Строение цитоплазмы. Особенности строения, свойства и функции цитоплазмы

1. Прокариоты и эукариоты
2. Цитоплазма. Биологические мембраны.
3. Типы питания клеток.
4. Немембранные органоиды.

1.Эукариоты и прокариоты.

Эукариотные клетки, отличающиеся разнообразием и сложностью строения, имеют общие черты. Каждая клетка состоит из двух важнейших, неразрывно свя­занных частей - цитоплазмы и ядра, а также огра­ничивающей клетку мембраны

Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отли­чие от эукариот, имеют относительно простое строение. В прокариотической клетке нет организованного ядра, в ней содер­жится только одна хромосома, которая не отделена от осталь­ной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цито­плазме. Однако в ней также записана вся наследственная ин­формация бактериальной клетки.

Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эука-риотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хло-ропластов в клетках прокариот выполняют специальные, доволь­но просто организованные мембранные складки.

Клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой распола­гается клеточная оболочка или слизистая капсула. Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными не­зависимыми клетками. Сравнительная характеристика клеток эукариот. По строе­нию различные эукариотические клетки сходны. Но наряду со сходством между клетками организмов различных царств жи­вой природы имеются заметные отличия. Они касаются как структурных, так и биохимических особенностей.

Для растительной клетки характерно наличие различных пла­стид, крупной центральной вакуоли, которая иногда отодвига­ет ядро к периферии, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки, состоящей из целлюло­зы. В клетках высших растений в клеточном центре отсутству­ет центриоль, встречающаяся только у водорослей. Резервным питательным углеводом в клетках растений является крахмал.

Сравнительная характеристика прокариот и эукариот

Признаки	Прокариоты	Эукариоты
Ядерная оболочка	Нет	Есть
ДНК	Замкнута в кольцо (условно называется бак- териальная хромосома)	Ядерная ДНК представляет собой линейную структуру и нахо­дится в хромосомах
Хромосомы	Нет	Есть
Митоз	Нет	Есть
Мейоз	Нет	Есть
Гаметы	Нет	Есть
Митохондрии	Нет	Есть
Пластиды у автотрофов	Нет	Есть
Способ поглощения пищи	Адсорбция через клеточную мембрану	Фагоцитоз и пиноцитоз
Пищеварительные вакуоли	Нет	Есть
Жгутики	Есть	Есть

В клетках представителей царства грибов клеточная стенка обычно состоит из хитина - вещества, из которого построен на­ружный скелет членистоногих, животных. Имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Запасным углеводом в клетках грибов является гликоген.

В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Центриоль характерна для клеточного центра животных кле­ток. Резервным углеводом в клетках животных также являет­ся гликоген.

Прокариоты

Это все бактерии, цианобактерии, или сине-зеленые, а также архебактерии. Аналогом ядра у прокариот является структура, состоящая из ДНК, имеющая фор­му кольца и погруженная в цитоплазму. ДНК не сое­динена с гистонами, поэтому все гены, входящие в со­став хромосом прокариот, являются рабочими, т. е. с них непрерывно считывается информация. Прокариотная клетка окружена мембраной, отделяющей цитоплаз­му от клеточной стенки (у бактерий, цианей). Клеточ­ные стенки у прокариот имеют своеобразное строение, отличающееся от таковых эукариот. У многих прока­риот в состав клеточных стенок входят гликопептид и муреин. В цитоплазме мало мембран; они представ­ляют собой впячивание наружной цитоплазматической мембраны. Отсутствуют органоиды: митохондрии, хлоропласты, центриолей, аппарат Гольджи. Синтез бел­ков осуществляется рибосомами меньшего размера, чем у эукариот. Все ферменты, обеспечивающие процессы жизнедеятельности, диффузно рассеяны в ци­топлазме или прикреплены к внутренней поверхно­сти цитоплазматической мембраны.

Нуклеоид (лат. nucleus - ядро и греч. eidos - вид) - ДНК-содержащая зона клетки прокариот. Иног­да нуклеоид называют бактериальной хромосомой.

2. Цитоплазма - внутренняя клеточная среда, состав­ляющая все содержимое клетки. Жидкая фаза цито­плазмы - цитозоль представляет собой комплекс рас­творенных в воде органических и неорганических соединений. Цитозоль может быть жидким или гелеобразным (студенистым). В цитозоль погружены все клеточные органоиды или органеллы - постоянные структуры клетки, а также непостоянные клеточные об­разования - включения: запасные питательные веще­ства и продукты, подлежащие выведению. В цитоплазме имеется система нитей (филаментов), которая связывает отдельные структуры клетки между собой и с плазмати­ческой мембраной. Из трех типов филаментов (миозиновые нити, микрофиламенты, микротрубочки) два послед­них образуют комплекс, представляющий собой каркас клетки - цитоскелет. Он придает клетке форму и слу­жит местом прикрепления органоидов, в то же время это подвижная, изменяющаяся структура.

Функции цитоплазмы: объединение всех клеточ­ных структур в единый взаимодействующий комплекс; место отложения запасных веществ; среда протекания различных биохимических процессов, свойственных данной клетке.

В цитоплазме расположены органоиды, которые под­разделяются на мембранные и немембранные.

