Цитоплазма. функции цитоплазмы. строение цитоплазмы. движение цитоплазмы

Взаимосвязь строения и функций частей и органоидов клетки – основа ее целостности

Органоиды — относительно обособленные компоненты, обладающие специфическими функциями и особенностями строения. Основная часть генетического материала эукариотической клетки сосредоточена в ядре. Центральный органоид в одиночку не в состоянии обеспечить реализацию наследственной информации. Принимают участие цитоплазма и рибосомы. Они расположены в основном на шероховатой эндоплазматической сети.

Синтезированные белки транспортируются в комплекс Гольджи, после преобразований — в те части клетки, где они нужны. Благодаря лизосомам клетки не превращаются в «свалки отходов».

Митохондрии вырабатывают энергию, необходимую для осуществления процессов в клетке. Хлоропласты у растений служат для получения исходного материала, участвующего в энергетических превращениях.

Условно все органоиды клетки делят на три группы по характеру выполняемых функций. Митохондрии и хлоропласты осуществляют превращения энергии. Рибосомы, их скопления осуществляют синтез белков. Другие образования принимают участие в синтезе и обмене веществ.

Несмотря на существующие различия, все части клетки тесно взаимодействуют. Органоиды взаимосвязаны не только в пространстве, но и химически. Связывает все части клетки цитоплазма, в ней же происходят многочисленные реакции. В результате формируется единая структурная и функциональная система.

Строение растительной клетки

Рис.1 Растительная клетка

Отличие клеточного строения растений от животных — наличие стенки, состоящей из целлюлозы, пектина, лигнина.

Под прочной оболочкой находится плазматическая мембрана, имеющей типичное строение. Есть поры, через которые осуществляется связь между соседними клетками посредством плазмодесм, цитоплазматических мостиков. Нет центриолей, характерных для животных.

Важное отличие растительных организмов — наличие пластид. Крупные хлоропласты придают частям растений зеленый цвет

Фотосинтез в зеленых пластидах — процесс автотрофного питания. Растения создают органическое вещество из воды и углекислого газа при участии солнечного света.

Оранжевая и желтая окраска обусловлена присутствием других типов пластид, красная и синяя — возникает благодаря антоцианам. Лейкопласты и хромопласты специализируются на хранении веществ.

Крупная центральная вакуоль в растительной клетке заполнена клеточным соком. Органоиду принадлежит ведущая роль в поддержании тургора, хранении полезных веществ и разрушении старых белков, отживших свое органоидов.

Строение животной клетки

Это типичные эукариотические клетки. Под плазматической мембраной находятся цитоплазма и органоиды. Клеточной стенки нет. ДНК локализована в ядре и митохондриях.

Рис.2 Животная клетка

Вакуоли в клетках животных выполняют пищеварительные и сократительные функции. Центриоли состоят из пучков микротрубочек, принимающих участие в процессе деления. В качестве органелл движения могут присутствовать реснички и жгутики. Они важны для перемещения одноклеточных животных. В организме многоклеточных создают движение жидкостей или молекул твердых веществ вдоль неподвижных клеток.

Клетка — мельчайшая единица строения многоклеточных организмов. У одноклеточных это и есть тело. Любая клетка представляет собой сложную биохимическую систему. Части или органоиды действуют как единое целое, обеспечивают жизнедеятельность, а при размножении — передачу наследственных признаков.

Смотри также:

Химический состав клетки. Макро- и микроэлементы. Взаимосвязь строения и функций неорганических и органических веществ, входящих в состав клетки. Роль химических веществ в клетке и организме человека
Обмен веществ и превращения энергии – свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание.
Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле

Структура и компоненты

В прокариотах (например, бактерии), которые не имеют ядра, соединенного с мембраной, цитоплазма представляет все содержимое клетки внутри плазматической мембраны. В эукариотах (например, клетки растений и животных) цитоплазма образована тремя отличающимися друг от друга компонентами: цитосоль, органоиды, различные частицы и гранулы, носящие название цитоплазматических включений.

Цитосоль, органоиды, включения

Цитосоль представляет собой полужидкий компонент, расположенный внешне по отношению к ядру и внутри плазматической мембраны. Цитосоль составляет приблизительно 70% объема клетки и состоит из воды, волокон цитоскелета, солей и органических и неорганических молекул, растворенных в воде. Также содержит протеины и растворимые структуры такие, как рибосомы и протеасомы. Внутренняя часть цитосоля, наиболее текучая и гранулированная, называется эндоплазмой.

