Чи є цитоплазма рослин. Основні функції та роль цитоплазми у клітинах. Вакуолі рослинних клітин

Цитоплазмаобов'язкова частина клітини, укладена між плазматичною мембраною і ядром і являє собою гіалоплазму -основна речовина цитоплазми, органоїди- постійні компоненти цитоплазми та включення- тимчасові компоненти цитоплазми. Хімічний склад цитоплазми різноманітний. Її основу становить вода (60-90% усієї маси цитоплазми). Цитоплазма багата на білки, до складу її можуть входити жири і жироподібні речовини, різні органічні та неорганічні сполуки. Цитоплазма має лужну реакцію. Одна з характерних рис цитоплазми - постійний рух (Циклоз).Воно виявляється, перш за все, переміщення органел клітини, наприклад хлоропластів. Якщо рух цитоплазми припиняється, клітина гине, оскільки, перебуваючи у постійному русі, може виконувати свої функції.

Основна речовина цитоплазми - гіалоплазма (цитозоль)- являє собою безбарвний, слизовий, густий та прозорий колоїдний розчин. Саме в ній протікають усі процеси обміну речовин, вона забезпечує взаємозв'язок ядра та всіх органоїдів. Залежно від переважання в гіалоплазмі рідкої частини або великих молекул розрізняють дві форми гіалоплазми: золь -більш рідка гіалоплазма та гель- густіша гіалоплазма. Між ними можливі взаємопереходи: гель легко перетворюється на золь і навпаки.

Клітинні оболонкиЕукаріотичні організми мають різну будову, але завжди до цитоплазми прилягає плазматична мембрана, на її поверхні утворюється зовнішній шар. У тварин він називається глікокаліксом(утворений глікопротеїнами, гліколіпідами, ліпопротеїнами), у рослин - клітинною стінкоюіз потужного шару волокон клітковини.

Будова мембран. Усі біологічні мембрани мають загальні структурні особливості та властивості. В даний час загальноприйнята рідинно-мозаїчна модельбудови мембрани (модель сендвіча). Основу мембрани становить ліпідний бислой, утворений в основному фосфоліпідами.У бислое хвости молекул у мембрані звернені друг до друга, а полярні головки - назовні, до води. Крім ліпідів до складу мембрани входять білки (у середньому 60%). Вони визначають більшість специфічних функцій мембрани. Молекули білків не утворюють суцільного шару, розрізняють периферичні білки- білки, що розташовуються на зовнішній або внутрішній поверхні ліпідного бислоя, напівінтегральні білки- білки, занурені в ліпідний бішар на різну глибину, інтегральні,або трансмембранні білки- білки, що пронизують мембрану наскрізь, контактуючи при цьому із зовнішньою, і з внутрішнім середовищем клітини.

Мембранні білки можуть виконувати різні функції: транспорт певних молекул, каталіз реакцій, що відбуваються на мембранах, підтримка структури мембран, отримання та перетворення сигналів з навколишнього середовища.

До складу мембран може входити від 2 до 10% вуглеводів. Вуглеводний компонент мембран зазвичай представлений олігосахаридними або полісахаридними ланцюгами, пов'язаними з молекулами білків (глікопротеїни) або ліпідів (гліколіпіди). В основному вуглеводи розміщуються на зовнішній поверхні мембрани. Вуглеводи забезпечують рецепторні функції мембрани. У тварин клітинах глікопротеїни утворюють надмембранний комплекс. глікоколікс,має товщину кілька десятків нанометрів. У ньому відбувається позаклітинне травлення, розташовуються багато рецепторів клітини, з його допомогою, мабуть, відбувається адгезія клітин.

Молекули білків і ліпідів рухливі, здатні переміщатися головним чином у площині мембрани. Товщина плазматичної мембрани загалом 7,5 нм.

Функції мембран.

1. Вони відокремлюють клітинний вміст від довкілля.

2. Регулюють обмін речовин між клітиною та середовищем.

3. Ділять клітини на компартаменти, призначені для перебігу різних реакцій.

4. Багато хімічних реакцій протікають на ферментативних конвеєрах, що розташовуються на самих мембранах.

5. Забезпечують зв'язок між клітинами у тканинах багатоклітинних організмів.

