Веществ окружающей среды цитоплазма. Основные функции и роль цитоплазмы в клетках. Структура и компоненты

Делит все клетки (или живые организмы ) на два типа: прокариоты и эукариоты . Прокариоты - это безъядерные клетки или организмы, к которым относятся вирусы, прокариот-бактерии и сине-зеленые водоросли, у которых клетка состоит непосредственно из цитоплазмы, в которой расположена одна хромосома - молекула ДНК (иногда РНК).

Эукариотические клетки имеют ядро , в котором находятся нуклеопротеиды (белок гистон + комплекс ДНК), а также другие органоиды . К эукариотам относятся большинство современных известных науке одноклеточных и многоклеточных живых организмов (в том числе, и растений).

Строение ограноидов эукариотов.

Ядро клетки является главным и самым сложным органоидом клетки, поэтому его мы рассмотрим

Гелеобразное содержимое клетки, ограниченное мембраной называется цитоплазмой живой клетки. Понятие было введено в 1882 году немецким ботаником Эдуардом Страсбургером.

Строение

Цитоплазма является внутренней средой любой клетки и характерна для клеток бактерий, растений, грибов, животных.
Цитоплазма состоит из следующих компонентов:

• гиалоплазмы (цитозоли) - жидкого вещества;
• клеточных включений - необязательных компонентов клетки;
• органоидов - постоянных компонентов клетки;
• цитоскелета - клеточного каркаса.

Химический состав цитозоли включает следующие вещества:

• воду - 85 %;
• белки - 10 %
• органические соединения - 5 %.

К органическим соединениям относятся:

• минеральные соли;
• углеводы;
• липиды;
• азотсодержащие соединения;
• незначительное количество ДНК и РНК;
• гликоген (характерен для животных клеток).

Рис. 1. Состав цитоплазмы.

Цитоплазма содержит запас питательных веществ (капли жира, зёрна полисахаридов), а также нерастворимые отходы жизнедеятельности клетки.

Цитоплазма бесцветна и постоянно движется, перетекает. Она содержит все органеллы клетки и осуществляет их взаимосвязь. При частичном удалении цитоплазма восстанавливается. При полном удалении цитоплазмы клетка погибает.

Строение цитоплазмы неоднородно. Условно выделяют два слоя цитоплазмы:

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

• эктоплазму (плазмагель) - наружный плотный слой, не содержащий органелл;
• эндоплазму (плазмазоль) - внутренний более жидкий слой, содержащий органеллы.

Разделение на эктоплазму и эндоплазму ярко выражено у простейших. Эктоплазма помогает клетке передвигаться.

Снаружи цитоплазма окружена цитоплазматической мембраной или плазмалеммой. Она защищает клетку от повреждений, осуществляет выборочный транспорт веществ и обеспечивает раздражимость клетки. Мембрана состоит из липидов и белков.

Жизнедеятельность

Цитоплазма - жизненно важное вещество, участвующее в главных процессах клетки:

• метаболизме;
• росте;
• делении.

Движение цитоплазмы называется циклозом или цитоплазматическим потоком. Он осуществляется в клетках эукариот, в том числе и человека. При циклозе цитоплазма доставляет вещества всем органеллам клетки, осуществляя клеточный метаболизм. Перемещается цитоплазма посредством цитоскелета с затратой АТФ.

При увеличении объёма цитоплазмы клетка растёт. Процесс деления тела эукариотической клетки после деления ядра (кариокинеза) называется цитокинезом. В результате деления тела цитоплазма вместе с органеллами распределяется между двумя дочерними клетками.

Рис. 2. Цитокинез.

Функции

Основные функции цитоплазмы в клетке описаны в таблице.

Отделение цитоплазмы от мембраны при осмосе воды, выходящей наружу, называется плазмолизом. Обратный процесс - деплазмолиз - происходит при поступлении в клетку достаточного количества воды. Процессы характерны для любых клеток, кроме животной.

Известно, что большинство живых существ состоят из воды в свободном или связанном виде на 70 и более процентов. Откуда же ее берется столько, где она локализуется? Оказывается, каждая клетка в своем составе имеет до 80 % воды, и только остальное приходится на массу сухого вещества.

