цитоплазма прокаріотів представлена напіврідким цитозолем, у якому розташовані поодинокі рибосоми, та нуклеоїдом (кільцевою молекулою ДНК). Мембранні органели в цитоплазмі відсутні, але плазматична мембрана клітини може утворювати впинання, які виконують різноманітні функції. Середній розмір клітин прокаріотів — від 0,1 до 10 мкм.

На відміну від прокаріотів, еукаріотичні організми мають складну структуру клітин. Їх поверхневий апарат крім плазматичної мембрани (плазмалеми) містить надмембранний та підмембранний комплекси. Деякі групи еукаріотів мають клітинні стінки. У еукаріотичних організмів також є поверхневі структури, які забезпечують рух клітин (джгутики й війки), але вони мають складну внутрішню будову й не є результатом розвитку прокаріотичних джгутиків. Крім того, еукаріотичні клітини можуть рухатися завдяки випинанням мембрани клітини (амебоїдний рух).

Внутрішня складова клітини еукаріотів містить три важливі групи органел, відсутні у прокаріотичних організмів: неклітинні органели (цитоскелет), одномембранні органели (лізосома, комплекс Гольджи) та двомембранні органели (мітохондрії, пластиди).

Складна внутрішня структура клітини, наявність цитоскелета, ядра й мембранних органел дозволяють еукаріотичним клітинам досягати набагато більших розмірів. Середній розмір клітин еука­ ріотів близько 100 мкм. Крім того, вони набули здатності утворювати стійкі комплекси клітин з розподілом функціональних обов’язків між окремими клітинами. Це призвело до виникнення справжньої багатоклітинності та появи великих за розмірами організмів — тварин, рослин і грибів.

IV. Лабораторна робота

Будова клітин прокаріотів Мета: ознайомитись із планом будови клітини прокаріотів, на-

вчитися розпізнавати форми прокаріотичні клітини з допомогою світлового мікроскопа та на електронних мікрофотографіях.

Обладнання й матеріали: мікропрепарати бактерій, мікроскоп, електронні мікрофотографії прокаріотичних клітин.

Хід роботи

1.За малого збільшення знайдіть на мікропрепараті скупчення клітин бактерій і розгляньте його за великого збільшення.

2.Розгляньте клітини бактерій на електронній мікрофотографії.

3.Зробіть малюнки клітин бактерій різної форми. Підпишіть назви морфологічних типів бактерій.

4.На підставі розглянутих мікропрепаратів та електронних мікрофотографій зробіть висновки щодо особливостей будови прокаріотичних клітин.

V. Домашнє завдання

Урок 22. Проблема походження еукаріотичної клітини

Цілі уроку: ознайомитиучнівізсучаснимитеоріями походження еукаріотичних клітин; розглянути технології, з допомогою яких вдалося досягти суттєвих успіхів у роз­ в’язанні­ цієї проблеми; порівняти між собою різні типи еукаріотичних клітин, знайти в них спільні та відмітні риси.

Обладнання й матеріали: таблиці «Будова прокаріотичної клітини», «Будова рослинної клітини», «Будова тваринної клітини», мікропрепаратиепідермицибулі,клітинпечінки, мукора, мікроскоп, електронні мікрофотографії еукаріотичних клітин.

Базові поняття й терміни: еукаріотичні клітини, органели, цито­ скелет, горизонтальне перенесення генів, ендосимбіонти.

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1.Які особливості є характерними для клітин прокаріотичних організмів?

2.Які морфологічні типи прокаріотичних клітин вам відомі?

3.Чим відрізняються між собою клітини прокаріотів та еукаріотів?

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами бесіди

У XIX та першій половині XX ст. переважна більшість біологів оминала питання походження еукаріотів, вважаючи, що вони виникли внаслідок дарвінівської еволюції, проте перехідні форми вимерли. Гіпотеза, що описувала походження еукаріотів за таким сценарієм, отримала назву автогенетичної.

Згідно з цією гіпотезою, еукаріотична клітина утворилася з прокаріотичної внаслідок розвитку плазмалемою системи інвагінацій, які надалі замкнулися навколо ділянок плазмалеми з ферментами дихального ланцюжка, фотосинтетичними пігментами, нуклеоїда, відповідно утворивши мітохондрії, пластиди та ядро. Розвиток системи інвагінацій мембран призвів також до виникнення ендоплазматичної сітки, комплексу Гольджи, лізосом та ін.

Наприкінці XIX ст. видатний ботанік та фізіолог рослин М. С. Цвет на основі спостережень поділу хлоропласту та ядерця в зеленої водорості Spirogyra висловив припущення, що клітини рослин,можливо,являютьсобоюсимбіотичнеутвореннязклітинигосподаря та бактеріальних внутрішньоклітинних симбіонтів, відомих як хлоропласти та ядерця. Це припущення у 20–40-х роках XX ст. було детально розроблено, у першу чергу, К. С. Мережковським у так звану ендосимбіотичну гіпотезу походження еукаріотичної клітини. Проте ідеї К. С. Мережковського не знайшли підтримки у широкого загалу біологів. У 1960-х роках гіпотеза ендосимбіотичного походження еукаріотичної клітини була заново сформульована американською дослідницею Л. Маргеліс.

