Цитоплазма и ее структурные компоненты, биология

Изучением строения клеток и процессов жизнедеятельности, протекающих в них, занимается наука цитология.

Клетка является наименьшей структурной единицей живого организма, имеющей все признаки жизни: обмен веществ и энергии, саморегуляцию, раздражимость, самовоспроизведение и т. д.

Клетки разных организмов и даже разных тканей одного организма отличаются формой, размерами, функциями и строением. Но при всём разнообразии в них есть много общего. В любой клетке можно выделить три основные части: поверхностный аппарат, цитоплазму с органеллами и ядерный аппарат. 

Рассмотрим устройство клеток эукариот.

Оформленное ядро имеется только в клетках эукариот. Обычно клетки одноядерные, но существуют и многоядерные (поперечно-полосатые мышечные волокна, клетки некоторых грибов, инфузории и другие). Некоторые специализированные клетки в ходе развития утрачивают ядро, а вместе с ним — способность к размножению (ситовидные трубки растений, эритроциты млекопитающих).

 В большинстве клеток ядро имеет округлую форму. Снаружи оно покрыто двумембранной оболочкой (кариолеммой).

На наружной мембране могут находиться рибосомы; местами она переходит в эндоплазматическую сеть.

В оболочке есть многочисленные поры, через которые в ядро из цитоплазмы поступают ионы, нуклеотиды, белки, АТФ, а из ядра выходят в цитоплазму частицы рибосом и молекулы РНК. 

Ядро заполнено гелеобразным содержимым, которое называют ядерным соком или кариоплазмой. В кариоплазме находятся хроматин и ядрышки.

Хроматин образован молекулами ДНК, соединёнными с особыми белками. При делении клетки нити хроматина скручиваются в виде спирали и образуют хромосомы.  

Ядрышки — плотные, шарообразные, не ограниченные мембраной тельца внутри ядра. В ядре клетки может быть одно ядрышко или несколько. Здесь синтезируются  РНК и образуются рибосомы. Ядрышки можно увидеть в микроскоп между делениями клетки, а в начале деления они разрушаются. 

Рис. (1). Ядро

Функции ядра: хранение, воспроизведение и передача генетической(наследственной) информации; управление жизнедеятельностью клетки. 

Цитоплазма и органоиды

Внутреннее полужидкое содержимое клетки получило название цитоплазмы.

Цитоплазма — это внутренняя среда клетки, в которой находятся все внутриклеточные структуры и протекают процессы обмена веществ.

Цитоплазма эукариотических клеток пронизана трехмерной сетью из белковых нитей, называемых цитоскелетом. Его составляют микротрубочки, промежуточные филаменты и микрофиламенты.

Цитоскелет служит механическим каркасом клетки для поддержания её формы. Компоненты цитоскелета определяют перемещение органелл внутри клетки и движение цитоплазмы, координируют деление клетки.

Во всех клетках имеются рибосомы — немембранные органоиды, участвующие в биосинтезе белка. Каждая рибосома состоит из большой и малой субъединицы, которые образованы молекулами рРНК и белков.

Субъединицы рибосом объединяются вместе только для сборки белковой молекулы. Рибосомы могут свободно располагаться в цитоплазме или прикрепляться к мембранам эндоплазматической сети и к наружной ядерной мембране.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — система мембранных полостей и каналов, пронизывающих всю цитоплазму. Есть гладкая ЭПС и гранулярная, или шереховатая. На поверхности шереховатой ЭПС прикрепляются рибосомы.

Функции ЭПС: разделяет цитоплазму на отсеки; обеспечивает синтез белков, углеводов и липидов; транспортирует вещества внутри клетки.

Рис. (2). Эндоплазматическая сеть

Синтезированные в клетке вещества по каналам ЭПС транспортируются в комплекс Гольджи.

Аппарат (комплекс) Гольджи образован мембранными цистернами и пузырьками и  располагается около ядра.

Функции комплекса Гольджи: накопление веществ и упаковка их в мембранные пузырьки; сборка сложных органических соединений (гликолипидов, липопротеинов и т. д.); образование лизосом.

Лизосомы — это одномембранные пузырьки, заполненные пищеварительными ферментами.

Функция лизосом: расщепление белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот; расщепление ненужных органоидов (автофагия); самоуничтожение клетки (автолиз).

Рис. (3). Комплекс Гольджи

Митохондрии — двумембранные органоиды, участвующие в клеточном дыхании и обеспечивающие клетку энергией, запасённой в аденозинтрифосфорной кислоте (АТФ). АТФ служит основным источник энергии для всех процессов, которые происходят в клетке.

Количество митохондрий в клетках может быть разное: от одной до нескольких тысяч. Особенно много их в тех клетках, функционирование которых связано с большими затратами энергии (например, в мышечных волокнах).

