Клетка: строение и функции органоидов

В обобщённом плане линия 8 записана так: «Сопоставление структур, процессов и явлений, протекающих на уровне клетки и многоклеточного организма (установление соответствия)». Слова «и многоклеточного организма» ученики обычно пропускают, а зря: таблица-аналогия может быть построена не только на органоидах.

Встречаются четыре уровня, на которых строят пару.

Органоид — процесс или функция. «Хлоропласт — фотосинтез», «рибосома — синтез белка», «ядро — хранение наследственной информации». Самый частый случай.

Орган — функция. «Сердце — перекачивание крови», «лёгкие — газообмен», «почка — образование мочи», «корень — всасывание воды и минеральных солей», «лист — фотосинтез». Здесь работает та же логика: слева структура, справа её работа, — но структура уже органного уровня.

Ткань — свойство или место. «Мышечная ткань — сократимость», «нервная ткань — возбудимость и проводимость», «покровная ткань растения — защита от испарения», «проводящая ткань — передвижение веществ».

Организм или группа — признак. «Растительная клетка — крахмал», «гриб — хитин», «бактерия — нуклеоид», «вирус — капсид».

Вывод для подготовки: разбирая линию 8, держите в голове не только таблицу органоидов, но и таблицу «орган — его работа». Половина заданий этой линии в реальном КИМ — про организм, а не про клетку.

Всё задание 8 сводится к одному действию: правильно прочитать связь в готовой паре. Ошибка почти всегда происходит здесь, а не в знании биологии. Связей, которые используют составители, ровно четыре, и каждая узнаётся по виду правого столбца.

1. «Структура — её функция». Справа стоит процесс или действие: фотосинтез, синтез белка, транспорт веществ, газообмен. Достраивая пару, ищите работу, а не описание.

2. «Структура — вещество, из которого она состоит». Справа стоит название вещества: целлюлоза, хитин, муреин, кератин. Достраивая, ищите материал, а не работу.

3. «Объект — его запасное вещество или продукт». Справа тоже вещество, но не строительное: крахмал, гликоген, жир, мочевина. Отличить второй тип от третьего помогает левый столбец: если слева «клеточная стенка» или «покров» — речь о материале; если слева весь организм или клетка целиком — скорее о запасе.

4. «Процесс — его место или условие». Справа стоит орган или органоид: «фотосинтез — хлоропласт», «пищеварение белков — желудок». Это первый тип, вывернутый наизнанку, и он опасен тем, что ученик по привычке ищет функцию, тогда как искать надо место.

Правило, которое экономит балл. Прежде чем смотреть варианты ответа, произнесите связь вслух одной фразой: «слева орган, справа что он делает». Если фраза получилась, задание решено. Если не получается сформулировать связь — значит, вы ещё не поняли задание, и выбирать ответ рано.

И помните про самое узкое прочтение: когда связь можно понять и широко, и узко, верна всегда узкая. В паре «растительная клетка — целлюлоза» широкое прочтение («углевод, который у неё есть») подойдёт и к крахмалу, узкое («вещество клеточной стенки») — только к хитину у грибов. Составитель всегда имеет в виду узкое.

Органоиды запоминаются плохо, пока их учат списком. Они запоминаются сразу, если увидеть в клетке хозяйство, где у каждого помещения своя работа, и понять, почему работа устроена именно так.

В клетке нужно: хранить чертежи, изготавливать по ним детали, упаковывать готовое, добывать энергию, избавляться от отходов, держать форму и решать, что впускать, а что нет. Ровно этот список и превращается в набор органоидов.

Ядро хранит чертежи — ДНК в составе хромосом. Отсюда его вторая функция: управление клеткой, потому что управляет тот, у кого чертежи. Внутри ядра есть ядрышко, где собираются рибосомы. Безъядерная клетка не может ни делиться, ни строить новые белки, и именно поэтому зрелый эритроцит человека живёт лишь около 120 дней.