Органоид означает «маленький орган», который связан с мембраной. Органоиды находятся внутри клетки и выполняют специфические функции, необходимые для поддержания жизни этого наименьшего кирпичика жизни. Органоиды представляют собой маленькие клеточные структуры, выполняющие специальные функции. Можно привести следующие примеры:

митохондрии;
рибосомы;
ядро;
лизосомы;
хлоропласты (в растениях);
эндоплазматическая сеть;
аппарат Гольджи.

Внутри клетки также находится цитоскелет — сеть волокон, помогающих ей сохранять свою форму.

Цитоплазматические включения, будучи небольшими частицами, взвешенными в цитосоле, представляют собой разнообразную гамму включений, присутствующих в различного типа клетках. Это могут быть как кристаллы оксалата кальция или диоксида кремния в растениях, так и гранулы крахмала и гликогена. Широкую гамму включений представляют собой липиды, имеющие сферическую форму, присутствующие как в прокариотах, так и в эукариотах, и служащие для накопления жиров и жирных кислот. Например, такие включения занимают большую часть объема адипоситов — специализированных накопительных клеток.

Клетки растений и животных

Подобие внутреннего содержимого клеток растений и животных говорит об их одинаковом происхождении. Цитоплазма обеспечивает механическую поддержку внутренним структурам клетки, которые находятся в ней во взвешенном состоянии.

Цитоплазма поддерживает форму и консистенцию клетки, а также содержит множество химических веществ, являющихся ключевыми для поддержания жизненных процессов и метаболизма.

Реакции метаболизма, такие как гликоз и синтез протеинов, происходят в желеобразном содержимом. В клетках растений, в отличие от животных, присутствует движение цитоплазмы вокруг вакуоли, которое известно как цитоплазматическое течение.

Цитоплазма клеток животных представляет собой вещество, подобное гелю, растворенному в воде, она заполняет весь объем клетки и содержит белки и другие важные молекулы, необходимые для жизнедеятельности. Гелеобразная масса содержит протеины, углеводороды, соли, сахара, аминокислоты и нуклеотиды, все клеточные органоиды и цитоскелет.

Функции

Наполняет внутриклеточное пространство;
связывает между собой все структурные элементы клетки;
транспортирует синтезированные вещества между органоидами и за пределы клетки;
устанавливает месторасположение органелл;
является средой для физико-химических реакций;
отвечает за клеточный тургор, постоянство внутренней среды клетки.

Функции цитоплазмы в клетке зависят также от вида самой клетки: растительная она, животная, эукариотическая или прокариотическая

Но во всех живых клетках в цитоплазме происходит важное физиологическое явление – гликолиз. Процесс окисления глюкозы, который осуществляется в аэробных условиях и заканчивается высвобождением энергии

Органоиды движения

Чтобы передвигаться, у бактерий есть специальные органоиды ─ жгутики, имеющиеся и у простейших животных. Они состоят из белковых молекул и выглядят как тонкие, нитеобразные, удлиненные структуры. Сама длина жгутиков в несколько раз длиннее микроорганизма. Жгутики имеют длину от 3 до 12 мкм и толщину от 12 до 20 нм. Фиксируются они к цитоплазматической мембране с помощью специальных дисков. Увидеть их можно только под электронным микроскопом или после предварительной обработки красящими препаратами под световым микроскопом. Они не обеспечивают жизнь микроорганизма, да и их количество у разных особей может варьироваться от 1 до 50. В зависимости от того, где прикреплены жгутики, различают:

монотрихи, имеющие один жгутик;
амфитрихи, имеющие два или собранные в пучок несколько штук, расположенные полярно относительно друг друга;
лофотрихи, имеют пучок с одной стороны;
перитрихи, имеют жгутики по всей длине клетки;
атрихии, не имеют вообще жгутиков.

Различают несколько видов целенаправленного движения:

хемотаксис ─ когда во внешней среде различное насыщение химическими веществами;
аэротаксис ─ различное скопление кислорода;
фототаксис ─ различная степень освещенности;
магнитотаксис ─ способность реагировать на магнитное поле.

Что такое цитоплазма

Цитоплазма представляет собой вязкое (желеподобное) прозрачное вещество, которое заполняет каждую клетку и ограничено клеточной мембраной. В ее состав входят вода, соли, белки и другие органические молекулы.

Все органоиды эукариотов, такие как ядро, эндоплазматический ретикулят и митохондрии, расположены в цитоплазме. Часть ее, которая не содержится в органоидах, называется цитосоль. Хотя может показаться, что цитоплазма не имеет ни формы, ни структуры на самом деле она представляет собой высокоорганизованное вещество, которое обеспечивается за счет так называемого цитоскелета (белковая структура). Открыта была цитоплазма в 1835 году Робертом Брауном и другими учеными.

