Вы состояте примерно из тридцати триллионов клеток, но никогда не видели ни одной. Клетки просто слишком малы для глаза. Зернышко песка составляет примерно…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
1.1
How we study cells · Как мы изучаем клетки
Syllabus · Программа
English
make temporary preparations of cellular material suitable for viewing with a light microscope
draw cells from microscope slides and photomicrographs
calculate magnifications of images and actual sizes of specimens from drawings, photomicrographs and electron micrographs (scanning and transmission)
use an eyepiece graticule and stage micrometer scale to make measurements and use the appropriate units, millimetre (mm), micrometre (µm) and nanometre (nm)
define resolution and magnification and explain the differences between these terms, with reference to light microscopy and electron microscopy
Русский
готовить временные препараты клеточного материала, подходящие для просмотра в световой микроскоп
рисовать клетки с предметных стекол и фотомикрографии
рассчитывать увеличение изображений и реальные размеры образцов по рисункам, фотомикрографиям и электронным микрографиям (сканирующим и трансмиссионным)
использовать окуляр-микромасштаб и шкалу объектного микрометра для измерений и применять соответствующие единицы: миллиметр (мм), микрометр (мкм) и нанометр (нм)
определять разрешающую способность и увеличение и объяснять различия между этими терминами, ссылаясь на световую и электронную микроскопию
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Cells 细胞 are very small, so you cannot see them with your eyes alone. You use a microscope 显微镜 to make a bigger picture of them. The first kind you meet is the light microscope 光学显微镜. It shines light through a thin specimen 标本 (the material you look at) and uses glass lenses to enlarge the view.
Making a slide and drawing what you see
To look at living material, you make a temporary preparation 临时装片. You put a small, thin piece of material on a glass slide 载玻片, add a drop of stain 染色剂 (a coloured liquid that makes parts easier to see), then lower a thin cover slip 盖玻片 on top to flatten it and keep out air.
When you draw cells from a slide or a photograph, follow simple rules:
use a sharp pencil and clear, single lines (no shading).
draw only what you can really see, with the parts in the correct sizes.
label the parts with straight lines that do not cross.
Magnification and actual size
Magnification 放大倍数 tells you how many times bigger the image is than the real object. It has no unit. You find it with one equation:
$$\text{magnification} = \frac{\text{size of image}}{\text{actual size of object}}$$
You can rearrange this to find any one value from the other two:
$$\text{actual size} = \frac{\text{size of image}}{\text{magnification}}$$
The top and the bottom of the fraction must use the same unit. Cells are tiny, so you work in small units:
$1\ \text{mm} = 1000\ \text{micrometre}$ 微米 (µm)
$1\ \text{µm} = 1000\ \text{nanometre}$ 纳米 (nm)
so $1\ \text{mm} = 1\,000\,000\ \text{nm}$.
Worked example. In a photomicrograph at magnification $5000$, a chloroplast 叶绿体 measures $25\ \text{mm}$ across. Its actual size is
The same equation works for drawings, photomicrographs 显微照片 (photos taken through a light microscope) and electron micrographs 电子显微照片 (the most detailed photos, explained below). Always convert to the same unit first, then divide.
Eyepiece graticule and stage micrometer
To measure a real cell under the microscope, you use an eyepiece graticule 目镜测微尺 — a tiny scale inside the eyepiece. Its divisions have no fixed size, so first you must calibrate 校准 them (work out what one division is worth).
You calibrate using a stage micrometer 载物台测微尺 — a special slide with an accurate scale on it (often $1\ \text{mm}$ split into $100$ parts, so each part is $10\ \text{µm}$). You line up the two scales, count how many graticule divisions fit a known length, and divide. Once calibrated, you can swap in your specimen and measure it with the graticule.
Resolution and magnification
These two words are easy to mix up. The examiner gives marks for the difference.
Magnification is how many times bigger the image is than the object.
Resolution 分辨率 is the smallest distance between two points that still lets you see them as two separate points.
Making an image bigger does not always show more detail. Past a certain point you just get a bigger, blurry image. Resolution sets the real limit on detail.