Рибосомы — крошечные тельца, на которых идёт синтез белка. Их много, они есть даже у бактерий, потому что белок нужен любой клетке.

Митохондрии добывают энергию: в них идёт клеточное дыхание, кислород окисляет органические вещества и энергия запасается в АТФ. Их называют «энергетическими станциями клетки» — сравнение старое, но точное. В мышечных клетках митохондрий особенно много, и это прямое следствие их работы.

Хлоропласты есть только у растений: в них идёт фотосинтез, то есть создание органики из углекислого газа и воды на свету. Зелёный цвет им даёт хлорофилл.

Эндоплазматическая сеть — система каналов, по которым вещества расходятся по клетке; комплекс Гольджи упаковывает готовые вещества и выводит их наружу; лизосомы переваривают отработанное и отслужившее. Клеточный центр участвует в делении и есть у животных.

Вакуоль у растительной клетки одна и крупная, она занимает почти весь объём, запасает клеточный сок и создаёт тургор — упругость, благодаря которой стебель травы держится прямо. Завядший от жажды лист — это клетка, потерявшая воду из вакуоли.

Клеточная мембрана решает, что войдёт и что выйдет: её главная функция — транспорт веществ и отграничение клетки от среды. У растений поверх мембраны есть ещё жёсткая клеточная стенка из целлюлозы, у грибов — из хитина, у бактерий — из муреина.

Задание 8 часто строит аналогию именно на этом различии, а задание 11 целиком на нём и держится.

Общее у всех трёх: мембрана, цитоплазма, ядро, рибосомы, митохондрии, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы. То есть всё, без чего клетка не живёт, есть у каждой.

Только у растительной: клеточная стенка из целлюлозы, хлоропласты, крупная вакуоль с клеточным соком. Запасное вещество — крахмал. Способ питания — автотрофный: организм сам создаёт органику.

Только у животной: клеточный центр хорошо выражен, клеточной стенки нет, вакуоли мелкие и непостоянные. Запасное вещество — гликоген. Питание гетеротрофное: готовой органикой.

Грибная клетка — промежуточный и самый забываемый случай, а спрашивают о ней часто. Клеточная стенка есть, но из хитина, как панцирь насекомого, а не из целлюлозы. Хлоропластов нет, и питание гетеротрофное, как у животных. Запасное вещество — гликоген, тоже как у животных. Отсюда и место грибов в системе: отдельное царство, которое нельзя отнести ни к растениям, ни к животным.

Причина, а не список. Клеточная стенка есть там, где организм неподвижен: растению и грибу некуда бежать, и опорой служит жёсткая оболочка каждой клетки. Животное движется, и жёсткая коробка вокруг каждой клетки ему мешала бы — опору взял на себя скелет. Хлоропласты есть там, где организм кормится светом. Крупная вакуоль есть там, где нужен запас воды и упругость без скелета.

Рисунок клетки с пронумерованными выносками — самая частая иллюстрация в биологии, и читать её нужно уметь отдельно от текста. В КИМ по такому рисунку спрашивают «какой цифрой обозначен…», и ученик, знающий функции органоидов наизусть, теряет балл просто потому, что не узнаёт их по виду.

Порядок опознания. Сначала найдите границу клетки: тонкая линия по краю — мембрана; если рядом с ней снаружи идёт вторая, более толстая и ровная, — это клеточная стенка, и перед вами растение, гриб или бактерия.

Дальше — самое крупное округлое тело внутри: у эукариот это ядро, и внутри него часто видно маленькое плотное ядрышко. Если такого тела нет, а есть спутанная нить в середине — это нуклеоид, и клетка бактериальная.

Овальные тельца с извилистыми складками внутри — митохондрии: складки (кристы) увеличивают поверхность, на которой идёт дыхание. Овальные тельца с ровными стопками — хлоропласты, стопки называют гранами.

