Что такое цитоплазма и ее функции. Особенности строения, свойства и функции цитоплазмы. Особенности клеточного размножения

Цитоплазма (от греческого kytos - клетка и plasma - сформировавшееся) - это содержимое растительной или животной клетки, за исключением ядра (кариоплазмы). Цитоплазму и кариоплазму называют протоплазмой. В обычном микроскопе она выглядит как полужидкое вещество (основное вещество, или гиалоплазма), в котором взвешены разнообразные капельки, вакуоли, гранулы, палочковидные или нитевидные структуры. Под электронным микроскопом цитоплазма имеет еще более сложный вид (целый лабиринт мембран с заключенной между ними протоплазмой). Цитоплазма является сложной смесью белков, которые находятся в коллоидном состоянии, жиров, и других органических соединений. Из неорганических соединений в цитоплазме присутствует вода, а также различные минеральные вещества.

Снаружи каждая клетка окружена тончайшей плазматической мембраной (т. е. оболочкой), играющей важную роль в регуляции состава клеточного содержимого и являющейся производной цитоплазмы. Мембрана представляет собой трехслойную структуру (наружный и внутренний слои состоят из белка, между ними расположен слой фосфолипидных молекул) общей толщиной около 120 Å (ангстрем). Клеточная стенка пронизана мельчайшими отверстиями - порами, через которые протоплазма одной клетки может обмениваться с протоплазмой других, соседних клеток.

В цитоплазме располагаются различные органоиды - специализированные структуры, выполняющие определенные функции в жизни клеток. Среди них важнейшую роль в обмене веществ играют митохондрии; в обычном микроскопе они видны в виде небольших палочек или зернышек. Данные указывают на их сложную структуру. Каждая митохондрия имеет оболочку, состоящую из трех слоев и внутренней полости. От оболочки в эту полость, заполненную жидким содержимым, вдаются многочисленные перегородки, не доходящие до противоположной стенки, называемые кристами. С митохондриями связаны дыхательные процессы. В цитоплазме имеется так называемая эндоплазматическая сеть (ретикулум) - разветвленная система субмикроскопических канальцев, трубочек и цистерн, ограниченных мембранами. Мембраны эндоплазматической сети двойные. На стороне, обращенной к основному веществу цитоплазмы, на каждой мембране расположены многочисленные гранулы, в состав которых входит рибонуклеиновая кислота, в соответствии с чем их стали называть рибосомами. При участии рибосом в эндоплазматической сети происходит синтез белков.

Одним из компонентов цитоплазмы является сетчатый аппарат или «комплекс Гольджи», тесно связанный с эндоплазматической сетью и участвующий в процессах секреции. Имеются данные, показывающие, что мембраны ядра клетки (см.) без перерыва переходят в мембраны эндоплазматической сети и комплекса Гольджи. В цитоплазме некоторых животных клеток могут присутствовать фибриллы - тонкие нитевидные образования и трубочки, являющиеся сократительными элементами. Часто в цитоплазме видны зерна гликогена (у растений - крахмала), жировые вещества в виде мелких капель и другие структуры. См. также Клетка.

Цитоплазма (от греч. kytos - клетка и plasma - что-либо вылепленное, сформировавшееся) - содержимое клетки, за исключением ядра (кариоплазма). Цитоплазму и кариоплазму называют протоплазмой. Иногда термин «протоплазма» неправильно употребляют в узком смысле слова для обозначения внеядерной части клетки, однако в этом смысле целесообразнее оставить термин «цитоплазма». В физико-химическом отношении цитоплазма представляет многофазную коллоидальную систему. Дисперсионная среда цитоплазмы - вода (до 80%). Дисперсная фаза содержит белковые и жировые вещества, образующие агрегаты молекул - мицеллы. Цитоплазма - вязкая жидкость, практически бесцветная, с удельным весом примерно 1,04, часто сильно преломляющая свет, вследствие чего она бывает видна под микроскопом даже в неокрашенных клетках.

Характерная особенность цитоплазмы, определяющая ее биологические свойства,- неустойчивость коллоидов, способность к быстро сменяющим друг друга состояниям желатинизации и разжижения. Этим обстоятельством объясняется разнообразие картин строения цитоплазмы (зернистое, нитчатое, сетчатое и т. д.), описываемых разными исследователями. В зависимости от возраста клетки, ее физиологического состояния, функции и т. д. может наблюдаться разное строение цитоплазмы. Большое значение имеет также характер предварительной обработки (особенно гистологической фиксации), примененной при получении препарата. Морфология цитоплазмы зависит от состояния ее коллоидов.