6. На мембранах розташовуються рецепторні ділянки для розпізнавання зовнішніх стимулів.

Одна з основних функцій мембрани - транспортна, що забезпечує обмін речовин між клітиною та зовнішнім середовищем. Мембрани мають властивість виборчої проникностітобто добре проникні для одних речовини або молекул і погано проникні (або зовсім непроникні) для інших. Існують різні механізми транспортування речовин через мембрану. Залежно від необхідності використання енергії для транспортування речовин розрізняють : пасивний транспорт- Транспорт речовин, що йде без витрат енергії; активний транспорт -транспорт, що йде із витратами енергії.

В основі пасивного транспорту лежить різниця концентрацій та зарядів. p align="justify"> При пасивному транспорті речовини завжди переміщуються з області з більш високою концентрацією в область з більш низькою, тобто по градієнту концентрації.

Розрізняють три основні механізми пасивного транспорту:проста дифузія- транспорт речовин безпосередньо через ліпідний бислой. Через нього легко проходять гази, неполярні чи малі незаряджені полярні молекули. Чим менше молекула і чим більше вона жиророзчинна, тим швидше вона проникає через мембрану. Цікаво, що полярні молекули води дуже швидко проникають через ліпідний бішар. Це тим, що її молекули малі і електрично нейтральні. Дифузію води через мембрани називають осмосом.

Дифузія через мембранні канали.Заряджені молекули та іони (Na + , К + , Са 2+ , С1~) не здатні проходити через ліпідний бислой шляхом простої дифузії, проте вони проникають через мембрану, завдяки наявності в ній особливих каналоутворюючих білків, що формують пори. Більшість води проходить мембрану через канали, утворені білками-аквапоринами.

Полегшена дифузія- транспорт речовин з допомогою спеціальних транспортних білків, кожен із яких відповідає за транспорт певних молекул чи груп споріднених молекул. Вони взаємодіють з молекулою речовини, що переноситься, і яким-небудь способом переміщують її крізь мембрану. Так у клітину транспортуються цукру, амінокислоти, нуклеотиди та багато інших полярних молекул.

Необхідність активного транспортувиникає тоді, коли необхідно забезпечити перенесення через мембрану молекул проти електрохімічного градієнта. Цей транспорт здійснюється білками-переносниками, діяльність яких потребує витрат енергії. Джерелом енергії є молекули АТФ. Однією з найбільш вивчених систем активного транспорту є натрій-калієвий насос. Концентрація К+ усередині клітини значно вища, ніж за її межами, a Na+ – навпаки. Тому К+ через водяні пори мембрани пасивно дифундує з клітини, a Na+ – у клітину. Разом з тим для нормального функціонування клітини важливо підтримувати певне співвідношення іонів К+ та Na+ у цитоплазмі та зовнішньому середовищі. Це виявляється можливим тому, що мембрана завдяки наявності натрій-калієвого насоса активно перекачує Na + з клітини, а К + в клітину. На роботу натрій-калієвого насоса витрачається майже третина всієї енергії, яка потрібна для життєдіяльності клітини. За один цикл роботи насос викачує з клітини 3 іона Na + і закачує 2 іона К+. К + швидше пасивно дифундує з клітини, ніж Na + клітину.

Клітина має механізми, завдяки яким може здійснювати транспорт через мембрану великих частинок та макромолекул. Процес поглинання макромолекул клітиною називається ендоцитозом. При ендоцитозі плазматична мембрана утворює вп'ячування, краї її зливаються і відбувається відшнуровування в цитоплазму структур, відмежованих від цитоплазми одиночною мембраною, що є частиною зовнішньої цитоплазматичної мембрани. Розрізняють два типи ендоцитозу: фагоцитоз- захоплення та поглинання великих частинок (наприклад, фагоцитоз лімфоцитів, найпростіших та ін.) та піноцитоз -процес захоплення та поглинання крапельок рідини з розчиненими в ній речовинами.

Екзоцитоз- процес виведення різних речовин із клітини. При екзоцитозі мембрана бульбашки зливається із зовнішньою цитоплазматичною мембраною, вміст везикули виводиться за межі клітини, а її мембрана включається до складу зовнішньої цитоплазматичної мембрани.

