2.Строение цитоплазмы, ее химический состав, значение. Строение и функции мембран.

Цитоплазма (протоплазма) как живое содержимое клетки известна была уже в XII веке. Термин протоплазма впервые предложен чешским ученым Пуркинье (1839).

Различают три слоя цитоплазмы: плазмалемму, гиалоплазму, тонопласт.

Плазмалемма - элементарная мембрана, наружный слой цитоплазмы, примыкает к оболочке. Толщина ее около 80А (А – ангстрем, 10-10 м). Состоит из фосфолипидов, белков, липопротеинов, углеводов, неорганических ионов, воды. Может иметь ламеллярную (слоистую) и мицеллярную (капельную) структуры. Чаще всего состоит из 3-х слоев: бимолекулярный слой фосфолипидов (35А), на их долю приходится 40%, поверхность покрыта с обеих сторон прерывистым слоем структурных белков (20 и 25А). В некоторых местах на стыке ламеллярной и мицеллярной структур или между двумя мицеллами наружный и внутренний слои структурных белков могут смыкаться, образуя гидрофильные белковые поры, 7-10А, через которые проходят вещества в растворенном состоянии.

В матрикс мембран бывают встроены молекулы белков, не имеющие ферментативной активности - специфические селективные каналы ионной проводимости (калиевые, натриевые и др.). Наконец, в мембране могут быть белки – ферменты, обеспечивающие поступление в клетку высокомолекулярных веществ. Все эти образования – биохимические поры – обеспечивают главное свойство мембран – полупроницаемость.

Плазмалемма имеет многочисленные складки, углубления, выступы, что уве¬личивает ее поверхность во много раз.

Как мембрана, плазмалемма выполняет важные и сложные функции: 1. Регулирует поступление и выделение веществ клеткой; 2. Преобразует, запасает и расходует энергию; 3. Представляет химический преобразователь;ускоряет превращение веществ; 4. Принимает и преобразует световые, механические и химические сигналы внешнего мира.

Таким образом, плазмалемма контролирует проницаемость клетки, про¬цессы поглощения, превращения, секреции и экскреции веществ.

Тонопласт - внутренняя мембрана, отграничивающая клеточный сок от цитоплазмы

Гиалоплазма. Представляет основу клеточной организации, является вы­ражением ее сущности как живого. С физико-химической точки зрения являет­ся сложной гетерогенной коллоидной системой, где высокомолекулярные со­единения диспергированы в водной среде. В среднем цитоплазма содержит 70-80% воды, 12% белков,1,5-2% нуклеиновых кислот, около 5% жира, 4-6% угле­водов и 0,5-2% неорганических веществ. Может находиться в двух состояниях: золя и геля. Золь - жидкое состояние, обладает вязкостью, гель - твердое со­стояние, обладает эластичностью, растяжимостью. Способна к обратимым пере­ходам "золь-гель переход" под влиянием температуры, концентрации водород­ных ионов, прибавления электролита, механического воздействия.

Цитоплазма находится в постоянном движении , которое в обычных условиях очень медленное и почти незаметное. Повышение температуры, световой или химический раздражитель ускоряют движение цитоплазмы и делают его заметным в световом микроскопе. Увидеть это движение помогают хлоропласты, которые увлекаются током вязкой цитоплазмы. Движение цитоплазмы бывает двух видов: круговое (ротационное) и струйчатое (циркуляционное). Если полость клетки занята одной крупной вакуолью, то цитоплазма движется только вдоль стенок. Это круговое движение. Его можно наблюдать в клетках листа валлиснерии, элодеи. Если в клетке несколько вакуолей, то тяжи цитоплазмы, пересекая клетку, соединяются в центре, где располагается ядро. В этих тяжах происходит струйчатое движение цитоплазмы. Струйчатое движение цитоплазмы можно наблюдать в клетках жгучих волосков крапивы, в клетках волосков молодых побегов тыквы.

Свойства гиалоплазмы связаны и с надмолекулярными структурами белковой природы. Это микротрубочки и микрофиламенты.

