Citoplazmos struktūra. Citoplazmos struktūros, savybių ir funkcijų ypatumai
- Prokariotai ir eukariotai
- Citoplazma. biologinės membranos.
- Ląstelių mitybos tipai.
- ne membranos organelės.
1. Eukariotai ir prokariotai.
Eukariotinės ląstelės, pasižyminčios įvairove ir struktūros sudėtingumu, turi bendrų bruožų. Kiekviena ląstelė susideda iš dviejų svarbių, neatsiejamai susijusių dalių – citoplazmos ir branduolio, taip pat ląstelę ribojančios membranos.
Prokariotinės ląstelės, kuriose yra bakterijų, skirtingai nei eukariotai, turi gana paprastą struktūrą. Prokariotinė ląstelė neturi organizuoto branduolio, joje yra tik viena chromosoma, kuri nėra atskirta nuo likusios ląstelės membrana, o yra tiesiai citoplazmoje. Tačiau jame taip pat yra visa paveldima bakterinės ląstelės informacija.
Prokariotų citoplazma, palyginti su eukariotinių ląstelių citoplazma, yra daug prastesnė pagal struktūrų sudėtį. Yra daug mažesnių ribosomų nei eukariotinėse ląstelėse. Funkcinį mitochondrijų ir chloroplastų vaidmenį prokariotinėse ląstelėse atlieka specialios, gana paprastai organizuotos membranos raukšlės.
Prokariotinės ląstelės, kaip ir eukariotinės ląstelės, yra padengtos plazmine membrana, kurios viršuje yra ląstelės membrana arba gleivinė kapsulė. Nepaisant santykinio paprastumo, prokariotai yra tipiškos nepriklausomos ląstelės. Lyginamosios eukariotinių ląstelių charakteristikos. Skirtingos eukariotinės ląstelės yra struktūriškai panašios. Tačiau kartu su įvairių gyvosios gamtos karalysčių organizmų ląstelių panašumais yra ir pastebimų skirtumų. Jie susiję ir su struktūrinėmis, ir su biocheminėmis savybėmis.
Augalų ląstelei būdingi įvairūs plastidai, didelė centrinė vakuolė, kartais nustumianti branduolį į periferiją, ir ląstelės sienelė, esanti už plazminės membranos, susidedanti iš celiuliozės. Aukštesniųjų augalų ląstelėse ląstelių centre nėra centriolės, kurios yra tik dumbliuose. Rezervinis maistinių medžiagų angliavandenis augalų ląstelėse yra krakmolo.
Lyginamosios prokariotų ir eukariotų charakteristikos
| ženklai | prokariotai | eukariotų |
| branduolinis apvalkalas | Ne | Yra |
| DNR | Uždarytas žiede (sąlygiškai vadinamas tankas- erinė chromosoma) | Branduolinė DNR yra linijinė struktūra ir randama chromosomose |
| Chromosomos | Ne | Yra |
| Mitozė | Ne | Yra |
| Mejozė | Ne | Yra |
| Gametos | Ne | Yra |
| Mitochondrijos | Ne | Yra |
| Plastidės autotrofuose | Ne | Yra |
| maisto valgymo būdas | adsorbcija per ląstelės membraną | Fagocitozė ir pinocitozė |
| Virškinimo trakto vakuolės | Ne | Yra |
| Flagella | Yra | Yra |
Grybų karalystės atstovų ląstelėse ląstelės sienelę dažniausiai sudaro chitinas - medžiaga, iš kurios yra pastatytas išorinis nariuotakojų ir gyvūnų skeletas. Yra centrinė vakuolė, plastidžių nėra. Tik kai kurie grybai turi centriolę ląstelių centre. Grybelio ląstelėse saugomi angliavandeniai yra glikogeno.
Gyvūnų ląstelėse nėra tankios ląstelės sienelės, nėra plastidų. Gyvūnų ląstelėje nėra centrinės vakuolės. Centrolė būdinga gyvūnų ląstelių ląstelių centrui. Glikogenas taip pat yra atsarginis angliavandenis gyvūnų ląstelėse.
prokariotai
Tai visos bakterijos, cianobakterijos arba mėlynai žalios, taip pat archebakterijos. Prokariotų branduolio analogas yra struktūra, susidedanti iš DNR, turinti žiedo formą ir panardinta į citoplazmą. DNR nesusijusi su histonais, todėl veikia visi genai, sudarantys prokariotų chromosomas, tai yra, iš jų nuolat skaitoma informacija. Prokariotinę ląstelę supa membrana, skirianti citoplazmą nuo ląstelės sienelės (bakterijose – cianidas). Prokariotų ląstelių sienelės turi savotišką struktūrą, kuri skiriasi nuo eukariotų. Daugelio prokariotų ląstelių sienelėse yra glikopeptido ir mureino. Citoplazmoje yra nedaug membranų; jie reiškia išorinės citoplazminės membranos invaginaciją. Nėra organelių: mitochondrijų, chloroplastų, centriolių, Golgi aparato. Baltymų sintezę vykdo mažesnės nei eukariotų ribosomos. Visi fermentai, užtikrinantys gyvybinius procesus, yra difuziškai pasklidę citoplazmoje arba pritvirtinti prie vidinio citoplazminės membranos paviršiaus.
Nukleoidas(lot. nucleus – branduolys ir graikiškai eidos – vaizdas) – prokariotinės ląstelės DNR turinti zona. Kartais nukleoidas vadinamas bakterine chromosoma.
2. Citoplazma- vidinė ląstelės aplinka, kuri sudaro visą ląstelės turinį. Citoplazmos skystoji fazė - citozolis yra vandenyje ištirpusių organinių ir neorganinių junginių kompleksas. Citozolis gali būti skystas arba gelio pavidalo (želatinos). Į citozolį panardinami visi ląstelių organeliai arba organelės – nuolatinės ląstelių struktūros, taip pat nenuolatiniai ląstelių dariniai – inkliuzai: rezervinės maistinės medžiagos ir produktai, kuriuos reikia išskirti. Citoplazmoje yra gijų (gijų) sistema, jungianti atskiras ląstelių struktūras tarpusavyje ir su plazmine membrana. Iš trijų tipų gijų (miozino gijų, mikrofilamentų, mikrotubulių) paskutiniai du sudaro kompleksą, kuris yra ląstelės rėmas. citoskeletas. Ji suteikia ląstelei formą ir tarnauja kaip organelių prisitvirtinimo vieta, o kartu yra mobili, besikeičianti struktūra.