Биологические мембраны. В основе структурной ор­ганизации клетки лежит мембранный принцип строе­ния. Мембраны образуют многие структуры-органоиды, которые находятся в цитоплазме. Все биологические мем­браны имеют сходное строение: два ряда фосфолипидов, в которые погружены на разную глубину молекулы раз-личных белков, часть белков может пронизывать мемб­рану насквозь. Толщина биологической мембраны 7,5- 8 нм. Большая часть погруженных белков - фермен­ты, они определяют характер биохимических реакций. Белковые компоненты тех мембран, которые образуют различные органоиды цитоплазмы, неодинаковы. Так, в мембраны, образующие митохондрии, входят ферменты, участвующие в синтезе АТФ, и т. д.

Цитоплазматическая, или плазматическая, мем­брана, плазмалемма - важнейший органоид клет­ки, отделяет цитоплазму клетки от наружной среды или оболочки (в растительных клетках). Она образует по­верхность клетки, имеет такое же строение, как все био­логические мембраны. Благодаря многочисленным вы­ростам мембрана значительно увеличивает площадь контакта со средой, окружающей клетку.

3 Функции цитоплазматической мембраны:

- защитная - отграничивает внутреннее содер­жимое клетки от наружной среды;

- обеспечение взаимосвязи клеток за счет образо­вания межклеточных контактов;

- регуляторная - осуществляет обмен между клеткой и средой за счет активного или пассивного поступления веществ в клетку на основе избиратель­ной проницаемости;

- рецепторная - связана с локализацией на ци­топлазматической мембране специальных структур - наборов рецепторов (в качестве таких рецепторов мо­гут выступать гликопротеиды);

- энерготрансформирующая - состоит в преоб­разовании электрической энергии в химическую;

- транспортная - мембрана осуществляет пере­нос веществ в клетку в результате взаимодействия пе­риферических и интегральных белков. В мембране име­ются поры, через которые в клетку пассивно поступают вода и некоторые ионы. Активный перенос веществ в клетку - эндоцитоз - осуществляется с помощью спе­циальных молекул, входящих в состав цитоплазмати­ческой мембраны. Эндоцитоз происходит в виде фа­гоцитоза и пиноцитоза.

3 Типы питания клеток.

Фагоцитоз (греч. phagos - пожирать и cytos- клет­ка) - захват цитоплазматической мембраной твердых частиц и впячивание, втягивание их внутрь клетки. Края впячивания смыкаются, вакуоль с частичками или молекулами твердых веществ погружается в ци­топлазму и отшнуровывается.

Пиноцитоз (греч. pino - пью и cytos - клетка) - по­хожий по механизму на фагоцитоз захват мембраной различных жидкостей.

Фагоцитоз и пиноцитоз осуществляются сходным об­разом и различаются лишь объемом веществ, поглощен­ных на поверхности клетки. Эти процессы связаны с затратой энергии. Если в клетке нарушается синтез АТФ, то происходит торможение фагоцитоза и пиноцитоза.

Экзоцитоз - выведение из клетки гормонов, полиса­харидов, белков, жировых капель и пр. путем образова­ния в цитоплазме мембранных пузырьков и выделения этих веществ в среду, окружающую клетку.

1. Немембранные органоиды: рибосомы и клеточный центр.

Как правило, клеточный центр содержится в клетках животных и располагается вблизи ядра. Его образуют центриоли - два небольших тельца цилин­дрической формы, расположенные под прямым углом. Центриоли относятся к самовоспроизводящимся орга­ноидам клетки. Клеточный центр играет важную роль в клеточном делении.

Рибосомы - сферические частицы диаметром 15,0-35,0 нм, состоящие из двух неравных частей - субъединиц. Они синтезируются в ядре, затем поки­дают его, переходя в цитоплазму, где прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети или располагаются свободно. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут функцио­нировать поодиночке или объединяются в комплек­сы - полирибосомы.

Мембранные органеллы (органоиды) клетки пред­ставляют собой отдельные или связанные между собой структуры, содержимое которых отделено от жидкого со­держимого клетки (цитозоля) мембраной или мембранами.

Клетки, образующие ткани растений и животных, значительно различаются по форме, размерам и внутреннему строению. Однако все они обнаруживают сходство в главных чертах процессов жизнедеятельности, обмена веществ, в раздражимости, росте, развитии, способности к изменчивости.

Биологические превращения, происходящие в клетке, неразрывно связаны с теми структурами живой клетки, которые отвечают за выполнение гой или иной функции. Такие структуры получили название органоидов.

Клетки всех типов содержат три основных, неразрывно связанных между собой компонента:

1. структуры, образующие ее поверхность: наружная мембрана клетки, или клеточная оболочка, или цитоплазматическая мембрана;
2. цитоплазма с целым комплексом специализированных структур — органоидов (эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии и пластиды, комплекс Гольджи и лизосомы, клеточный центр), присутствующих в клетке постоянно, и временных образований, называемых включениями;
3. ядро - отделено от цитоплазмы пористой мембраной и содержит ядерный сок, хроматин и ядрышко.