Органоїди клітини

Органоїди (органели)- постійні клітинні структури, які забезпечують виконання клітиною специфічних функций. Кожен органоїд має певну будову та виконує певні функції.

Розрізняють: мембранні органоїди - мають мембранну будову, причому вони можуть бути одномембранними (ендоплазматичний ретикулум, апарат Гольджі, лізосоми, вакуолі рослинних клітин) та двомембранними (мітохондрії, пластиди, ядро).

Крім мембранних можуть бути і немембранні органоїди - не мають мембранної будови (хромосоми, рибосоми, клітинний центр і центріолі, вії та джгутики з базальними тільцями, мікротрубочки, мікрофіламенти).

Одномембранні органоїди:

1. Ендоплазматичний ретикулум (ЕПР).Є системою мембран, що формують цистерни і канали, з'єднаних один з одним і обмежують єдиний внутрішній простір - порожнини ЕПР.Мембрани з одного боку пов'язані із зовнішньою цитоплазматичною мембраною, з іншого - із зовнішньою оболонкою ядерної мембрани. Розрізняють два види ЕПР: шорсткий (гранулярний),містить рибосоми на своїй поверхні і являє собою сукупність сплощених мішечків, і гладкий (агранулярний),мембрани якого рибосом не несуть.

Функції: поділяє цитоплазму клітини на ізольовані відсіки, забезпечуючи тим самим просторове відмежування один від одного безлічі паралельних різних реакцій, Здійснює синтез і розщеплення вуглеводів і ліпідів (гладкий ЕПР) і забезпечує синтез білка (шорсткий ЕПР), накопичує потім транспортує до органоїдів клітини продукти біосинтезу.

2. Апарат Гольджі.Органоїд, зазвичай, розташований біля клітинного ядра (у тваринних клітинах часто поблизу клітинного центру). Є стопкою сплощених цистерн з розширеними краями, з якою пов'язана система дрібних одномембранних бульбашок (бульбашки Гольджі). Кожна стопка зазвичай складається з 4-6 цистерн. Число стосів Гольджі в клітці коливається від однієї до кількох сотень.

Найважливіша функція комплексу Гольджі - виведення з клітин різних секретів (ферментів, гормонів), тому він добре розвинений в секреторних клітинах. Тут відбувається синтез складних вуглеводів із простих цукрів, дозрівання білків, утворення лізосом.

3. Лізосоми.Найдрібніші одномембранні органоїди клітини, що являють собою бульбашки діаметром 0,2-0,8 мкм, містять до 60 гідролітичних ферментів, активних у слабокислому середовищі.

Освіта лізосом відбувається в апараті Гольджі, куди з ЕПР надходять синтезовані у ньому ферменти. Розщеплення речовин за допомогою ферментів називають лізисом, звідси і назва органоїду.

Розрізняють: первинні лізосоми - лізосоми, що відшнурувалися від апарату Гольджі та містять ферменти в неактивній формі, та вторинні лізосоми - лізосоми, що утворилися в результаті злиття первинних лізосом з піноцитозними або фагоцитозними вакуолями; у них відбувається перетравлення та лізис, що надійшли в клітину речовин (тому часто їх називають травними вакуолями).

Продукти перетравлення засвоюються цитоплазмою клітини, але частина матеріалу так і залишається неперетравленою. Вторинна лізосома, що містить цей неперетравлений матеріал, називається залишковим тільцем. Шляхом екзоцитозу неперетравлені частки видаляються із клітини.

Іноді за участю лізосом відбувається саморуйнування клітини. Цей процес називають автолізом. Зазвичай це відбувається при деяких процесах диференціювання (наприклад, заміна хрящової кісткової тканини, зникнення хвоста у пуголовка жаб).

4. Вії та джгутики.Утворені дев'ятьма здвоєними мікротрубочками, що утворюють стінку циліндра, покритого мембраною; у його центрі знаходяться дві одиночні мікротрубочки. Така структура типу 9+2 характерна для вій і джгутиків майже всіх еукаріотичних організмів, від найпростіших до людини.