Citoplazmos funkcijos: visų ląstelių struktūrų sujungimas į vieną sąveikaujantį kompleksą; atsarginių medžiagų nusodinimo vieta; aplinka įvairių tam tikrai ląstelei būdingų biocheminių procesų eigai.
Citoplazmoje yra organelės, kurios skirstomos į membranines ir nemembranines.
biologinės membranos. Ląstelės struktūrinės organizacijos pagrindas yra membraninis sandaros principas. Membranos sudaro daugybę organelių struktūrų, kurios randamos citoplazmoje. Visos biologinės membranos yra panašios struktūros: dvi fosfolipidų eilės, kuriose įvairiuose gyliuose panardintos įvairių baltymų molekulės, dalis baltymų gali prasiskverbti pro membraną. Biologinės membranos storis 7,5-8 nm. Dauguma panardintų baltymų yra fermentai, jie lemia biocheminių reakcijų pobūdį. Membranų baltyminiai komponentai, sudarantys įvairius citoplazmos organelius, nėra vienodi. Taigi mitochondrijas sudarančios membranos apima fermentus, dalyvaujančius ATP sintezėje ir kt.
citoplazminė arba plazminė membrana plazmolema- svarbiausia ląstelės organelė, atskiria ląstelės citoplazmą nuo išorinės aplinkos arba membranos (augalų ląstelėse). Jis sudaro ląstelės paviršių, turi tokią pačią struktūrą kaip ir visos biologinės membranos. Dėl daugybės ataugų membrana žymiai padidina sąlyčio su ląstelę supančia aplinka plotą.
3 citoplazminės membranos funkcijos:
- apsauginis - atriboja vidinį ląstelės turinį nuo išorinės aplinkos;
- saugumo ląstelių sujungimas dėl tarpląstelinių kontaktų susidarymo;
- reguliavimo - atlieka mainus tarp ląstelės ir aplinkos dėl aktyvaus arba pasyvaus medžiagų patekimo į ląstelę, pagrįstą selektyviu pralaidumu;
- receptorius - susijęs su specialių struktūrų lokalizavimu ant citoplazminės membranos - receptorių rinkinių (glikoproteinai gali veikti kaip tokie receptoriai);
- energiją transformuojantis - susideda iš elektros energijos pavertimo chemine energija;
- transporto - membrana atlieka medžiagų perkėlimą į ląstelę dėl periferinių ir integralinių baltymų sąveikos. Membrana turi poras, pro kurias vanduo ir kai kurie jonai pasyviai patenka į ląstelę. Aktyvus medžiagų perkėlimas į ląstelę - endocitozė - atliekamas specialių molekulių, sudarančių citoplazminę membraną, pagalba. Endocitozė pasireiškia fagocitozės ir pinocitozės pavidalu.
3 Ląstelių mitybos tipai.
Fagocitozė(graikiškai fagos – suvalgyti, o cytos – ląstelė) – kietųjų dalelių gaudymas citoplazmine membrana ir invaginacija, įtraukiant jas į ląstelę. Invaginacijos kraštai užsidaro, vakuolė su dalelėmis ar kietųjų dalelių molekulėmis panardinama į citoplazmą ir nutrūksta.
pinocitozė(gr. pino – gėrimas ir cytos – ląstelė) – savo mechanizmu panašus į fagocitozę, įvairių skysčių sugavimą membrana.
Fagocitozė ir pinocitozė vyksta panašiai ir skiriasi tik ląstelių paviršiuje absorbuotų medžiagų kiekiu. Šie procesai yra susiję su energijos suvartojimu. Jei ląstelėje sutrinka ATP sintezė, slopinama fagocitozė ir pinocitozė.
Egzocitozė- iš ląstelės pašalinami hormonai, polisacharidai, baltymai, riebalų lašeliai ir kt., susidarant membraninėms pūslelėms citoplazmoje ir šių medžiagų patekimui į ląstelę supančią aplinką.
- Nemembraninės organelės: ribosomos ir ląstelių centras.
Paprastai, ląstelių centras randamas gyvūnų ląstelėse ir yra šalia branduolio. Jis susidaro centrioliai- du maži cilindriniai korpusai, išdėstyti stačiu kampu. Centrioliai yra savaime besidauginančios ląstelių organelės. Ląstelių centras vaidina svarbų vaidmenį ląstelių dalijimuisi.
Ribosomos- 15,0-35,0 nm skersmens sferinės dalelės, susidedančios iš dviejų nelygių dalių - subvienetų. Jie sintetinami branduolyje, tada iš jo išeina, patenka į citoplazmą, kur prisitvirtina prie išorinio endoplazminio tinklo membranų paviršiaus arba yra laisvai išsidėstę. Priklausomai nuo sintetinamo baltymo tipo, ribosomos gali funkcionuoti atskirai arba susijungti į kompleksus – poliribosomas.
Ląstelės membraninės organelės (organelės). yra atskiros arba tarpusavyje susijusios struktūros, kurių turinį nuo skysto ląstelės turinio (citozolio) skiria membrana ar membranos.
Ląstelės, sudarančios augalų ir gyvūnų audinius, labai skiriasi forma, dydžiu ir vidine struktūra. Tačiau visi jie panašūs į pagrindinius gyvybinės veiklos, medžiagų apykaitos procesų bruožus, dirglumą, augimą, vystymąsi ir gebėjimą keistis.
Ląstelėje vykstančios biologinės transformacijos yra neatsiejamai susijusios su tomis gyvos ląstelės struktūromis, kurios yra atsakingos už vienos ar kitos funkcijos atlikimą. Tokios struktūros vadinamos organelėmis.
Visų tipų ląstelėse yra trys pagrindiniai, neatsiejamai susiję komponentai:
- jos paviršių sudarančios struktūros: išorinė ląstelės membrana, arba ląstelės membrana, arba citoplazminė membrana;
- citoplazma su visu kompleksu specializuotų struktūrų – organelėmis (endoplazminiu tinkleliu, ribosomomis, mitochondrijomis ir plastidėmis, Golgi kompleksu ir lizosomomis, ląstelės centru), kurios nuolat yra ląstelėje, ir laikinomis dariniais, vadinamais inkliuzais;
- branduolys – nuo citoplazmos atskirtas porėta membrana ir turi branduolio sulčių, chromatino ir branduolio.