Наружная мембрана митохондрий гладкая, проницаемая для разных веществ. Внутренняя мембрана менее проницаема, она образует кристы (складки). Между двумя мембранами имеется межмембранное пространство.

  

Рис. (4). Митохондрия

На внутренней мембране располагаются ферменты, с участием которых происходит окисление питательных веществ и синтез АТФ за счёт их энергии.

Внутри митохондрия заполнена полужидким матриксом. В нём находятся рибосомы, кольцевые молекулы ДНК, все виды РНК, а также белки, аминокислоты и другие вещества. Наличие собственной ДНК обеспечивает митохондриям возможность самостоятельного размножения.

Существует гипотеза о симбиотическом происхождении митохондрий. Некоторые учёные предполагают, что митохондрии — это бактерии, когда-то паразитирующие в эукариотических клетках, превратившиеся затем в важнейшие органоиды.

• Функция митохондрий: осуществление кислородного этапа клеточного дыхания; обеспечение клетки энергией в виде АТФ.
• Плазматическая мембрана
• В состав поверхностного аппарата любой клетки обязательно входит плазматическая мембрана, отделяющая клетку от внешней среды и обеспечивающая избирательный транспорт веществ.
• В клетках всех живых организмов мембрана образована двойным слоем фосфолипидов, в котором располагаются белковые молекулы: периферические белки — на поверхности, а интегральные — пронизывают оба липидных слоя. 

 

Рис. (5). Плазматическая мембрана

Молекулы некоторых белков образуют каналы, через которые в клетку или из неё транспортируются небольшие частицы, например ионы калия, натрия, кальция.

Поступление в клетку крупных частицы осуществляется путём фагоцитоза или пиноцитоза.

Фагоцитоз — это поглощение клеткой твёрдых частиц. Мембрана клетки окружает пищевую частицу и частица оказывается внутри клетки. Этот процесс невозможен у растений, так как их клетки имеют плотную клеточную стенку из целлюлозы.

Пиноцитоз — это поглощение капелек жидкости. Происходит так же, как фагоцитоз.

Рис. (6). Эндоцитоз

При попадании в клетку питательных веществ фагоцитарный или пиноцитарный пузырёк сливается с лизосомой. Там происходит переваривание поглощённых веществ до простых молекул.

Источники:

Рис. 1. Ядро. © ЯКласс

Рис. 2. Эндоплазматическая сеть. https://image.shutterstock.com/image-vector/cell-nucleus-endoplasmic-reticulum-detailed-600w-348097913

Рис. 3. Комплекс Гольджи. https://image.shutterstock.com/image-vector/golgi-apparatus-part-cell-600w-345376949

Рис. 4. Митохондрия. Автор Mariana Ruiz Villarreal. Общественное достояние. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/56/Animal_mitochondrion_diagram_ru.svg/1920px-Animal_mitochondrion_diagram_ru.svg.png. 07.09.2021.

Рис. 5. Плазматическая мембрана. https://shutterstock.puzzlepix.hu/kep/376416385

Рис. 6. Эндоцитоз. © ЯКласс

Лекция № 6. Эукариотическая клетка: цитоплазма, клеточная оболочка, строение и функции клеточных мембран

Цитоплазма — обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром; подразделяется на гиалоплазму (основное вещество цитоплазмы), органоиды (постоянные компоненты цитоплазмы) и включения (временные компоненты цитоплазмы).

Химический состав цитоплазмы: основу составляет вода (60–90% всей массы цитоплазмы), различные органические и неорганические соединения. Цитоплазма имеет щелочную реакцию. Характерная особенность цитоплазмы эукариотической клетки — постоянное движение (циклоз). Оно обнаруживается, прежде всего, по перемещению органоидов клетки, например хлоропластов.

Если движение цитоплазмы прекращается, клетка погибает, так как, только находясь в постоянном движении, она может выполнять свои функции.

Гиалоплазма (цитозоль) представляет собой бесцветный, слизистый, густой и прозрачный коллоидный раствор. Именно в ней протекают все процессы обмена веществ, она обеспечивает взаимосвязь ядра и всех органоидов.

В зависимости от преобладания в гиалоплазме жидкой части или крупных молекул, различают две формы гиалоплазмы: золь — более жидкая гиалоплазма и гель — более густая гиалоплазма.

Между ними возможны взаимопереходы: гель превращается в золь и наоборот.

Функции цитоплазмы:

1. объединение всех компонентов клетки в единую систему,
2. среда для прохождения многих биохимических и физиологических процессов,
3. среда для существования и функционирования органоидов.