И главной "водной" структурой является как раз цитоплазма клетки. Это сложная, неоднородная, динамичная внутренняя среда, с особенностями строения и выполняемыми функциями которой мы и познакомимся далее.

Протопласт

Данным термином принято обозначать все внутреннее содержимое любой эукариотической мельчайшей структуры, отделенное плазматической мембраной от других ее "коллег". То есть сюда входит цитоплазма - внутренняя среда клетки, органоиды, в ней расположенные, ядро с ядрышками и генетическим материалом.

Какие органоиды располагаются внутри цитоплазмы? Это:

• рибосомы;
• митохондрии;
• аппарат Гольджи;
• лизосомы;
• вакуоли (у растений и грибов);
• клеточный центр;
• пластиды (у растений);
• реснички и жгутики;
• микрофиламенты;
• микротрубочки.

Ядро, отделенное кариолеммой, с ядрышками и также содержит цитоплазма клетки. В центре оно у животных, ближе к стенке - у растений.

Таким образом, особенности строения цитоплазмы будут во многом зависеть от типа клетки, от самого организма, его принадлежности к царству живых существ. В целом же она занимает все свободное пространство внутри и выполняет ряд важных функций.

Матрикс, или гиалоплазма

Строение цитоплазмы клетки складывается в первую очередь из ее деления на части:

• гиалоплазма - постоянная жидкая часть;
• органоиды;
• включения - переменные структуры.

Матрикс, или гиалоплазма, - это главная внутренняя составляющая, которая может находиться в двух состояниях - золе и геле.

Цитозоль - такая цитоплазма клетки, которая обладает более жидким агрегатным характером. Цитогель - то же самое, но в более густом, богатом крупными молекулами органических веществ, состоянии. Общий химический состав и физические свойства гиалоплазмы выражаются так:

• бесцветное, вязкое коллоидное вещество, достаточно густое и слизистое;
• имеет четкую дифференциацию по структурной организации, однако вследствие подвижности легко может ее изменять;
• изнутри представлена цитоскелетом или микротрабекулярной решеткой, которая образуется за счет белковых нитей (микротрубочек и микрофиламентов);
• на частях данной решетки и располагаются все структурные части клетки в целом, а за счет микротрубочек, аппарата Гольджи и ЭПС между ними через гиалоплазму происходит сообщение.

Таким образом, гиалоплазма - важная часть, которая обеспечивает многие функции цитоплазмы в клетке.

Состав цитоплазмы

Если говорить о химической составе, то на долю воды в цитоплазме приходится около 70 %. Это усредненное значение, ведь у некоторых растений есть клетки, в которых до 90-95% воды. Сухое вещество представлено:

Общая химическая реакция среды - щелочная либо слабощелочная. Если рассмотреть, как располагается цитоплазма клетки, то следует отметить такую особенность. Часть собрана у края, в районе плазмалеммы, и называется эктоплазмой. Другая же часть ориентирована ближе к кариолемме, носит имя эндоплазмы.

Строение цитоплазмы клетки определяется специальными структурами - микротрубочками и микрофиламентами, поэтому их рассмотрим подробнее.

Микротрубочки

Полые небольшие удлиненные частички размером до нескольких микрометров. Диаметр - от 6 до 25 нм. Из-за слишком мизерных показателей полное и емкое изучение данных структур пока невозможно, однако предполагают, что стенки их состоят из белкового вещества тубулина. Это соединение имеет цепочечную спирально закрученную молекулу.

Некоторые функции цитоплазмы в клетке исполняются именно благодаря наличию микротрубочек. Так, например, они участвуют в выстраивании грибов и растений, некоторых бактерий. В клетках животных их намного меньше. Также именно эти структуры осуществляют движение органоидов в цитоплазме.

Сами по себе микротрубочки нестабильны, способны быстро распадаться и формироваться вновь, время от времени обновляясь.

Микрофиламенты

Достаточно важные элементы цитоплазмы. Представляют собой длинные нити из актина (глобулярный белок), которые, переплетаясь друг с другом, формируют общую сеть - цитоскелет. Другое название - микротрабекулярная решетка. Это своего рода особенности строения цитоплазмы. Ведь именно благодаря такому цитоскелету удерживаются вместе все органоиды, они могут смело сообщаться между собой, через них проходят вещества и молекулы, осуществляется метаболизм.

