Урок з біології у 9 класі на тему: "Структура еукаріотичної клітини: клітинна мембрана, цитоплазма та основні клітинні органели".

Урок 12

 Тема: Структура еукаріотичної клітини: клітинна мембрана, цитоплазма та основні клітинні органели.

Мета: познайомитися із видами мембран, їх будовою і функціями, вивчити будову та функції клітинних мембран.

Основні поняття та терміни: поверхневий апарат клітини, рідинно-мозаїчна модель будови клітинних мембран, пасивний та активний транспорт, фагоцитоз, піноцитоз, глікокалікс.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

1.                Організаційний етап.

Привітання з учнями створення позитивного настрою.

2.            Етап перевірки домашнього завдання.
3.        Мотивація навчальної діяльності.

1.               Як вивчають будову клітин?
2.               Чим відрізняються клітини прокаріотичних і еукаріотичних організмів?
3.               Як пов’язана будова біологічних мембран з функціями, які вони виконують?
4.               Яке значення для клітини мають одномембранні органели?
5.               Яке значення для клітини мають двомембранні органели?
6.               Яке значення для клітини мають немембранні органели?

4.         Етап вивчення нового матеріалу.

Біологічні мембрани як основні структурні елементи клітини служать не просто фізичними межами, а є динамічними функціональними поверхнями. На мембранах органел здійснюються численні біохімічні процеси, такі як активне поглинання речовин, перетворення енергії, синтез АТФ і інше.

Будова біологічних мембран

Однією з основних особливостей усіх еукаріотичних клітин є різноманітність і складність будови внутрішніх мембран. Мембрани відмежовують цитоплазму від довкілля, а також формують оболонки ядер, мітохондрій і пластид. Вони утворюють лабіринт ендр-плазматичного ретикулума і сплощених бульбашок у вигляді стопки, що становлять комплекс Гольджи.

Мембрани утворюють лізосоми, великі і дрібні вакуолі рослинних і грибних клітин, пульсуючі вакуолі простих. Усі ці структури складають з себе відсіки, призначені для тих або інших спеціалізованих процесів і циклів. Отже, без мембран існування клітини неможливе. 

Діти, подивіться на малюнок 1, щоб збагнути, де знаходиться мембрана.

Мал. 1 Клітинна мембрана 

Плазматична мембрана, або плазмалема, - найбільш постійна, основна, універсальна для усіх клітин мембрана. Вона є найтоншою (близько 10 нм) плівкою, що покриває усю клітину. Плазмалема складається з молекул білків і фосфоліпідів. Учні, подивіться уважно на малюнок 2. Так виглядає структура плазма леми.

Мал. 2 Структура плазматичної мембрани

Молекули фосфоліпідів розташовані в два ряди - гідрофобними кінцями всередину, гідрофільними голівками до внутрішнього і зовнішнього водного середовища. В окремих місцях біслой (подвійний шар) фосфоліпідів наскрізь пронизаний білковими молекулами (інтегральні білки). Усередині таких білкових молекул є канали - пори, через які проходять водорозчинні речовини. Друзі, подивімося на малюнок 3, щоб зрозуміти, як виглядають ліпіди.

Мал. 3 Мембранні ліпіди

Інші білкові молекули пронизують біслой ліпідів наполовину з однією або з іншого боку (напівінтегральні білки). На поверхні мембран еукаріотичних клітин є періферичні білки. 

Мал. 4 Мембранні білки

Молекули ліпідів і білків утримуються завдяки гідрофільно-гідрофобним взаємодіям. Діти, подивімося на малюнок 4, щоб зрозуміти, як виглядають білки.

До складу плазматичної мембрани еукаріотичних клітин входять також полісахариди. Їх короткі, сильно розгалужені молекули пов'язані з білками, утворюючи глікопротеїни, або з ліпідами (гліколіпіди). Зміст полісахаридів в мембранах складає 2-10% по масі. Полісахаридний шар завтовшки 10-20 нм, що покриває згори плазмалему тваринних клітин, дістав назву глікокаликс.