Микротрубочки - полые мелкие образования с электроноплотной белковой стенкой. Участвуют в проведении веществ по цитоплазме, в перемещении хромосом и образовании нитей митотического веретена.

Микрофиламенты состоят из спирально расположенных белковых субъе­диниц, образующих волокна или трехмерную сеть, содержат сократительные белки и способствуют движению гиалоплазмы и прикрепленных к ним орга­ноидов.

Гиалоплазма как сложная гетерогенная коллоидная система макромолекул и надмолекулярных структур характеризуется нерастворимостью в воде, вяз­костью, эластичностью, способностью к обратным изменениям, непроходимо­стью через поры естественных мембран, большими поверхностями раздела, об­ладает сильным светопреломлением, очень малой скоростью диффузии.

Органоиды гиалоплазмы . Как отмечалось раньше, в гиалоплазме имеется большое количество надмо­лекулярных образований, которые представляют собой многочисленные орга­ноиды.

Функции биомембран

1)барьерная - обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисом защищает цитоплазму от опасных для клетки пероксидов. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.

2)транспортная - через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке соответствующего pH и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов.Частицы, по какой-либо причине не способные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путем эндоцитоза.При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии, путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённая диффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивают в клетку ионы калия (K+) и выкачивают из неё ионы натрия (Na+).

3)матричная - обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие;

4)механическая - обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных - межклеточное вещество.

5)энергетическая - при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;

6)рецепторная - некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.

7)ферментативная - мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты.

8)осуществление генерации и проведения биопотенциалов.

С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.

9)маркировка клетки - на мембране есть антигены, действующие как маркеры - «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн». Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.

Цитоплазматическая, или клеточная, мембрана (плазмалемма) - это биологическая мембрана, окружающая протоплазму (цитоплазму) живой клетки. В основе строения лежит двойной слой липидов - во­донерастворимых молекул, имеющих полярные «головки» и длинные неполярные «хвосты», представленные цепями жирных кислот; больше всего в мембранах содержится фосфолипидов, в головках ко­торых имеются остатки фосфорной кислоты.

Хвосты липидных моле­кул обращены друг к другу, полярные головки смотрят наружу, обра­зуя гидрофильную поверхность. С заряженными головками соединяются белки, которые называют периферическими мембран­ными белками. Другие белковые молекулы могут быть погружены в слой липидов за счет взаимодействия с их неполярными хвостами. Часть белков пронизывает мембрану насквозь, образуя каналы или поры. У некоторых клеток мембрана является единственной структу­рой, служащей оболочкой, у других клеток поверх мембраны имеется дополнительная оболочка (например, целлюлозная оболочка у расти­тельных клеток). Животные клетки снаружи от мембраны бывают по­крыты гликокаликсом - тонким слоем, состоящим из белков и поли­сахаридов.

Клеточная мембрана выполняет множество важных функций, от которых зависит жизнедеятельность клеток. Одна из них заключается в образовании барьера между внутренним содержимым клетки и внешней средой. Наряду с этим мембрана обеспечивает обмен ве­ществ между цитоплазмой и внешней средой, из которой в клетку че­рез мембрану поступают вода, ионы, неорганические и органические молекулы. Во внешнюю среду через мембрану выводятся продукты, образованные в клетке (продукты обмена и вещества, синтезирован­ные в клетке).

Таким образом, через мембрану осуществляется транспорт ве­ществ. Крупные молекулы биополимеров поступают через мембрану благодаря фагоцитозу - явлению, впервые описанному И.И. Мечни­ковым. Процесс захвата и поглощения капелек жидкости происходит путем пиноцитоза. Важную роль в жизнедеятельности клетки играет рецепторная функция мембраны. В мембранах имеется большое чис­ло рецепторов - специальных белков, роль которых заключается в передаче сигналов извне внутрь клетки.