Однако известно, что цитоплазма - внутренняя среда клетки, которая часто способна менять свои физические данные: становиться более жидкой или вязкой, менять структуру (переход из золя в гель и обратно). В связи с этим микрофиламенты - динамичная, лабильная часть, способная быстро перестраиваться, видоизменяться, распадаться и формироваться вновь.

Плазматические мембраны

Важное значение для клетки имеет наличие хорошо развитых и нормально функционирующих многочисленных мембранных структур, что также составляет своего рода особенности строения цитоплазмы. Ведь именно через плазматические мембранные преграды происходит транспорт молекул, питательных веществ и продуктов метаболизма, газов для процессов дыхания и так далее. Именно поэтому большинство органоидов имеет эти структуры.

Они, подобно сети, располагаются в цитоплазме и отграничивают внутреннее содержимое своих хозяев друг от друга, от окружающей среды. Защищают и предохраняют от нежелательных веществ и бактерий, представляющих угрозу.

Строение большинства из них сходно - жидкостно-мозаичная модель, рассматривающая каждую плазмалемму как биослой из липидов, пронизанный разными белковыми молекулами.

Так как функции цитоплазмы в клетке - это в первую очередь транспортное сообщение между всеми ее частями, то наличие мембран у большинства органоидов является одной из структурных частей гиалоплазмы. Комплексно, все вместе, они выполняют общие задачи по обеспечению жизнедеятельности клетки.

Рибосомы

Небольшие (до 20 нм) округлые структуры, состоящие из двух половинок - субъединиц. Эти половинки могут существовать как вместе, так и разъединяться на какое-то время. Основа состава: и белок. Основные места локализации рибосом в клетке:

Функции данных структур заключаются в синтезе и сборке белковых макромолекул, которые расходуются на жизнедеятельность клетки.

и аппарат Гольджи

Многочисленная сеть канальцев, трубочек и пузырьков, образующая проводящую систему внутри клетки и расположенная по всему объему цитоплазмы, носит название эндоплазматической сети, или ретикулума. Ее функция соответствует строению - обеспечение взаимосвязи органоидов между собой и транспортировка питательных молекул к органеллам.

Комплекс Гольджи, или аппарат, выполняет функцию накопления необходимых веществ (углеводов, жиров, белков) в системе специальных полостей. Они ограничены от цитоплазмы мембранами. Также именно данный органоид является местом синтеза жиров и углеводов.

Пероксисомы и лизосомы

Лизосомы - небольшие округлые структуры, напоминающие пузырьки, заполненные жидкостью. Они весьма многочисленны и распределены в цитоплазме, где свободно перемещаются внутри клетки. Главная задача их - растворение чужеродных частиц, то есть устранение "врагов" в виде отмерших участков клеточных структур, бактерий и других молекул.

Жидкое содержимое насыщенно ферментами, поэтому лизосомы принимают участие в расщеплении макромолекул до их мономерных звеньев.

Пероксисомы - небольшие овальные или круглые органеллы, имеющие одинарную мембрану. Заполнены жидким содержимым, включающим большое количество различных ферментов. Являются одними из основных потребителей кислорода. Свои функции выполняют в зависимости от типа клетки, в которой находятся. Возможен синтез миелина для оболочки нервных волокон, а также могут осуществлять окисление и обезвреживание токсичных веществ и разных молекул.

Митохондрии

Данные структуры совершенно не зря называют силовыми (энергетическими) станциями клетки. Ведь именно в них происходит образование главных энергоносителей - молекул аденозинтрифосфорной кислоты, или АТФ. По внешнему виду напоминают фасолину. Мембрана, ограничивающая митохондрию от цитоплазмы, двойная. Внутренняя структура сильно складчатая для увеличения поверхности синтеза АТФ. Складки имеют название кристы, содержат большое количество разных ферментов для катализирования процессов синтеза.

Больше всего митохондрий имеют мышечные клетки в организмах животных и человека, так как именно они требуют повышенного содержания и расхода энергии.