A light microscope has lower resolution because light has a fairly long wavelength 波长. An electron microscope 电子显微镜 uses beams of electrons 电子 instead of light. Electrons have a much shorter wavelength, so the resolution is far higher and you can see very small structures inside the cell. There are two kinds: scanning 扫描 (shows the surface in 3D) and transmission 透射 (passes electrons through a thin slice to show inside detail).
Русский
Клетки очень малы, поэтому их нельзя разглядеть невооруженным глазом. Для получения увеличенного изображения используют микроскоп. Первый тип, с которым вы столкнетесь, — это световой микроскоп. Он пропускает свет через тонкий препарат (образец, который вы рассматриваете) и использует стеклянные линзы для увеличения обзора.
Световой микроскоп: свет проходит вверх через препарат, затем две линзы (объектив и окуляр) увеличивают изображение
Изготовление препарата и зарисовка увиденного
Для изучения живых образцов готовят временный препарат. Небольшой тонкий кусочек материала помещают на стеклянное предметное стекло, добавляют каплю красителя (цветной жидкости, делающей структуры более видимыми), затем аккуратно опускают тонкое покрывное стекло сверху, чтобы сплющить образец и исключить воздушные пузырьки.
Изготовление временного влажного препарата — опускайте покрывное стекло под углом, чтобы не trapping воздушные пузырьки
При зарисовке клеток со стекол или фотографий следуйте простым правилам:
используйте острый карандаш и четкие одинарные линии (без штриховки).
рисуйте только то, что действительно видите, соблюдая правильные пропорции частей.
подписывайте части прямыми линиями, которые не пересекаются.
Увеличение и реальный размер
Увеличение показывает, во сколько раз изображение больше реального объекта. Оно не имеет единиц измерения. Его вычисляют по формуле:
Увеличение = размер изображения ÷ реальный размер
$$\text{magnification} = \frac{\text{size of image}}{\text{actual size of object}}$$
Эту формулу можно преобразовать, чтобы найти любое одно значение, зная два других:
$$\text{actual size} = \frac{\text{size of image}}{\text{magnification}}$$
Верхняя и нижняя части дроби должны быть в одних единицах измерения. Клетки крошечны, поэтому работают с мелкими единицами:
$1\ \text{mm} = 1000\ \text{micrometre}$ (µm)
$1\ \text{µm} = 1000\ \text{nanometre}$ (нм)
или $1\ \text{mm} = 1\,000\,000\ \text{nm}$.
Разобранный пример. На фото микрофотографии при увеличении $5000$ хлоропласт имеет размер $25\ \text{mm}$ в диаметре. Его реальный размер составляет
Та же формула применима к зарисовкам, фотографиям микроскопии (фото, сделанные через световой микроскоп) и электронной микроскопии (наиболее детальные снимки, объясняются ниже). Всегда переводите значения в одни единицы перед делением.
Окулярная линейка и предметная линейка
Для измерения реальной клетки под микроскопом используют окулярную линейку — маленькую шкалу внутри окуляра. Её деления не имеют фиксированного размера, поэтому сначала их необходимо калибровать (определить, какому значению соответствует одно деление).
Калибровку проводят с помощью предметной линейки — специального стекла с точной шкалой (часто $1\ \text{mm}$ разделено на $100$ частей, так что каждая часть равна $10\ \text{µm}$). Совмещают две шкалы, считают, сколько делений окулярной линейки укладывается в известную длину, и делят. После калибровки можно заменить образец на исследуемый и измерить его с помощью окулярной линейки.
Откалибруйте окулярную линейку, совместив её с известной шкалой предметной линейки
Разрешающая способность и увеличение
Эти два слова легко перепутать. Экзаменатор начисляет баллы за понимание разницы.
Увеличение показывает, во сколько раз изображение больше самого объекта.
Разрешающая способность — это минимальное расстояние между двумя точками, при котором их всё ещё можно различить как два отдельных элемента.
Увеличение изображения не всегда позволяет увидеть больше деталей. За определённым пределом вы получаете просто более крупное, но размытое изображение. Именно разрешающая способность определяет реальный предел детализации.