Клеточное ядро - это окруженная оболочкой, состоящей из двух мембран, часть клетки диаметром 3-10 мкм. Между наружной и внут­ренней мембранами есть узкое пространство (30 нм), заполненное по­лужидким веществом. Ядерная мембрана имеет такое же строение, как и плазматическая мембрана. В ядерной оболочке есть множество пор, через которые идет процесс обмена веществ между ядром и ци­топлазмой. Под ядерной оболочкой находится ядерный сок (карио­плазма), в котором содержатся ядрышки и хромосомы.

Ядрышки - это округлые тельца диаметром от 1 мкм до несколь­ких мкм. В ядре может быть несколько ядрышек. В состав ядрышек входят РНК и белок. Ядрышки образуются на определенных участках хромосом; в них синтезируется рибосомальная РНК (рРНК). В яд­рышках происходит формирование больших и малых субъединиц ри­босом. Ядрышки видны только в неделящихся клетках.

Хромосомы (гр. хрома - краска и сома - тело) были так названы в связи со способностью к интенсивному окрашиванию - важней­ший органоид ядра, содержащий ДНК в комплексе с основным бел­ком - гистоном. Этот комплекс составляет около 90% вещества хро­мосом.

Хромосомы могут иметь длину, в десятки и сотни раз превышающую диаметр ядра. В интерфазу (период между делениями) хромосомы видны только под электронным микроскопом и представ­ляют собой длинные тонкие нити, именуемые хроматином (деспира- лизованное состояние хромосом). В этот период идет процесс удвое­ния (редупликации) хромосом; в конце интерфазы каждая хромосома состоит из двух хроматид. Каждая хромосома имеет первичную перетяжку, на которой расположена центромера; перетяжка делит хромосому на два плеча одинаковой или разной длины. Центромера служит местом прикрепления нити веретена деления. У ядрышковых хромосом имеется еще вторичная перетяжка, где формируется ядрышко.

Функция хромосом заключается в контроле над всеми процессами жизнедеятельности клетки. Хромосомы являются носителями генов, то есть носителями генетической информации. Наследственная ин­формация передается путем репликации молекулы ДНК. Число, раз­мер и форма хромосом строго определены и специфичны для каждого вида.

В половых клетках и в спорах у растений имеется одинарный (га­плоидный) набор хромосом, в соматических клетках - двойной (ди­плоидный) набор. Бывают также полиплоидные клетки. Различают гомологичные (парные, соответствующие) и негомологичные хромо­сомы. Хромосомы, определяющие развитие пола, называют половы­ми. Остальные хромосомы называют аутосомами.

Цитоплазма (гр. цитос - клетка и плазма - вылепленная) - живое содержимое клетки, кроме ядра. Состоит из мембран и орга­ноидов (ЭПС, рибосом, митохондрий, пластид, аппарата Гольджи, ли- зосом, центриолей и др.), пространство между которыми заполнено коллоидным раствором - гиалоплазмой. Снаружи цитоплазма огра­ничена клеточной мембраной, внутри - мембраной ядерной оболоч­ки. У растительных клеток имеется еще и внутренняя пограничная мембрана, отделяющая клеточный сок и образующая вакуоль.

Цитоплазма содержит большое количество воды с растворенными в ней солями и органические вещества. Цитоплазма - это среда для внутриклеточных физиологических и биохимических процессов. Она способна к движению - круговому, струйчатому, ресничному.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический рети­кулум (ЭПР), - это сеть каналов, пронизывающая всю цитоплазму. Стенки этих каналов представляют собой мембраны, контактирую­щие со всеми органоидами клетки. ЭПС и органоиды вместе состав­ляют единую внутриклеточную систему, которая осуществляет обмен веществ и энергии в клетке и обеспечивает внутриклеточный транс­порт веществ. Различают гладкую и гранулярную ЭПС. Гранулярная ЭПС состоит из мембранных мешочков (цистерн), покрытых рибосо­мами, благодаря чему она кажется шероховатой (шероховатая ЭПС). ЭПС может быть и лишена рибосом (гладкая ЭПС); ее строение бли­же к трубчатому типу. На рибосомах гранулярной сети синтезируют­ся белки, которые затем поступают внутрь каналов ЭПС, где и приоб­ретают третичную структуру. На мембранах гладкой ЭПС синтези­руются липиды и углеводы, которые также поступают внутрь каналов ЭПС.