Явление циклоза

Движение цитоплазмы в клетке имеет название циклоза. Оно складывается из нескольких типов:

• колебательное;
• ротационное, или круговое;
• струйчатое.

Любое движение необходимо для обеспечения ряда важных функций цитоплазмы: полноценного перемещения органоидов внутри гиалоплазмы, равномерного обмена питательными веществами, газами, энергией, выведения метаболитов.

Циклоз происходит как в растительных, так и в животных клетках, без исключений. Если он прекращается, то организм погибает. Поэтому данный процесс - это еще и показатель жизнедеятельности существ.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что цитоплазма животной любой эукариотической - очень динамичная, живая структура.

Отличие цитоплазмы животной и растительной клетки

На самом деле отличий немного. Общий план строения, выполняемые функции полностью схожи. Однако некоторые расхождения все же есть. Так, например:

В остальных отношениях обе структуры идентичны по составу и строению цитоплазмы. Может варьироваться количество тех или иных элементных звеньев, но наличие их обязательно. Поэтому значение цитоплазмы в клетке как растений, так и животных одинаково велико.

Роль цитоплазмы в клетке

Значение цитоплазмы в клетке велико, если не сказать, что оно определяющее. Ведь это основа, в которой располагаются все жизненно важные структуры, поэтому переоценить ее роль сложно. Можно сформулировать несколько основных пунктов, раскрывающих это значение.

1. Именно она объединяет все составные части клетки в одну комплексную единую систему, осуществляющую процессы жизнедеятельности слаженно и совокупно.
2. Благодаря входящей в состав воде, цитоплазма в клетке выполняет функции среды для многочисленных сложных биохимических взаимодействий и физиологических превращений веществ (гликолиз, питание, газообмен).
3. Это основная "емкость" для существования всех органоидов клетки.
4. За счет микрофиламентов и трубочек формирует цитоскелет, связывая органоиды и позволяя им передвигаться.
5. Именно в цитоплазме сосредоточен ряд - ферментов, без которых не происходит ни одна биохимическая реакция.

Подводя итог, нужно сказать следующее. Роль цитоплазмы в клетке практически ключевая, так как она - основа всех процессов, среда жизни и субстрат для реакций.

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).

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).

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 + , Ca 2+ , 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»

Что такое цитоплазма? Каково ее строение и состав? Какие функции она выполняет? В этой статье мы подробно ответим на все эти вопросы. Кроме того, мы рассмотрим структурные особенности цитоплазмы и ее свойства, а также поговорим о делении строении клеточных мембран и важнейших клеточных органоидах.

Структурные единицы всех тканей и органов клетки. Два типа их структурной организации

Известно, что клетки образуют ткани всех растений и животных. Эти структурные единицы всего живого могут различаться по форме, размерам и даже по внутреннему строению. Но в то же время они имеют схожие принципы в процессах жизнедеятельности, в том числе в обмене веществ, росте и развитии, раздражимости и изменчивости. Самые простейшие формы жизни состоят из единственной клетки и размножаются делением.
Учеными было выделено два типа организации клеточной структуры:

• прокариотический;
• эукариотический.

Они имеют множество различий в своем строении. В структурно оформленное ядро отсутствует. Ее единственная хромосома находится непосредственно в цитоплазме, то есть никак не отделяется от других элементов. Такое строение свойственно бактериям. Их цитоплазма бедна по составу структур, но в ней имеются мелкие рибосомы. Эукариотическая устроена гораздо сложнее прокариотической клетки. Ее ДНК, связанная с белком, находится в хромосомах, располагающихся в обособленном клеточном органоиде - ядре. Оно отделяется от других органоидов клетки пористой мембраной и состоит из таких элементов как: хроматин, ядерный сок и ядрышко. Тем не менее есть и нечто общее у двух типов клеточной организации. И прокариоты, и эукариоты имеют оболочку. А их внутреннее содержимое представлено особым коллоидным раствором, в котором находятся различные органоиды и временные включения.