Функции цитоплазмы

Цитоплазма является местом для большинства ферментативных реакций и метаболической активности клетки. Клеточное дыхание начинается в цитоплазме с анаэробное дыхание или гликолиз. Эта реакция дает промежуточные продукты, которые используются митохондриями для генерации АТФ. Кроме того, трансляция мРНК в белки на рибосомах также происходит в основном в цитоплазме. Часть этого происходит на свободных рибосомах, подвешенных в цитозоле, а остальное происходит на рибосомах, закрепленных на эндоплазматическая сеть.

Цитоплазма также содержит мономеры, которые продолжают генерировать цитоскелет. Цитоскелет, помимо того, что важен для нормальной деятельности клетки, имеет решающее значение для клеток, которые имеют специализированную форму. Например, нейроны с их длинными аксонами нуждаются в наличии промежуточных нитей, микротрубочек и актиновых нитей, чтобы обеспечить жесткую основу для потенциала действия, который будет передан следующей клетке. Кроме того, некоторые эпителиальные клетки содержат маленькие реснички или жгутики для перемещения клетки или удаления инородных частиц посредством скоординированной активности цитоплазматических экструзий, образованных через цитоскелет.

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

викторина

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

Ответ на вопрос № 1

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

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

Ответ на вопрос № 2

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

3. Какое из этих утверждений верно в отношении нуклеиновых кислот в цитоплазме?A. Все клетки содержат цитоплазматические нуклеиновые кислотыB. Только некоторые органеллы в цитоплазме, такие как митохондрии или хлоропласты, содержат нуклеиновые кислотыC. Нуклеиновые кислоты никогда не обнаруживаются в цитоплазмеD. Ни одно из этих утверждений не всегда верно

Ответ на вопрос № 3

верно. Нуклеиновые кислоты включают РНК в дополнение к ДНК, и поэтому каждая клетка содержит нуклеиновые кислоты в своей цитоплазме. Многие белки, необходимые для нормального функционирования клетки, синтезируются путем трансляции молекул РНК в цитоплазме. Митохондрии и хлоропласты являются особыми, потому что они содержат свою собственную геномную ДНК, однако, даже красный кровь клетки, которые потеряли все свои органеллы, содержат РНК и продолжают продуцировать белки в своей цитоплазме.

Основные характеристики

Внутренний и наружный слои внутриклеточного вещества отличаются по структуре и функциям.

Эктоплазма — наружный слой. Он более плотный, поскольку часто участвует в поступательных движениях (например, у простейших). В нем отсутствуют органеллы и нет гранул. Однако в ряде случаев могут присутствовать базальные тельца, к которым крепятся органы движения — реснички.

Консистенция гиалоплазмы — гелеобразная. Ее дисперсная среда четко структурирована и представляет собой нетекучую тиксотропную структуру.

Термин «тиксотропная среда» означает способность менять консистенцию под воздействием окружающих факторов. При этом гель, за счет разрушения микротрубочек, может переходить в менее вязкий золь (цитозоль).

Цитозоль не имеет цвета, он густой и прозрачный. Заполняет все свободное пространство от клеточной мембраны до центра клетки, равномерно распределяясь между органеллами. Своей слизистой консистенцией обеспечивает взаимосвязанную жизнь клеточных элементов. Главная характерная черта — циклоз или непрерывное движение, которое обеспечивает постоянное перемещение органелл. Протекание такого процесса обеспечивается за счет коллоидной консистенции цитоплазмы. Находясь в постоянном движении внутри клетки, она способна расти и воспроизводиться. Для ее нормальной жизнедеятельности необходимо наличие ядра.

Не менее важны такие особенности цитоплазмы, как:

способность абсорбировать или выделять воду;
содержание протеинов;
она является местом, где происходят гликолиз и синтез АТФ;
органоиды клетки регулируют концентрацию и месторасположение внутри клетки неорганических соединений.

Включения

Включения представляют собой компоненты цитоплазмы, которые не соответствуют органеллам и в большинстве случаев не окружены липидными мембранами.

В эту категорию входит большое количество разнородных структур, таких как гранулы пигмента, кристаллы, жиры, гликоген и некоторые отходы.

Эти тела могут окружать себя ферментами, которые участвуют в синтезе макромолекул из вещества, присутствующего во включении. Например, гликоген иногда может быть окружен ферментами, такими как синтез гликогена или гликогенфосфорилаза.

Включения часто встречаются в клетках печени и мышечных клетках. Точно так же включения волос и кожи имеют пигментные гранулы, которые придают им характерный цвет этих структур.