ЭПС выполняет следующие функции: участвует в синтезе органи­ческих веществ, транспортирует синтезированные вещества в аппарат Гольджи, разделяет клетку на отсеки. Кроме того, в клетках печени ЭПС участвует в обезвреживании ядовитых веществ, а в мышечных клетках играет роль депо кальция, необходимого для мышечного со­кращения.

ЭПС имеется во всех клетках, исключая бактериальные клетки и эритроциты; она составляет от 30 до 50% объема клетки.

Комплекс (аппарат) Гольджи - это сложная сеть полостей, тру­бочек и пузырьков вокруг ядра. Состоит из трех основных компонен­тов: группы мембранных полостей, системы трубочек, отходящих от полостей, и пузырьков на концах трубочек. Комплекс Гольджи вы­полняет следующие функции: в полостях накапливаются вещества, которые синтезируются и транспортируются по ЭПС; здесь они под­вергаются химическим изменениям. Модифицированные вещества упаковываются в мембранные пузырьки, которые выбрасываются клеткой в виде секретов. Кроме того, пузырьки используются клеткой в качестве лизосом.

Лизосомы {гр. лизио - растворять, сома - тело) - это неболь­шие пузырьки диаметром порядка 1 мкм, ограниченные мембраной и содержащие комплекс ферментов, который обеспечивает расщепле­ние жиров, углеводов и белков. Они участвуют в переваривании час­тиц, попавших в клетку в результате эндоцитоза, и в удалении отми­рающих органов (например, хвоста у головастиков), клеток и органоидов. При голодании лизосомы растворяют некоторые орга­ноиды, не убивая при этом клетку. Образование лизосом идет в ком­плексе Гольджи.

Митохондрии {гр. митос - нить и хондрион - гранула) - внут­риклеточные органоиды, оболочка которых состоит из двух мембран. Наружная мембрана - гладкая, внутренняя образует выросты, назы­ваемые кристами. Внутри митохондрии находится полужидкий мат­рикс, который содержит РНК, ДНК, белки, липиды, углеводы, фер­менты, АТФ и другие вещества; в матриксе имеются также рибосомы.

Размеры митохондрий от 0,2-0,4 до 1-7 мкм. Количество зависит от вида клетки, например, в клетке печени может быть 1000-2500 мито­хондрий. Митохондрии могут быть спиральными, округлыми, вытя­нутыми, чашевидными и т.д.; могут также менять форму.

Функции митохондрий связаны с тем, что на внутренней мембра­не находятся дыхательные ферменты и ферменты синтеза АТФ. Бла­годаря этому митохондрии обеспечивают клеточное дыхание и синтез АТФ.

Митохондрии могут сами синтезировать белки, так как в них есть собственные ДНК, РНК и рибосомы. Размножаются митохондрии де­лением надвое.

По своему строению митохондрии напоминают клетки прокариот; в связи с этим предполагают, что они произошли от внутриклеточных аэробных симбионтов. Митохондрии имеются в цитоплазме клеток большинства растений и животных.

Хлоропласты относятся к пластидам - органоидам, присущим только растительным клеткам. Это зеленые пластинки диаметром 3- 4 мкм, имеющие овальную форму. Хлоропласты, как и митохондрии, имеют наружную и внутреннюю мембраны. Внутренняя мембрана образует выросты - тилакоиды, тилакоиды образуют стопки - гра­ны, которые объединяются друг с другом внутренней мембраной. В одном хлоропласте может быть несколько десятков гран. В мембра­нах тилакоидов находится хлорофилл, а в промежутках между грана­ми в матриксе (строме) хлоропласта находятся рибосомы, РНК и ДНК. Рибосомы хлоропластов, как и рибосомы митохондрий, синте­зируют белки. Основная функция хлоропластов - обеспечение про­цесса фотосинтеза: в мембранах тилакоидов идет световая фаза, а в строме хлоропластов - темновая фаза фотосинтеза. В матриксе хло­ропластов видны гранулы первичного крахмала, то есть крахмала, синтезированного в процессе фотосинтеза из глюкозы. Хлоропласты, как и митохондрии, размножаются делением. Таким образом, в мор­фологической и функциональной организации митохондрий и хлоро­пластов есть общие черты. Основная характеристика, объединяющая эти органоиды, это то, что они имеют собственную генетическую ин­формацию и синтезируют собственные белки.