цитоплазма. Ее состав и функции

Итак, переходим к сути нашего исследования. Что такое цитоплазма? Давайте рассмотрим более подробно это клеточное образование. Цитоплазма представляет собой архиважную составляющую клетки, располагающуюся между ядром и плазматической мембраной. Полужидкая, она пронизана канальцами, микротрубочками, микрофиламентами и филаментами. Также под цитоплазмой можно понимать коллоидный раствор, который характеризуется движением коллоидных частиц и прочих компонентов. В этой полужидкой среде, состоящей из воды, различных органических и неорганических соединений, располагаются клеточные структуры-органоиды, а также временные включения. Важнейшие функции цитоплазмы таковы. Она осуществляет оформление всех клеточных компонентов в единую систему. Благодаря наличию канальцев и микротрубочек цитоплазма выполняет функцию клеточного скелета и предоставляет среду для осуществления физиологических и биохимических процессов. Кроме этого, она дает возможность для функционирования всех клеточных органоидов и обеспечивает передвижение. Эти функции клетки цитоплазмы чрезвычайно важны, так как позволяют структурной единице всего живого осуществлять свою нормальную жизнедеятельность. Теперь вы знаете, что такое цитоплазма. А также осведомлены о том, какое положение в клетке она занимает и какую "работу" выполняет. Далее мы рассмотрим состав и структуру коллоидного раствора более подробно.

Есть ли отличия в цитоплазме растительной и животной клеток?

Мембранными органоидами, находящимися в коллоидном растворе, считаются эндоплазматическая сеть, митохондрии, лизосомы, пластиды и наружная цитоплазматическая мембрана. В клетках животных и растений состав полужидкой среды отличается. Цитоплазма в имеет специальные органоиды - пластиды. Они представляют собой специфичные белковые тельца, которые различаются по функциям, форме и окрашиваются пигментами в разные цвета. Пластиды располагаются в цитоплазме и способны передвигаться вместе с ней. Они растут, размножаются и вырабатывают органические соединения, содержащие ферменты. Цитоплазма в растительной клетке имеет три вида пластид. Желтоватые или оранжевые называются хромопластами, зеленые - хлоропластами, а бесцветные - лейкопластами. Есть и еще одна характерная особенность - комплекс Гольджи представлен диктиосомами, рассеянными по цитоплазме. В клетках животных, в отличие от растительных, имеется два слоя цитоплазмы. Наружный называется эктоплазма, а внутренний - эндоплазма. Первый слой прилегает к клеточной мембране, а второй - находится между ним и пористой ядерной мембраной. Эктоплазма имеет в своем составе большое количество микрофиламента - нитей из молекул глобулярного белка актина. Эндоплазма содержит различные органоиды, гранулы и характеризуется меньшей вязкостью.

Гиалоплазма в эукариотической клетке

Основу цитоплазмы эукариотов составляет так называемая гиалоплазма. Она представляет собой слизистый, бесцветный, неоднородный раствор, в котором постоянно протекают процессы обмена веществ. Гиалоплазма (иными словами матрикс) это со сложным строением. В ее состав включаются растворимые РНК и белки, липиды и полисахариды. Еще в гиалоплазме содержится значительное количество нуклеотидов, аминокислот, а также ионов неорганических соединений типа Na - или Са 2+ .

Матрикс не имеет гомогенной структуры. Он представлен в двух формах, которые называются гель (твердая) и золь (жидкая). Между ними происходят взаимопереходы. В жидкой фазе имеется система тончайших белковых нитей, которые называются микротрабекулами. Они связывают все структуры внутри клетки. А в местах их пересечения находятся группы рибосом. Микротрабекулы вместе с микротрубочками и микрофиламентами формируют цитоплазматический скелет. Он определяет и упорядочивает местоположение всех клеточных органелл.

Органические и неорганические вещества в коллоидном растворе клетки

Давайте рассмотрим, каков же химический состав цитоплазмы? Вещества, содержащиеся в клетке, можно классифицировать на две группы - органические и неорганические. Первая представлена белками, углеводами, жирами и нуклеиновыми кислотами. Углеводы в цитоплазме представлены моно-, ди- и полисахаридами. К моносахаридам, бесцветным кристаллическим веществам, обычно сладковатым на вкус, относят фруктозу, глюкозу, рибозу и т. д. Крупные молекулы полисахаридов состоят из моносахаридов. В клетке они представлены крахмалом, гликогеном и целлюлозой. Липиды, то есть молекулы жиров, образуются остатками глицерина и жирных кислот. Структура цитоплазмы: неорганические вещества представлены в первую очередь водой, которая, как правило, составляет до 90% массы. Она выполняет в цитоплазме важные функции.

