Цитоплазма, её строение, химический состав.
Цитоплазма – обязательная составная часть клетки. В ней происходят сложные и разнообразные процессы синтеза, дыхания, роста, ей присущи явления раздражимости и наследственности, т.е. все те свойства, которые характеризуют жизнь.
Цитоплазма представляет собой вязкую прозрачную бесцветную массу с удельным весом 1,04 – 1,06. Свет преломляет чуть сильнее воды. Цитоплазма упруга, эластична, с водой не смешивается. Во многих клетках можно наблюдать ее движение: в клетках с одной крупной центральной вакуолью – круговое (циклоз), в клетках со многими вакуолями и тяжами цитоплазмы между ними – струйчатое. Ток цитоплазмы вовлекает в движение клеточные органоиды.
Цитоплазма дифференцирована на бесструктурную массу – гиалоплазму и оформленные образования – клеточные органоиды. Гиалоплазма (цитоплазматический матрикс) – сложная коллоидная система, образованная белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, водой и другими веществами. В зависимости от физиологического состояния и воздействия внешней среды гиалоплазма может находиться в виде золя (жидкости) или геля (более упругого плотного вещества). Гиалоплазма является внутренней средой клетки, где протекают реакции внутриклеточного обмена.
В гиалоплазме клеток, между ядерной оболочкой и цитоплазматической мембраной, расположен цитоскелет – механический каркас цитоплазмы. Он представляет собой сложную трехмерную сеть филаментов (белковых трубочек): микрофиламентов (6 – 8 нм), образованных белком актином; промежуточных волокон (10 нм), состоящих из разных фибриллярных белков (цитокератинов и др.); микротрубочек (около 25 нм), построенных из тубулина и способных сокращаться. Цитоскелет выполняет различные функции:
- определяет форму клетки;
- упорядочивает размещение всех структурных компонентов клетки;
- участвует в различных движениях самой клетки (при делении) и во внутриклеточном перемещении органоидов и отдельных соединений;
- микротрубочки непосредственно участвуют в образовании веретена деления и растягивании хромосом при митозе и мейозе;
- по микротрубочкам органоиды передвигаются в те места клетки, где они нужны в данный момент;
- микрофиламенты взаимодействуют с микротрубочками и обеспечивают амёбоидное движение одноклеточных организмов;
Микротрубочки содержатся во всех эукариотических клетках и представляют собой полые неразветвленные цилиндры, диаметр которых не превышает 30 нм, а толщина стенки — 5 нм. В длину они могут достигать нескольких микрометров. Легко распадаются и собираются вновь. Стенка микротрубочек в основном построена из спирально уложенных субъединиц белка тубулина. Считают, что роль матрицы (организатора микротрубочек) могут играть центриоли, базальные тельца жгутиков и ресничек, центромеры хромосом. Функции микротрубочек: выполняют опорную функцию; придают клетке определенную форму; образуют веретено деления; обеспечивают расхождение хромосом к полюсам клетки; отвечают за перемещение клеточных органелл; принимают участие во внутриклеточном транспорте, секреции, формировании клеточной стенки; являются структурным компонентом ресничек, жгутиков, базальных телец и центриолей.
Микрофиламенты представлены нитями диаметром 6 нм, состоящими из белка актина, близкого к актину мышц. Актин составляет 10-15% общего количества белка клетки. В большинстве животных клеток образуется густая сеть из актиновых филаментов и связанных с ними белков под самой плазматической мембраной. Эта сеть придает поверхностному слою клетки механическую прочность и позволяет клетке изменять свою форму и двигаться. Помимо актина, в клетке обнаруживаются и нити миозина. Однако количество их значительно меньше. Благодаря взаимодействию актина и миозина происходит сокращение мышц.
Микрофиламенты связаны с движением всей клетки либо ее отдельных структур внутри нее. В некоторых случаях движение обеспечивается только актиновыми филаментами, в других — актином вместе с миозином.
Микротрабекулярная система представляет собой сеть из тонких фибрилл — трабекул (перекладин), в точках пересечения или соединения концов которых располагаются рибосомы. Микротрабекулярная система — динамичная структура: при изменении условий она может распадаться и вновь собираться. Функции микротрабекулярной решетки: служит опорой для клеточных органелл; осуществляет связь между отдельными частями клетки; направляет внутриклеточный транспорт.
Элементы цитоскелета очень динамичны: в определенных участках клетки при изменении внешних и внутренних условий могут распадаться на отдельные молекулы и вновь собираться. Образующиеся молекулы белка переходят в раствор в составе гиалоплазмы, изменяя агрегатное состояние гиалоплазмы с гелеобразного (гель) на жидкое (золь). При полимеризации белковых субъединиц и сборке микротрубочек и микрофиламентов наблюдается обратный процесс.
Функции гиалоплазмы:
1) является внутренней средой клетки, в которой происходят многие химические процессы;
2) объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие между ними;
3) определяет местоположение органоидов в клетке;
4) обеспечивает внутриклеточный транспорт веществ (аминокислот, сахаров и др.) и перемещение органоидов (движение хлоропластов в растительных клетках);
5) является зоной перемещения молекул АТФ;
6) определяет форму клетки.
Цитоплазма – сложная химическая многокомпонентная система, содержащая 75-86% воды, 10-20% белков, 2-3% липидов, 1-2% углеводов, 1% минеральных солей. Это суммарный и приблизительный состав цитоплазмы, который не отражает сложности ее химической структуры.
В цитоплазме в растворенном состоянии содержится большое количество свободных аминокислот и нуклеотидов, множество промежуточных продуктов, возникающих при синтезе и распаде молекул. Также обнаруживается большое количество ионов Na+, K+, Mg2+, Cl-, HCO32-, HPO42- и др.