Клеточный центр относится к немембранным компонентам клет­ки. В состав его входят микротрубочки и две центриоли. Центриоли находятся в середине центра организации микротрубочек. Центриоли

обнаружены не во всех клетках, имеющих клеточный центр (напри­мер, их нет у покрытосеменных растений). Каждая центриоль - это цилиндр размером около 1 мкм, по окружности которого расположе­ны девять триплетов микротрубочек. Центриоли располагаются под прямым углом друг к другу. Клеточный центр играет важную роль в организации цитоскелета, так как цитоплазматические микротрубоч­ки расходятся во все стороны из этой области. Перед делением цен­триоли расходятся к противоположным полюсам клетки, и возле каж­дой из них возникает дочерняя центриоль. От центриолей протягиваются микротрубочки, которые образуют митотическое ве­ретено деления. Часть нитей веретена прикрепляется к хромосомам. Формирование нитей веретена происходит в профазе.

Рибосомы - это субмикроскопические органоиды диаметром 15- 35 нм, которые были открыты во всех клетках с помощью электрон­ного микроскопа. В каждой клетке может быть несколько тысяч ри­босом. Рибосомы могут быть ядерного, митохондриального и пла- стидного происхождения. Большая часть образуется в ядрышке ядра в виде субъединиц (большой и малой) и затем переходит в цитоплазму. Мембран нет. В состав рибосом входят рРНК и белки. На рибосомах идет синтез белков. Большая часть белков синтезируется на шерохо­ватой ЭПС; частично синтез белков идет на рибосомах, находящихся в цитоплазме в свободном состоянии. Группы из нескольких десятков рибосом образуют полисомы.

К клеточным органоидам движения относят реснички и жгу­тики - выросты мембраны диаметром около 0,25 мкм, содержащие в середине микротрубочки. Такие органоиды имеются у многих клеток (у простейших, одноклеточных водорослей, зооспор, сперматозоидов, в клетках тканей многоклеточных животных, например, в дыхатель­ном эпителии).

Функция этих органоидов заключается или в обеспечении движе- . ния (например, у простейших), или в продвижении жидкости вдоль поверхности клеток (например, в дыхательном эпителии для продви­жения слизи).

Клетки могут передвигаться также с помощью образования лож­ноножек (псевдоподий; например, амебы и лейкоциты), но псевдопо­дии - временные образования, которые не относят к органоидам дви­жения.

Клеточные включения - это непостоянные структуры клетки. К ним относятся капли и зерна белков, углеводов, жиров, а также кри­сталлические включения - органические кристаллы, которые могут образовывать в клетках белки, вирусы, соли щавелевой кислоты и т.д., и неорганические кристаллы, образованные солями кальция. В отличие от органоидов эти включения не имеют мембран или элементов цитоскелета и периодически синтезируются и расхо­дуются.

Капли жира используются как запасное вещество в связи с его вы­сокой энергоемкостью; зерна углеводов в виде крахмала у растений и в виде гликогена у животных и грибов - как источник энергии для образования АТФ; зерна белка - как источник строительного мате­риала, соли кальция - для обеспечения процесса возбуждения, обме­на веществ и т.д.

Выберите один правильный ответ.

