Клітини рослин, тварин, грибів і бактерій: порівняння

Усі еукаріотичні клітини — рослин, тварин і грибів — мають спільний план будови, що свідчить про їхнє походження від спільного предка. Спільними компонентами є:

• плазматична мембрана — тонкий шар ліпідів і білків, що відмежовує клітину від зовнішнього середовища;

• цитоплазма з цитоскелетом — внутрішнє середовище, в якому розташовані органели, а цитоскелет надає клітині форми й забезпечує внутрішній транспорт;

• ядро з ядерцем і хромосомами (ДНК, упакована з гістонами) — містить спадкову інформацію;

• ендоплазматична сітка (ЕПС) — шорстка (з рибосомами) і гладенька, бере участь у синтезі білків і ліпідів;

• комплекс Гольджі — пакує, модифікує й сортує речовини для секреції або транспорту;

• мітохондрії — двомембранні органели, де відбувається кисневе розщеплення глюкози з утворенням АТФ;

• рибосоми 80S — немембранні органели, що здійснюють синтез білка.

Спільними є також основні процеси: біосинтез білка (транскрипція і трансляція), гліколіз і клітинне дихання в мітохондріях, поділ клітини мітозом і мейозом. Ця єдність будови й процесів — один із найпереконливіших доказів спільного походження всіх еукаріотів.

Чим зумовлені відмінності?

Відмінності між клітинами рослин, тварин і грибів — не випадкові. Вони є прямим наслідком способу живлення й способу життя організмів.

Рослини — нерухомі фотоавтотрофи. Їм не потрібно рухатися в пошуках їжі, адже вони самі синтезують органічні речовини з вуглекислого газу й води за рахунок енергії світла. Для цього їм потрібні пластиди (хлоропласти). Міцна целюлозна стінка й велика центральна вакуоля з клітинним соком створюють тургорний тиск, який підтримує форму рослини без скелета.

Тварини — рухливі гетеротрофи. Вони активно пересуваються, щоб добувати їжу, і поглинають її часто шляхом фагоцитозу (заковтування твердих частинок). Жорстка клітинна стінка зробила б це неможливим — клітина мусить змінювати форму, утворювати псевдоподії. Тому в тваринних клітинах стінки немає, а зовнішній шар представлений глікокаліксом. Пластиди їм не потрібні, адже вони отримують органіку з їжі.

Гриби — нерухомі гетеротрофи. Вони, як і рослини, не здатні до активного пересування, але не можуть і фотосинтезувати. Їхній спосіб живлення — всмоктування розчинених поживних речовин усією поверхнею клітин (осмотрофне живлення). Для цього потрібна міцна клітинна стінка (хітинова), але пластиди не потрібні. Запасний вуглевод у грибів — глікоген, як у тварин, а не крохмаль.

Прокаріоти: окрема лінія

Клітини прокаріотів (бактерій) влаштовані значно простіше й дрібніші: здебільшого 1–5 мкм, тоді як еукаріотичні клітини сягають 10–100 мкм. У них немає оформленого ядра, немає мембранних органел (ЕПС, комплексу Гольджі, мітохондрій, пластид), а рибосоми мають менший коефіцієнт седиментації — 70S. Попри простоту, бактеріальна клітина має все необхідне для самостійного життя: плазматичну мембрану, цитоплазму, рибосоми, ДНК як носій спадкової інформації й однаковий з еукаріотами генетичний код.

Рослинна клітина — це типова еукаріотична клітина, що має низку унікальних рис, пов'язаних із автотрофним живленням і нерухомим способом життя.

Клітинна стінка

Зовні від плазматичної мембрани рослинна клітина вкрита міцною клітинною стінкою, основною речовиною якої є целюлоза. Це лінійний полісахарид, молекули якого зібрані в мікрофібрили, що надають стінці великої міцності на розтяг. У стінці є пори, через які проходять плазмодесми — цитоплазматичні містки, що з'єднують сусідні клітини й забезпечують транспорт речовин і сигналів між ними.