Клеточные оболочки

Клеточные оболочки ограничивают эукариотические клетки. В каждой клеточной оболочке можно выделить как минимум два слоя.

Внутренний слой прилегает к цитоплазме и представлен плазматической мембраной (синонимы — плазмалемма, клеточная мембрана, цитоплазматическая мембрана), над которой формируется наружный слой.

В животной клетке он тонкий и называется гликокаликсом (образован гликопротеинами, гликолипидами, липопротеинами), в растительной клетке — толстый, называется клеточной стенкой (образован целлюлозой).

Строение мембран

Все биологические мембраны имеют общие структурные особенности и свойства. В настоящее время общепринята жидкостно-мозаичная модель строения мембраны. Основу мембраны составляет липидный бислой, образованный в основном фосфолипидами.

Фосфолипиды — триглицериды, у которых один остаток жирной кислоты замещен на остаток фосфорной кислоты; участок молекулы, в котором находится остаток фосфорной кислоты, называют гидрофильной головкой, участки, в которых находятся остатки жирных кислот — гидрофобными хвостами.

В мембране фосфолипиды располагаются строго упорядоченно: гидрофобные хвосты молекул обращены друг к другу, а гидрофильные головки — наружу, к воде.

Помимо липидов в состав мембраны входят белки (в среднем ≈ 60%). Они определяют большинство специфических функций мембраны (транспорт определенных молекул, катализ реакций, получение и преобразование сигналов из окружающей среды и др.).

Различают: 1) периферические белки (расположены на наружной или внутренней поверхности липидного бислоя), 2) полуинтегральные белки (погружены в липидный бислой на различную глубину), 3) интегральные, или трансмембранные, белки (пронизывают мембрану насквозь, контактируя при этом и с наружной, и с внутренней средой клетки). Интегральные белки в ряде случаев называют каналообразующими, или канальными, так как их можно рассматривать как гидрофильные каналы, по которым в клетку проходят полярные молекулы (липидный компонент мембраны их бы не пропустил).

Строение мембраны: А — гидрофильная головка фосфолипида; В — гидрофобные хвостики фосфолипида; 1 — гидрофобные участки белков Е и F; 2 — гидрофильные участки белка F; 3 — разветвленная олигосахаридная цепь, присоединенная к липиду в молекуле гликолипида (гликолипиды встречаются реже, чем гликопротеины); 4 — разветвленная олигосахаридная цепь, присоединенная к белку в молекуле гликопротеина; 5 — гидрофильный канал (функционирует как пора, через которую могут проходить ионы и некоторые полярные молекулы).

В состав мембраны могут входить углеводы (до 10%). Углеводный компонент мембран представлен олигосахаридными или полисахаридными цепями, связанными с молекулами белков (гликопротеины) или липидов (гликолипиды).

В основном углеводы располагаются на наружной поверхности мембраны. Углеводы обеспечивают рецепторные функции мембраны. В животных клетках гликопротеины образуют надмембранный комплекс — гликокаликс, имеющий толщину несколько десятков нанометров.

В нем располагаются многие рецепторы клетки, с его помощью происходит адгезия клеток.

Молекулы белков, углеводов и липидов подвижны, способны перемещаться в плоскости мембраны. Толщина плазматической мембраны — примерно 7,5 нм.

Функции мембран

Мембраны выполняют такие функции:

1. отделение клеточного содержимого от внешней среды,
2. регуляция обмена веществ между клеткой и средой,
3. деление клетки на компартаменты («отсеки»),
4. место локализации «ферментативных конвейеров»,
5. обеспечение связи между клетками в тканях многоклеточных организмов (адгезия),
6. распознавание сигналов.

Важнейшее свойство мембран — избирательная проницаемость, т.е. мембраны хорошо проницаемы для одних веществ или молекул и плохо проницаемы (или совсем непроницаемы) для других.

Это свойство лежит в основе регуляторной функции мембран, обеспечивающей обмен веществ между клеткой и внешней средой. Процесс прохождения веществ через клеточную мембрану называют транспортом веществ.

Различают: 1) пассивный транспорт — процесс прохождения веществ, идущий без затрат энергии; 2) активный транспорт — процесс прохождения веществ, идущий с затратами энергии.

При пассивном транспорте вещества перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой, т.е. по градиенту концентрации. В любом растворе имеются молекулы растворителя и растворенного вещества.

Процесс перемещения молекул растворенного вещества называют диффузией, перемещения молекул растворителя — осмосом. Если молекула заряжена, то на ее транспорт влияет и электрический градиент. Поэтому часто говорят об электрохимическом градиенте, объединяя оба градиента вместе.

Скорость транспорта зависит от величины градиента.

