Разработка урока "Общие сведения о клетке. Клеточная мембрана" 9 класс
план-конспект урока по биологии (9 класс)

Общие сведения о клетках. Клеточная мембрана

Задачи: дать учащимся общие сведения о клетках, рассмотреть строение клеточной мембраны и ее значение в жизни клетки; познакомить с явлениями пиноцитоза и фагоцитоза.

Элементы содержания: цитоплазма, ядро, органоиды, мембрана, фагоцитоз, пиноцитоз.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: таблицы «Строение растительной клетки», «Строение животной клетки», ЭОР, ЦОР.

Ход урока

1. Организационный момент
2. Проверка знаний учащихся

1. Биологический диктант

1. Назовите ученого, который первым увидел ячеистое строение тканей растений и предложил называть ячеистые структуры «клетками» (Р.Гук)
2. Назовите ученого, который обобщив знания о строении клеток животных и растений, сформулировал первую клеточную теорию. (Т.Шванн)
3. Назовите ученого, который первым открыл крупные бактерии, одноклеточные организмы, сперматозоиды, эритроциты (А.Левенгук)
4. «сходство строения и химического состава» - это одно из положений клеточной теории.
5. Сходство строения и жизнедеятельности клеток организмов разных царств живой природы свидетельствует о единстве органического мира.
6. Изучением строения и функций клетки занимается наука цитология.
7. Клетка является структурной и функциональной единицей живого, так как все живые организмы, кроме вирусов, построены из клеток.

3.  Изучение нового материала

Рассказ учителя с элементами беседы

1. Клетки различаются по своей структуре, форме и функциям. Среди них есть свободноживущие клетки, которые ведут себя как самостоятельные организмы: добывают пищу, размножаются, передвигаются в окружающей среде. У многоклеточных организмов клетки являются составными элементами, из которых образованы ткани и органы. Разные клетки одного типа, сходные по строению, объединенные межклеточным веществом и предназначенные для выполнения определенных функций в организме, образуют ткани.

Несмотря на большое разнообразие форм, клетки разных типов обладают сходством в главных структурных и функциональных особенностях.

2. Структура клетки

Клетка

Мембрана (плазмалемма)                                                     протоплазма

                                     Цитоплазма                                                         ядро

Гиалоплазма                    органоиды                           включения

Вязкая полужидкая       постоянные                    связаны с обменом вещества

среда                               структуры

                            по мембранному принципу:

- одномембранные (ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли)

- двумембранные: (митохондрии, пластиды)

- немембранные: (рибосомы, центриоли, жгутики, реснички, базальные тельца, цитоскелет

3. Цитоплазматическая мембрана

Строение клеточной мембраны

Все живые клетки отделены от окружающей среды поверхностью называемой клеточной мембраной. Кроме того, для эукариотов характерно образование внутри клеток нескольких компартментов. Они представлены рядом субклеточных органелл, ограниченных мембранами, например, ядро и митохондрии. Мембраны представляют собой не только статически организованные поверхности раздела, но и включают активные биохимические системы, отвечающие за такие процессы, как избирательный транспорт веществ внутрь и наружу клетки, связывание гормонов и других регуляторных молекул, протекание ферментативных реакций, передача импульсов нервной системы и т.д. Существуют различные типы мембран, отличающиеся по выполняемым функциям. Функции мембран обусловлены их строением.

Функции мембраны:

1.Отделяет содержимое клетки от внешней среды

2. Защищает содержимое клетки

3. Обеспечивает связь клеток между собой и с внешней средой

4.  Избирательно проводит в клетку питательные вещества и выводит из клетки продукты обмена.

Химический состав

Мембраны состоят из липидных и белковых молекул, относительное количество которых варьирует (от 1/5 - белок + 4/5 - липиды до 3/4 - белок + 1/4 – липиды) у разных мембран. Углеводы содержатся в форме гликопротеинов, гликолипидов и составляют 0,5-10% вещества мембраны.

Липиды мембран

Основная часть липидов в мембранах представлена фосфолипидами, гликолипидами и холестерином. Строение этих липидов представлено на рисунке:

Строение липидов мембран

Липиды мембран имеют в структуре две различные части: неполярный гидрофобный «хвост» и полярную гидрофильную «голову». Такую двойственную природу соединений называют амфифильной. Липиды мембран образуют двухслойную структуру. Каждый слой состоит из сложных липидов, расположенных таким образом, что неполярные гидрофобные «хвосты» молекул находятся в тесном контакте друг с другом. Так же контактируют гидрофильные части молекул. Все взаимодействия имеют не ковалентный характер. Два монослоя ориентируются «хвост к хвосту» так, что образующаяся структура двойного слоя имеет внутреннюю неполярную часть и две полярные поверхности. Белки мембран включены в липидный двойной слой двумя способами:

1. Связаны с гидрофильной поверхностью липидного бислоя - поверхностные мембранные белки
2. Погружены в гидрофобную область бислоя - интегральные мембранные белки.