В цитоплазме обнаруживают около 60 биогенных элементов; важнейшие ее химические компоненты - белки, углеводы, липоиды и ряд солей. Определяющее отличие цитоплазмы от ядра - присутствие значительного количества рибонуклеиновой кислоты (РНК).

В цитоплазме локализованы ферменты углеводного и белкового обмена и другие, регулирующие энергетику клетки. В оптическом микроскопе цитоплазма чаще всего представляется гомогенной или слабо структурированной коллоидальной массой, в которой, кроме ядра, расположены органоиды (органеллы) и включения. Органоиды - обязательные (или, по крайней мере, постоянно встречающиеся в определенных категориях клеток) компоненты цитоплазмы, выполняющие определенную функцию и имеющие определенное строение, наиболее соответствующее выполнению этой функции. К органоидам относят митохондрии, аппарат Гольджи, клеточный центр, пластиды растительных клеток и др. Включения - временные образования, связанные с тем или иным этапом клеточного метаболизма (секреция, отложение отработанных веществ, пластических и энергетических резервных веществ и т. д.). Наиболее широко распространены включения нейтральных жиров и гликогена. Цитоплазма окрашивается кислыми красителями, и тогда в ней отчетливо обнаруживаются две зоны - центральная, обладающая малой вязкостью и содержащая значительное число включений (эндоплазма), и периферическая с высокой плотностью и отсутствием включений (эктоплазма). Самый периферический слой эктоплазмы (поверхностный, или корковый) обладает рядом важных свойств, обеспечивающих процессы химического и физического взаимодействия между клеткой и окружающей средой. В цитоплазме некоторых клеток (секреторных, слюнных и поджелудочной желез, кроветворных) обнаруживают резко базофильные участки - эргастоплазму.

Значительное изменение во взглядах на строение цитоплазмы произошло в связи с использованием электронного микроскопа. Выяснилось, что цитоплазма состоит из основного вещества (матрица, гиалоплазма), в котором содержатся две другие важные составные части - эндоплазматическая сеть и рибосомы, а кроме того, органоиды и включения. Гиалоплазма - жидкая или полужидкая непрерывная фаза между более плотными компонентами цитоплазмы. Гиалоплазма гомогенна или мелкозерниста, однако иногда в ней обнаруживают фибриллярные компоненты (так называемые структурные белки), создающие некоторую устойчивость этой части цитоплазмы и объясняющие такие ее свойства, как эластичность, сократимость, устойчивость (ригидность) и др. Вязкость цитоплазмы даже однотипных клеток различна: в яйцах морского ежа она равна 3 спз, а у инфузории парамеции - 8000 спз.

Эндоплазматическая сеть (названная так потому, что она впервые была описана во внутренних участках клетки) представляет систему двойных мембран, между которыми имеются пространства, образующие канальцы, пузырьки и расширенные полости - цистерны. Эндоплазматическая сеть, формирующая так называемую вакуолярную систему клетки, связывает в одно целое поверхностную оболочку клетки, цитоплазму, митохондрии и ядерную оболочку. Вследствие существования такой связи возможен непрерывный метаболический обмен между всеми участками клетки.

На наружной поверхности эндоплазматических мембран базофильных территорий (эргастоплазма) располагаются многочисленные рибосомы (гранулярный тип эндоплазматической сети); гладкий тип этого органоида характерен для участков, в которых происходит синтез жиров и углеводов. Эндоплазматическая сеть обнаружена во всех клетках (за исключением зрелых эритроцитов млекопитающих), однако она слабо развита в недифференцированных (например, эмбриональных) клетках и получает наиболее сильное развитие в активно метаболирующих клетках. Рибосомы - гранулы диаметром 150-350 Å. - обязательный компонент цитоплазмы. В наиболее примитивно построенных клетках они располагаются свободно в гиалоплазме, в более высокоорганизованных, как правило, связаны с эндоплазматической сетью. Рибосомы содержат аминокислоты и РНК. Нить последней соединяет их в активные комплексы, носящие название полирибосом. Основная функция этих органоидов - синтез специфического белка, процесс, в котором определяющую роль играет так называемая информационная РНК.