Вії та джгутики укріплені в цитоплазмі базальними тільцями, що лежать на основі цих органоїдів. Кожне базальне тільце складається з дев'яти трійок мікротрубочок, у його центрі мікротрубочок немає.

5. До одномембранних органоїдів відносяться також і вакуолі, оточені мембраною - тонопластом. У рослинних клітинах можуть займати до 90% об'єму клітини та забезпечують надходження води в клітину за рахунок високого осмотичного потенціалу та тургор (внутрішньоклітинний тиск). У тварин клітинах вакуолі невеликі, утворюються за рахунок ендоцитозу (фагоцитозні та піноцитозні), після злиття з первинними лізосомами називаються травними вакуолями.

Двомембранні органоїди:

1. Мітохондрії. Двомембранні органоїди еукаріотичної клітини, які забезпечують організм енергією. Кількість мітохондрій у клітині коливається в широких межах, від 1 до 100 тис., та залежить від її метаболічної активності. Число мітохондрій може збільшуватися шляхом поділу, оскільки ці органоїди мають власну ДНК.

Зовнішня мембрана мітохондрій гладка, внутрішня мембрана утворює численні вп'ячування або трубчасті вирости. кристи. Число христ може коливатися від кількох десятків до кількох сотень і навіть тисяч, залежно від функцій клітини. Вони збільшують поверхню внутрішньої мембрани, де розміщуються ферментні системи, що у синтез молекул АТФ.

Внутрішній простір мітохондрій заповнений матриксом. У матриксі містяться кільцева молекула мітохондріальної ДНК специфічні іРНК, тРНК і рибосоми (прокаріотичного типу), що здійснюють автономний біосинтез частини білків, що входять до складу внутрішньої мембрани. Ці факти свідчать на користь походження мітохондрій від бактерій-окислювачів (згідно з гіпотезою симбіогенезу). Але більшість генів мітохондрії перейшла в ядро, і синтез багатьох мітохондріальних білків відбувається в цитоплазмі. Крім того, містяться ферменти, що утворюють молекули АТФ. Мітохондрії здатні розмножуватися шляхом розподілу.

Функції мітохондрій – кисневе розщеплення вуглеводів амінокислот, гліцерину та жирних кислот з утворенням АТФ, синтез мітохондріальних білків.

2. Пластиди. Розрізняють три основні типи пластид: лейкопласти- безбарвні пластиди в клітинах незабарвлених частин рослин, хромопласти- пофарбовані пластиди, зазвичай жовтого, червоного та оранжевого кольору, хлоропласти- Зелені пластиди. Пластиди утворюються з пропластиду - двомембранних бульбашок розміром до 1 мкм.

Оскільки пластиди мають загальне походження, між ними можливі взаємоперетворення. Найчастіше відбувається перетворення лейкопластів у хлоропласти (позеленіння бульб картоплі на світлі), зворотний процес відбувається в темряві. При пожовтінні листя та почервонінні плодів хлоропласти перетворюються на хромопласти. Вважають неможливим лише перетворення хромопластів на лейкопласти або хлоропласти.

Хлоропласти. Основна функція – фотосинтез, тобто. в хлоропластах світу здійснюється синтез органічних речовин з неорганічних за рахунок перетворення сонячної енергії в енергію молекул АТФ. Хлоропласти вищих рослин формою нагадують двоопуклу лінзу. Зовнішня мембрана гладка, а внутрішня має складчасту структуру. В результаті утворення випнувань внутрішньої мембрани виникає система ламелл і тилакоїдів. Внутрішнє середовище хлоропластів - стромамістить кільцеву ДНК та рибосоми прокаріотичного типу. Пластиди здатні до автономного поділу, як і мітохондрії. Факти, згідно з гіпотезою симбіогенезу, також свідчать на користь походження пластид від ціанобактерій.

Мал. Сучасна (узагальнена) схема будови рослинної клітини, Складена за даними електронно-мікроскопічного дослідження різних рослинних клітин: 1 - апарат Гольджі; 2 - вільно розташовані рибосоми; 3 – хлоропласти; 4 – міжклітинні простори; 5 - полірибосоми (кілька пов'язаних між собою рибосом); 6 - мітохондрії; 7 – лізосоми; 8 - гранульована ендоплазматична мережа; 9 – гладка ендоплазматична мережа; 10 - мікротрубочки; 11 – пластиди; 12 - плазмодесми, що проходять крізь оболонку; 13 – клітинна оболонка; 14 - ядерце; 15, 18 – ядерна оболонка; 16 - пори в ядерній оболонці; 17 - плазмалема; 19 – гіалоплазма; 20 - тонопласт; 21 - вакуолі; 22 – ядро.