Ląstelių struktūra
Augalų ir gyvūnų ląstelės (citoplazminės membranos) paviršiaus aparatas turi tam tikrų savybių.
Vienaląsčiuose organizmuose ir leukocituose išorinė membrana užtikrina jonų, vandens ir kitų medžiagų mažų molekulių prasiskverbimą į ląstelę. Kietųjų dalelių prasiskverbimo į ląstelę procesas vadinamas fagocitoze, o skystų medžiagų lašelių patekimas – pinocitoze.
Išorinė plazminė membrana reguliuoja medžiagų apykaitą tarp ląstelės ir išorinės aplinkos.
Eukariotinėse ląstelėse yra dviguba membrana padengtų organelių – mitochondrijų ir plastidžių. Juose yra savas DNR ir baltymų sintezės aparatas, dauginasi dalijantis, tai yra, ląstelėje jie turi tam tikrą autonomiją. Be ATP, mitochondrijose sintetinamas nedidelis kiekis baltymų. Plastidės būdingos augalų ląstelėms ir dauginasi dalijantis.
| Ląstelių tipai | Ląstelės membranos išorinio ir vidinio sluoksnių struktūra ir funkcijos | ||
|---|---|---|---|
| išorinis sluoksnis (cheminė sudėtis, funkcijos) |
vidinis sluoksnis – plazminė membrana |
||
| cheminė sudėtis | funkcijas | ||
| augalų ląstelės | Sudarytas iš pluošto. Šis sluoksnis tarnauja kaip ląstelės karkasas ir atlieka apsauginę funkciją. | Du baltymų sluoksniai, tarp jų – lipidų sluoksnis | Apriboja ląstelės vidinę aplinką nuo išorinės ir išlaiko šiuos skirtumus |
| gyvūnų ląstelės | Išorinis sluoksnis (glikokaliksas) yra labai plonas ir elastingas. Susideda iš polisacharidų ir baltymų. Atlieka apsauginę funkciją. | Taip pat | Specialūs plazminės membranos fermentai reguliuoja daugelio jonų ir molekulių prasiskverbimą į ląstelę ir jų išsiskyrimą į išorinę aplinką. |
Vienos membranos organelės apima endoplazminį tinklą, Golgi kompleksą, lizosomas, įvairių tipų vakuoles.
Šiuolaikinės tyrimų priemonės leido biologams nustatyti, kad pagal ląstelės sandarą visos gyvos būtybės turėtų būti skirstomos į organizmus „nebranduolinius“ – prokariotus ir „branduolinius“ – eukariotus.
Prokariotinės bakterijos ir melsvadumbliai, taip pat virusai turi tik vieną chromosomą, atstovaujamą DNR molekulės (rečiau RNR), esančios tiesiai ląstelės citoplazmoje.
| Pagrindiniai organoidai | Struktūra | Funkcijos |
|---|---|---|
| Citoplazma | Smulkios struktūros vidinė pusiau skysta terpė. Sudėtyje yra branduolys ir organelės |
|
| EPS – endoplazminis tinklas | Membranų sistema citoplazmoje, formuojanti kanalus ir didesnes ertmes, ER yra 2 tipų: granuliuota (šiurkšti), ant kurios yra daug ribosomų, ir lygi. |
|
| Ribosomos | Maži korpusai, kurių skersmuo 15-20 mm | Vykdyti baltymų molekulių sintezę, jų surinkimą iš aminorūgščių |
| Mitochondrijos | Jie yra sferinės, siūliškos, ovalios ir kitokios formos. Mitochondrijų viduje yra raukšlės (ilgis nuo 0,2 iki 0,7 mikrono). Išorinį mitochondrijų dangą sudaro 2 membranos: išorinė yra lygi, o vidinė sudaro ataugas-kryžius, ant kurių yra kvėpavimo fermentai. |
|
| Plastidai - būdingi tik augalų ląstelėms, yra trijų tipų: | dvigubos membranos ląstelių organelės | |
| chloroplastai | Jie žali, ovalios formos, nuo citoplazmos apriboti dviem trisluoksnėmis membranomis. Chloroplasto viduje yra veidai, kuriuose yra sutelktas visas chlorofilas | Naudokite saulės šviesos energiją ir kurkite organines medžiagas iš neorganinių |
| chromoplastai | Geltona, oranžinė, raudona arba ruda, susidaro dėl karotino kaupimosi | Skirtingoms augalų dalims suteikite raudoną ir geltoną spalvą |
| leukoplastai | Bespalvės plastidės (randamos šaknyse, gumbuose, svogūnėliuose) | Jie kaupia atsargines maistines medžiagas. |
| Golgi kompleksas | Jis gali būti kitokios formos ir susideda iš ertmių, kurias riboja membranos ir iš jų besitęsiantys kanalėliai, kurių gale yra burbuliukai |
|
| Lizosomos | Apvalūs kūnai, kurių skersmuo apie 1 µm. Jų paviršiuje yra membrana (odelė), kurios viduje yra fermentų kompleksas | Atlikite virškinimo funkciją – suvirškinkite maisto daleles ir pašalinkite negyvas organeles |
| Ląstelių judėjimo organelės |
|
|
| Ląstelių inkliuzai | Tai nenuolatiniai ląstelės komponentai – angliavandeniai, riebalai ir baltymai. | Atsarginės maistinės medžiagos, naudojamos ląstelės gyvenime |
| Ląstelių centras | Susideda iš dviejų mažų kūnų – centriolių ir centrosferos – sutankintos citoplazmos srities. | Vaidina svarbų vaidmenį ląstelių dalijimuisi |
Eukariotai turi daug organelių, turi branduolius, kuriuose yra chromosomų nukleoproteinų pavidalu (DNR kompleksas su histono baltymu). Eukariotai apima daugumą šiuolaikinių augalų ir gyvūnų, tiek vienaląsčių, tiek daugialąsčių.