Можно выделить следующие виды пассивного транспорта: 1) простая диффузия — транспорт веществ непосредственно через липидный бислой (кислород, углекислый газ); 2) диффузия через мембранные каналы — транспорт через каналообразующие белки (Na+, K+, Ca2+, Cl-); 3) облегченная диффузия — транспорт веществ с помощью специальных транспортных белков, каждый из которых отвечает за перемещение определенных молекул или групп родственных молекул (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды); 4) осмос — транспорт молекул воды (во всех биологических системах растворителем является именно вода).

Необходимость активного транспорта возникает тогда, когда нужно обеспечить перенос через мембрану молекул против электрохимического градиента.

Этот транспорт осуществляется особыми белками-переносчиками, деятельность которых требует затрат энергии. Источником энергии служат молекулы АТФ.

К активному транспорту относят: 1) Na+/К+-насос (натрий-калиевый насос), 2) эндоцитоз, 3) экзоцитоз.

Работа Na+/К+-насоса. Для нормального функционирования клетка должна поддерживать определенное соотношение ионов К+ и Na+ в цитоплазме и во внешней среде. Концентрация К+ внутри клетки должна быть значительно выше, чем за ее пределами, а Na+ — наоборот. Следует отметить, что Na+ и К+ могут свободно диффундировать через мембранные поры.

Na+/К+-насос противодействует выравниванию концентраций этих ионов и активно перекачивает Na+ из клетки, а K+ в клетку. Na+/К+-насос представляет собой трансмембранный белок, способный к конформационным изменениям, вследствие чего он может присоединять как K+, так и Na+.

Цикл работы Na+/К+-насоса можно разделить на следующие фазы: 1) присоединение Na+ с внутренней стороны мембраны, 2) фосфорилирование белка-насоса, 3) высвобождение Na+ во внеклеточном пространстве, 4) присоединение K+ с внешней стороны мембраны, 5) дефосфорилирование белка-насоса, 6) высвобождение K+ во внутриклеточном пространстве.

На работу натрий-калиевого насоса тратится почти треть всей энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки. За один цикл работы насос выкачивает из клетки 3Na+ и закачивает 2К+.

Эндоцитоз — процесс поглощения клеткой крупных частиц и макромолекул. Различают два типа эндоцитоза: 1) фагоцитоз — захват и поглощение крупных частиц (клеток, частей клеток, макромолекул) и 2) пиноцитоз — захват и поглощение жидкого материала (раствор, коллоидный раствор, суспензия).

Явление фагоцитоза открыто И.И. Мечниковым в 1882 г. При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивание, края ее сливаются, и происходит отшнуровывание в цитоплазму структур, отграниченных от цитоплазмы одиночной мембраной. К фагоцитозу способны многие простейшие, некоторые лейкоциты.

Пиноцитоз наблюдается в эпителиальных клетках кишечника, в эндотелии кровеносных капилляров.

Экзоцитоз — процесс, обратный эндоцитозу: выведение различных веществ из клетки.

При экзоцитозе мембрана пузырька сливается с наружной цитоплазматической мембраной, содержимое везикулы выводится за пределы клетки, а ее мембрана включается в состав наружной цитоплазматической мембраны.

Таким способом из клеток желез внутренней секреции выводятся гормоны, у простейших — непереваренные остатки пищи.

• Перейти к лекции №5 «Клеточная теория. Типы клеточной организации»
• Перейти к лекции №7 «Эукариотическая клетка: строение и функции органоидов»
• Смотреть оглавление (лекции №1-25)

Цитоплазма – определение, структура и функция

Цитоплазма относится к жидкости, которая заполняет клетка, который включает в себя цитозоль наряду с филаментами, белками, ионами и макромолекулярными структурами, а также органеллами, взвешенными в цитозоле.

В эукариотических клетках цитоплазма относится к содержимому клетки, за исключением ядра. Эукариоты имеют тщательно продуманные механизмы для поддержания отдельного ядерного компартмента отдельно от цитоплазмы.

Активный транспорт участвует в создании этих субклеточных структур и для поддержания гомеостаз с цитоплазмой. Для прокариотических клеток, так как они не имеют определенного ядерная мембрана цитоплазма также содержит первичный генетический материал клетки.

Эти клетки обычно меньше по сравнению с эукариотами и имеют более простую внутреннюю организацию цитоплазмы.

Цитоплазма необычна, потому что она не похожа ни на одну другую жидкость в физическом мире. Жидкости, которые изучают, чтобы понять диффузия обычно содержат несколько растворенных веществ в водной среде.

Однако цитоплазма представляет собой сложную и многолюдную систему, содержащую широкий спектр частиц – от ионов и небольших молекул до белков, а также гигантских мультипротеиновых комплексов и органелл.