Згідно з гіпотезою Мережковського — Маргеліс, еукаріотична клітина виникла внаслідок кількох ендосимбіозів: гіпотетична прокаріотична анаеробна клітина, здатна до фагоцитозу, захопила, проте не перетравила, а зберегла в цитоплазмі аеробну гетеротрофну бактерію, яка трансформувалась у мітохондрію. Далі клітина-господар, що містила мітохондрію, вступила в симбіоз із рухливою спірохетоподібною гетеротрофною бактерією, яка дала початок джгутику. Після цього внаслідок автогенетичного процесу, пов’язаного з утворенням глибоких інвагінацій плазмалеми, навколо нуклеоїду клітини-господаря утворилось ядро. Далі базальні тіла джгутиків трансформувались у центри організації веретена поділу, унаслідок чого виник спочатку мітоз, а потім його

модифікація — мейоз, разом зі статевим процесом. Виникла перша гетеротрофна еукаріотична клітина. Нащадки цієї клітини, еволюція яких пішла шляхом удосконалення фагоцитозу, дали початок тваринам. Ті ж нащадки, які еволюціонували в напрямку вдосконалення осмотрофного живлення, дали початок грибам. Симбіоз гетеротрофної еукаріотичної клітини із синьо-зеленою водорістю призвів до появи рослин, оскільки симбіотична синьо-зелена водорість надалі трансформувалась у пластиду.

Численні перевірки ендосимбіотичної гіпотези, виконані з широким використанням електронної мікроскопії, мікрохімічних та молекулярно-генетичних методів, з одного боку, підтвердили гіпотезу ендосимбіотичного походження мітохондрій та пластид,

зіншого — автогенетичну гіпотезу походження ядра та більшості одномембранних клітинних органел.

Таким чином, на початку XXI ст. теорія походження еукаріотів сформувалася на основі синтезу обох гіпотез — як автогенетичної, так і ендосимбіотичної — і отримала назву синтетичної гіпотези походження еукаріотів.

Сьогодні вважають, що першим кроком на шляху виникнення еукаріотів було утворення у гіпотетичного прокаріотичного пращура численних внутрішніх інвагінацій плазмалеми, які, з одного боку, замкнули прокаріотичний нуклеоїд у двомембранну оболонку (тобто утворили морфологічно оформлене ядро), а з іншого — призвели до утворення ендоплазматичної сітки та похідного від неї комплексу Гольджи, а також травних вакуолей та їх похідних — лізосом.

На другому етапі внаслідок горизонтального перенесення гена, що кодує білок тубулін від спірохетоподібних бактерій, примітивні еукаріоти набули здатності до синтезу тубулінових мікротрубочок. У результаті в еукаріотів з’явився цитоскелет, джгутики

збазальними тілами, веретено поділу, мітоз. Надалі базальні тіла джгутиків у частини представників трансформувалися у клітинний центр, а порушення нормального мітозу (зокрема, скорочення інтерфази) призвели до виникнення мейозу й пов’язаного з ним статевого процесу.

На третьому етапі еукаріотична клітина утворила симбіотичний комплекс із прокаріотичною клітиною, схожою на сучасні альфа-протеобактерії. Ця прокаріотична клітина надалі трансформувалась у мітохондрію.

Потім в еукаріотичному світі з’явилися перші рослини. За молекулярними та цитологічними даними, ця подія пов’язана із симбіозом гетеротрофної еукаріоти з фотоавтотрофним

прокаріотом — синьо-зеленою водорістю. Унаслідок цього симбіозу утворилася пластида, оточена двома мембранами, яка отримала назву первинносимбіотичної пластиди. Подальша дивергенція організмів з первинносимбіотичними пластидами обумовила виникнення в межах філи платикристат групи фотоавтотрофних відділів, які склали підцарство Plantae — рослини. Дивергенція гетеротрофних платикристат за типами живлення зумовила виникнення, з одного боку, відділів з осмотрофним живленням — підцарства Fungi (гриби), з іншого — таксонів із фаготрофним живленням, що склали підцарство Animalia — тварини.

IV. Лабораторна робота

Будова клітин еукаріотів Мета: пересвідчитися, що клітини еукаріотів різних система-

тичних груп мають схожий план будови, навчитися розпізнавати еукаріотичні клітини з допомогою світлового мікроскопа та на електронних мікрофотографіях.

Обладнання й матеріали: мікропрепарати епідерми цибулі, клітин печінки, мукора, мікроскоп, електронні мікрофотографії еукаріотичних клітин.

Хід роботи

1.Спочатку за малого, а потім за великого збільшення мікроскопа розгляньте клітини епідерми цибулі та зробіть малюнок од­нієї клітини. На малюнку позначте клітинну стінку, ядро, цитоплазму, вакуолю. Знайдіть ці компоненти на електронній мікрофотографії.

2.Спочатку за малого, а потім за великого збільшення мікроскопа розгляньте клітини печінки та зробіть малюнок однієї клітини. На малюнку позначте ядро й цитоплазму. Знайдіть ці компоненти на електронній мікрофотографії.

3.Спочатку за малого, а потім за великого збільшення мікроскопа розгляньте клітини міцелію мукора та зробіть малюнок однієї клітини. На малюнку позначте клітинну стінку, ядро й цитоплазму. Знайдіть ці компоненти на електронній мікрофотографії.

4.На підставі розглянутих мікропрепаратів та електронних мікрофотографій зробіть висновки щодо особливостей будови еукаріотичних­ клітин різних систематичних груп, рис їх схожості й відмінності.

V. Домашнє завдання