Yra du ląstelių organizavimo lygiai:
- prokariotai - jų organizmai yra labai paprastai išsidėstę - jie yra vienaląstės arba kolonijinės formos, sudarančios šautuvų, melsvadumblių ir virusų karalystę
- eukariotinės - vienaląstės kolonijinės ir daugialąstės formos, nuo pirmuonių - šakniastiebių, žvynelių, blakstienų - iki aukštesnių augalų ir gyvūnų, kurie sudaro augalų karalystę, grybų karalystę, gyvūnų karalystę
| Pagrindinės organelės | Struktūra | Funkcijos |
|---|---|---|
| Augalų ir gyvūnų ląstelių branduolys | Apvalios arba ovalios formos | |
| Branduolinis apvalkalas susideda iš 2 membranų su poromis |
|
|
| Branduolinės sultys (karioplazma) – pusiau skysta medžiaga | Aplinka, kurioje yra nukleoliai ir chromosomos | |
| Branduoliai yra sferiniai arba netaisyklingi | Jie sintetina RNR, kuri yra ribosomos dalis | |
| Chromosomos yra tankūs, pailgi arba siūliniai dariniai, kurie matomi tik ląstelių dalijimosi metu. | Sudėtyje yra DNR, kurioje yra paveldima informacija, kuri perduodama iš kartos į kartą |
Visos ląstelės organelės, nepaisant jų struktūros ir funkcijų ypatumų, yra tarpusavyje susijusios ir „dirba“ ląstelei kaip viena sistema, kurioje citoplazma yra grandis.
Specialūs biologiniai objektai, užimantys tarpinę padėtį tarp gyvosios ir negyvosios gamtos, yra virusai, kuriuos 1892 m. atrado D. I. Ivanovskis, šiuo metu jie yra specialaus mokslo - virusologijos objektas.
Virusai dauginasi tik augalų, gyvūnų ir žmonių ląstelėse, sukeldami įvairias ligas. Virusai turi labai paprastą struktūrą ir susideda iš nukleino rūgšties (DNR arba RNR) ir baltymo apvalkalo. Už šeimininko ląstelių ribų viruso dalelė neatlieka jokių gyvybinių funkcijų: ji nesimaitina, nekvėpuoja, neauga, nesidaugina.
Citoplazma - privaloma ląstelės dalis, uždaryta tarp plazminės membranos ir branduolio ir atstovaujanti hialoplazma - pagrindinė citoplazmos medžiaga organelės- pastovūs citoplazmos komponentai ir įtraukimas- laikinieji citoplazmos komponentai. Citoplazmos cheminė sudėtis yra įvairi. Jo pagrindas yra vanduo (60-90% visos citoplazmos masės). Citoplazmoje gausu baltymų, joje gali būti riebalų ir į riebalus panašių medžiagų, įvairių organinių ir neorganinių junginių. Citoplazma yra šarminė. Vienas iš būdingų citoplazmos bruožų yra nuolatinis judėjimas (ciklozė). Jis aptinkamas pirmiausia dėl ląstelių organelių, tokių kaip chloroplastai, judėjimo. Jei citoplazmos judėjimas sustoja, ląstelė miršta, nes tik nuolat judėdama ji gali atlikti savo funkcijas.
Pagrindinė citoplazmos medžiaga yra hialoplazma (citozolis)- yra bespalvis, gleivingas, tirštas ir skaidrus koloidinis tirpalas. Būtent jame vyksta visi medžiagų apykaitos procesai, užtikrinamas branduolio ir visų organelių tarpusavio ryšys. Priklausomai nuo skysčio dalies arba didelių molekulių dominavimo hialoplazmoje, išskiriamos dvi hialoplazmos formos: sol - skystesnė hialoplazma ir gelis- tankesnė hialoplazma. Tarp jų galimi abipusiai perėjimai: gelis lengvai virsta solu ir atvirkščiai.
Ląstelių sienelės eukariotų organizmai turi skirtingą struktūrą, tačiau plazminė membrana visada ribojasi su citoplazma, jos paviršiuje susidaro išorinis sluoksnis. Gyvūnuose jis vadinamas glikokaliksas(susidaro iš glikoproteinų, glikolipidų, lipoproteinų), augaluose - ląstelių sienelės iš galingo pluošto pluošto sluoksnio.
Membranų struktūra. Visos biologinės membranos turi bendrų struktūrinių savybių ir savybių. Šiuo metu visuotinai priimta skystos mozaikos modelis membranos struktūra (sumuštinis modelis). Membranos pagrindas yra lipidų dvigubas sluoksnis, susidarantis daugiausia fosfolipidai. Dvisluoksniame membranoje esančių molekulių uodegos yra nukreiptos viena į kitą, o poliarinės galvutės nukreiptos į išorę, link vandens. Be lipidų, membranoje yra baltymų (vidutiniškai 60%). Jie nustato daugumą specifinių membranos funkcijų. Baltymų molekulės nesudaro ištisinio sluoksnio, jos išskiria periferiniai baltymai- baltymai, esantys išoriniame arba vidiniame lipidų dvigubo sluoksnio paviršiuje, pusiau integruoti baltymai- baltymai, panardinti į lipidų dvisluoksnį skirtingą gylį, vientisas, arba transmembraniniai baltymai- baltymai, prasiskverbiantys pro membraną, kontaktuodami su išorine ir vidine ląstelės aplinka.
Membraniniai baltymai gali atlikti įvairias funkcijas: transportuoti tam tikras molekules, katalizuoti membranose vykstančias reakcijas, palaikyti membranos struktūrą, priimti ir transformuoti signalus iš aplinkos.
Membranoje gali būti nuo 2 iki 10% angliavandenių. Membranų angliavandenių komponentą paprastai sudaro oligosacharidų arba polisacharidų grandinės, susijusios su baltymų molekulėmis (glikoproteinais) arba lipidais (glikolipidais). Iš esmės angliavandeniai yra išoriniame membranos paviršiuje. Angliavandeniai atlieka membranos receptorių funkcijas. Gyvūnų ląstelėse glikoproteinai sudaro epimembraninį kompleksą - glikokaliksas, kurių storis yra keliasdešimt nanometrų. Jame vyksta tarpląstelinis virškinimas, yra daug ląstelių receptorių, o su jo pagalba, matyt, vyksta ląstelių adhezija.
Baltymų ir lipidų molekulės yra judrios, gali judėti daugiausia membranos plokštumoje. Plazminės membranos storis vidutiniškai yra 7,5 nm.
Membranos funkcijos.