Строение клеточной цитоплазмы

Как было ранее указано, цитоплазма является внутренней частью клетки, и она имеет сложное строение. Во-первых, как консистенция, цитоплазма состоит из цитозоля, иначе именуемого гиалоплазмой, в которой содержится вода, растворённые в ней вещества, включая белки, сахара и жиры, а ещё цитоскелет, состоящий из белков. Во-вторых, цитоплазма состоит из органоидов (они же органеллы), осуществляющих ряд жизненно необходимых функций, от синтезирования веществ до их усваивания и выделения энергии. Но помимо постоянно присутствующих органелл, в цитоплазме есть ещё непостоянные элементы, называемые включениями.

Включения не являются постоянными составляющими цитоплазмы, они возникают как результат различных химических реакций и метаболических процессов как в самой клетке, так и в организме в целом, и на их появление и исчезновение влияет то, в каком состоянии находится клетка и организм. Цитоплазматические включения могут выглядеть как зёрна, капли, вакуоли, гранулы, камешки, могут принимать разную форму и любой размер, а ещё они различны по химическому составу.

Включения делятся на несколько видов. Так, трофическими включениями называют питательные запасы клетки, в основе которых углеводы и жиры (белки в качестве трофических включений присутствуют только внутри яйцеклеток). Функцией пигментных включений является окраска клеток и тканей в определённый цвет. Специфическими являются секретные включения, которые накапливают железистые клетки. Продуктами жизнедеятельности клеток являются экскреты, они в обязательном порядке удаляются из них.

Основные характеристики

Внутренний и наружный слои внутриклеточного вещества отличаются по структуре и функциям.

Не менее важны такие особенности цитоплазмы, как:

способность абсорбировать или выделять воду;
содержание протеинов;
она является местом, где происходят гликолиз и синтез АТФ;
органоиды клетки регулируют концентрацию и месторасположение внутри клетки неорганических соединений.

Примеры в клетках растений и животных

Растения и животные (в т.ч. человек) имеют сходный по строению клеточный аппарат, потому что в нем содержится ядро (научный термин эукариоты). Содержащиеся в ядре цепочки ДНК обеспечивают наследственность в передаче признаков потомству. Ядро четко изолировано от цитоплазмы и в процессе размножения клетки претерпевает процессы деления (митоз и мейоз).

Для роста и развития растительных и животных клеток необходимо поступление в организм энергии, которая выделяется при клеточном дыхании.

Выполнение схожих функций обеспечено аналогичным строением цитоплазмы. Так, в обоих случаях в ее структуре имеются эндоплазматический ретикулум, рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи.

В то же время существует ряд отличий между клетками растительной и животной природы.

Они заключаются в следующих моментах:

Цитоплазматическое наследование

Цитоплазма играет хозяев двух органелл, которые содержат свои собственные геномы – хлоропласт и митохондрии. Эти органеллы наследуются непосредственно от матери через ооцит и поэтому составляют гены, которые наследуются вне ядра. Эти органеллы реплицируются независимо от ядра и отвечают потребностям клетки. Таким образом, цитоплазматическое или экстрануклеарное наследование образует непрерывную генетическую линию, которая не подвергалась смешиванию или рекомбинации с мужским родителем.

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

Основные характеристики

Следует перечислить следующие свойства цитоплазмы:

Цитоплазму можно разделить на две части: эндоплазма, представляющая собой ее центральную область с органоидами, и эктоплазма — периферическая ее часть, подобная гелю.
Цитоплазма представляет собой жидкую субстанцию, заполняющую пространство между клеточной мембраной и органоидами,
Различные части желеобразной массы окрашены в разные оттенки цветов и называются эргатоплазмой,
Смесь разнообразных гранул, органических образований придает ей коллоидную консистенцию,
Периферийная зона цитоплазмы более вязкая и желатинообразная, чем остальная ее часть, и называется плазмогель. Слой же цитоплазмы вокруг клеточного ядра имеет более высокую текучесть, чем остальная ее часть, и называется плазмосоль,
Физическая природа субстанции — коллоидное состояние. Она состоит в основном из воды и частиц различной формы и размера, взвешенные в ней,
Содержит протеины, из которых 20−25% являются растворимыми в воде, включая ферменты,
Также здесь находятся некоторые аминокислоты, углеводороды, неорганические соли, липиды и липидоподобные вещества,
Плазмогель способен абсорбировать либо выделять воду в соответствии с потребностями клетки,
Она имеет целую систему организованных волокон, которые можно наблюдать используя специальную технику раскрашивания,
Субстанция химически представляет собой 90% воды и 10% органических и неорганических образований.