Эти составляющие перемещаются через ячейку в зависимости от требований ячейки вдоль сложного цитоскелет с помощью специализированных моторных белков. Движение таких крупных частиц также меняет физические свойства цитозоля.

Физическая природа цитоплазмы является переменной. Иногда происходит быстрая диффузия через клетку, что делает цитоплазму похожей на коллоидную решение, В других случаях он приобретает свойства гелеобразного или стеклоподобного вещества.

Говорят, что он обладает свойствами как вязких, так и упругих материалов, способных медленно деформироваться под действием внешней силы в дополнение к восстановлению своей первоначальной формы с минимальными потерями энергии.

Части цитоплазмы близко к плазматическая мембрана также “более жесткие”, в то время как области рядом с внутренним пространством напоминают свободнотекучие жидкости.

Эти изменения в цитоплазме, по-видимому, зависят от метаболических процессов в клетке и играют важную роль в выполнении определенных функций и защите клетки от стрессоров.

Цитоплазма может быть разделена на три компонента:

Цитоскелет со связанными с ним моторными белками

Органеллы и другие крупные мультибелковые комплексы

Цитоплазматические включения и растворенные вещества

Основная форма клетки обеспечивается ее цитоскелетом, образованным в основном тремя типами полимеров – актиновыми нитями, микротрубочками и промежуточными нитями.

Актиновые филаменты или микрофиламенты имеют ширину 7 нм и изготовлены из двухцепочечных полимеров F-актина. Эти филаменты связаны с рядом других белков, которые помогают в сборке филаментов, а также участвуют в их закреплении вблизи плазматической мембраны.

Это цитоплазматическое положение помогает микрофиламентам участвовать в быстрых реакциях на сигнальные молекулы из внеклеточной среды и вызывать клеточные ответы через передача сигнала или хемотаксис.

Кроме того, миозин, моторный белок на основе АТФ, переносит грузы и везикулы вдоль микрофиламентных и также участвует в мускул сокращение.

Микротрубочки представляют собой полимеры α и β тубулина, которые образуют полую трубку за счет латеральной ассоциации 13 протофиламентов. Каждый протофиламент представляет собой полимер чередующихся молекул α и β тубулина. Внутренний диаметр микротрубочек составляет 12 нм, а его внешний диаметр составляет 24 нм.

Микротрубочки участвуют в цитоплазматическом транспорте, хромосома сегрегация и в формировании структур, таких как реснички и жгутики для клеточного движения.

Промежуточные филаменты больше, чем микрофиламенты, но меньше, чем микротрубочки, и образованы группой белков, которые имеют общие структурные особенности. Хотя они не участвуют в клетке подвижность они важны для того, чтобы клетки объединялись в ткани и оставались привязанными к внеклеточный матрикс.

Большинство эукариотических клеток имеют ряд органелл, которые обеспечивают компартменты в цитоплазме для специализированных микроокружений. Например, лизосомы содержат ряд гидролаз в кислой среде, которая идеально подходит для их ферментативной активности.

Эти гидролазы активно транспортируются в лизосома после синтеза в цитоплазме.

Митохондрии Хотя они содержат собственный геном, им также необходимо много ферментов, синтезируемых в цитозоле, которые затем селективно перемещаются в органеллы, Эти органеллы располагаются в определенных местах благодаря физической гелеобразной природе цитоплазмы и привязке к цитоскелету.

Кроме того, цитоплазма также является хозяином мультибелковых комплексов, таких как протеасома и рибосомы.

Рибосомы – это большие комплексы РНК и белка, которые важны для перевод из мРНК код в аминокислотные последовательности белков.

Протеасомы представляют собой гигантские молекулярные структуры массой около 20 000 килодальтон и диаметром 15 нм. Протеасомы важны для целенаправленного уничтожения белков, которые больше не нужны клетке.

Цитоплазматические включения могут включать широкий спектр биохимических веществ – от небольших кристаллов белков до пигментов, углеводов и жиров. Все клетки, особенно в ткань подобно жировой ткани, содержат капли липидов в форме триглицеридов.

Они используются для создания клеточных мембран и являются отличным накопителем энергии. Липиды могут генерировать вдвое больше молекул АТФ на грамм по сравнению с углеводами.

Однако процесс выделения этой энергии из триглицеридов при интенсивном потреблении кислорода и, следовательно, клетке также содержит запасы гликоген как цитоплазматические включения.

Включения гликогена особенно важны в клетках, таких как скелет и сердечная мышца клетки, где может быть внезапное увеличение спроса на глюкозу. Гликоген можно быстро разложить на отдельные молекулы глюкозы и использовать в клеточное дыхание прежде чем клетка сможет получить больше запасов глюкозы из организма.