1. Jie atskiria ląstelių turinį nuo išorinės aplinkos.
2. Reguliuoti medžiagų apykaitą tarp ląstelės ir aplinkos.
3. Ląstelės skirstomos į skyrius, skirtus įvairioms reakcijoms vykti.
4. Daug cheminių reakcijų vyksta fermentų konvejeriuose, esančiuose ant pačių membranų.
5. Užtikrinti ryšį tarp ląstelių daugialąsčių organizmų audiniuose.
6. Ant membranų yra receptorių vietos išoriniams dirgikliams atpažinti.
Viena iš pagrindinių membranos funkcijų yra transportavimas, užtikrinantis medžiagų apykaitą tarp ląstelės ir išorinės aplinkos. Membranos turi savybę selektyvus pralaidumas, tai yra, kai kurioms medžiagoms ar molekulėms jie yra gerai pralaidūs, o kitoms – prastai (arba visiškai nepralaidūs). Medžiagų pernešimo per membraną mechanizmai yra įvairūs. Priklausomai nuo poreikio naudoti energiją medžiagų transportavimui, yra : pasyvus transportas- medžiagų transportavimas nenaudojant energijos; aktyvus transportas - energiją naudojančiam transportui.
Pasyvus transportas pagrįstas koncentracijų ir krūvių skirtumu. Pasyviojo transportavimo metu medžiagos visada juda iš didesnės koncentracijos srities į mažesnės koncentracijos sritį, tai yra, koncentracijos gradientu.
Išskirti trys pagrindiniai pasyvaus transporto mechanizmai:paprasta difuzija- medžiagų pernešimas tiesiai per lipidų dvisluoksnį sluoksnį. Per jį lengvai prasiskverbia dujos, nepolinės arba mažos neįkrautos polinės molekulės. Kuo mažesnė molekulė ir kuo ji tirpesnė riebaluose, tuo greičiau ji kirs membraną. Įdomu tai, kad polinės vandens molekulės labai greitai prasiskverbia į lipidų dvisluoksnį. Taip yra todėl, kad jo molekulės yra mažos ir elektriškai neutralios. Vandens difuzija per membranas vadinama osmosas.
Difuzija membraniniais kanalais.Įkrautos molekulės ir jonai (Na +, K +, Ca 2+, C1~) nesugeba prasiskverbti pro lipidų dvisluoksnį paprastosios difuzijos būdu, tačiau prasiskverbia pro membraną dėl joje esančių specialių kanalus formuojančių baltymų. formuoti poras. Didžioji dalis vandens pro membraną praeina akvaporinų suformuotais kanalais.
Palengvinta difuzija- medžiagų transportavimas naudojant specialius transportavimo baltymus, kurių kiekvienas yra atsakingas už tam tikrų molekulių ar susijusių molekulių grupių transportavimą. Jie sąveikauja su perneštos medžiagos molekule ir tam tikru būdu perkelia ją per membraną. Taip į ląstelę pernešami cukrūs, aminorūgštys, nukleotidai ir daugelis kitų polinių molekulių.
Reikia aktyvus transportas atsiranda, kai reikia užtikrinti molekulių pernešimą per membraną prieš elektrocheminį gradientą. Šį transportą vykdo baltymai-nešėjai, kurių veiklai reikia energijos sąnaudų. Energijos šaltinis yra ATP molekulės. Viena iš labiausiai ištirtų aktyviųjų transporto sistemų yra natrio-kalio siurblys. K + koncentracija ląstelės viduje yra daug didesnė nei už jos ribų, o Na + - atvirkščiai. Todėl K + pasyviai difunduoja iš ląstelės per membranos vandens poras, o Na + - į ląstelę. Tuo pačiu metu normaliam ląstelės funkcionavimui svarbu palaikyti tam tikrą K + ir Na + jonų santykį citoplazmoje ir išorinėje aplinkoje. Tai įmanoma, nes membrana dėl natrio-kalio siurblio aktyviai pumpuoja Na + iš ląstelės, o K + į ląstelę. Natrio-kalio siurblys sunaudoja beveik trečdalį visos ląstelės gyvybei būtinos energijos. Vienam veikimo ciklui siurblys iš ląstelės išsiurbia 3 Na + jonus ir 2 K + jonus. K + pasyviai pasklinda iš ląstelės greičiau nei Na + į ląstelę.
Ląstelė turi mechanizmus, kuriais ji gali pernešti dideles daleles ir makromolekules per membraną. Makromolekulių absorbcijos ląstelėje procesas vadinamas endocitozė. Endocitozės metu plazminė membrana sudaro invaginaciją, jos kraštai susilieja, o struktūros, atskirtos nuo citoplazmos viena membrana, kuri yra išorinės citoplazminės membranos dalis, yra įrišamos į citoplazmą. Yra dviejų tipų endocitozė: fagocitozė- didelių dalelių surinkimas ir absorbcija (pavyzdžiui, limfocitų, pirmuonių ir kt. fagocitozė) ir pinocitozė - skysčio lašelių su jame ištirpusiomis medžiagomis fiksavimo ir sugėrimo procesas.
Egzocitozė- įvairių medžiagų pašalinimo iš ląstelės procesas. Egzocitozės metu pūslelės membrana susilieja su išorine citoplazmine membrana, pūslelės turinys pašalinamas už ląstelės ribų, o jos membrana įtraukiama į išorinę citoplazminę membraną.
ląstelių organelės
Organelės (organelės)- nuolatinės ląstelių struktūros, užtikrinančios specifinių ląstelių funkcijų atlikimą. Kiekviena organelė turi specifinę struktūrą ir atlieka tam tikras funkcijas.
Yra: membraninės organelės - turinčios membraninę struktūrą ir gali būti vienos membranos (endoplazminis tinklas, Golgi aparatas, lizosomos, augalų ląstelių vakuolės) ir dvimembranės (mitochondrijos, plastidės, branduolys).
Be membraninių organelių, gali būti ir nemembraninių organelių – neturinčių membranos struktūros (chromosomos, ribosomos, ląstelės centras ir centrioliai, blakstienėlės ir žvyneliai su baziniais kūnais, mikrovamzdeliai, mikrofilamentai).
Vienos membranos organelės:
1. Endoplazminis tinklas (ER). Tai membranų sistema, kuri sudaro rezervuarus ir kanalus, sujungtus vienas su kitu ir ribojančių vieną vidinę erdvę - EPR ertmė. Viena vertus, membranos yra sujungtos su išorine citoplazmine membrana, kita vertus, su išoriniu branduolinės membranos apvalkalu. Yra du EPR tipai: grubus (granuliuotas), kurių paviršiuje yra ribosomų ir yra suplotų maišelių rinkinys, ir lygus (agranuliuotas), kurių membranos neneša ribosomų.