Клеточная оболочка - поверхностный участок цитоплазмы - имеет толщину 70-120 Å и состоит из одного липоидного и двух белковых слоев; именно существование этой оболочки определяет избирательную проницаемость клетки для ряда веществ. Поверхностный участок цитоплазмы осуществляет начальные этапы процессов фагоцитоза (см.), т. е. захватывания твердых тел, и пиноцитоза (см), заглатывания жидкостей, что имеет решающее значение при активном проникновении этих веществ в клетку или защитном захватывании ею болезнетворных микроорганизмов (бактерий, простейших). В цитоплазме происходит в некоторых случаях процесс их обезвреживания, а в других (например, при вирусной инфекции), наоборот,- их размножение.

Цитоплазма - носитель наследственных единиц, обусловливающих свойства организма, способные передаваться потомству (цитоплазматическая наследственность). Корренс (С. Correns) впервые показал, что пестролистность и дефекты хлорофиллообразования у растений зависят от присутствия и распределения бесцветных и окрашенных органоидов - пластид, ведающих образованием в растительной клетке органических веществ из воды и углекислоты при помощи солнечного света. Таким образом, через цитоплазму передаются определенные наследственные признаки. Явления цитоплазматической наследственности, впервые описанные у растений, были затем обнаружены у разнообразных организмов. Так, Эфрусси (В. Ephrussi) показал, что, воздействуя акридиновыми соединениями, можно получить мелкую наследственную расу дрожжей. Ее появление, очевидно, связано с изменением митохондрий. У дрозофилы с цитоплазматической наследственностью, передающейся через яйцеклетку, связана различная чувствительность к действию CO 2 . Наконец, антигенные свойства клеток животных и человека, передающиеся от одного поколения к другому, также определяются, очевидно, цитоплазматической наследственностью. Однако не следует считать, что свойства цитоплазмы, в том числе и ее участие в наследовании признаков, обособлены от свойств остальных составных частей клетки, в первую очередь ядра. Вследствие существования единой вакуолярно-мембранной системы имеется непрерывная связь, обеспечивающая обмен разнообразными материалами между всеми компонентами клетки. Она особенно усиливается в некоторые периоды жизнедеятельности клетки. Так, в процессе деления смешивается ядерное вещество и цитоплазма и из образовавшейся миксоплазмы формируется митотический аппарат (см. Митоз).

Процессы синтеза белков в цитоплазме начинаются с выхода из ядра информационной РНК (см. Нуклеиновые кислоты).

Отделенная от окружающей среды плазмолеммой, включает в себя основное вещество (матрикс и гиалоплазма), находящиеся в ней обязательные клеточ-ные компоненты - органеллы, а также различные непостоянные структу-ры - включения.

В электронном микроскопе матрикс цитоплазмы имеет вид гомогенного или тонкозернистого вещества с низкой электронной плотностью. Основное вещество цитоплазмы заполняет пространство между плазмалеммой, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Гиалоплазма является сложной коллоидной системой, включающей в себя различные биополимеры . Основное вещество цитоплазмы образует истинную внутреннюю среду клетки, которая объединяет все внутриклеточные структуры и обеспечивает взаимодействие их друг с другом.

В электронном микроскопе матрикс цитоплазмы имеет вид гомогенного или тонкозернистого вещества с низкой электронной плотностью. Включает микротрабекулярную сеть, образованную тонкими фибриллами толщиной 2-3 нм и пронизывающей всю цитоплазму. Основное вещество цитоплазмы следует рассматри-вать так же, как сложную коллоидную систему, способную переходить из жидкого состояния в гелеобразное.

Функции:

Объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие друг с другом.

Является вместилищем для ферментов и АТФ.

Откладываются запасные продукты.

Происходят различные реакции (синтез белка).

Постоянство среды.

Является каркасом.

Включениями называют непостоянные ком-поненты цитоплазмы, которые служат запасными питательными ве-ществами, продуктами, подлежащими выведению из клетки, балластными веществами.

Органеллы — это постоянные структуры цитоплазмы, выполняю-щие в клетке жизненно важные функции.

Немембранные органеллы:

1) Рибосомы - мелкие тельца грибовидной формы, в которых идет синтез белка. Они состоят из рибосомальной РНК и белка, образующего большую и малую субъединицы.

2) Цитоскелет - опорно-двигательная система клетки, включающая не-мембранные образования, выполняющие как каркас-ную, так и двигательную функции в клетке. Эти нитчатые или фибрилляр-ные могут быстро возникать и так же быстро исчезать. К этой системе отно-сятся фибриллярные структуры(5-7нм) и микротрубочки (состоят из 13 субъединиц).

3) Клеточный центр состоит из центриолей (длинна 150 нм, диаметр 300-500 нм), окруженных центросферами.