Пластиди

Пластиди — двомембранні органели рослин (їх мають також водорості й деякі одноклітинні, наприклад евглена зелена); у тварин, грибів і бактерій пластид немає. Розрізняють три основні типи:

• хлоропласти — зелені пластиди з хлорофілом, у яких відбувається фотосинтез; містяться в листках, молодих стеблах, незрілих плодах;

• хромопласти — жовті, оранжеві або червоні пластиди, що надають кольору пелюсткам, плодам (помідори, горобина), коренеплодам (морква) і листкам восени;

• лейкопласти — безбарвні пластиди, в яких запасається крохмаль (амілопласти), олії (елайопласти) або білки (протеїнопласти); містяться в коренях, бульбах, насінні.

Центральна вакуоля

У зрілих рослинних клітинах є велика центральна вакуоля, заповнена клітинним соком — водним розчином цукрів, органічних кислот, пігментів, мінеральних солей. Вакуоля займає до 80–90 % об'єму клітини, відтісняючи ядро й цитоплазму до клітинної стінки. Вона створює тургорний тиск, який підтримує форму клітини й усієї рослини. Крім того, вакуоля виконує запасну, видільну й травну функції.

Запасні речовини й живлення

Основний запасний вуглевод рослин — крохмаль. Його зерна накопичуються в лейкопластах (амілопластах), особливо в клітинах коренів, бульб (картопля) і насіння. У насінні також запасаються олії (наприклад, соняшникова, лляна) й білки. Живлення рослин автотрофне: вони синтезують органічні речовини з $C{O}_2$ і $H_{2}O$ за рахунок енергії світла в процесі фотосинтезу.

Особливість: центріолі

На відміну від клітин тварин, у клітинах насінних рослин (покритонасінних і більшості голонасінних) немає центріолей. Веретено поділу формується без них — за участю інших центрів організації мікротрубочок.

Не кожна рослинна клітина має хлоропласти

Це дуже важливий момент для НМТ. Хлоропласти є лише в зелених частинах рослини — листках, молодих стеблах, незрілих плодах. У клітинах кореня, шкірки цибулі, бульби картоплі хлоропластів немає. Однак такі клітини все одно залишаються рослинними, бо мають целюлозну клітинну стінку, велику центральну вакуолю й лейкопласти. Саме за сукупністю цих ознак їх розпізнають на рисунках.

Як виглядають рослинні клітини на мікрофотографії

На мікрофотографії рослинні клітини мають багатокутну форму, щільно прилягають одна до одної, утворюючи суцільний шар. Добре видно чіткі межі — клітинні стінки. У клітинах листка помітні зелені хлоропласти, а в центрі — велика світла вакуоля. У клітинах шкірки цибулі хлоропластів немає, але стінки й вакуоля добре помітні.

Клітини тварин і грибів об'єднує гетеротрофний спосіб живлення, але вони суттєво різняться за будовою, що відображає різні способи життя.

Тваринна клітина

Тваринна клітина не має клітинної стінки. Зовні плазматична мембрана вкрита глікокаліксом — тонким шаром вуглеводних ланцюгів, що входять до складу глікопротеїнів і гліколіпідів. Глікокалікс виконує рецепторну, захисну й розпізнавальну функції, але не надає жорсткості.

У тваринних клітинах є клітинний центр (центросома), що містить дві центріолі. Центріолі беруть участь в організації веретена поділу під час мітозу й мейозу. Пластид у тваринних клітинах немає. Великої центральної вакуолі також немає — натомість є дрібні травні вакуолі (утворюються під час фагоцитозу) й лізосоми, що виконують внутрішньоклітинне перетравлення.

Основний запасний вуглевод тварин — глікоген. Він накопичується переважно в клітинах печінки й м'язів. Запасний жир відкладається в жирових клітинах (адипоцитах). Живлення гетеротрофне: тварини поглинають готову органіку, часто шляхом фагоцитозу (заковтування твердих частинок) або піноцитозу (поглинання рідини).

На мікрофотографії тваринні клітини мають різноманітну форму: округлі (лейкоцити), пласкі (епітелій), відросчасті (нейрони). Чітких жорстких стінок не видно — межі клітин нечіткі. Ядро здебільшого розташоване в центрі клітини.

Клітина гриба

Клітини грибів, як і рослинні, мають міцну клітинну стінку. Однак її основна речовина — не целюлоза, а хітин. Хітин — це азотовмісний полісахарид, який також входить до складу зовнішнього скелета членистоногих (комах, раків). Він надає стінці міцності й стійкості до механічних пошкоджень.