Funkcijos: padalija ląstelės citoplazmą į izoliuotus skyrius, taip užtikrindamas erdvinį daugelio skirtingų lygiagrečiai vykstančių reakcijų atskyrimą viena nuo kitos, vykdo angliavandenių ir lipidų sintezę ir skaidymą (sklandus EPR) ir užtikrina baltymų sintezę (apytikslis EPR) , kaupiasi kanaluose ir ertmėse, o vėliau perneša biosintezės produktus į ląstelės organelius.
2. Golgi aparatas. Organoidas, paprastai esantis šalia ląstelės branduolio (dažnai šalia ląstelės centro gyvūnų ląstelėse). Tai suplotų išsiplėtusių kraštų cisternų krūva, su kuria sujungta mažų vienamembranių pūslelių (Golgi pūslelių) sistema. Kiekvieną krūvą paprastai sudaro 4-6 bakai. Golgi krūvelių skaičius ląstelėje svyruoja nuo vieno iki kelių šimtų.
Svarbiausia Golgi komplekso funkcija – įvairių paslapčių (fermentų, hormonų) pašalinimas iš ląstelės, todėl jis gerai išvystytas sekrecinėse ląstelėse. Čia vyksta kompleksinių angliavandenių sintezė iš paprastų cukrų, baltymų brendimas, lizosomų susidarymas.
3. Lizosomos. Mažiausios vienos membranos ląstelių organelės, kurios yra 0,2–0,8 mikrono skersmens pūslelės, kuriose yra iki 60 hidrolizinių fermentų, veikiančių šiek tiek rūgščioje aplinkoje.
Lizosomų susidarymas vyksta Golgi aparate, kur jame susintetinti fermentai ateina iš EPR. Medžiagų skilimas fermentų pagalba vadinamas lize, todėl organoido pavadinimas.
Yra: pirminės lizosomos - lizosomos, atsiskyrusios nuo Golgi aparato ir turinčios neaktyvios formos fermentus, ir antrinės lizosomos - lizosomos, susidariusios susiliejus pirminėms lizosomoms su pinocitinėmis arba fagocitinėmis vakuolėmis; juose vyksta į ląstelę patenkančių medžiagų virškinimas ir lizė (todėl jos dažnai vadinamos virškinimo vakuolėmis).
Virškinimo produktus absorbuoja ląstelės citoplazma, tačiau dalis medžiagos lieka nesuvirškinta. Antrinė lizosoma, kurioje yra ši nesuvirškinta medžiaga, vadinama likutiniu kūnu. Egzocitozės būdu iš ląstelės pašalinamos nesuvirškintos dalelės.
Kartais dalyvaujant lizosomoms, ląstelė savaime sunaikinama. Šis procesas vadinamas autolize. Dažniausiai tai įvyksta kai kurių diferenciacijos procesų metu (pavyzdžiui, kremzlės pakeitimas kauliniu audiniu, varlės buožgalvio uodegos išnykimas).
4. Blakstienos ir žvyneliai. Susidaro devyni dvigubi mikrovamzdeliai, kurie sudaro cilindro sienelę, padengtą membrana; jo centre yra du pavieniai mikrovamzdeliai. Ši 9+2 tipo struktūra būdinga beveik visų eukariotinių organizmų – nuo pirmuonių iki žmonių – blakstienoms ir žvyneliams.
Blakstienos ir žvyneliai yra sustiprinti citoplazmoje baziniais kūnais, esančiais šių organelių pagrindu. Kiekvienas bazinis kūnas susideda iš devynių mikrovamzdelių trynukų; jo centre nėra mikrotubulių.
5. Vienos membranos organelės taip pat apima vakuolės, apgaubta membrana – tonoplastu. Augalų ląstelėse jie gali užimti iki 90% ląstelės tūrio ir užtikrinti vandens patekimą į ląstelę dėl didelio osmosinio potencialo ir turgoro (viduląstelinio slėgio). Gyvūnų ląstelėse vakuolės nedidelės, susidarančios endocitoze (fagocitoze ir pinocitoze), susiliejus su pirminėmis lizosomomis, vadinamos virškinimo vakuolėmis.
Dvigubos membranos organelės:
1. Mitochondrijos. Dviejų membranų eukariotinės ląstelės organelės, aprūpinančios organizmą energija. Mitochondrijų skaičius ląstelėje yra labai įvairus – nuo 1 iki 100 tūkst., ir priklauso nuo jos metabolinio aktyvumo. Mitochondrijų skaičius gali padidėti dalijantis, nes šios organelės turi savo DNR.
Išorinė mitochondrijų membrana yra lygi, vidinė membrana sudaro daugybę invaginacijų arba kanalėlių ataugų - cristae. Kritų skaičius gali svyruoti nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų ir net tūkstančių, priklausomai nuo ląstelės funkcijų. Jie padidina vidinės membranos paviršių, ant kurio išsidėsto fermentų sistemos, dalyvaujančios ATP molekulių sintezėje.
Vidinė mitochondrijų erdvė yra užpildyta matrica. Matricoje yra apskrita mitochondrijų DNR molekulė, specifinė mRNR, tRNR ir ribosomos (prokariotinio tipo), kurios vykdo autonominę dalies baltymų, sudarančių vidinę membraną, biosintezę. Šie faktai liudija mitochondrijų atsiradimą iš oksiduojančių bakterijų (pagal simbiogenezės hipotezę). Tačiau dauguma mitochondrijų genų persikėlė į branduolį, o daugelio mitochondrijų baltymų sintezė vyksta citoplazmoje. Be to, yra fermentų, kurie sudaro ATP molekules. Mitochondrijos gali daugintis dalijimosi būdu.
Mitochondrijų funkcijos yra angliavandenių, aminorūgščių, glicerolio ir riebalų rūgščių skaidymas deguonimi, formuojant ATP, mitochondrijų baltymų sintezė.
2. Plastidai. Yra trys pagrindiniai plastidų tipai: leukoplastai- bespalviai plastidai nedažytų augalų dalių ląstelėse, chromoplastai- spalvoti plastidai, dažniausiai geltoni, raudoni ir oranžiniai, chloroplastai- žali plastidai. Plastidės susidaro iš proplastidų – iki 1 mikrono dydžio dviejų membranų pūslelių.