Поверхностные белки своими гидрофильными радикалами аминокислот связаны не ковалентными связями с гидрофильными группами липидного бислоя. Интегральные белки различаются по степени погруженности в гидрофобную часть бислоя. Они могут располагаться по обеим сторонам мембраны и либо частично погружаются в мембрану, либо прошивают мембрану насквозь. Погруженная часть интегральных белков содержит большое количество аминокислот с гидрофобными радикалами, которые обеспечивают гидрофобное взаимодействие с липидами мембран. Гидрофобные взаимодействия поддерживают определенную ориентацию белков в мембране. Гидрофильная выступающая часть белка не может переместиться в гидрофобный слой. Часть мембранных белков ковалентно связаны с моносахаридными остатками или олигосахаридными цепями и представляют собой гликопротеины. Примеры расположения белков и липидов в мембране представлены на рисунке:

Структура плазматической мембраны

Асимметрия мембран

Хотя каждый монослой образован из липидов, ориентированных одинаковым образом, тем не менее, липидный состав монослоев различен. Например, в плазматической мембране эритроцитов фосфатидилхолины преобладают в наружном слое, а фосфатидилсерины во внутреннем слое мембраны. Углеводные части белков и липидов располагаются на наружной части мембраны. Кроме того, поверхности мембраны отличаются по составу белков. Степень такой асимметрии мембран различна у разных типов мембран и может меняться в процессе жизнедеятельности клетки и ее старения. Подвижность (жесткость) и текучесть мембран также зависят от ее состава. Повышенная жесткость обуславливается увеличением соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, а также холестерина. Физические свойства мембран зависят от расположения белков в липидном слое. Липиды мембран способны к диффузии в пределах слоя параллельно поверхности мембраны (латеральная диффузия). Белки тоже способны к латеральной диффузии. Поперечная диффузия в мембранах сильно ограничена.

Мембранный транспорт

Транспорт веществ внутрь и наружу клетки, а также между цитоплазмой и различными субклеточными органеллами (митохондриями, ядром и т.д.) обеспечивается мембранами. Если бы мембраны были глухим барьером, то внутриклеточное пространство оказалось бы недоступным для питательных веществ, а продукты жизнедеятельности не могли бы быть удалены из клетки. В то же время при полной проницаемости было бы невозможно накопление определенных веществ в клетке. Транспортные свойства мембраны характеризуются полупроницаемостью: некоторые соединения могут проникать через нее, а другие - нет:

Проницаемость мембран для различных веществ

Одна из главных функций мембран - регуляция переноса веществ. Существуют два способа переноса веществ через мембрану: пассивный и активный транспорт:

Транспорт веществ через мембраны

Пассивный транспорт. Если вещество движется через мембрану из области с высокой концентрацией в сторону низкой концентрации (т.е. по градиенту концентрации этого вещества) без затраты клеткой энергии, то такой транспорт называется пассивным, или диффузией. Различают два типа диффузии: простую и облегченную.

Простая диффузия характерна для небольших нейтральных молекул (H2O, CO2, O2), а также гидрофобных низкомолекулярных органических веществ. Эти молекулы могут проходить без какого-либо взаимодействия с мембранными белками через поры или каналы мембраны до тех пор, пока будет сохраняться градиент концентрации.

Облегченная диффузия. Характерна для гидрофильных молекул, которые переносятся через мембрану также по градиенту концентрации, но с помощью специальных мембранных белков - переносчиков. Для облегченной диффузии, в отличие от простой, характерна высокая избирательность, так как белок переносчик имеет центр связывания комплементарный транспортируемому веществу, и перенос сопровождается конформационными изменениями белка. Один из возможных механизмов облегченной диффузии может быть следующим: транспортный белок (транслоказа) связывает вещество, затем сближается с противоположной стороной мембраны, освобождает это вещество, принимает исходную конформацию и вновь готов выполнять транспортную функцию. Мало известно о том, как осуществляется передвижение самого белка. Другой возможный механизм переноса предполагает участие нескольких белков-переносчиков. В этом случае первоначально связанное соединение само переходит от одного белка к другому, последовательно связываясь то с одним, то с другим белком, пока не окажется на противоположной стороне мембраны.

Активный транспорт имеет место в том случае, когда перенос осуществляется против градиента концентрации. Такой перенос требует затраты энергии клеткой. Активный транспорт служит для накопления веществ внутри клетки. Источником энергии часто является АТР. Для активного транспорта кроме источника энергии необходимо участие мембранных белков. Одна из активных транспортных систем в клетке животных отвечает за перенос ионов Na+ и K+ через клеточную мембрану. Эта система называется Na+ - K+ - насос. Она отвечает за поддержание состава внутриклеточной среды, в которой концентрация К+ выше, чем Na+:

4. Цитоплазма

Цитоплазма – внутреннее полужидкое живое содержимое клетки.

Состав цитоплазмы:

Все виды органических и неорганических веществ

Органоиды клетки

Функции:

1. Внутренняя среда клетки
2. Объединяет все клеточные структуры
3. Определяет местоположение органоидов
4. Обеспечивает внутриклеточный транспорт

Задание: используя текст § 14, опишите, в чем заключаются процессы пиноцитоза и фагоцитоза.

Фагоцитоз – захват клеткой твердой пищевой частицы.

Пиноцитоз – захват клеткой капли жидкости с растворенными в ней питательными веществами.

IV. Обобщение, систематизация и контроль знаний и умений учащихся

Дать ответы на вопросы:

1. Каковы функции наружной мембраны клетки?
2. Какое строение имеет клеточная мембрана?
3. Какими способами различные вещества могут попадать внутрь клетки?
4. Чем пиноцитоз отличается от фагоцитоза?
5. Почему у растительных клеток нет фагоцитоза?

Домашнее задание: записи в тетради, § 14 соответствующий материал в учебнике.