Центриоли состоят из 9 триплетов микротрубочек. Функции:

Образование нитей митотического веретена деления.

Обеспечение расхождения сестринских хроматид в анафазе митоза.

4) Реснички (Ресничка представляет собой тонкий цилиндрический вырост цитоплаз-мы с постоянным диаметром 300 нм. Этот вырост от основания до самой его верхушки покрыт плазматической мембраной) и жгутики (длинна 150 мкм) - это специальные органеллы движения, встречающиеся в некоторых клетках различных организмов.

Наряду с именно цитоплазма является одной из главных частей клетки, этого строительного материала всякой органической материи. Цитоплазма играет в жизни клетки очень важную роль, она объединяет собой все клеточные структуры, способствует их взаимодействию друг с другом. Также в цитоплазме располагается ядро клетки и все . Если говорить простыми словами, то цитоплазма представляет собой такое вещество, в котором находятся все другие составные части клетки.

Строение цитоплазмы

В состав цитоплазмы входят различные химические соединения, которые представляют собой не однородное химическое вещество, а сложную физико-химическую систему, она к тому же постоянно меняется и развивается и имеет в себе большое содержание воды. Важным компонентом цитоплазмы является белковая смесь в коллоидном состоянии в сочетании с нуклеиновыми кислотами, жирами и углеводами.

Также цитоплазма разделяется на две составные части:

эндоплазму,
экзоплазму.

Эндоплазма располагается в центре клетки и имеет более текучую структуру. Именно в ней находятся все самые важные органоиды клетки. Экзоплазма располагается по периметру клетки, где граничит с ее мембраной, она более вязкая и плотная по консистенции. Она играет связующую роль клетки с окружающей средой.

Рисунок цитоплазмы.

Функции цитоплазмы

Какую функцию выполняет цитоплазма? Очень важную – в цитоплазме проходят все процессы клеточного метаболизма, за исключением синтеза нуклеиновых кислот (он осуществляется в ядре клетки). Помимо этой, самой важной функции, цитоплазма играет такие полезные роли:

заполняет клеточную полость,
является связующим звеном для клеточных компонентов,
определяет положение органоидов,
является проводником для физических и химических процессов на внутриклеточном и межклеточном уровнях,
поддерживает внутреннее давление клетки, ее объем, упругость и т. д.

Движение цитоплазмы

Способность цитоплазмы к движению является важным ее свойством, благодаря этому обеспечивается связь органоидов клетки. В биологии движение цитоплазмы называется циклозом, оно является постоянным процессом. Движение цитоплазмы в клетке может иметь струйчатый, колебательный или круговой характер.

Деление цитоплазмы

Еще одним свойством цитоплазмы является ее деление, без которого было бы попросту невозможно само деление клетки. Деление цитоплазмы осуществляется посредством

Структура цитоплазмы

Внутреннее содержимое клетки делится на цитоплазму и ядро. Цитоплазма – это основная по объёму часть клетки.

Определение 1

Цитоплазма – это отделённая от внешней среды клеточной оболочкой внутренняя полужидкая коллоидная среда клетки, в которой расположены ядро, все органеллы мембранного и немембранного строения.

Всё пространство между органоидами в клетке заполнено растворимым содержимым цитоплазмы (цитозолем ). Агрегатное состояние цитоплазмы может быть различным: редким – золь и вязким – гель . По химическому составу цитоплазма достаточно сложная. Это полужидкая слизистая бесцветная масса сложного физико-химического строения (биологический коллоид).

Клетки животного происхождения и очень молодые растительные клетки полностью заполнены цитоплазмой. В растительных клетках при дифференциации образуются мелкие вакуоли , в процессе слияния которых образуется центральная вакуоль, а цитоплазма отходит к оболочке и выстилает её сплошным слоем.

В цитоплазме содержатся:

соли (1%),
сахара (4-6%),
аминокислоты и белки (10-12%),
жиры и липиды (2-3%) ферменты,
до 80% воды.

Все эти вещества образуют коллоидный раствор, который не смешивается с водой или вакуолярным содержимим.

В состав цитоплазмы входят:

матрикс (гиалоплазма),
цитоскелет,
органеллы,
включения.

Гиалоплазма – коллоидная бесцветная структура клетки. Она состоит из растворимых белков, РНК, полисахаридов, липидов и определённым образом расположенных клеточных структур: мембран, органелл, включений.