Световой микроскоп имеет более низкую разрешающую способность из-за достаточно длинного длины волны света. Электронный микроскоп использует пучки электронов вместо света. Электроны имеют значительно более короткую длину волны, поэтому разрешающая способность гораздо выше, и можно увидеть очень мелкие структуры внутри клетки. Существует два вида: сканирующий (показывает поверхность в 3D) и проходящий (пропускает электроны через тонкий срез для демонстрации внутренней структуры).
Разрешающая способность: световой микроскоп сливает две очень близкие точки в одну; электронный микроскоп благодаря более короткой длине волны разделяет их на две.
Choose the right microscopy idea from what the student wants to see. · Оберіть правильний тип мікроскопії відповідно до того, що хоче побачити студент.
Eukaryotic cells and their organelles · Эукариотические клетки и их органоиды
Syllabus · Программа
English
recognise organelles and other cell structures found in eukaryotic cells and outline their structures and functions, limited to: • cell surface membrane • nucleus, nuclear envelope and nucleolus • rough endoplasmic reticulum • smooth endoplasmic reticulum • Golgi body (Golgi apparatus or Golgi complex) • mitochondria (including the presence of small circular DNA) • ribosomes (80S in the cytoplasm and 70S in chloroplasts and mitochondria) • lysosomes • centrioles and microtubules • cilia • microvilli • chloroplasts (including the presence of small circular DNA) • cell wall • plasmodesmata • large permanent vacuole and tonoplast of plant cells
describe and interpret photomicrographs, electron micrographs and drawings of typical plant and animal cells
compare the structure of typical plant and animal cells
state that cells use ATP from respiration for energy-requiring processes
outline key structural features of a prokaryotic cell as found in a typical bacterium, including: • unicellular • generally 1–5 μm diameter • peptidoglycan cell walls • circular DNA • 70S ribosomes • absence of organelles surrounded by double membranes
compare the structure of a prokaryotic cell as found in a typical bacterium with the structures of typical eukaryotic cells in plants and animals
state that all viruses are non-cellular structures with a nucleic acid core (either DNA or RNA) and a capsid made of protein, and that some viruses have an outer envelope made of phospholipids
Русский
распознавать органоиды и другие структуры клеток в эукариотических клетках и описывать их строение и функции, ограничиваясь следующими: • клеточная мембрана • ядро, ядерная оболочка и нуклеол • шероховатая эндоплазматическая сеть • гладкая эндоплазматическая сеть • аппарат Гольджи (комплекс или комплекс Гольджи) • митохондрии (включая наличие малых кольцевых молекул ДНК) • рибосомы (80S в цитоплазме и 70S в хлоропластах и митохондриях) • лизосомы • центриоли и микротрубочки • реснички • микроворсинки • хлоропласты (включая наличие малых кольцевых молекул ДНК) • клеточная стенка • плазмодесмы • крупная постоянная вакуоль и тонопласт растительных клеток
описывать и интерпретировать фотомикрографии, электронные микрографии и рисунки типичных растительных и животных клеток
сравнивать строение типичных растительных и животных клеток
указывать, что клетки используют АТФ из клеточного дыхания для процессов, требующих энергии
опишите ключевые структурные особенности прокариотической клетки, характерной для типичной бактерии, включая: • одноклеточность • обычно диаметр 1–5 мкм • клеточные стенки из пептидогликана • кольцевая ДНК • рибосомы 70S • отсутствие органоидов, окруженных двойными мембранами
сравните строение прокариотической клетки типичной бактерии со строением типичных эукариотических клеток растений и животных
укажите, что все вирусы представляют собой неклеточные структуры с нуклеиновым ядром (ДНК или РНК) и капсидом, состоящим из белка, а некоторые вирусы имеют наружную оболочку из фосфолипидов
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Plant and animal cells are eukaryotic cells 真核细胞: their DNA is kept inside a nucleus 细胞核. Inside the cell are many small parts called organelles 细胞器, each with its own job. The jelly-like fluid around them is the cytoplasm 细胞质.
In a photomicrograph or electron micrograph you identify organelles by their shape, size and position; in a drawing you show their outlines and label them.