Властивості та функції мембран

Усі клітинні мембрани є рухливими текучими структурами, оскільки молекули ліпідів і білків не пов'язані між собою ковалентними зв'язками і здатні досить швидко переміщатися в площини мембрани. Завдяки цьому мембрани можуть змінювати свою конфігурацію, тобто мають плинність. Подивіться, діти, на малюнок 5. Що ви бачите?

Мал. 5 Клітинна мембрана 

Мембрани - структури дуже динамічні. Вони швидко відновлюються після ушкодження, а також розтягуються і стискуються при клітинних рухах. 

Мембрани різних типів клітин істотно розрізняються як по хімічному складу, так і за відносним змістом в них білків, глікопротеїнів, ліпідів, а отже, і по характеру наявних в них рецепторів. Кожен тип клітин тому характеризується індивідуальністю, яка визначається в основному глікопротеїнами. Розгалужені ланцюги глікопротеїнів, виступаючі з клітинної мембрани, беруть участь в розпізнанні чинників зовнішнього середовища, а також у взаємному пізнаванні споріднених клітин. 

Мал. 6 Проникнення речовин через мембрану.

З розпізнаванням пов'язана і регуляція транспорту молекул і іонів через мембрану, а також імунологічна відповідь, в якій глікопротеїни грають роль антигенів. У мембранах містяться також специфічні рецептори, переносники електронів, перетворювачі енергії, ферментні білки. Білки беруть участь в забезпеченні транспорту певних молекул всередину клітини або з неї, здійснюють структурний зв'язок цитоскелета з клітинними мембранами або ж служать в якості рецепторів для отримання і перетворення хімічних сигналів з оточуючої середи.

Найважливішою властивістю мембрани є також виборча проникність. Це означає, що молекули та іони проходять через неї з різною швидкістю, і чим більше розмір молекул, тим менше швидкість проходження їх через мембрану. Ця властивість визначає плазматичну мембрану як осмотичний бар'єр. Діти, подивіться на малюнок 6 та 7, щоб зрозуміти, процес проникнення (дифузії).

Мал. 7 Дифузія

Максимальну проникаючу здатність має вода і розчинені в ній гази; значно повільніше проходять крізь мембрану іони. Дифузія води через мембрану називається осмосом.

Існує декілька механізмів транспорту речовин через мембрану.

Дифузія - проникнення речовин через мембрану по градієнту концентрації (з області, де їх концентрація вища, в область, де їх концентрація нижче). Дифузний транспорт речовин (води, іонів) здійснюється за участю білків мембрани, в яких є молекулярні пори, або за участю ліпідної фази (для жиророзчинних речовин). При полегшеній дифузії спеціальні мембранні білки-переносники вибірково зв'язу

Активний транспорт зв'язаний з витратами енергії і служить для перенесення речовин проти їх градієнта концентрації. Він здійснюється спеціальними білками-переносниками, що утворюють так звані іонні насоси. Найбільш вивченим є Na-/ К- -насос в клітинах тварин, таких, що активно викачують іони Na назовні, поглинаючи при цьому іони К. Завдяки цьому в клітині підтримується велика концентрація К і менша Na в порівнянні з довкіллям. На цей процес витрачається енергія АТФ. Учні, давайте розглянемо малюнок 7. Який процес там зображений?

Мал. 8 Калій-натрієвий насос

В результаті активного транспорту за допомогою мембранного насоса в клітині відбувається також регуляція концентрації Mg2 -и Са2 . В процесі активного транспорту іонів в клітину через цитоплазматичну мембрану проникають різні цукри, нуклеотиди, амінокислоти. Макромолекули білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів, ліпопротеїдні комплекси та ін. 

Функції біологічних мембран наступні:

1.               Відмежовують вміст клітини від зовнішнього середовища і вміст органел від цитоплазми.
2.               Забезпечують транспорт речовин в клітину і з неї, з цитоплазми в органели і навпаки.
3.               Виконують роль рецепторів (отримання і перетворення сигналів з довкілля, пізнавання речовин клітин і т. д.)
4.               Є каталізаторами (забезпечення примембранних хімічних процесів).
5.               Беруть участь в перетворенні енергії.

5.             Підведення підсумку уроку.
6.         Домашнє завдання.