В клетках растений, грибов и бактерий клеточная стенка состоит

1) только щ белков 3) из белков и липидов

2) только из липидов 4) из полисахаридов

Гликокаликс - это наружный слой клеток

1) животных

2) всех прокариот

Двумембранное строение имеют

1) митохондрии

2) лизосомы

Пластиды имеются в клетках

1) всех растений

2) только животных

Хлоропласты - это органоиды клетки, в которых

1) происходит клеточное дыхание

2) осуществляется процесс фотосинтеза

3) находятся пигменты красного и желтого цвета

4) накапливается вторичный крахмал

6. В митохондриях происходит

1) накопление синтезируемых клеткой веществ

2) клеточное дыхание с запасанием энергии

3) формирование третичной структуры белка

4) темновая фаза фотосинтеза

7. Шероховатой эндоплазматической сетью называется такая сеть, на стенках которой находится много

1) митохондрий 3) рибосом

2) лизосом 4) лейкопластов

8. На мембранах агранулярной эндоплазматической сети проис­ходит синтез

1) АТФ 3) нуклеиновых кислот

2) углеводов 4) белков

9. Функция комплекса Гольджи заключается в

1) (накоплении белков для последующего выведения

2) синтезе белков и последующем их выведении

3) накоплении белков для последующего расщепления

4) синтезе белков и последующем их расщеплении

10. Пищеварительные ферменты содержатся в

1) рибосомах 3) митохондриях

2) лизосомах 4) лейкопластах

11. Л изосомы участвуют в

1) транспорте веществ, синтезированных в клетке

2) накоплении, химической модификации и упаковке синтези­рованных в клетке веществ

3) синтезе белков

4) удалении отживших органоидов клетки

12. Клеточный центр участвует в

1) синтезе АТФ

2) хранении генетической информации

3) формировании веретена деления

4) синтезе рибосом

13. Основными структурами клеточного центра являются

1) тилакоиды 3) центриоли

2) граны 4) мембранные пузырьки

14. Ядрышко участвует в

1) энергетическом обмене

2) синтезе рибосом

3) организации деления клетки

4) транспорте синтезированных в клетке веществ

15. Хромосомы состоят из

1) ДНК 3) РНК

2) ДНК и белков 4) РНК и белков

Выберите три правильных ответа.

16. Мембранными клеточными органоидами являются

1) лизосомы

2) рибосомы

3) эндоплазматическая сеть

4) центриоли

5) комплекс Гольджи

6) микротрубочки цитоскелета

17. Эндоплазматическая сеть

1) является источником клеточных лизосом

2) участвует в синтезе органических соединений

3) обеспечивает транспорт веществ

4) делит клетку на отдельные отсеки

5) формирует рибосомы

6) обеспечивает удаление отмирающих органоидов клетки

18. Плазмалемма

1) является барьером между цитоплазмой клетки и внешней средой

2) обеспечивает транспорт аминокислот к месту синтеза белка

3) обеспечивает избирательный транспорт веществ в клетку

4) участвует в межклеточных взаимодействиях

5) служит депо запасных питательных веществ

6) участвует в накоплении и химической модификации ве­ществ, синтезированных в клетке

19. Рибосомы

1) окружены двойной мембраной

2) находятся на поверхности шероховатой эндоплазматиче­ской сети

3) состоят из двух субъединиц

4) осуществляют внутриклеточное пищеварение

5) формируют веретено деления

6) участвуют в синтезе белка

20. Ядерная оболочка

1) имеет толщину около 30 нм

2) отделяет ядро от цитоплазмы

3) является непроницаемой для молекул нуклеиновых кислот

4) состоит из двух мембран

5) пронизана порами

6) не содержит фосфолипидов

21. Установите соответствие между органоидом клетки и функци­ей, которую он выполняет.

Ключи к заданиям

Клетки, образующие ткани растений и животных, значительно различаются по форме, размерам и внутреннему строению. Однако все они обнаруживают сходство в главных чертах процессов жизнедеятельности, обмена веществ, в раздражимости, росте, развитии, способности к изменчивости.

Биологические превращения, происходящие в клетке, неразрывно связаны с теми структурами живой клетки, которые отвечают за выполнение гой или иной функции. Такие структуры получили название органоидов.

