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 .

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.

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»

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.

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.