Строение клетки

Поверхностный аппарат клетки (цитоплазматическая мембрана) растений и животных имеет некоторые особенности.

У одноклеточных организмов и лейкоцитов наружная мембрана обеспечивает проникновение в клетку ионов, воды, мелких молекул других веществ. Процесс проникновения в клетку твердых частиц называется фагоцитозом, а попадание капель жидких веществ - пиноцитозом.

Наружная плазматическая мембрана регулирует обмен веществ между клеткой и внешней средой.

В клетках эукариот есть органоиды, покрытые двойной мембраной, - митохондрии и пластиды. Они содержат собственные ДНК и синтезирующий белок аппарат, размножаются делением, то есть имеют определенную автономию в клетке. Кроме АТФ, в митохондриях происходит синтез небольшого количества белка. Пластиды свойственны клеткам растений и размножаются путем деления.

Строение клеточной оболочки

Виды клеток	Строение и функции наружного и внутреннего слоев клеточной оболочки
	наружный слой (хим. состав, функции)	внутренний слой - плазматическая мембрана
		химический состав	функции
Клетки растений	Состоят из клетчатки. Этотслой служит каркасом клетки и выполняет защитную функцию	Два слоя белка, между ними - слой липидов	Ограничивает внутреннюю среду клетки от внешней и поддерживает эти различия
Клетки животных	Наружный слой (гликокаликс) очень тонкий и эластичный. Состоит из полисахаридов и белков. Выполняет защитную функцию.	Тоже	Специальные ферменты плазматической мембраны регулируют проникновение многих иононов и молекул в клетку и выход их во внешнюю среду

К одномембранным органоидам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, различные типы вакуолей.

Современные средства исследования позволили биологам установить, что по строению клетки все живые существа следует делить на организмы «безъядерные» - прокариоты и «ядерные» - эукариоты.

У прокариот-бактерий и сине-зеленых водорослей, а также вирусов имеется всего одна хромосома, представленная молекулой ДНК (реже РНК), расположенной непосредственно в цитоплазме клетки.

Строение органоидов цитоплазмы клетки и их функции

Главные рганоиды	Строение	Функции
Цитоплазма	Внутренняя полужидкая среда мелкозернистой структуры. Содержит ядро и органоиды	Обеспечивает взаимодействие ядра и органоидов Регулирует скорость биохимических процессов Выполняет транспортную функцию
ЭПС - эндоплазматическая сеть	Система мембран в цитоплазме» образующая каналы и более крупные полости, ЭПС бывает 2-х типов: гранулированная (шероховатая), на которой расположено множество рибосом, и гладкая	Осуществляет реакции, связанные с синтезом белков, углеводов, жиров Способствует переносу и циркуляции питательных веществ в клетке Белок синтезируется на гранулированной ЭПС, углеводы и жиры — на гладкой ЭПС
Рибосомы	Мелкие тельца диаметром 15-20 мм	Осуществляют синтез белковых молекул, их сборку из аминокислот
Митохондрии	Имеют сферическую, нитевидную, овальную и другие формы. Внутри митохондрий находятся складки (дл. от 0,2 до 0,7 мкм). Внешний покров митохондрий состоит из 2-х мембран: наружная - гладкая, и внутренняя - образует выросты-кресты, на которых расположены дыхательные ферменты	Обеспечивают клетку энергией. Энергия освобождается при распаде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) Синтез АТФ осуществляется ферментами на мембранах митохондрий
Пластиды - свойственны только клеткам раститений, бывают трех типов:	Двумембранные органеллы клетки
хлоропласты	Имеют зеленый цвет, овальную форму, ограничены от цитоплазмы двумя трехслойными мембранами. Внутри хлоропласта располагаются грани, где сосредоточен весь хлорофилл	Используют световую энергию солнца и создают органические вещества из неорганических
хромопласты	Желтые, оранжевые, красные или бурые, образуются в результате накопления каротина	Придают различным частям растений красную и желтую окраску
лейкопласты	Бесцветные пластиды (содержатся в корнях, клубнях, луковицах)	В них откладываются запасные питательные вещества
Комплекс Гольджи	Может иметь разную форму и состоит из отграниченных мембранами полостей и отходящих от них трубочек с пузырьками на конце	Накапливает и выводит органические вещества, синтезируемые в эндоплазматической сети Образует лизосомы
Лизосомы	Округлые тельца диаметром около 1 мкм. На поверхности имеют мембрану (кожицу), внутри которой находится комплекс ферментов	Выполняют пищеварительную функцию - переваривают пищевые частицы и удаляют отмершие органоиды
Органоиды движения клеток	Жгутики и реснички, представляющие из себя выросты клетки и имеющие однотипное строение у животных и растений Миофибриллы - тонкие нити длиной более 1 см диаметром 1 мкм, расположенные пучками вдоль мышечного волокна Псевдоподии	Выполняют функцию движения За счет их происходит сокращение мышц Передвижение за счет сокращения особого сократительного белка
Клеточные включения	Это непостоянные компоненты клетки — углеводы, жиры и белки	Запасные питательные вещества, используемые в процессе жизнедеятельности клетки
Клеточный центр	Состоит из двух маленьких телец - центриолей и центросферы - уплотненного участка цитоплазмы	Играет важную роль при делении клеток

Эукариоты обладают большим богатством органоидов, имеют ядра, содержащие хромосомы в виде нуклеопротеидов (комплекс ДНК с белком гистоном). К эукариотам относятся большинство современных растений и животных как одноклеточных, так и многоклеточных.