Пластид у клітинах грибів немає — вони не здатні до фотосинтезу. Запасний вуглевод — глікоген (як у тварин), також є запасні ліпіди. Живлення гетеротрофне, але не фагоцитозом, а осмотрофно: гриби виділяють назовні ферменти, які розщеплюють органічні речовини до простих сполук, а потім всмоктують їх усією поверхнею гіф (ниткоподібних утворень міцелію).

Чому гриби — окреме царство?

За будовою клітини гриби поєднують ознаки рослин і тварин, тому їх виділяють в окреме царство. З рослинами їх зближує наявність клітинної стінки й нерухомість. З тваринами — гетеротрофне живлення, наявність хітину (у тварин хітин є в покривах членистоногих) і запасний вуглевод глікоген. Ця комбінація ознак не дозволяє віднести гриби ні до рослин, ні до тварин.

Прокаріотичні клітини (бактерії) — найпростіші за будовою, але цілком самостійні живі організми. Вони значно дрібніші за еукаріотичні (1–5 мкм проти 10–100 мкм) і мають принципово іншу організацію спадкового матеріалу та органел.

Нуклеоїд замість ядра

У прокаріотів немає оформленого ядра, обмеженого ядерною оболонкою. Спадковий матеріал — одна велика кільцева молекула ДНК, яка лежить просто в цитоплазмі й утворює структуру, що називається нуклеоїдом. Крім основної хромосоми, в клітині можуть бути невеликі кільцеві молекули ДНК — плазміди, які часто несуть гени стійкості до антибіотиків або додаткових метаболічних функцій.

Відсутність мембранних органел

У бактерій немає ендоплазматичної сітки, комплексу Гольджі, мітохондрій, пластид, лізосом — жодних органел, обмежених мембраною. Ферменти, що в еукаріотів розташовані в мітохондріях (дихальний ланцюг) або в хлоропластах (фотосинтез), у бактерій вбудовані в плазматичну мембрану або її вгини — мезосоми. У ціанобактерій (синьозелених бактерій) фотосинтетичні пігменти розташовані на тилакоїдах — мембранних структурах у цитоплазмі, але це не окремі органели.

Рибосоми 70S

Рибосоми прокаріотів мають коефіцієнт седиментації 70S (складаються з великої 50S і малої 30S субодиниць), тоді як рибосоми еукаріотів — 80S (60S і 40S). Ця відмінність важлива: деякі антибіотики (наприклад, стрептоміцин) вибірково пригнічують рибосоми 70S, не впливаючи на рибосоми 80S людини.

Клітинна стінка

Клітинна стінка бактерій складається з муреїну (пептидоглікану) — полісахариду, зшитого короткими пептидними містками. За будовою стінки бактерії поділяють на грампозитивні (товстий шар муреїну) і грамнегативні (тонкий шар муреїну й додаткова зовнішня мембрана). Муреїн не зустрічається в еукаріотичних клітинах.

Поділ клітини

Мітозу в прокаріотів немає. Клітина ділиться навпіл прямим поділом — бінарним поділом. Перед поділом кільцева ДНК реплікується, і дві копії розходяться до різних полюсів клітини, після чого цитоплазма перешнуровується.

Спільне з еукаріотами

Попри простоту, прокаріоти мають усе необхідне для життя. Спільними з еукаріотами є: плазматична мембрана, цитоплазма, рибосоми (хоча й різного типу), ДНК як носій спадкової інформації, однаковий генетичний код (триплети ДНК кодують ті самі амінокислоти). Детальнішу будову, різноманітність форм і способи розмноження бактерій вивчають у курсі «Систематика, віруси, бактерії, одноклітинні і гриби».

Найзручніший спосіб систематизувати знання про чотири типи клітин — звести всі ознаки в одну таблицю. Користуйся нею як шпаргалкою для розв'язування завдань НМТ.

Алгоритм розпізнавання типу клітини

Коли перед тобою опис або рисунок клітини, дій за таким алгоритмом:

1. Чи є оформлене ядро (ядерна оболонка)? Якщо ні — це бактерія (прокаріот). Якщо так — переходимо до наступного кроку.

2. Чи є клітинна стінка? Якщо ні — це тваринна клітина. Якщо так — переходимо до наступного кроку.

3. З якої речовини стінка? Целюлоза — рослина. Хітин — гриб. Муреїн — бактерія (але в бактерій немає ядра, тому цей крок для них уже пройдено).