Вода является универсальным растворителем, придает упругость, принимает непосредственное участие в перемещении веществ как внутри, так и между клетками. Что касается макроэлементов, формирующих основу биополимеров, то более 98% всего состава цитоплазмы занимают кислород, водород, углерод и азот. Кроме них в клетке содержатся натрий, кальций, сера, магний, хлор и др. Минеральные соли находятся в виде анионов и катионов, при этом их соотношение определяет кислотность среды.

Свойства коллоидного раствора в клетке

Рассмотрим далее, каковы основные свойства цитоплазмы. Во-первых, это постоянный циклоз. Он представляет собой внутриклеточное движение цитоплазмы. Впервые оно было зафиксировано и описано в 18-м столетии итальянским ученым Корти. Циклоз осуществляется во всей протоплазме, в том числе и в тяжах, связывающих цитоплазму с ядром. Если движение по каким-либо причинам прекращается - погибает эукариотическая клетка. Цитоплазма обязательно находится в постоянном циклозе, который обнаруживается по перемещению органоидов. Скорость движения матрикса зависит от различных факторов, в том числе от света и температуры. К примеру, в эпидермисе чешуи лука скорость циклоза составляет около 6 м/с. Движение цитоплазмы в растительном организме оказывает огромное влияние на его рост и развитие, способствуя транспорту веществ между клетками. Вторым важным свойством является вязкость коллоидного раствора. Она сильно варьируется в зависимости от вида организма. У некоторых живых существ вязкость цитоплазмы может совсем незначительно превышать у других, наоборот, достигать вязкости глицерина. Считается, что она зависит от обмена веществ. Чем интенсивнее происходит обмен, тем ниже становится вязкость коллоидного раствора.

Еще одним немаловажным свойством является полупроницаемость. Цитоплазма в своем составе имеет пограничные мембраны. Они, благодаря особому своему строению, имеют возможность избирательно пропускать молекулы одних веществ и не пропускать других. цитоплазмы играет важнейшую роль в процессе жизнедеятельности. Она не постоянна в течение жизни, меняется с возрастом и увеличивается у растительных организмов при повышении интенсивности освещения и температуры. Сложно переоценить значение цитоплазмы. Она участвует в энергетическом обмене, транспорте питательных веществ, выведении экзотоксинов. Также матрикс считается осмотическим барьером и участвует в регуляции процессов развития, роста и клеточного деления. В том числе цитоплазма играет большую роль при репликации ДНК.

Особенности клеточного размножения

Все растительные и животные клетки размножаются делением. Известно три вида - непрямое, прямое и редукционное. Первый иначе называется амитоз. Непрямое размножение происходит следующим образом. Первоначально «перешнуровывается» ядро, а затем происходит деление цитоплазмы. В итоге формируются две клетки, которые постепенно вырастают до размеров материнской. Такой вид деления у животных встречается крайне редко. Как правило, у них происходит непрямое деление, то есть митоз. Оно значительно сложнее амитоза и характеризуется тем, что происходит усиление синтеза в ядре и удвоение количества ДНК. Митоз имеет четыре фазы, которые называются - профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

• Первая фаза характеризуется формированием клубка хроматиновых нитей на месте ядра, а впоследствии хромосом в виде «шпилек». В этот период происходит расхождение центриолей к полюсам и формирование ахроматинового веретена деления.
• Второй этап митоза отличается тем, что хромосомы, достигая максимальной спирализации, начинают располагаться на экваторе клетки упорядоченно.
• В третьей фазе происходит расщепление хромосомы на две хроматиды. При этом нити веретена сокращаются и оттягивают дочерние хромосомы к противоположным полюсам.
• В четвертой фазе митоза происходит диспирализация хромосом, а также формирование вокруг них ядерной оболочки. Одновременно происходит деление цитоплазмы. У дочерних клеток имеется диплоидный набор хромосом.