Цитоскелет , или внутриклеточный скелет, - система белковых образований, - микротрубочек и микронитей – выполняет в клетке опорную функцию, участвует в изменении формы клетки и её движении , обеспечивает определённое расположение ферментов в клетке.

Органеллы – это стабильные клеточные структуры, выполняющие определённые функции, обеспечивающие все процессы жизнедеятельности клетки (движение, дыхание, питание, синтез органических соединений, их транспорт, сохранение и передачу наследственной информации).

Органеллы эукариот делятся на:

двумембранные (митохондрии, пластиды);
одномембранные (эндоплазматическая сеть, аппарат (комплекс) Гольджи, лизосомы, вакуоли);
немембранные (жгутики, реснички, псевдоподии, миофибриллы).

Включения – временные структуры клетки. К ним относятся запасные соединения и конечные продукты обмена веществ: зёрна крахмала и гликогена, капли жира, кристаллы солей.

Функции и свойства цитоплазмы

Цитоплазматическое содержимое клетки способно двигаться, что благоприятствует оптимальному размещению органоидов и в результате лучше протекают биохимические реакции, выделение продуктов обмена и т. п.

У простейших (амёба) благодаря движению цитоплазмы осуществляется основное передвижение клеток в пространстве.

Цитоплазмой сформированы различные внешние образования клетки – жгутики, реснички, выросты поверхности, которые играют важную роль в движении клеток и способствуют соединению клеток в ткани.

Цитоплазма является матриксом для всех клеточных элементов, обеспечивая взаимодействие всех клеточных структур, в ней происходят разнообразные химические реакции, по цитоплазме вещества перемещаются в клетке, а также из клетки в клетку.

Цитоплазма - содержимое клетки за пределами ядра, заключенное в плазматическую мембрану. Она имеет прозрачный цвет и гелеподобную консистенцию. Цитоплазма состоит в основном из воды, а также содержит ферменты, соли, и различные органические молекулы.

Функция цитоплазмы

Цитоплазма функционирует для поддержки и суспендирования органелл и клеточных молекул. Многие клеточные процессы также происходят в цитоплазме.

Некоторые из этих процессов включают синтез белка, первую стадию , известную как гликолиз, и . Кроме того, цитоплазма помогает перемещать вещества, такие как гормоны, вокруг клетки, а также растворяет клеточные отходы.

Компоненты цитоплазмы

Органеллы

Органеллы - это крошечные клеточные структуры, которые выполняют определенные функции внутри клетки. Примеры органелл включают: , и .

Также внутри цитоплазмы находится , сеть волокон, которые помогают клетке поддерживать свою форму и обеспечивают поддержку органелл.

Цитоплазматические включения

Цитоплазматические включения представляют собой частицы, временно суспендированные в цитоплазме. Включения состоят из макромолекул и гранул.

Три типа включений, встречающихся в цитоплазме, представляют собой секреторные и питательные включения, а также пигментные гранулы. Примерами секреторных включений являются белки, ферменты и кислоты. Гликоген (хранилище молекул глюкозы) и липиды являются примерами питательных включений. Меланин, присутствующий в клетках кожи, является примером включения пигментных гранул.

Цитоплазматические отделы

Цитоплазму можно разделить на две основные части: эндоплазму и эктоплазму. Эндоплазма представляет собой центральную область цитоплазмы, которая содержит органеллы. Эктоплазма представляет собой более гелеподобную периферическую часть цитоплазмы клетки.

Клеточная мембрана

Клеточная или плазматическая мембрана - это структура, предотвращающая пролитие цитоплазмы из клетки. Эта мембрана состоит из фосфолипидов, образующих липидный бислой, который отделяет содержимое клетки от внеклеточной жидкости. Липидный бислой является полупроницаемым, а это означает, что только некоторые молекулы способны диффундировать через мембрану для входа или выхода из клетки. Внеклеточная жидкость, белки, липиды и другие молекулы могут быть добавлены в цитоплазму клетки при помощи . В этом процессе молекулы и внеклеточная жидкость интернализуются, когда мембрана образует везикулу.

Везикула отделяет жидкость, молекулы и почки от клеточной мембраны, образуя эндосому. Эндосома перемещается внутри клетки, чтобы доставить ее содержимое в соответствующие пункты назначения. Вещества удаляются из цитоплазмы путем . В этом процессе везикулы, почкованные из тел Гольджи, сливаются с клеточной мембраной, вытесняя их содержимое из клетки. Плазматическая мембрана также обеспечивает структурную поддержку клетки, выступая в качестве стабильной платформы для прикрепления цитоскелета и .