Мал. Будова мембрани

Мал. Будова мітохондрії. Вгорі і в середині - вид поздовжнього зрізу через мітохондрію (вгорі - мітохондрія з ембріональної клітини кінчика кореня; у середині - з клітини дорослого листа елодеї). Внизу - тривимірна схема, де частина мітохондрії зрізана, що дозволяє бачити її внутрішню будову. 1 – зовнішня мембрана; 2 – внутрішня мембрана; 3 – кристи; 4 – матрикс.

Мал. Будова хлоропласту. Зліва - поздовжній розріз через хлоропласт: 1 - грани, утворені ламелами, складеними стосами; 2 – оболонка; 3 – строма (матрикс); 4 – ламели; 5 - краплі жиру, що утворився у хлоропласті. Справа - тривимірна схема розташування та взаємозв'язку ламелл і гран усередині хлоропласту: 1 - грани; 2 – ламели.

Цитоплазма – вміст клітини за межами ядра, укладений у плазматичну мембрану. Вона має прозорий колір та гелеподібну консистенцію. Цитоплазма складається в основному з води, а також містить ферменти, солі та різні органічні молекули.

Функція цитоплазми

Цитоплазма функціонує для підтримки та суспендування органел та клітинних молекул. Багато клітинних процесів також відбуваються в цитоплазмі.

Деякі з цих процесів включають синтез білка, першу стадію , відому як гліколіз, та . Крім того, цитоплазма допомагає переміщати речовини, такі як гормони навколо клітини, а також розчиняє клітинні відходи.

Компоненти цитоплазми

Органели

Органели - це крихітні клітинні структури, які виконують певні функції усередині клітини. Приклади органел включають: , і .

Також всередині цитоплазми знаходиться мережа волокон, які допомагають клітині підтримувати свою форму і забезпечують підтримку органел.

Цитоплазматичні включення

Цитоплазматичні включення є частинками, тимчасово суспендовані в цитоплазмі. Включення складаються з макромолекул та гранул.

Три типи включень, що зустрічаються в цитоплазмі, є секреторними і живильними включеннями, а також пігментними гранулами. Прикладами секреторних включень є білки, ферменти та кислоти. Глікоген (сховище молекул глюкози) та ліпіди є прикладами живильних включень. Меланін, який є присутнім у клітинах шкіри, є прикладом включення пігментних гранул.

Цитоплазматичні відділи

Цитоплазму можна розділити на дві основні частини: ендоплазму та ектоплазму. Ендоплазма є центральною областю цитоплазми, яка містить органели. Ектоплазма являє собою гелеподібну периферичну частину цитоплазми клітини.

Клітинна мембрана

Клітинна або плазматична мембрана – це структура, що запобігає пролиттю цитоплазми з клітини. Ця мембрана складається з фосфоліпідів, що утворюють ліпідний бислой, який відокремлює вміст клітин від позаклітинної рідини. Ліпідний бішар є напівпроникним, а це означає, що тільки деякі молекули здатні дифундувати через мембрану для входу або виходу з клітини. Позаклітинна рідина, білки, ліпіди та інші молекули можуть бути додані до цитоплазми клітини за допомогою . У цьому процесі молекули та позаклітинна рідина інтерналізуються, коли мембрана утворює везикулу.

Везикула відокремлює рідину, молекули та нирки від клітинної мембрани, утворюючи ендосому. Ендосома переміщається всередині клітини, щоб доставити її вміст у відповідні пункти призначення. Речовини видаляються з цитоплазми шляхом. У цьому процесі везикули, бруньковані з тіл Гольджі, зливаються з клітинною мембраною, витісняючи їх вміст із клітини. Плазматична мембрана також забезпечує структурну підтримку клітини, виступаючи як стабільну платформу для прикріплення цитоскелета і .