Кристаллы являются другим типом цитоплазматического включения, обнаруженного во многих клетках, и имеют особую функцию в клетках внутреннего уха (поддержание баланса). Наличие кристаллов в клетках яичка, по-видимому, связано с заболеваемостью и бесплодием.

Наконец, цитоплазма также содержит пигменты, такие как меланин, которые приводят к пигментированным клеткам кожа, Эти пигменты защищают клетки и внутренние структуры организма от вредного воздействия ультрафиолетового излучения.

Пигменты также видны в клетках радужной оболочки, которые окружают зрачок глаза.

Каждый из этих компонентов по-разному влияет на функционирование цитоплазмы, превращая ее в динамический регион, который играет определенную роль и находится под влиянием общей метаболической активности клетки.

Цитоплазма является местом для большинства ферментативных реакций и метаболической активности клетки. Клеточное дыхание начинается в цитоплазме с анаэробное дыхание или гликолиз.

Эта реакция дает промежуточные продукты, которые используются митохондриями для генерации АТФ. Кроме того, трансляция мРНК в белки на рибосомах также происходит в основном в цитоплазме.

Часть этого происходит на свободных рибосомах, подвешенных в цитозоле, а остальное происходит на рибосомах, закрепленных на эндоплазматическая сеть.

Цитоплазма также содержит мономеры, которые продолжают генерировать цитоскелет. Цитоскелет, помимо того, что важен для нормальной деятельности клетки, имеет решающее значение для клеток, которые имеют специализированную форму.

Например, нейроны с их длинными аксонами нуждаются в наличии промежуточных нитей, микротрубочек и актиновых нитей, чтобы обеспечить жесткую основу для потенциала действия, который будет передан следующей клетке.

Кроме того, некоторые эпителиальные клетки содержат маленькие реснички или жгутики для перемещения клетки или удаления инородных частиц посредством скоординированной активности цитоплазматических экструзий, образованных через цитоскелет.

Цитоплазма также играет роль в создании порядка в клетке с определенными местоположениями для различных органелл. Например, ядро ​​обычно видно по направлению к центру клетки, с центросома рядом, поблизости. Обширный эндоплазматический ретикулум и сеть Гольджи также расположены по отношению к ядру, причем везикулы распространяются к плазматической мембране.

Движение внутри цитоплазмы также происходит в объеме, через направленное движение цитозоля вокруг ядра или вакуоль, Это особенно важно для крупных одноклеточных организмов, таких как некоторые вид зеленых водоросли длиной около 10 см.

Цитоплазматический поток также важен для размещения хлоропластов вблизи плазматической мембраны для оптимизации фотосинтез и для распределения питательных веществ через всю клетку.

Ожидается, что в некоторых клетках, таких как ооциты мыши, цитоплазматическое течение играет роль в формировании клеточных субкомпартментов, а также в позиционировании органелл.

Цитоплазма играет хозяев двух органелл, которые содержат свои собственные геномы – хлоропласт и митохондрии. Эти органеллы наследуются непосредственно от матери через ооцит и поэтому составляют гены, которые наследуются вне ядра.

Эти органеллы реплицируются независимо от ядра и отвечают потребностям клетки.

Таким образом, цитоплазматическое или экстрануклеарное наследование образует непрерывную генетическую линию, которая не подвергалась смешиванию или рекомбинации с мужским родителем.

• хемотаксис – Движение клетки в ответ на химический сигнал.
• Промежуточные нити – Компоненты цитоскелета, образованные семейством белков, имеющих структурные и функциональные особенности, большие, чем волокна актина, и меньше, чем микротрубочки.
• Kinesin – группа моторных белков, которые могут путешествовать по микротрубочкам и важны для движения клеточных компонентов, особенно во время деления клетки.
• синцития – Многоядерная клетка, образованная слиянием плазматической мембраны множества клеток. Синцития также может быть сформирована через соединения между ячейками, содержащими специализированные щелевые контакты, что позволяет ячейкам вести себя синхронно как единое целое.

1. Какие из этих биомолекул НЕ присутствуют в виде цитоплазматических включений?A. ЛипидыB. углеводыC. Нуклеиновые кислотыD. Кристаллы

Ответ на вопрос № 1

С верно. Цитоплазматические включения могут иметь кристаллы неорганических соединений или белков. Они могут содержать углеводы, такие как гликоген и триглицериды и другие липиды. Однако в цитоплазматических включениях нуклеиновые кислоты еще не зарегистрированы.