Выделяют два уровня клеточной организации:

• прокариотический - их организмы очень просто устроены - это одноклеточные или колониальные формы, составляющие царство дробянок, синезеленых водорослей и вирусов
• эукариотический - одноклеточные колониальные и многоклеточные формы, от простейших - корненожки, жгутиковые, инфузории — до высших растений и животных, составляющие царство растений, царство грибов, царство животных

Строение и функции ядра клетки

Главные органоиды	Строение	Функции
Ядро растительной и животной клетки	Округлой или овальной формы
	Ядерная оболочка состоит из 2-х мембран с порами	Отграничивает ядро от цитоплазмы Осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой
	Ядерный сок (кариоплазма) - полужидкое вещество	Среда, в которой находятся ядрышки и хромосомы
	Ядрышки сферической или неправильной формы	В них синтезируется РНК, которая входит в состав рибосомы
	Хромосомы - плотные удлиненные или нитевидные образования, видимые только при делении клетки	Содержат ДНК, в которой заключена наследственная информация, передающаяся из поколения в поколение

Все органоиды клетки, несмотря на особенности их строения и функций, находятся во взаимосвязи и «работают» на клетку, как на единую систему, в которой связующим звеном является цитоплазма.

Особые биологические объекты, занимающие промежуточное положение между живой и неживой природой, представляют собой вирусы, открытые в 1892 г. Д. И. Ивановским, они составляют в настоящее время объект особой науки - вирусологии.

Вирусы размножаются только в клетках растений, животных и человека, вызывая различные заболевания. Вирусы имеют очень прослое строение и состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки. Вне клеток хозяина вирусная частица не проявляет никаких жизненных функций: не питается, не дышит, не растет, не размножается.

Цитоплазма - обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром и представляющая собой гиалоплазму - основное вещество цитоплазмы, органоиды - постоянные компоненты цитоплазмы и включения - временные компоненты цитоплазмы. Химический состав цитоплазмы разнообразен. Ее основу составляет вода (60-90% всей массы цитоплазмы). Цитоплазма богата белками, в состав ее могут входить жиры и жироподобные вещества, различные органические и неорганические соединения. Цитоплазма имеет щелочную реакцию. Одна из характерных особенностей цитоплазмы - постоянное движение (циклоз). Оно обнаруживается, прежде всего, по перемещению органелл клетки, например хлоропластов. Если движение цитоплазмы прекращается, клетка погибает, так как, только находясь в постоянном движении, она может выполнять свои функции.

Основное вещество цитоплазмы - 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 легко превращается в золь и наоборот.

Клеточные оболочки эукариотических организмов имеют различное строение, но всегда к цитоплазме прилегает плазматическая мембрана, на ее поверхности образуется наружный слой. У животных он называется гликокаликсом (образован гликопротеинами, гликолипидами, липопротеинами), у растений - клеточной стенкой из мощного слоя волокон клетчатки.

Строение мембран . Все биологические мембраны имеют общие структурные особенности и свойства. В настоящее время общепринята жидкостно-мозаичная модель строения мембраны (модель «сэндвича»). Основу мембраны составляет липидный бислой, образованный в основном фосфолипидами. В бислое хвосты молекул в мембране обращены друг.к другу, а полярные головки - наружу, к воде. Помимо липидов в состав мембраны входят белки (в среднем 60%). Они определяют большинство специфических функций мембраны. Молекулы белков не образуют сплошного слоя, различают периферические белки - белки, располагающиеся на наружной или внутренней поверхности липидного бислоя, полуинтегральные белки - белки, погруженные в липидный бислой на различную глубину, интегральные, или трансмембранные белки - белки, пронизывающие мембрану насквозь, контактируя при этом с наружной, и с внутренней средой клетки.

Мембранные белки могут выполнять различные функции: транспорт определенных молекул, катализ реакций, происходящих на мембранах, поддержание структуры мембран, получение и преобразование сигналов из окружающей среды.

В состав мембраны может входить от 2 до 10% углеводов. Углеводный компонент мембран обычно 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 в несколько десятков нанометров. В нем происходит внеклеточное пищеварение, располагаются многие рецепторы клетки, с его помощью, по-видимому, происходит адгезия клеток.

Молекулы белков и липидов подвижны, способны перемещаться, главным образом, в плоскости мембраны. Толщина плазматической мембраны в среднем 7,5 нм.

Функции мембран .

1. Они отделяют клеточное содержимое от внешней среды.

2. Регулируют обмен веществ между клеткой и средой.

3. Делят клетки на компартаменты, предназначенные для протекания различных реакций.

4. Многие химические реакции протекают на ферментативных конвейерах, располагающихся на самих мембранах.

5. Обеспечивают связь между клетками в тканях многоклеточных организмов.

6. На мембранах располагаются рецепторные участки для распознавания внешних стимулов.