Клетки всех типов содержат три основных, неразрывно связанных между собой компонента:

1. структуры, образующие ее поверхность: наружная мембрана клетки, или клеточная оболочка, или цитоплазматическая мембрана;
2. цитоплазма с целым комплексом специализированных структур — органоидов (эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии и пластиды, комплекс Гольджи и лизосомы, клеточный центр), присутствующих в клетке постоянно, и временных образований, называемых включениями;
3. ядро - отделено от цитоплазмы пористой мембраной и содержит ядерный сок, хроматин и ядрышко.

Строение клетки

Поверхностный аппарат клетки (цитоплазматическая мембрана) растений и животных имеет некоторые особенности.

У одноклеточных организмов и лейкоцитов наружная мембрана обеспечивает проникновение в клетку ионов, воды, мелких молекул других веществ. Процесс проникновения в клетку твердых частиц называется фагоцитозом, а попадание капель жидких веществ - пиноцитозом.

Наружная плазматическая мембрана регулирует обмен веществ между клеткой и внешней средой.

В клетках эукариот есть органоиды, покрытые двойной мембраной, - митохондрии и пластиды. Они содержат собственные ДНК и синтезирующий белок аппарат, размножаются делением, то есть имеют определенную автономию в клетке. Кроме АТФ, в митохондриях происходит синтез небольшого количества белка. Пластиды свойственны клеткам растений и размножаются путем деления.

К одномембранным органоидам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, различные типы вакуолей.

Современные средства исследования позволили биологам установить, что по строению клетки все живые существа следует делить на организмы «безъядерные» - прокариоты и «ядерные» - эукариоты.

У прокариот-бактерий и сине-зеленых водорослей, а также вирусов имеется всего одна хромосома, представленная молекулой ДНК (реже РНК), расположенной непосредственно в цитоплазме клетки.

Эукариоты обладают большим богатством органоидов, имеют ядра, содержащие хромосомы в виде нуклеопротеидов (комплекс ДНК с белком гистоном). К эукариотам относятся большинство современных растений и животных как одноклеточных, так и многоклеточных.

Выделяют два уровня клеточной организации:

• прокариотический - их организмы очень просто устроены - это одноклеточные или колониальные формы, составляющие царство дробянок, синезеленых водорослей и вирусов
• эукариотический - одноклеточные колониальные и многоклеточные формы, от простейших - корненожки, жгутиковые, инфузории — до высших растений и животных, составляющие царство растений, царство грибов, царство животных

Все органоиды клетки, несмотря на особенности их строения и функций, находятся во взаимосвязи и «работают» на клетку, как на единую систему, в которой связующим звеном является цитоплазма.

Особые биологические объекты, занимающие промежуточное положение между живой и неживой природой, представляют собой вирусы, открытые в 1892 г. Д. И. Ивановским, они составляют в настоящее время объект особой науки - вирусологии.

Вирусы размножаются только в клетках растений, животных и человека, вызывая различные заболевания. Вирусы имеют очень прослое строение и состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки. Вне клеток хозяина вирусная частица не проявляет никаких жизненных функций: не питается, не дышит, не растет, не размножается.

Протоплазмой называют содержание живой клетки вместе с ее ядром и цитоплазмой. Цитоплазма - внутренняя среда клетки, находится между плазматической мембраной и ядром. Эта часть клетки представляет собой коллоидный раствор неорганических и органических веществ. Внутренняя среда клетки характеризуется относительным постоянством строения и свойств, то есть клеточным гомеостазом. Под контролем ядра цитоплазма способна к росту и восстановлению, при частичном удалении она полностью регенерирует. А в безъядерных клетках цитоплазма, как правило, не способна к длинному автономного существования. В клетках животных цитоплазма может делиться на экто- и эндоплазму. Эктоплазма является прозрачным плотным слоем цитоплазмы, который лишен большинства органелл и включений, а эндоплазма - это внутренний редкую слой, в котором и расположены различные органеллы и включения. Основным свойством цитоплазмы является способность к движению. Циклоз - движение цитоплазмы в клетке, обусловленный сокращением микронитей и микротрубочек. Этот процесс способствует оптимальному расположению органелл, лучшему протеканию биохимических реакций, удалению продуктов обмена и др. Движение цитоплазмы зависит от функций клетки, возраста, условий среды и тому подобное. Характерная для живых организмов высокая организованность метаболизма во времени и пространстве в значительной мере обеспечивается наличием в цитоплазме специализированных участков. Они отличаются по степени активности имеющихся химических соединений и механизмов, регулирующих их преобразования. Такие участки называют компартментами, а разграничение клеточного пространства получило название компартментализация. Компартмента (от англ, compartment - отдел, отделение ) - это отдельные функциональные участки, окруженные мембранами. Значение цитоплазмы заключается в том, что она: а) объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие; б) благодаря способности к движению приводит транспорт различных веществ; в) обеспечивает протекание процессов обмена веществ (например, анаэробное дыхание) г) является местом, где откладываются запасные питательные вещества и продукты метаболизма. Основными компонентами цитоплазмы является цитозоль (гиалоплазма ) , органеллы, включения.