Organelle
Structure
Function
cell surface membrane 细胞膜
thin layer around the cell
controls what enters and leaves the cell
nucleus
large, surrounded by a nuclear envelope 核膜 (a double membrane with holes); contains a nucleolus 核仁
holds the DNA; controls the cell; the nucleolus makes ribosomes
rough endoplasmic reticulum 粗面内质网 (rough ER)
sheets of membrane with ribosomes on the surface
makes and transports proteins 蛋白质 (for example antibodies 抗体)
smooth endoplasmic reticulum 滑面内质网 (smooth ER)
sheets of membrane, no ribosomes
makes lipids 脂质
Golgi body 高尔基体
stack of flat membrane sacs
changes and packs proteins and lipids into vesicles 囊泡 for secretion 分泌
mitochondria 线粒体
oval, with a folded inner membrane; has small circular DNA
site of respiration 呼吸作用 — releases energy 能量 as ATP
ribosomes 核糖体
very small; $80\text{S}$ in the cytoplasm, $70\text{S}$ in chloroplasts and mitochondria
join amino acids 氨基酸 to synthesise 合成 proteins
lysosomes 溶酶体
small sacs of enzymes 酶
break down old organelles and waste
centrioles 中心粒 and microtubules 微管
small tubes made of protein
help move chromosomes and form the cell's "skeleton"
cilia 纤毛
tiny hairs on the cell surface that beat
move fluid or move the cell
microvilli 微绒毛
tiny folds of the cell surface membrane
increase surface area for absorption 吸收
chloroplasts (plants)
green, with stacked membranes; has small circular DNA
site of photosynthesis 光合作用
cell wall 细胞壁 (plants)
strong outer layer of cellulose 纤维素
supports and protects the cell; stops it bursting
plasmodesmata 胞间连丝 (plants)
tiny channels through the cell walls
link the cytoplasm of neighbouring cells
large permanent vacuole 液泡 (plants)
big sac of watery fluid, with a membrane called the tonoplast 液泡膜
stores water and keeps the cell firm
Cells use ATP made in respiration as their energy supply for every job that needs energy, such as making proteins, moving things and dividing.
Comparing plant and animal cells
Feature
Plant cell
Animal cell
cell wall
present (cellulose)
absent
chloroplasts
present
absent
large permanent vacuole
present
absent (only small, temporary ones)
centrioles
absent in most
present
shape
fixed and regular
rounder and more flexible
Both have a cell surface membrane, cytoplasm, a nucleus, mitochondria, ribosomes, ER and a Golgi body.
Русский
Растительные и животные клетки являются эукариотическими клетками: их ДНК находится внутри ядра. Внутри клетки расположены множество мелких частей, называемых органоидами, каждый из которых выполняет свою функцию. Желеобразная жидкость, окружающая их, называется цитоплазмой.
Обобщенная животная клетка и её органоидыРастительная клетка также имеет клеточную стенку, хлоропласты и большую вакуоль.
На фото или электронном микрофотографии органоиды определяют по форме, размеру и расположению; на рисунке изображают их контуры и подписывают.
Органоид
Строение
Функция
клеточная мембрана
тонкий слой вокруг клетки
регулирует поступление веществ в клетку и выход из неё
ядро
крупное, окружено ядерной оболочкой (двойная мембрана с порами); содержит ядрышко
хранит ДНК; управляет работой клетки; ядрышко образует рибосомы
шероховатая эндоплазматическая сеть (шероховатая ЭПС)
пласты мембраны с рибосомами на поверхности
синтезирует и транспортирует белки (например, антитела)
гладкая эндоплазматическая сеть (гладкая ЭПС)
пласты мембраны без рибосом
синтезирует липиды
Аппарат Гольджи
стопка плоских мембранных мешочков
модифицирует и упаковывает белки и липиды в везикулы для секреции
митохондрии
овальные, с складчатой внутренней мембраной; содержат маленькую кольцевую ДНК
место клеточного дыхания — выделяют энергию в виде АТФ
рибосомы
очень маленькие; $80\text{S}$ в цитоплазме, $70\text{S}$ в хлоропластах и митохондриях
соединяют аминокислоты для синтеза белков
лизосомы
мелкие пузырьки с ферментами
расщепляют старые органоиды и отходы
центриоли и микротрубочки
малые трубки из белка
помогают движению хромосом и формируют «скелет» клетки
CILIA (реснички)
крошечные волоски на поверхности клетки, совершающие движения
перемещают жидкость или саму клетку
микроворсинки
крошечные складки клеточной мембраны
увеличивают площадь поверхности для поглощения
хлоропласты (растения)
зелёные, со сложенными мембранами; содержат маленькую кольцевую ДНК
место фотосинтеза
клеточная стенка (растения)
прочный наружный слой из целлюлозы
поддерживает и защищает клетку; предотвращает её разрыв
плазмодесмы (растения)
крошечные каналы через клеточные стенки
соединяют цитоплазму соседних клеток
крупная постоянная вакуоль (растения)
большой мешок с жидкостью, окружённый мембраной, называемой тонопласт
запасает воду и поддерживает упругость клетки
Клетки используют АТФ, образующийся при дыхании, как источник энергии для всех процессов, требующих затрат энергии, таких как синтез белков, транспорт веществ и деление.