Одна из основных функций мембраны - транспортная, обеспечивающая обмен веществ между клеткой и внешней средой. Мембраны обладают свойством избирательной проницаемости , то есть хорошо проницаемы для одних вещества или молекул и плохо проницаемы (или совсем непроницаемы) для других. Существуют различные механизмы транспорта веществ через мембрану. В зависимости от необходимости использования энергии для осуществления транспорта веществ различают: пассивный транспорт - транспорт веществ, идущий без затрат энергии; активный транспорт - транспорт, идущий с затратами энергии.

В основе пассивного транспорта лежит разность концентраций и зарядов. При пассивном транспорте вещества всегда перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой, то есть по градиенту концентрации.

Различают три основных механизма пассивного транспорта :простая диффузия - транспорт веществ непосредственно через липидный бислой. Через него легко проходят газы, неполярные или малые незаряженные полярные молекулы. Чем меньше молекула и чем более она жирорастворима, тем быстрее она проникает через мембрану. Интересно, что полярные молекулы воды очень быстро проникают через липидный бислой. Это объясняется тем, что ее молекулы малы и электрически нейтральны. Диффузию воды через мембраны называют осмосом.

Диффузия через мембранные каналы. Заряженные молекулы и ионы (Na + , К + , Са 2+ , С1~) не способны проходить через липидный бислой путем простой диффузии, тем не менее, они проникают через мембрану, благодаря наличию в ней особых каналообразующих белков, формирующих поры. Большая часть воды проходит мембрану через каналы, образованные белками-аквапоринами.

Облегченная диффузия - транспорт веществ с помощью специальных транспортных белков, каждый из которых отвечает за транспорт определенных молекул или групп родственных молекул. Они взаимодействуют с молекулой переносимого вещества и каким-либо способом перемещают ее сквозь мембрану. Так в клетку транспортируются сахара, аминокислоты, нуклеотиды и многие другие полярные молекулы.

Необходимость активного транспорта возникает тогда, когда нужно обеспечить перенос через мембрану молекул против электрохимического градиента. Этот транспорт осуществляется белками-переносчиками, деятельность которых требует затрат энергии. Источником энергии служат молекулы АТФ. Одной из наиболее изученных систем активного транспорта является натрий-калиевый насос. Концентрация К + внутри клетки значительно выше, чем за ее пределами, a Na + - наоборот. Поэтому К + через водяные поры мембраны пассивно диффундирует из клетки, a Na + - в клетку. Вместе с тем для нормального функционирования клетке важно поддерживать определенное соотношение ионов К + и Na + в цитоплазме и во внешней среде. Это оказывается возможным потому, что мембрана, благодаря наличию натрий-калиевого насоса, активно перекачивает Na + из клетки, а К + в клетку. На работу натрий-калиевого насоса тратится почти треть всей энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки. За один цикл работы насос выкачивает из клетки 3 иона Na + и закачивает 2 иона К + . К + быстрее пассивно диффундирует из клетки, чем Na + в клетку.

Клетка имеет механизмы, благодаря которым может осуществлять транспорт через мембрану крупных частиц и макромолекул. Процесс поглощения макромолекул клеткой называется эндоцитозом . При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивание, края ее сливаются, и происходит отшнуровывание в цитоплазму структур, отграниченных от цитоплазмы одиночной мембраной, являющейся частью наружной цитоплазматической мембраны. Различают два типа эндоцитоза: фагоцитоз - захват и поглощение крупных частиц (например, фагоцитоз лимфоцитов, простейших и др.) и пиноцитоз - процесс захвата и поглощения капелек жидкости с растворенными в ней веществами.

Экзоцитоз - процесс выведения 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.

Органоиды клетки

Органоиды (органеллы) - постоянные клеточные структуры, обеспечивающие выполнение клеткой специфических функций. Каждый органоид имеет определенное строение и выполняет определенные функции.

Различают: мембранные органоиды - имеющие мембранное строение, причем они могут быть одномембранными (эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли растительных клеток) и двумембранными (митохондрии, пластиды, ядро).

Кроме мембранных могут быть и немембранные органоиды - не имеющие мембранного строения (хромосомы, рибосомы, клеточный центр и центриоли, реснички и жгутики с базальными тельцами, микротрубочки, микрофиламенты).

Одномембранные органоиды:

1. Эндоплазматический ретикулум (ЭПР). Представляет собой систему мембран, формирующих цистерны и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство - полости ЭПР. Мембраны с одной стороны связаны с наружной цитоплазматической мембраной, с другой - с наружной оболочкой ядерной мембраны. Различают два вида ЭПР: шероховатый (гранулярный), содержащий на своей поверхности рибосомы и представляющий собой совокупность уплощенных мешочков, и гладкий (агранулярный), мембраны которого рибосом не несут.

Функции: разделяет цитоплазму клетки на изолированные отсеки, обеспечивая тем самым пространственное отграничение друг от друга множества параллельно идущих различных реакций, Осуществляет синтез и расщепление углеводов и липидов (гладкий ЭПР) и обеспечивает синтез белка (шероховатый ЭПР), накапливает в каналах и полостях, а затем транспортирует к органоидам клетки продукты биосинтеза.