4. Чи є пластиди? Якщо є хлоропласти або інші пластиди — це рослина. Якщо пластид немає, але є хітинова стінка — це гриб.

5. Перевір запасний вуглевод: крохмаль — рослина, глікоген — тварина або гриб.

Важливо: дивись на весь набір ознак, а не на одну! Відсутність хлоропластів ще не означає, що клітина не рослинна (згадай шкірку цибулі). А наявність клітинної стінки не означає, що клітина рослинна — у грибів теж є стінка, але хітинова.

Особливість завдань «три з трьох груп»

У завданнях формату «три з трьох груп» усі три групи описують один і той самий об'єкт. Якщо ти помилився у визначенні типу клітини в першій групі, то автоматично помилишся в другій (ознака будови) і третій (запасна речовина). Тому спершу точно визнач, з якою клітиною маєш справу, і лише потім добирай відповідні ознаки.

Розгляньмо типові завдання НМТ на порівняння клітин різних організмів.

Приклад 1. Три з трьох груп — клітина дріжджів

У завданні подано три групи варіантів. У кожній групі обери один правильний варіант. Відповідь запиши тризначним числом.

Розв'язання: дріжджі — одноклітинні гриби, тому їхні клітини еукаріотичні грибні (варіант 2 у групі 1). Як усі еукаріоти, вони мають ядро з ядерною оболонкою (варіант 2 у групі 2). Запасний вуглевод грибів — глікоген (варіант 3 у групі 3). Відповідь: 223.

Пастка: дріжджі — одноклітинні, тому їх часто плутають із бактеріями. Але дріжджі — еукаріоти (мають ядро!), а бактерії — прокаріоти.

Приклад 2. Логічні пари — набір ознак → організм

Установи відповідність між набором ознак (1–4) та організмом (А–Д). Одна буква зайва.

Розв'язання: 1 → А (кишкова паличка — бактерія: нуклеоїд, муреїн, 70S). 2 → Б (листок гороху — рослина: целюлоза, хлоропласти, вакуоля). 3 → В (пеніцил — гриб: хітин, глікоген, без пластид). 4 → Г (клітина печінки — тварина: глікокалікс, центріолі, без стінки). Д — зайве, бо вірус не має клітинної будови.

Приклад 3. Спільна ознака грибів і тварин

Яка ознака є спільною для клітин грибів і тварин і водночас відрізняє їх від клітин рослин?

Варіанти: А клітинна стінка; Б мітохондрії; В запасний вуглевод глікоген; Г відсутність ядра.

Розв'язання: клітинна стінка є в грибів і рослин, а в тварин її немає — не підходить. Мітохондрії є в усіх трьох — не відрізняє. Відсутність ядра — ознака бактерій, а не грибів чи тварин. Правильна відповідь: В — запасний вуглевод глікоген (рослини запасають крохмаль, а гриби й тварини — глікоген).

Приклад 4. Два судження учнів

На мікрофотографії зображено безбарвні клітини з чіткими стінками й великою вакуолею. Хлоропластів не видно.

Ліна: «Це клітини гриба, бо в них немає хлоропластів». Максим: «Це рослинні клітини: є клітинна стінка й велика центральна вакуоля, а хлоропластів немає в безбарвній шкірці цибулі».

Хто має рацію?

Розв'язання: Ліна помиляється, бо відсутність хлоропластів — недостатня підстава вважати клітину грибною. Максим має рацію: наявність целюлозної стінки й великої центральної вакуолі — характерні ознаки рослинної клітини, навіть без хлоропластів. Відповідь: має рацію лише Максим.

Приклад 5. Чому в тварин немає клітинної стінки?

Чому клітини тварин не мають клітинної стінки?

Варіанти: А тварини не синтезують полісахаридів; Б стінку замінює ядерна оболонка; В гнучка поверхня дає змогу змінювати форму, рухатися й поглинати їжу фагоцитозом; Г тваринні клітини не містять води, тож тургору немає.

Розв'язання: В — правильна відповідь. Тварини активно рухаються й поглинають тверді частинки фагоцитозом, що потребує зміни форми клітини. Жорстка стінка цьому заважала б. А — хибно, тварини синтезують полісахариди (глікоген, гіалуронову кислоту). Б — ядерна оболонка не замінює клітинну стінку. Г — тваринні клітини містять воду, але тургор їм не потрібен через відсутність стінки.