Цитозоль, гиалоплазма, (матрикс цитоплазмы) - растворимый часть цитоплазмы, основная Те вещество, заполняющее пространство между клеточными органеллами. В состав цитозоля входят: вода (до 90%), анионы (НСO3-, СO32-, Н2РO4-, НР042-, РO43-), катионы (Са 2+, К +), малые молекулы (аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды), макромолекулы (липиды, полисахариды, гидрофильные белки, РНК) и др. По физическому состоянию гиалоплазма является редким или студенистым раствором, которые могут переходить друг в друга. Этот переход обусловлен изменениями актиновых микронитей, зависит от наличия ионов магния, энергии АТФ и др. Эти микрофиламенты пронизывают всю гиалоплазму, они постоянно распадаются и самоскладаються, что определяет такие свойства цитозоля, как вязкость, подвижность, переход из зольного (вяжущего) в гельний (невязкого) состояние и наоборот. Физическое состояние гиалоплазмы влияет на скорость биохимических реакций, обусловливает амебоидний движение определенных клеток и тому подобное. Гиалоплазма объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие, содержит растворимые белки-ферменты, которые катализируют различные реакции обмена веществ.

Органеллы - постоянные структуры клетки, которые имеют характерное строение и выполняют определенные жизненные функции. Различают органеллы общего значения и специальные органеллы. К органелл общего значения относятся те, которые есть во всех клетках или в течение всей жизни клеток, или в определенные его периоды (например, рибосомы, эндоплазматическая сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, центросома, лизосомы, пероксисомы, пластиды). Специальные органеллы есть только в отдельных высокоспециализированных клетках: миофибриллы - в мышечных, нейрофибриллы - в нервных, реснички - в эпителии воздухопроводных путей, красный глазок - у клеток эвглены и др.

По особенностям мембранной строения органеллы клеток разделяют на: 1) двомембранни (митохондрии, пластиды) 2) одномембранных (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли и др.); 3) немембранные (рибосомы, клеточный центр) 4) органеллы движения (ложноножки, жгутики, реснички).

Клеточные включения - непостоянные образования, что является запасными соединениями или продуктами обмена веществ и роль которых в клетке пассивная. Они либо служат для обеспечения жизнедеятельности клетки, или появляются в результате ее функционирования. Например, секреторные, экскреторные, трофические, пигментные включения. По химической природе включения разделяют на белковые, углеводные, липидные, кристаллические и др.

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.

клеточные включения;

Ядро, отделенное кариолеммой, с ядрышками и молекулами ДНК, 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:

• белками;
• углеводами;
• фосфолипидами;
• холестерином и другими азотсодержащими органическими соединениями;
• электролитами (минеральными солями);
• включениями в виде капелек гликогена (у животных клеток) и другими веществами.

  

  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 клеточных стенок 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: рРНК (рибосомальная рибонуклеиновая кислота) и белок. Основные места локализации рибосом в клетке:

  
  

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

  Эндоплазматическая сеть 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 клетки, растительной, 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 биологических катализаторов - 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.