2. Аппарат Гольджи. Органоид, обычно расположенный около клеточного ядра (в животных клетках часто вблизи клеточного центра). Представляет собой стопку уплощенных цистерн с расширенными краями, с которой связана система мелких одномембранных пузырьков (пузырьки Гольджи). Каждая стопка обычно состоит из 4-6 цистерн. Число стопок Гольджи в клетке колеблется от одной до нескольких сотен.

Важнейшая функция комплекса Гольджи - выведение из клетки различных секретов (ферментов, гормонов), поэтому он хорошо развит в секреторных клетках. Здесь происходит синтез сложных углеводов из простых сахаров, созревание белков, образование лизосом.

3. Лизосомы. Самые мелкие одномембранные органоиды клетки, представляющие собой пузырьки диаметром 0,2-0,8 мкм, содержащие до 60 гидролитических ферментов, активных в слабокислой среде.

Образование лизосом происходит в аппарате Гольджи, куда из ЭПР поступают синтезированные в нем ферменты. Расщепление веществ с помощью ферментов называют лизисом, отсюда и название органоида.

Различают: первичные лизосомы - лизосомы, отшнуровавшиеся от аппарата Гольджи и содержащие ферменты в неактивной форме, и вторичные лизосомы - лизосомы, образовавшиеся в результате слияния первичных лизосом с пиноцитозными или фагоцитозными вакуолями; в них происходит переваривание и лизис, поступивших в клетку веществ (поэтому часто их называют пищеварительными вакуолями).

Продукты переваривания усваиваются цитоплазмой клетки, но часть материала так и остается непереваренной. Вторичная лизосома, содержащая этот непереваренный материал, называется остаточным тельцем. Путем экзоцитоза непереваренные частицы удаляются из клетки.

Иногда с участием лизосом происходит саморазрушение клетки. Этот процесс называют автолизом. Обычно это происходит при некоторых процессах дифференцировки (например, замена хрящевой ткани костной, исчезновение хвоста у головастика лягушек).

4. Реснички и жгутики. Образованы девятью сдвоенными микротрубочками, образующими стенку цилиндра, покрытого мембраной; в его центре находятся две одиночные микротрубочки. Такая структура типа 9+2 характерна для ресничек и жгутиков почти всех эукариотических организмов, от простейших до человека.

Реснички и жгутики укреплены в цитоплазме базальными тельцами, лежащими в основании этих органоидов. Каждое базальное тельце состоит из девяти троек микротрубочек, в его центре микротрубочек нет.

5. К одномембранным органоидам относятся также и вакуоли , окруженные мембраной - тонопластом. В растительных клетках могут занимают до 90% объема клетки и обеспечивают поступление воды в клетку за счет высокого осмотического потенциала и тургор (внутриклеточное давление). В животных клетках вакуоли небольшие, образуются за счет эндоцитоза (фагоцитозные и пиноцитозные), после слияния с первичными лизосомами называются пищеварительными вакуолями.

Двумембранные органоиды:

1. Митохондрии . Двумембранные органоиды эукариотической клетки, обеспечивающие организм энергией. Количество митохондрий в клетке колеблется в широких пределах, от 1 до 100 тыс., и зависит от ее метаболической активности. Число митохондрий может увеличиваться путем деления, так как эти органоиды имеют собственную ДНК.

Наружная мембрана митохондрий гладкая, внутренняя мембрана образует многочисленные впячивания или трубчатые выросты - кристы . Число крист может колебаться от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч, в зависимости от функций клетки. Они увеличивают поверхность внутренней мембраны, на которой размещаются ферментные системы, участвующие в синтез молекул АТФ.

Внутреннее пространство митохондрий заполнено матриксом . Вматриксе содержатся кольцевая молекула митохондриальной ДНК специфические иРНК, тРНК и рибосомы (прокариотического типа) осуществляющие автономный биосинтез части белков, входящих состав внутренней мембраны. Эти факты свидетельствуют в пользу происхождения митохондрий от бактерий-окислителей (согласно гипотезе симбиогенеза). Но большая часть генов митохондрии перешла в ядро, и синтез многих митохондриальных белков происходит в цитоплазме. Кроме того, содержатся ферменты, образующие молекулы АТФ. Митохондрии способны размножаться путем деления.

Функции митохондрий - кислородное расщепление углеводов аминокислот, глицерина и жирных кислот с образованием АТФ, синтез митохондриальных белков.

2. Пластиды . Различают три основных типа пластид: лейкопласты - бесцветные пластиды в клетках неокрашенных частей растений, хромопласты - окрашенные пластиды, обычно желтого, красного и оранжевого цвета, хлоропласты - зеленые пластиды. Пластиды образуются из пропластид - двумембранных пузырьков размером до 1 мкм.

Поскольку пластиды имеют общее происхождение, между ними возможны взаимопревращения. Наиболее часто происходит пpeвращение лейкопластов в хлоропласты (позеленение клубней картофеля на свету), обратный процесс происходит в темноте. При пожелтении листьев и покраснении плодов хлоропласты превращаются в хромопласты. Считают невозможным только превращение хромопластов в лейкопласты или хлоропласты.