Kadangi plastidai turi bendrą kilmę, tarp jų galimos tarpusavio konversijos. Leukoplastai dažniausiai virsta chloroplastais (bulvių gumbai žaliuoja šviesoje), atvirkštinis procesas vyksta tamsoje. Kai pagelsta lapai, o vaisiai parausta, chloroplastai virsta chromoplastais. Tik chromoplastų pavertimas leukoplastais arba chloroplastais laikomas neįmanomu.
Chloroplastai. Pagrindinė funkcija yra fotosintezė, t.y. chloroplastuose šviesoje organinės medžiagos sintetinamos iš neorganinių saulės energiją paverčiant ATP molekulių energija. Aukštesniųjų augalų chloroplastai yra abipus išgaubto lęšio formos. Išorinė membrana yra lygi, o vidinė membrana yra sulankstyta. Dėl vidinės membranos išsikišimų susidarymo susidaro lamelių ir tilakoidų sistema. Chloroplastų vidinė aplinka - stroma yra žiedinės DNR ir prokariotinio tipo ribosomos. Plastidės, kaip ir mitochondrijos, gali savarankiškai dalytis. Faktai, remiantis simbiogenezės hipoteze, taip pat liudija plastidų kilmę iš cianobakterijų.
Ryžiai. Šiuolaikinė (apibendrinta) augalo ląstelės sandaros schema, sudarytas pagal įvairių augalų ląstelių elektroninio mikroskopinio tyrimo duomenis: 1 - Golgi aparatas; 2 - laisvai išsidėsčiusios ribosomos; 3 - chloroplastai; 4 - tarpląstelinės erdvės; 5 - poliribosomos (kelios tarpusavyje susijusios ribosomos); 6 - mitochondrijos; 7 - lizosomos; 8 - granuliuotas endoplazminis tinklas; 9 - lygus endoplazminis tinklas; 10 - mikrovamzdeliai; 11 - plastidai; 12 - plazmodesmata, einanti per apvalkalą; 13 - ląstelės sienelė; 14 - branduolys; 15, 18 - branduolinis apvalkalas; 16 - poros branduolio apvalkale; 17 - plazmolema; 19 - hialoplazma; 20 - tonoplastas; 21 - vakuolės; 22 - šerdis.
Ryžiai. Membranos struktūra
Ryžiai. Mitochondrijų struktūra. Viršuje ir viduryje - vaizdas iš išilginio pjūvio per mitochondrijas (viršuje - mitochondrijos iš šaknies galiuko embrioninės ląstelės; viduryje - iš suaugusio elodea lapo ląstelės). Žemiau yra trimatė diagrama, kurioje dalis mitochondrijų yra nupjauta, o tai leidžia pamatyti jų vidinę struktūrą. 1 - išorinė membrana; 2 - vidinė membrana; 3 - cristae; 4 - matrica.
Ryžiai. Chloroplasto struktūra. Kairėje - išilginis pjūvis per chloroplastą: 1 - grana, suformuota iš sukrautų lamelių; 2 - apvalkalas; 3 - stroma (matrica); 4 - lamelės; 5 - chloroplaste susidarė riebalų lašai. Dešinėje – trimatė lamelių ir granatų išsidėstymo ir santykio diagrama chloroplasto viduje: 1 – grana; 2 - lamelės.
Citoplazmos sąvoka buvo pristatyta dar 1882 m. Yra žinoma, kad citoplazma yra vidinė ląstelės aplinka. Šiame straipsnyje mes apsvarstysime, kas yra citoplazma, kas yra jos struktūra ir koks jos turinys.
Taip pat atsakysime į klausimą, kokias funkcijas atlieka citoplazma.
Citoplazmos samprata
Citoplazma paprastai suprantama kaip gyvos ar negyvos ląstelės vidinė aplinka. Citoplazma neapima branduolio ir vakuolių. Citoplazma apima hialoplazmą, kuri yra skaidri medžiaga ir organoidus, taip pat vadinamuosius inkliuzus. Inkliuzu vadinamos įvairios nenuolatinės struktūros, pavyzdžiui, jose yra ląstelės atliekos, įvairios paslaptys, pigmentai.
Citoplazmos sudėtis
Citoplazmos struktūra yra organinių ir neorganinių medžiagų derinys. Pagrindinė medžiaga, iš kurios susideda citoplazma, yra vanduo. Citoplazmoje taip pat yra tikrų ir koloidinių tirpalų. Tikrąjį tirpalą sudaro mineralinės druskos, gliukozė ir aminorūgštys. Koloidiniame tirpale yra baltymų. Taip pat citoplazmos struktūroje galima rasti netirpių atliekų produktų ir maistinių medžiagų atsargų.
Citoplazmos funkcijos
Svarbiausios citoplazmos funkcijos yra ląstelių struktūrų suvienijimas, taip pat jų sąveikos užtikrinimas. Be to, citoplazma dėl nuolatinio judėjimo ir tėkmės ląstelės viduje užtikrina įvairių medžiagų judėjimą, o tai prisideda prie visų organelių ir organelių mitybos. Jis taip pat suteikia ląstelės turgorą (stresinę būseną).
Šiandien galite sužinoti, kas yra citoplazma biologijoje. Be to, siūlome atkreipti dėmesį į daug įdomių klausimų:
- Ląstelių organizavimas.
- Hialoplazma.
- Citoplazmos savybės ir funkcijos.
- organelės ir pan.
Pirmiausia siūlome įvesti nežinomo termino apibrėžimą. Citoplazma yra ta ląstelės dalis, kuri yra už branduolio ir yra apribota membranos. Visas ląstelės turinys, įskaitant branduolį, yra protoplazma.
Svarbu atkreipti dėmesį į tai, kad būtent čia vyksta svarbūs medžiagų apykaitos procesai. Citoplazmoje atsiranda:
- jonų ir kitų metabolitų absorbcija;
- transportavimas;
- energijos gamyba;
- baltymų ir nebaltyminių produktų sintezė;
- ląstelių virškinimas ir pan.
Visi minėti procesai palaiko ląstelių gyvybingumą.
Ląstelės struktūrinės organizacijos tipai
Ne paslaptis, kad visi audiniai ir organai susidaro iš smulkiausių dalelių – ląstelių.
Mokslininkai sugebėjo nustatyti tik du jų tipus:
- prokariotų;
- eukariotų.