Структура цитоплазми

Внутрішній вміст клітини поділяється на цитоплазму та ядро. Цитоплазма – це основна за обсягом частина клітини.

Визначення 1

Цитоплазма– це відокремлена від зовнішнього середовища клітинною оболонкою внутрішнє напіврідке колоїдне середовище клітини, в якій розташовані ядро, всі органели мембранної та немембранної будови.

Весь простір між органоїдами в клітині заповнено розчинним вмістом цитоплазми ( цитозолем). Агрегатний стан цитоплазми може бути різним: рідкісним – зольі в'язким – гель. За хімічним складом цитоплазма досить складна. Це напіврідка слизова безбарвна маса складної фізико-хімічної будови (біологічний колоїд).

Клітини тваринного походження та дуже молоді рослинні клітини повністю заповнені цитоплазмою. У рослинних клітинах при диференціації утворюються дрібні вакуолі, у процесі злиття яких утворюється центральна вакуоля, а цитоплазма відходить до оболонки і вистилає її суцільним шаром.

У цитоплазмі містяться:

• солі (1%),
• цукру (4-6%),
• амінокислоти та білки (10-12%),
• жири та ліпіди (2-3%) ферменти,
• до 80% води.

Всі ці речовини утворюють колоїдний розчин, який не поєднується з водою або вакуолярним вмістом.

До складу цитоплазми входять:

• матрикс (гіалоплазма),
• цитоскелет,
• органели,
• включення.

Гіалоплазма- Колоїдна безбарвна структура клітини. Вона складається з розчинних білків, РНК, полісахаридів, ліпідів та певним чином розташованих клітинних структур: мембран, органел, включень.

Цитоскелет, або внутрішньоклітинний скелет, - система білкових утворень, - мікротрубочок і мікрониток - виконує у клітині опорну функцію, бере участь у зміні форми клітини та її русі , забезпечує певне розташування ферментів у клітині.

Органели- Це стабільні клітинні структури, що виконують певні функції, що забезпечують всі процеси життєдіяльності клітини (рух, дихання, харчування, синтез органічних сполук, їх транспорт, збереження та передачу спадкової інформації).

Органели еукаріотів поділяються на:

1. двомембранні (мітохондрії, пластиди);
2. одномембранні (ендоплазматична мережа, апарат (комплекс) Гольджі, лізосоми, вакуолі);
3. немембранні (джгутики, вії, псевдоподії, міофібрили).

Увімкнення- тимчасові структури клітини. До них відносяться запасні сполуки та кінцеві продукти обміну речовин: зерна крохмалю та глікогену, краплі жиру, кристали солей.

Функції та властивості цитоплазми

Цитоплазматичний вміст клітини здатне рухатися, що сприяє оптимальному розміщенню органоїдів і в результаті краще протікають біохімічні реакції, виділення продуктів обміну тощо.

У найпростіших (амеба) завдяки руху цитоплазми здійснюється основне пересування клітин у просторі.

Цитоплазмою сформовані різні зовнішні утворення клітини – джгутики, вії, вирости поверхні, які відіграють важливу роль у русі клітин та сприяють з'єднанню клітин у тканині.

Цитоплазма є матриксом для всіх клітинних елементів, забезпечуючи взаємодію всіх клітинних структур, в ній відбуваються різноманітні хімічні реакції, по цитоплазмі речовини переміщуються в клітині, а також клітини в клітину.

Гіалоплазма (матрикс цитоплазми) – прозорий колоїдний розчин органічних та неорганічних
з'єднань. З неорганічних сполук у гіалоплазмі переважає вода (від 50 до 90%),
є катіони Са2+, К+, аніони вугільної та фосфорної кислот, розчинений кисень,
вуглекислий газ та інші гази. Органічні сполуки представлені білками, амінокислотами,
ліпідами, вуглеводами, різними типами РНК, окремими нуклеотидами.У цитоплазмі розрізняють основна речовина, органели та включення. Основна речовина цитоплазми - гіалоплазмазаповнює простір між плазмалемою, ядерною оболонкою та іншими внутрішньоклітинними структурами. Основна речовина цитоплазми утворює справжнє внутрішнє середовище клітини, що поєднує всі внутрішньоклітинні структури та забезпечує взаємодію один з одним. Виконання матриксом об'єднуючої, а також каркасної функції може бути пов'язана за допомогою надпотужного мікроскопа електронного мікротрабекулярної мережі, утвореної тонкими фібрилами. Також функціонально цитоплазматичний матрикс є місцем здійснення внутрішньоклітинного обміну. Через гіалоплазму здійснюється значний обсяг внутрішньоклітинних переміщень речовин та структур. Гіалоплазму слід розглядати як складну колоїдну систему, здатну переходити з рідкого стану в гелеподібний.