Хлоропласты. Основная функция - фотосинтез, т.е. в хлоропластах на свету осуществляется синтез органических веществ из неорганических за счет преобразования солнечной энергии в энергию молекул АТФ. Хлоропласты высших растений по форме напоминают двояковыпуклую линзу. Наружная мембрана гладкая, а внутренняя имеет складчатую структуру. В результат образования выпячиваний внутренней мембраны возникает система ламелл и тилакоидов. Внутренняя среда хлоропластов - строма содержит кольцевую ДНК и рибосомы прокариотического типа. Пластиды способны к автономному делению, как и митохондрии. Факты, согласно гипотезе симбиогенеза, также свидетельствуют в пользу происхождения пластид от цианобактерий.

Рис. Современная (обобщённая) схема строения растительной клетки , составленная по данным электронно-микроскопического исследования разных растительных клеток: 1 - аппарат Гольджи; 2 - свободно расположенные рибосомы; 3 - хлоропласты; 4 - межклеточные пространства; 5 - полирибосомы (несколько связанных между собой рибосом); 6 - митохондрии; 7 - лизосомы; 8 - гранулированная эндоплазматическая сеть; 9 - гладкая эндоплазматическая сеть; 10 - микротрубочки; 11 - пластиды; 12 - плазмодесмы, проходящие сквозь оболочку; 13 - клеточная оболочка; 14 - ядрышко; 15, 18 - ядерная оболочка; 16 - поры в ядерной оболочке; 17 - плазмалемма; 19 - гиалоплазма; 20 - тонопласт; 21 - вакуоли; 22 - ядро.

Рис. Строение мембраны

Рис. Строение митохондрии . Вверху и в середине - вид продольного среза через митохондрию (вверху - митохондрия из эмбриональной клетки кончика корня; в середине - из клетки взрослого листа элодеи). Внизу - трехмерная схема, на которой часть митохондрии срезана, что позволяет видеть ее внутреннее строение. 1 - наружная мембрана; 2 - внутренняя мембрана; 3 - кристы; 4 - матрикс.

Рис. Строение хлоропласта . Слева - продольный разрез через хлоропласт: 1 - граны, образованные ламеллами, сложенными стопками; 2 - оболочка; 3 - строма (матрикс); 4 - ламеллы; 5 - капли жира, образовавшегося в хлоропласте. Справа - трехмерная схема расположения и взаимосвязи ламелл и гран внутри хлоропласта: 1 - граны; 2 - ламеллы.

Понятие цитоплазмы было введено еще в 1882 году. Известно, что цитоплазма является внутренней средой клетки. В этой статье мы рассмотрим, что такое цитоплазма, что входит в ее структуру и каково ее содержание.

Также мы ответим на вопрос, какие функции выполняет цитоплазма.

Понятие цитоплазмы

Под цитоплазмой принято понимать внутреннюю среду живой или мертвой клетки. При этом в цитоплазму не входит ядро и вакуоли. Цитоплазма включает гиалоплазму, которая представляет собой прозрачное вещество и органеллы, также в нее входят так называемые включения. Включением называют различные непостоянные структуры, к ним относятся например продукты жизнедеятельности клетки, различные секреты, пигменты.

Состав цитоплазмы

Структура цитоплазмы представляет собой совокупность органических и неорганических веществ. Основным веществом, из которого состоит цитоплазма, является вода. Также в составе цитоплазмы содержатся истинные и коллоидные растворы. Истинный раствор образован минеральными солями, глюкозой и аминокислотами. В коллоидный раствор входят белки. Также в структуре цитоплазмы можно обнаружить нерастворимые отходы и запасы питательных веществ.

Функции цитоплазмы

Наиболее важными функциями цитоплазмы являются объединение клеточных структур, а также обеспечение их взаимодействия. Кроме того, цитоплазма благодаря постоянному движению и перетеканию внутри клетки обеспечивает перемещение различных веществ, что способствует питанию всех органоидов и органелл. Также она обеспечивает тургор (напряженное состояние) клетки.

Сегодня вы сможете узнать, что такое цитоплазма в биологии. Помимо этого, предлагаем обратить внимание на множество интересных вопросов:

1. Организация клетки.
2. Гиалоплазма.
3. Свойства и функции цитоплазмы.
4. Органоиды и так далее.

Для начала предлагаем ввести для неизвестного термина определение. Цитоплазма - это та часть клетки, которая находится за пределами ядра и ограничивается мембраной. Все содержимое клетки, включая ядро - это протоплазма.

Важно обратить внимание на то, что именно здесь происходят важные метаболические процессы. В цитоплазме происходит:

• поглощение ионов и других метаболитов;
• транспортировка;
• образование энергии;
• синтез белковых и небелковых продуктов;
• клеточное пищеварение и так далее.

Все вышеперечисленные процессы поддерживают жизнеспособность клетки.

Типы структурной организации клетки

Ни для кого не секрет, что все ткани и органы образованы из мельчайших частиц - клеток.

Ученые смогли выделить всего два их вида:

• прокариотические;
• эукариотические.