Сравнение растительных и животных клеток
Признак
Растительная клетка
Животная клетка
клеточная стенка
присутствует (целлюлоза)
отсутствует
хлоропласты
присутствуют
отсутствуют
крупная постоянная вакуоль
присутствуют
отсутствуют (только мелкие временные)
центриоли
отсутствуют у большинства
присутствуют
форма
фиксированная и правильная
более округлая и гибкая
Оба типа клеток имеют клеточную мембрану, цитоплазму, ядро, митохондрии, рибосомы, ЭПС и аппарат Гольджи.
Explore · Исследовать
Explore an animal cell · Исследование животной клетки
Tap each numbered part to check you know its job — the same organelles as the table above. · Нажмите на каждую пронумерованную часть, чтобы проверить, знаете ли вы её функцию — те же органоиды, что и в таблице выше.
Prokaryotic cells (bacteria) · Прокариотические клетки (бактерии)
English
A prokaryotic cell 原核细胞, such as a bacterium 细菌, is much smaller and simpler than a eukaryotic cell. Its key features are:
unicellular 单细胞 — it is a single cell.
generally $1$–$5\ \text{µm}$ across.
a cell wall made of peptidoglycan 肽聚糖 (not cellulose).
circular DNA lying free in the cytoplasm — there is no nucleus.
$70\text{S}$ ribosomes (smaller than the $80\text{S}$ ones in the cytoplasm of eukaryotes).
no organelles surrounded by a double membrane — so no nucleus, no mitochondria and no chloroplasts.
Comparing prokaryotic and eukaryotic cells
Feature
Prokaryotic cell
Eukaryotic cell
size
about $1$–$5\ \text{µm}$
about $10$–$100\ \text{µm}$
DNA
circular, free in cytoplasm
linear, inside a nucleus
nucleus
none
present
double-membrane organelles
none
mitochondria (and chloroplasts in plants)
ribosomes
$70\text{S}$
$80\text{S}$ (with $70\text{S}$ inside mitochondria and chloroplasts)
cell wall
peptidoglycan
cellulose (plants) or none (animals)
Русский
Прокариотическая клетка, например бактерия, намного меньше и проще эукариотической клетки. Её ключевые особенности:
одноклеточная — состоит из одной клетки.
обычно $1$–$5\ \text{µm}$ в диаметре.
клеточная стенка из пептидогликана (не целлюлозы).
кольцевая ДНК, свободно находящаяся в цитоплазме — нет ядра.
$70\text{S}$ рибосом (меньше, чем $80\text{S}$ рибосомы в цитоплазме эукариот).
нет органоидов, окруженных двойной мембраной — нет ни ядра, ни митохондрий, ни хлоропластов.
Прокариотическая клетка: кольцевая ДНК (нуклеоид) находится свободно, без ядра и без органоидов с двойной мембраной.