2. Из чего сделаны микротрубочки?A. Полимеры G- и F-актинаB. Полимеры динеинаC. Полимеры α и β тубулинаD. Полимеры кинезина

Ответ на вопрос № 2

С верно. G- и F-актин способствуют образованию актинового цитоскелета, тогда как динеин и кинезин являются моторными белками, которые пересекают длину микротрубочек. Однако микротрубочки представляют собой крупные трубчатые структуры, образованные 13 протофиламентами, состоящими из чередующихся мономеров α и β тубулина.

3. Какое из этих утверждений верно в отношении нуклеиновых кислот в цитоплазме?A. Все клетки содержат цитоплазматические нуклеиновые кислотыB.

Только некоторые органеллы в цитоплазме, такие как митохондрии или хлоропласты, содержат нуклеиновые кислотыC. Нуклеиновые кислоты никогда не обнаруживаются в цитоплазмеD.

Ни одно из этих утверждений не всегда верно

Ответ на вопрос № 3

верно. Нуклеиновые кислоты включают РНК в дополнение к ДНК, и поэтому каждая клетка содержит нуклеиновые кислоты в своей цитоплазме.

Многие белки, необходимые для нормального функционирования клетки, синтезируются путем трансляции молекул РНК в цитоплазме.

Митохондрии и хлоропласты являются особыми, потому что они содержат свою собственную геномную ДНК, однако, даже красный кровь клетки, которые потеряли все свои органеллы, содержат РНК и продолжают продуцировать белки в своей цитоплазме.

Что такое цитоплазма? Строение и функции

Основные компоненты растительной и животной клетки — ядро и цитоплазма. Они тесно связаны, однако строение и функции отличаются. Цитоплазма эукариот и прокариот сходна по строению и функциям: стабилизирует клетку, придает форму, обеспечивает взаимодействие ядра, плазматической мембраны и органелл.

Цитоплазма заполняет пространство между плазматической мембраной и ядром клетки (рис. 1). Термин введен в науку Э. Страсбургером, который предложил так называть клеточное вещество без ядра и пластид. Цитоплазма — субстрат для протекания многочисленных химических реакций синтеза и распада веществ. В этой части клетки происходит биосинтез белка.

Рис. 1. Цитоплазма

В цитоплазме расположены:

• органеллы;
• белковые нити и трубочки, называемые цитоскелетом;
• включения, возникающие в зависимости от возраста и процессов жизнедеятельности клетки.

Органеллы — постоянные части, «органы» клетки, выполняющие разнообразные функции. Если клеточные органеллы удалить с помощью центрифугирования, то остается гелеобразный раствор, получивший названия «цитозоль», «гиалоплазма». Включения — непостоянные компоненты клетки, выполняющие преимущественно запасающую или выделительную функцию.

Характеристика химического состава

Консистенция цитоплазмы похожа на желе: более вязкое ближе к плазматической мембране, жидкое — внутри. В составе преобладают вода, небольшие молекулы и макромолекулы, органические и неорганические ионы.

Содержание воды достигает 70–90%. На молекулы биополимеров (белков, жиров, углеводов), минеральных солей, ионов приходится 10–20% состава гиалоплазмы. Также присутствуют витамины, ферменты, запасные вещества.

Состав цитозоля:

• глюкоза и другие простые сахара;
• полисахариды;
• аминокислоты;
• нуклеиновые кислоты;
• жирные кислоты;
• ионы калия, натрия, кальция, магния.

Среди органических веществ больше присутствует аминокислот, из неорганических — ионы калия, натрия. Молекулы веществ хранятся в гиалоплазме и транспортируются в части клетки, где протекают биохимические реакции. Состав цитоплазмы меняется с возрастом клетки, с изменением физиологического состояния.

Структура цитоплазмы

Цитоплазма — внутренняя среда клетки, объединяющая структурные компоненты. Состоит из органелл и цитозоля — «основного вещества» или матрикса (рис. 2).

Жидкая фаза цитозоля — коллоидный раствор белковых, минеральных и других веществ. Твердая фаза представлена цитоплазматическим скелетом.

Это система трубочек и нитей, постоянно меняющаяся структура, которая создается и разрушается в зависимости от процессов в клетке.

Рис. 2. Строение клетки

Основу цитоскелета составляют:

• Микротрубочки — полые трубки диаметром 20–30 нм, пронизывающие всю цитоплазму.
• Микрофиламенты — нити, образующие сплетения и пучки.
• Промежуточные филаменты — нитевидные образования.

Стенки микротрубочек образованы свернутыми нитями белка тубулина. Сбор белковых молекул для микротрубочек происходит в клеточном центре. Прочные белковые нити образуют опорную основу цитоплазмы.

Они противодействуют растяжению и сжатию клетки, поддерживают определенное положение органелл в пространстве.

Микротрубочки выполняют опорную и транспортную функцию, так как участвуют в переносе различных веществ.