Редукционное деление свойственно исключительно половым клеткам. При таком типе клеточного размножения происходит формирование из хромосом парных образований. Исключение составляет одна непарная хромосома. В результате редукционного деления в двух дочерних клетках получается половинный хромосомный набор. Непарная находится лишь в одной дочерней клетке. Половые клетки, имеющие половинный набор хромосом, созревшие и способные к оплодотворению, называются женской и мужской гаметами.

Понятие цитоплазматической мембраны

У всех клеток животных, растений и даже у простейших бактерий есть особый поверхностный аппарат, который ограничивает и защищает матрикс от внешней среды. Цитоплазматическая мембрана (плазмалемма, клеточная мембрана, плазматическая мембрана) представляет собой избирательно проницаемый слой молекул (протеины, фосфолипиды), который охватывает цитоплазму. Он включает три подсистемы:

• плазматическую мембрану;
• надмембранный комплекс;
• субмембранный опорно-сократительный аппарат гиалоплазмы.

Строение мембраны цитоплазмы таково: она содержит два слоя молекул липидов (бислой), при этом каждая такая молекула имеет хвост и головку. Хвосты обращены друг к другу. Они гидрофобны. Головки гидрофильны и обращены внутрь и наружу клетки. В бислой включены молекулы белка. Причем он асимметричен, а в монослоях располагаются разные липиды. Например, в эукариотической клетке молекулы холестерина находятся во внутренней, прилегающей к цитоплазме, половине мембраны. Гликолипиды располагаются исключительно в наружном слое, причем их углеводные цепи всегда направлены наружу. Цитоплазматическая мембрана выполняет важнейшие функции, в том числе ограничивает внутреннее содержимое клетки от внешней среды, позволяет проникать определенным веществам (глюкозе, аминокислотам) внутрь клетки. Плазмалемма осуществляет перенос веществ внутрь клетки, а также их вывод наружу, то есть выделение. Через поры проникают вода, ионы и мелкие молекулы веществ, а крупные твердые частицы транспортируются в клетку при помощи фагоцитоза. На поверхности мембрана образует микроворсинки, впячивания и выпячивания, что позволяет не только эффективно всасывать и выделять вещества, но и соединяться с другими клетками. Мембрана предоставляет возможность прикрепления «единицы всего живого» к различным поверхностям и способствует движению.

Органоиды в составе цитоплазмы. Эндоплазматическая сеть и рибосомы

Помимо гиалоплазмы, цитоплазма содержит в себе и множество микроскопических органоидов, которые различаются по строению. Их присутствие в растительных и животных клетках свидетельствует о том, что все они выполняют важнейшие функции и жизненно необходимы. В какой-то степени эти морфологические образования сравнимы с органами тела человека или животных, что и дало возможность называть их органоидами. В цитоплазме различают видимые в световой микроскоп органеллы -пластинчатый комплекс, митохондрии и центросому. При помощи электронного микроскопа в матриксе обнаруживаются микротрубочки, лизосомы, рибосомы и плазматическая сеть. Цитоплазма клеточная пронизана различными каналами, которые и получили название «эндполазматическая сеть». Их мембранные стенки контактируют со всеми другими органеллами и составляют единую систему, осуществляющую энергетический обмен, а также перемещение внутри клетки веществ. В стенках этих каналов находятся рибосомы, которые выглядят как мельчайшие гранулы. Они могут располагаться одиночно или группами. Рибосомы состоят из практически равного количества рибонуклеиновой кислоты и белков. Также в их состав включен магний. Рибосомы могут не только находиться в каналах ЭПС, но и свободно лежать в цитоплазме, а также встречаться в ядре, где они и образуются. Совокупность каналов, имеющих рибосомы, называются гранулярной эндоплазматической сетью. На них, кроме рибосом, располагаются ферменты, способствующие синтезу углеводов и жиров. Во внутренних полостях каналов находятся продукты жизнедеятельности клетки. Иногда в расширениях ЭПС формируются вакуоли - и ограниченные мембраной. Эти органоиды поддерживают тургорное давление. Лизосомы представляют собой мелкие образования овальной формы. Они рассеяны по цитоплазме. Формируются лизосомы в ЭПС или комплексе Гольджи, где наполняются гидролитическими ферментами. Лизосомы предназначены для переваривания частиц, попавших внутрь клетки вследствие фагоцитоза.