Цитозоль

Цитозоль — это бесцветное, иногда сероватое, студенистое и полупрозрачное вещество, находящееся на внешней стороне органелл. Считается растворимой частью цитоплазмы.

Наиболее распространенным компонентом этого матрикса является вода, составляющая от 65 до 80% от его общего состава, за исключением костных клеток, эмали зубов и семян.

По химическому составу 20% соответствует молекулам белка. В нем более 46 элементов, используемых ячейкой. Из них только 24 считаются необходимыми для жизни.

Среди наиболее заметных элементов можно упомянуть углерод, водород, азот, кислород, фосфор и серу.

Точно так же эта матрица богата ионами, и их удержание приводит к увеличению осмотического давления клетки. Эти ионы помогают поддерживать оптимальный кислотно-щелочной баланс в клеточной среде.

Разнообразие ионов, обнаруживаемых в цитозоле, варьируется в зависимости от исследуемого типа клеток. Например, мышечные и нервные клетки имеют высокие концентрации калия и магния, тогда как иона кальция особенно много в клетках крови.

Строение

Цитоплазма состоит из постоянной жидкой части – гиалоплазмы и элементов, которые меняются – органелл и включений.

Органеллы цитоплазмы делятся на мембранные и немембранные, последние в свою очередь могут быть двухмембранные и одномембранные.

Немембранные органеллы: рибосомы, вакуоли, центросома, жгутики.
Двухмембранные органеллы: митохондрии, пластиды, ядро.
Одномембранные органеллы: аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли эндоплазматический ретикулум.

Также к компонентам цитоплазмы относятся клеточные включения, представлены в виде липидных капель или гранул гликогена.

Основные признаки цитоплазмы:

Бесцветная;
эластичная;
слизисто-вязкая;
структурированная;
подвижная.

Жидкая часть цитоплазмы по своему химическому составу отличается в клетках разной специализации. Основное вещество – вода от 70% до 90%, также в состав входят протеины, углеводы, фосфолипиды, микроэлементы, соли.

Кислотно-щелочное равновесие поддерживается на уровне 7,1–8,5pH (слабощелочное).

Цитоплазма, при изучении на большом увеличении микроскопа, не является однородной средой. Различают две части – одна находится на периферии в области плазмолеммы (эктоплазма), другая – возле ядра (эндоплазма).

Эктоплазма служит связующим звеном с окружающей средой, межклеточной жидкостью и соседними клетками. Эндоплазма – это место расположения всех органелл.

В структуре цитоплазмы выделяют особые элементы – микротрубочки и микрофиламенты.

Микротрубочки – немембранные органоиды, необходимые для перемещения органелл внутри клетки и образования цитоскелета. Глобулярный белок тубулин – основное строительное вещество для микротрубочек. Одна молекула тубулина в диаметре не превышает 5нм. При этом молекулы способны объединятся друг с другом, вместе образуя цепочку. 13 таких цепочек формируют микротрубочку диаметром 25нм.

Молекулы тубулина находятся в постоянном движении для формирования микротрубочек, если на клетку воздействуют неблагоприятные факторы, процесс нарушается. Микротрубочки укорачиваются или вовсе денатурируются. Эти элементы цитоплазмы очень важны в жизни растительных и бактериальных клеток, так как принимают участие в строении их оболочек.

Микротрубочки и микрофиламенты

Микрофиламенты – это субмикроскопические немембранные органеллы, которые образуют цитоскелет. Также входят в состав сократительного аппарата клетки. Микрофиламенты состоят из двух видов белка – актина и миозина. Актиновые волокна тонкие до 5нм в диаметре, а миозиновые толстые – до 25нм. Микрофиламенты в основном сосредоточены в эктоплазме. Существуют также специфические филаменты, которые характерны для конкретного вида клеток.

Микротрубочки и микрофиламенты вместе образуют цитоскелет клетки, который обеспечивает взаимосвязь всех органелл и внутриклеточный метаболизм.

В цитоплазме также выделяют высокомолекулярные биополимеры. Они объединяются в мембранные комплексы, которые пронизывают все внутреннее пространство клетки, предопределяют месторасположение органелл, отграничивают цитоплазму от клеточной стенки.

Особенности строения цитоплазмы заключаются в способности изменять свою внутреннюю среду. Она может пребывать в двух состояниях: полужидком (золь) и вязком (гель). Так, в зависимости от влияния внешних факторов (температура, радиация, химические растворы), цитоплазма переходит из одного состояния в другое.