Paprasčiausios gyvybės formos turi vieną ląstelę ir dauginasi ląstelių dalijimosi būdu. Šios dvi ląstelių formos turi tam tikrų skirtumų ir panašumų. Prokariotinėse ląstelėse branduolio nėra, o chromosoma yra tiesiai citoplazmoje (kas yra citoplazma biologijoje, buvo pasakyta anksčiau). Ši struktūra yra bakterijose. Kitas dalykas – eukariotinė ląstelė. Apie tai kalbėsime kitame skyriuje.
eukariotinė ląstelė
Ši rūšis turi sudėtingesnę struktūrą. DNR yra susijusi su baltymu ir yra chromosomose, kurios, savo ruožtu, yra branduolyje. Šią organelę skiria membrana. Nepaisant daugybės skirtumų, ląstelės turi kažką bendro – vidinis turinys užpildytas koloidiniu tirpalu.
Ląstelės citoplazma (arba koloidinis tirpalas) yra svarbi sudedamoji dalis. Jis turi pusiau skystą būseną. Ten taip pat galime rasti:
- kanalėliai;
- mikrovamzdeliai;
- mikrofilamentai;
- gijų.
Citoplazma yra koloidinis tirpalas, kuriame vyksta koloidinių dalelių ir kitų komponentų judėjimas. Pats tirpalas susideda iš vandens ir kitų junginių (tiek organinių, tiek neorganinių). Būtent citoplazmoje yra organelės ir laikini intarpai.
Augalų ir gyvūnų ląstelių citoplazmos skirtumai
Mes jau pristatėme citoplazmos apibrėžimą, dabar atskleisime skirtumus tarp koloidinio tirpalo gyvūnų ir augalų ląstelėse.
- Augalų ląstelės citoplazma. Jo sudėtyje galime rasti plastidų, kurių iš viso yra trys: chloroplastai, chromoplastai ir leukoplastai.
- Gyvūnų ląstelės citoplazma. Šiuo atveju galime stebėti du citoplazmos sluoksnius – ektoplazmą ir endoplazmą. Išoriniame sluoksnyje (ektoplazmoje) yra didžiulis mikrofilamento kiekis, o vidiniame – organelės ir granulės. Šiuo atveju endoplazma yra mažiau klampi.
Hialoplazma
Ląstelės citoplazmos pagrindas yra hialoplazma. Kas tai yra? Hialoplazma yra nevienalytės sudėties tirpalas, gleivingas ir bespalvis. Būtent šioje aplinkoje vyksta medžiagų apykaita. Terminas „matrica“ dažnai vartojamas kalbant apie hialoplazmą.
Į kompoziciją įeina:
- baltymai;
- lipidai;
- polisacharidai;
- nukleotidai;
- amino rūgštys;
- neorganinių junginių jonai.
Hialoplazma yra dviejų formų:
- gelis;
- sol.
Tarp šių dviejų fazių vyksta abipusiai perėjimai.
Ląstelės koloidinio tirpalo medžiagos
Kas yra citoplazma biologijoje, mes jau paaiškinome, dabar siūlome apsvarstyti koloidinio tirpalo cheminę sudėtį. Visos medžiagos, sudarančios ląstelę, gali būti suskirstytos į dvi dideles grupes:
- ekologiškas;
- neorganinės.
Pirmąją grupę sudaro:
- baltymai;
- angliavandeniai (monosacharidai, disacharidai ir polisacharidai);
- riebalai;
- nukleino rūgštys.
Šiek tiek daugiau apie angliavandenius. Monosacharidai – fruktozė, gliukozė, ribozė ir kt. Dideli polisacharidai susideda iš monosacharidų – krakmolo, glikogeno ir celiuliozės.
- vanduo (devyniasdešimt procentų);
- deguonies;
- vandenilis;
- anglis;
- azotas;
- natrio;
- kalcio;
- siera;
- chloras ir pan.
Citoplazmos savybės
Kalbant apie tai, kas yra citoplazma biologijoje, negalima ignoruoti klausimo apie koloidinio tirpalo savybes.
Pirmas ir labai svarbus požymis – ciklozė. Kitaip tariant, tai yra judėjimas, vykstantis ląstelės viduje. Jei šis judėjimas sustoja, ląstelė iš karto miršta. Ciklozės greitis tiesiogiai priklauso nuo kai kurių veiksnių, tokių kaip:
- šviesa;
- temperatūra ir pan.
Antroji savybė yra klampumas. Šis rodiklis skiriasi priklausomai nuo organizmo. Citoplazmos klampumas tiesiogiai priklauso nuo metabolizmo.
Trečias bruožas – pusiau pralaidumas. Citoplazmoje esančios ribinės membranos leidžia kai kurioms molekulėms prasiskverbti, o kitos išlieka. Šis selektyvus pralaidumas vaidina svarbų vaidmenį ląstelės gyvenime.
Citoplazmos organelės
Visos organelės, sudarančios ląstelę, gali būti suskirstytos į dvi grupes.
- Membrana. Tai uždaros ertmės (vakuolė, maišelis, cisterna). Jie gavo šį pavadinimą, nes organoido turinys yra atskirtas nuo citoplazmos membrana. Be to, visas membranines organeles galima dar suskirstyti į dvi grupes: vienos membranos ir dvigubos membranos. Pirmieji apima endoplazminį tinklą, Golgi kompleksą, lizosomas, peroksisomas. Svarbu pažymėti, kad visos vienos membranos organelės yra tarpusavyje susijusios ir sukuria vieną sistemą. Dviejų membranų organelės apima mitochondrijas ir plastidus. Jie turi sudėtingą struktūrą ir dvi membranos atskiria juos nuo citoplazmos.
- Ne membrana. Tai apima fibrilines struktūras ir ribosomas. Pirmieji apima mikrofilamentus, mikrofibriles ir mikrotubules.
Be organelių, citoplazmoje yra inkliuzų.
Citoplazmos funkcijos
Citoplazmos funkcijos apima:
- ląstelės ploto užpildymas;
- ląstelių komponentų surišimas;
- ląstelės komponentų sujungimas į vieną visumą;
- organelių padėties nustatymas;
- cheminių ir fizinių procesų laidininkas;
- vidinio slėgio ląstelėje, tūrio, elastingumo palaikymas.
Kaip matote, citoplazmos svarba yra labai didelė visoms ląstelėms, tiek eukariotų, tiek prokariotų.