Микрофиламенты состоят из молекул глобулярного белка актина. Это нити, присутствующие в цитоплазме всех эукариот. Микрофиламенты чаще располагаются вблизи плазматической мембраны, участвуют в изменении ее формы, появлении углублений и выростов. Это особенно важно для пино- и фагоцитоза.

Промежуточные филаменты образованы белками, имеют средний диаметр 10 нм (больше диаметра микрофиламентов). Нитевидные структуры тоньше, чем микротрубочки в 2–2,5 раза. Промежуточные филаменты участвуют в создании цитоскелета и движении цитоплазмы.

Функции

Цитоплазма объединяет клеточные органеллы, является субстратом для протекания биохимических реакций и транспорта химических соединений (рис. 3). Коллоидный раствор облегчает взаимодействие между всеми компонентами клетки. Цитоскелет в виде белковых трубочек и нитей выполняет роль опоры.

Рис. 3. Растительная клетка

Функции цитоскелета:

1. Создание «механического каркаса», опоры.
2. Поддержание формы клетки.
3. «Мотор» движения и деления цитоплазмы.
4. Транспорт органелл и других компонентов клетки.
5. Закрепление органелл в определенном положении.

Таблица 1.

Функции цитоплазмы и значение

Функция	Значение
Тургор	Создает тургорное (внутреннее) давление при осмосе (односторонней диффузии) воды, поступающей в клетку. За счет плотной оболочки клеток растений и грибов тургор выше, чем в животной клетке.
Транспорт	Осуществляет транспорт веществ из внешней среды в клетку и обратно. Связывает деятельность органелл.
Клеточный гемостаз	Поддерживает постоянство внутренней среды клетки, придает форму, является вместилищем органелл.
Запас веществ	Запасает и хранит вещества в виде клеточных включений.

Цитоплазма осуществляет химическое взаимодействие и транспорт веществ внутри клетки. Еще одна функция — хранение и перемещение молекул АТФ. В цитоплазме запасаются молекулы крахмала, капли липидов.

Деление цитоплазмы

Цитокинез — деление цитоплазмы в клетке после завершения деления ядра. Цитокинез в растительной клетке происходит за счет формирования клеточной перегородки. В животной клетке возникает перетяжка. В результате образуются две дочерние клетки. Цитокинез происходит и в митозе, и в мейозе.

Движение цитоплазмы

Цитоплазма постоянно движется. Цитоскелет стабилизирует содержимое и, одновременно, перемещает органеллы внутри клетки с помощью белковых микротрубочек и нитей. С цитоплазматическим потоком перемещаются хромосомы и включения.

Примеры в клетках растений и животных

Есть отличия в строении цитоплазмы прокариот и эукариот. В клетках доядерных организмов наследственный материал расположен в цитоплазме. В клетках растений и животных в строении и функциях цитоплазмы больше общих признаков, чем отличий.

Таблица 2.

Сравнение клеток эукариот

Клетки растений	Клетки животных	Клетки грибов
Одно ядро. Наличие пластид. Клеточная оболочка из целлюлозы. Запасное вещество — крахмал. Крупные вакуоли.	Одно ядро. Отсутствие пластид. Клеточная оболочка отсутствует. Запасное вещество — гликоген. Вакуоли мелкие или отсутствуют.	Два и более ядра. Отсутствие пластид. Клеточная оболочка из хитина. Запасное вещество — гликоген. Вакуоли мелкие или отсутствуют.

В цитоплазме растительной клетки микротрубочек больше, чем микрофиламентов, в животной клетке наоборот. В растительной клетке есть пластиды, вакуоли, целлюлозная клеточная оболочка, в животной клетке нет таких структур (рис. 4).

Рис. 4. Строение животной (А) и растительной (Б) клеток:  1 — клеточная оболочка; 2 — клеточная мембрана; 3 — аппарат Гольджи; 4 — клеточный центр;  5 — ядро; 6 — рибосомы; 7 — лизосомы; 8 — эндоплазматическая сеть; 

9 — вакуоль; 10 — хлоропласт; 11 — митохондрии; 12 — цитоплазма

Пластиды — мембранные органеллы клетки, окрашенные в зеленый, оранжевый цвета, либо бесцветные. Вакуоли в растительной клетке нужны для накопления жидкого клеточного сока или других веществ. В клетках зрелого арбуза большая вакуоль оттесняет ядро и цитоплазму к плазматической мембране.

Цитоплазма — внутреннее полужидкое содержимое клетки, вместилище органелл и веществ. Состоит из цитозоля и опорных структур. Цитоплазма постоянно движется, способна изменять вязкость, поддерживает взаимосвязь между компонентами клетки.

Источники изображений: 

• Рис. 4 —reader.lecta.rosuchebnik.ru/png