Сравнение прокариотических и эукариотических клеток
Признак
Прокариотическая клетка
Эукариотическая клетка
размер
около $1$–$5\ \text{µm}$
около $10$–$100\ \text{µm}$
ДНК
кольцевая, свободная в цитоплазме
линейная, внутри ядра
ядро
отсутствует
присутствует
двухмембранные органеллы
нет
митохондрии (и хлоропласты у растений)
рибосомы
$70\text{S}$
$80\text{S}$ (с $70\text{S}$ внутри митохондрий и хлоропластов)
клеточная стенка
пептидогликан
целлюлоза (у растений) или отсутствует (у животных)
Explore · Исследовать
Explore a bacterial cell · Исследование бактериальной клетки
A prokaryote is smaller and simpler. Tap each part — notice there is no nucleus and no double-membrane organelles. · Прокариот меньше и проще. Нажмите на каждую часть — обратите внимание, что нет ядра и нет двухмембранных органоидов.
1.2
Viruses · Вирусы
English
All viruses 病毒 are non-cellular 非细胞 — they are not made of cells at all. Each virus is built from just two or three parts:
a core of nucleic acid 核酸, which is either DNA or RNA (never both).
a protein coat around the core called a capsid 衣壳.
in some viruses, an outer envelope 包膜 made of phospholipids 磷脂.
A virus has no cytoplasm, no organelles and no ribosomes. It cannot respire or make its own proteins. It can only copy itself inside a living host 宿主 cell, so it sits at the edge of what we call "living".
Русский
Все вирусы являются неклеточными — они не состоят из клеток. Каждый вирус состоит всего из двух-трех частей:
ядро из нуклеиновой кислоты, которая является либо ДНК, либо РНК (никогда обеими сразу).
белковая оболочка вокруг ядра, называемая капсидом.
у некоторых вирусов внешняя оболочка, образованная фосфолипидами.
Настоящий вирус, сильно увеличенный. Округлая головка представляет собой белковый капсид, обернутый вокруг нуклеинового ядра; хвост внедряет эту нуклеиновую кислоту в бактерию. Обратите внимание на масштабную линейку — весь вирус имеет размер около 100 нм, что намного меньше любой клетки.
Обобщенный вирус: нуклеиновая кислота внутри белкового капсида, с липидной оболочкой у некоторых вирусов.
У вируса нет цитоплазмы, органелл и рибосом. Он не может дышать или синтезировать собственные белки. Он может только копировать себя внутри живой хозяинской клетки, поэтому находится на границе того, что мы называем «живым».
Explore · Исследовать
Explore a virus · Исследование вируса
A virus is non-cellular — just a few parts. Tap each one: there is no cytoplasm, no organelles and no ribosomes. · Вирус неклеточен — состоит лишь из нескольких частей. Нажмите на каждую: нет цитоплазмы, нет органоидов и нет рибосом.
Magnification $=$ image size $\div$ actual size — convert units first ($\text{mm} \leftrightarrow \mu\text{m} \leftrightarrow \text{nm}$), then rearrange for whichever is unknown.
Distinguish magnification (how many times larger) from resolution (smallest distance still seen as two points); electron microscopes resolve more because electrons have a shorter wavelength.
Give each organelle a structure + function pair (e.g. mitochondrion: folded inner membrane → aerobic respiration).
State the prokaryote vs eukaryote differences exactly: no nucleus, smaller (70S) ribosomes, no membrane-bound organelles, circular DNA.
Viruses are non-living — describe them only by capsid, genetic material and (sometimes) an envelope.
Русский
Увеличение $=$ размер изображения $\div$ реальный размер — переведите единицы измерения сначала ($\text{mm} \leftrightarrow \mu\text{m} \leftrightarrow \text{nm}$), затем преобразуйте формулу для поиска любого неизвестного значения.
Различайте увеличение (во сколько раз больше) и разрешающую способность (наименьшее расстояние, при котором видны две отдельные точки); электронные микроскопы обеспечивают лучшее разрешение, так как длина волны электронов короче.
Для каждой органеллы дайте пару «строение + функция» (например, митохондрия: складчатая внутренняя мембрана → аэробное дыхание).
Точно указывайте различия между прокариотами и эукариотами: отсутствие ядер, более мелкие рибосомы (70S), отсутствие мембранных органелл, кольцевая ДНК.
Вирусы неживые — описывайте их только по наличию капсида, генетического материала и (иногда) оболочки.
Interactive lessons on this topic · Интерактивные уроки по этой теме
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.