• Вважають, що гриби запасають крохмаль. Насправді запасний вуглевод грибів — глікоген, як у тварин. Крохмаль запасають лише рослини.

• Вважають клітину без хлоропластів нерослинною. У клітинах кореня, шкірки цибулі, бульби картоплі хлоропластів немає, але є целюлозна стінка й вакуоля — це рослинні клітини.

• Приписують грибам целюлозну стінку, а бактеріям — хітинову. Запам'ятай: у грибів стінка з хітину, у бактерій — з муреїну, у рослин — з целюлози.

• Вважають нуклеоїд ядром з оболонкою або приписують бактеріям мітохондрії, ЕПС чи комплекс Гольджі. Нуклеоїд — це просто ділянка цитоплазми з кільцевою ДНК, без ядерної оболонки. Мембранних органел у бактерій немає.

• Вважають, що центріолі є в усіх еукаріотичних клітинах. Насправді в клітинах насінних рослин (покритонасінних і більшості голонасінних) центріолей немає.

• Плутають глікокалікс тваринних клітин із клітинною стінкою. Глікокалікс — це тонкий вуглеводний шар на поверхні мембрани, він не надає жорсткості й не є стінкою.

• Визначають тип клітини за однією ознакою, а не за їх сукупністю. Наприклад, наявність стінки ще не робить клітину рослинною (у грибів теж є стінка), а відсутність хлоропластів — не робить її тваринною чи грибною.

Тема порівняння клітин рослин, тварин, грибів і бактерій входить до програми НМТ з біології в межах трьох тем:

• тема 1.3 «Структура та функціонування еукаріотичних клітин» — вимагає порівнювати організацію клітин рослин, грибів і тварин, пояснювати причини відмінностей і візуально розпізнавати клітини рослин і тварин та їхні компоненти;

• тема 3.3 «Прокаріотичні організми» — вимагає порівнювати клітини про- й еукаріотів;

• тема 3.8 «Гриби» — вимагає знати відмінності грибів від рослин і тварин і порівнювати гриби з іншими еукаріотами.

Формати завдань

На НМТ-2027 ця тема може перевірятися в трьох форматах:

• Завдання 1–24 — вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г). 1 бал за кожне. У демоваріанті 2026 завдання № 4 — два судження учнів за рисунком клітини (тема 1.3 разом із 3.10).

• Завдання 25–28 — логічні пари (1–4 → А–Д, одна буква зайва). До 4 балів. У демоваріанті 2026 тема 1.3 є основною в № 25. Форма чудово підходить для пар «набір ознак → організм».

• Завдання 29–30 — вибір трьох відповідей із трьох груп (у кожній групі одна правильна). У демоваріанті 2026 у кожній групі по три варіанти, відповідь записують тризначним числом. По 1 балу за кожну групу, до 3 балів.

Стратегія для завдань «три з трьох груп»

Спершу точно визнач тип клітини за стінкою, її речовиною й пластидами. Помилка на цьому етапі потягне за собою помилки в другій і третій групах, адже всі три групи описують один об'єкт. Тільки після визначення типу клітини добирай відповідну ознаку будови й запасну речовину.

• Усі еукаріотичні клітини мають плазматичну мембрану, цитоплазму, ядро, ЕПС, комплекс Гольджі, мітохондрії й рибосоми 80S.

• Рослинна клітина: целюлозна клітинна стінка, пластиди (хлоропласти, хромопласти, лейкопласти), велика центральна вакуоля, запасний вуглевод — крохмаль. У насінних рослин немає центріолей. Живлення автотрофне (фотосинтез).

• Тваринна клітина: клітинної стінки немає, зовні — глікокалікс; є клітинний центр із центріолями; пластид і великої вакуолі немає; запасний вуглевод — глікоген. Живлення гетеротрофне, можливий фагоцитоз.

• Клітина гриба: хітинова клітинна стінка, пластид немає, запасний вуглевод — глікоген. Живлення гетеротрофне (осмотрофне).

• Бактеріальна клітина (прокаріот): нуклеоїд без ядерної оболонки, немає мембранних органел, рибосоми 70S, клітинна стінка з муреїну. Ділиться бінарним поділом.

• Відмінності між клітинами — наслідок способу живлення й способу життя організмів.

• Тип клітини визначай за сукупністю ознак, а не за однією. Відсутність хлоропластів не означає, що клітина не рослинна.