Самые простые формы жизни содержат одну-единственную клетку и размножаются при помощи ее деления. Приведенные две формы клеток имеют некоторые отличия и сходства. В прокариотических клетках отсутствует ядро, а хромосома находится непосредственно в цитоплазме (что такое цитоплазма в биологии было сказано ранее). Это строение присутствует у бактерий. Другое дело - эукариотическая клетка. О ней мы поговорим в следующем разделе.

Эукариотическая клетка

Данный вид имеет более сложное строение. ДНК связана с белком и находится в хромосомах, которые, в свою очередь, располагаются в ядре. Этот органоид отделен при помощи мембраны. Несмотря на большое количество отличий, у клеток есть нечто общее - внутреннее содержимое наполнено коллоидным раствором.

Цитоплазма клетки (или коллоидный раствор) является важной составляющей. Она имеет полужидкое состояние. Там же мы можем обнаружить:

• канальцы;
• микротрубочки;
• микрофиламенты;
• филаменты.

Цитоплазма - это коллоидный раствор, в котором происходит движение коллоидных частиц и других компонентов. Сам раствор состоит из воды и других соединений (как органических, так и неорганических). Именно в цитоплазме располагаются органоиды и временные включения.

Различия между цитоплазмой растительной и животной клетки

Определение цитоплазмы мы уже ввели, теперь выявим отличия коллоидного раствора у животных и растительных клеток.

1. Цитоплазма растительной клетки. В ее составе мы можем обнаружить пластиды, которых всего насчитывается три вида: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.
2. Цитоплазма животной клетки. В данном случае мы можем наблюдать два слоя цитоплазмы - эктоплазму и эндоплазму. Наружный слой (эктоплазма) содержит огромное количество микрофиламента, а внутренний слой - органоиды и гранулы. При этом эндоплазма менее вязкая.

Гиалоплазма

Основа цитоплазмы клетки - гиалоплазма. Что это такое? Гиалоплазма - это раствор, который неоднородный по своему составу, слизистый и бесцветный. Именно в данной среде протекает обмен веществ. Часто применяется относительно гиалоплазмы термин "матрикс".

В состав входят:

• белки;
• липиды;
• полисахариды;
• нуклеотиды;
• аминокислоты;
• ионы неорганических соединений.

Гиалоплазма представлена двумя формами:

• гель;
• золь.

Между двумя данными фазами есть взаимопереходы.

Вещества коллоидного раствора клетки

Что такое цитоплазма в биологии, мы уже пояснили, теперь предлагаем переходить к рассмотрению химического состава коллоидного раствора. Все вещества, которые входят в состав клетки, можно разделить на две обширные группы:

• органические;
• неорганические.

В первой группе находятся:

• белки;
• углеводы (моносахариды, дисахариды и полисахариды);
• жиры;
• нуклеиновые кислоты.

Немного подробнее об углеводах. Моносахариды - фруктоза, глюкоза, рибоза и другие. Крупные полисахариды состоят из моносахаридов - крахмала, гликогена и целлюлозы.

• вода (девяносто процентов);
• кислород;
• водород;
• углерод;
• азот;
• натрий;
• кальций;
• сера;
• хлор и так далее.

Свойства цитоплазмы

Говоря о том, что такое цитоплазма в биологии, нельзя обойти стороной вопрос о свойствах коллоидного раствора.

Первая и очень важная особенность - циклоз. Другими словами, это движение, которое происходит внутри клетки. Если данное движение останавливается, то клетка сразу же погибает. Скорость циклоза напрямую зависит от некоторых факторов, таких как:

• свет;
• температура и так далее.

Второе свойство - вязкость. Данный показатель изменяется в зависимости от организма. Вязкость цитоплазмы напрямую зависит от обмена веществ.

Третья особенность - полупроницаемость. Наличие пограничных мембран в цитоплазме позволяет некоторые молекулы пропускать, а другие задерживать. Эта избирательная проницаемость играет важную роль в жизнедеятельности клетки.

Органоиды цитоплазмы

Все органоиды, входящие в состав клетки, можно разделить на две группы.

1. Мембранные. Это замкнутые полости (вакуоль, мешочек, цистерна). Данное название они получили, потому что содержимое органоида отделено от цитоплазмы при помощи мембраны. При этом все мембранные органоиды можно разделить еще на две группы: одномембранные и двумембранные. К первым относят эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы. Важно заметить, что все одномембранные органоиды взаимосвязаны между собой и создают единую систему. К двумембранным органоидам относят митохондрии и пластиды. Они имеют сложную структуру, а от цитоплазмы их отделяют целых две мембраны.
2. Немембранные. Сюда относятся фибриллярные структуры и рибосомы. К первым относят микрофиламенты, микрофибриллы и микротрубочки.

Помимо органоидов, в состав цитоплазмы входят включения.

Функции цитоплазмы

К функциям цитоплазмы относятся:

• заполнение области клетки;
• связывание клеточных компонентов;
• объединение компонентов клетки в единое целое;
• определение положения органелл;
• проводник для химических и физических процессов;
• поддержание внутреннего давления в клетке, объема, упругости.

Как видите, значение цитоплазмы очень велико для всех клеток, как эукариотических, так и прокариотических.