Цитоплазма: строение и функции ее органоидов. Пластинчатый комплекс Гольджи, митохондрии и центросома

Комплекс Гольджи представлен в растительных клетках отдельными тельцами, оформленными мембранами, а в животных - канальцами, пузырьками и цистернами. Этот органоид предназначен для химического изменения, уплотнения и последующего вывода в цитоплазму продуктов клеточной секреции. Также в нем осуществляется синтез полисахаридов и образование гликопротеидов. Митохондрии - это тельца палочковидной, нитевидной или зернистой формы. Они ограничиваются двумя мембранами, которые состоят из двойных слоев фосфолипидов и белков. От внутренних мембран этих органелл отходят кристы, на стенках которых находятся ферменты. С их помощью происходит синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Митохондрии иногда называют «клеточными электростанциями», так как они поставляют значительную часть аденозинового трифосфата. Он используется клеткой как источник химической энергии. Кроме того, митохондрии выполняют и другие функции, в том числе: передачу сигналов, некроз клеток, клеточное дифференцирование. Центросома (клеточный центр) состоит из двух центриолей, которые располагаются под углом друг к другу. Этот органоид имеется у всех животных и растений (кроме простейших и низших грибов) и отвечает за определение полюсов при митозе. В делящейся клетке сначала разделяется центросома. При этом образуется ахроматиновое веретено, которое задает ориентиры хромосомам, расходящимся к полюсам. Кроме обозначенных органоидов в клетке могут находиться и органеллы специального назначения, например, реснички и жгутики. Также на определенных этапах жизнедеятельности в ней могут иметься и включения, то есть временные элементы. Например, такие питательные вещества как: капельки жира, белки, крахмал, гликоген и т. д.

Лимфоциты - важнейшие клетки иммунной системы

Лимфоциты - это важные клетки, относящиеся к группе лейкоцитов крови человека и животных и участвующие в иммунологических реакциях. Они подразделяются по размеру и структурным особенностям на три подгруппы:

• малые - диаметром менее 8 мкм;
• средние - диаметром от 8 до 11 мкм;
• большие - диаметром свыше 11 мкм.

Малые лимфоциты преобладают в крови животных. Они имеют крупное ядро округлой формы, преобладающее над объемом цитоплазмы. Цитоплазма лимфоцитов этой подгруппы выглядит как ядерный ободок или серп, прилежащий к какой-либо стороне ядра. Часто в матриксе содержится некоторое количество азурофильных гранул мелкого размера. Митохондрии, элементы пластинчатого комплекса и канальцы ЭПС немногочисленны и находятся около ядерного углубления. Средние и большие лимфоциты устроены несколько иначе. Их ядра имеют бобовидную форму, содержат меньшее количество хроматина конденсированного. В них легко различить ядрышко. Цитоплазма лимфоцитов второй и третьей групп имеет более широкий ободок. Известно два класса лимфоцитов, так называемые В- и T-лимфоциты. Первые образуются у животных в миеловидной ткани костного мозга. Эти клетки имеют способность образовывать иммуноглобулины. С их помощью В-лимфоциты взаимодействуют с антигенами, распознавая последних. Т-лимфоциты образуются из костномозговых клеток в тимусе (в его корковой части долек). В их цитоплазматической мембране находятся поверхностные антигены гистосовместимости, а также многочисленные рецепторы, при помощи которых осуществляется распознавание чужеродных частиц. Малые лимфоциты, в основном, представлены T-лимфоцитами (более 70%), среди которых имеется большое количество долгоживущих клеток. Подавляющее большинство B-лимфоцитов живут недолго - от одной недели до месяца.

Надеемся, наша статья оказалась полезной, и теперь вы знаете, что такое цитоплазма, гиалоплазма и плазмелемма. А также осведомлены, каковы функции, строение и значение для жизнедеятельности организма этих клеточных образований.