Стопка уплощённых мешочков с пузырьками по краю — комплекс Гольджи; система извилистых каналов, часто с точками на стенках — эндоплазматическая сеть, а точки на ней и есть рибосомы. Крупное пустое пространство, занимающее почти всю клетку и оттеснившее ядро к краю — вакуоль, признак зрелой растительной клетки.

Приём. Прежде чем искать конкретный органоид, определите по рисунку тип клетки: есть стенка и хлоропласты — растительная, нет стенки и есть клеточный центр — животная, нет ядра — бактериальная. Половина вопросов после этого отвечается сама: искать хлоропласт на рисунке животной клетки бессмысленно.

Всё живое делится на две группы по одному признаку: есть ли в клетке оформленное ядро.

Прокариоты — доядерные. Это бактерии (в том числе цианобактерии). Ядра нет, и наследственный материал — кольцевая молекула ДНК — лежит прямо в цитоплазме, в области, которую называют нуклеоидом. Нет ядра — нет и мембранных органоидов: ни митохондрий, ни хлоропластов, ни комплекса Гольджи, ни эндоплазматической сети. Рибосомы есть, но мелкие: без них не построить белок, и обойтись без них нельзя никому.

Эукариоты — ядерные. Это растения, животные, грибы и одноклеточные вроде амёбы и инфузории. Ядро отделено от цитоплазмы двойной мембраной, а органоиды разделены на отсеки, и каждый занят своим делом.

Это различие — самая частая ловушка линии 8. В задании даётся строка «Бактерия — ?», и среди вариантов стоит «митохондрия»: рассуждающий по инерции ученик думает «дышит же она чем-то» и ошибается. Дышит — да, но без митохондрий: ферменты дыхания у бактерии закреплены прямо на клеточной мембране. Так же и цианобактерия фотосинтезирует без хлоропластов, на складках мембраны с хлорофиллом.

Отдельно стоит держать в голове вирусы. Это вообще не клетки: только нуклеиновая кислота и белковая оболочка-капсид. У них нет ни ядра, ни цитоплазмы, ни рибосом, ни собственного обмена веществ, и размножаться они могут лишь внутри чужой клетки. Поэтому в вопросах о клеточном строении вирус всегда ответ «ничего из перечисленного».

Задание 8 сопоставляет структуры «на уровне клетки и многоклеточного организма», поэтому урок о клетке обязан довести мысль до органа. Переход этот делается одним правилом: чем больше работы, тем больше поверхности и тем больше специализированных клеток.

Клетка → ткань. Клетки одного происхождения, сходные по строению и выполняющие общую работу, вместе с межклеточным веществом образуют ткань. У животных и человека тканей четыре: эпителиальная (покровы и выстилка полостей), соединительная (кровь, кость, хрящ, жир — много межклеточного вещества), мышечная (сократимость), нервная (возбудимость и проводимость). У растений — образовательная, покровная, проводящая, механическая, основная.

Ткань → орган. Орган состоит из нескольких тканей, но одна из них главная и определяет его работу. В сердце главная — мышечная, поэтому сердце сокращается; в головном мозге — нервная; в стебле — проводящая и механическая, поэтому стебель и держит крону, и проводит воду.

Орган → система органов → организм. Органы, решающие общую задачу, образуют систему: пищеварительную, дыхательную, кровеносную, выделительную, нервную, опорно-двигательную. Организм — не сумма систем, а их согласованная работа: нервная и эндокринная системы связывают остальные в целое.

Зачем это в задании 8. Пара может быть построена на любой ступени этой лестницы, и отвечать нужно на той же ступени, на какой задан вопрос. «Митохондрия — синтез АТФ» требует органоида; «сердце — перекачивание крови» требует органа; «мышечная ткань — сократимость» требует ткани. Ошибка «ответил правильным фактом не того уровня» — самая обидная на этой линии, потому что биологию ученик при этом знает.