Функції гіалоплазми:
1. Є внутрішнім середовищем, в якому відбувається багато хімічних процесів енергетичного.
та пластичного обміну, і зокрема:
- процеси безкисневого енергетичного обміну з утворенням незначної кількості
АТФ;
- процеси синтезу білка на рибосомах за участю іРНК, тРНК
2. Поєднує всі клітинні структури та забезпечує взаємодію між ними.
Для цитоплазми живої клітини характерний постійний рух її колоїдних частинок та інших
компонентів (циклоз). Циклоз забезпечує транспорт речовин та переміщення органел
(наприклад, рух хлоропластів, травних вакуолей), оптимізацію процесів обміну
речовин, видалення продуктів метаболізму із клітини.
Органоїди– це постійні спеціалізовані компоненти цитоплазми, що мають
певну будову та виконують певні функції у клітині.

7. Органели загального призначення. Їх структура та функції .

Органели загального призначення ділять на мембранніі немембранні. Мембранні у свою чергу діляться на одномембранніі двомембранні.
До одномембраннимвідносять:

Ендоплазматичний ретикулум (ЕПР)). Є системою мембран, що формують цистерни і канали, з'єднаних один з одним і обмежують єдиний внутрішній простір - порожнини ЕПР. Розрізняють два види ЕПР: шорсткий, що містить на своїй поверхні рибосоми та гладкий, мембрани якого рибосом не несуть
Функції: розділяє цитоплазму клітини на ізольовані відсіки, забезпечуючи, тим самим просторове відмежування один від одного безлічі паралельно різних реакцій. Здійснює синтез та розщеплення вуглеводів та ліпідів (гладкий ЕПР) та забезпечує синтез білка (шорсткий ЕПР), накопичує у каналах та порожнинах, а потім транспортує до органоїдів клітини продукти біосинтезу.

Апарат Гольджі.Органоїд, зазвичай, розташований біля клітинного ядра (у тваринних клітинах часто поблизу клітинного центру). Є стопкою сплощених цистерн з розширеними краями, складається з 4-6 цистерн. Число стосів Гольджі в клітці коливається від однієї до кількох сотень.
Найважливіша функція комплексу Гольджі - виведення з клітин різних секретів (ферментів, гормонів), тому він добре розвинений в секреторних клітинах. Тут відбувається синтез складних вуглеводів із простих цукрів, дозрівання білків, утворення лізосом.

Лізосоми.Найдрібніші одномембранні органоїди клітини, що є бульбашками діаметром 0,2-0,8 мкм, що містять до 60 гідролітичних ферментів. Освіта лізосом відбувається в апараті Гольджі. Розщеплення речовин за допомогою ферментів називають лізисом, звідси і назва органоїду.
Розрізняють: первинні вторинні лізосоми - лізосоми, що утворилися в результаті злиття первинних лізосом із піноцитозними або фагоцитозними вакуолями; в них відбувається перетравлення і лізис речовин, що надійшли в клітину (тому часто їх називають травними вакуолями):
Іноді за участю лізосом відбувається саморуйнування клітини. Цей процес називають автолізом.

Вакуолі- великі мембранні бульбашки або порожнини у цитоплазмі, заповнені клітинним соком. Вакуолі утворюються в клітинах рослин і грибів з міхурових розширень ендоплазматичного ретикулуму або з бульбашок комплексу Гольджі. вакуолі поглинають надлишок води і виводять її назовні шляхом скорочень.

До двомембраннихорганоїдам відносяться:

Пластиди - Пластиди– органели, характерні лише рослинних клітин і які у всіх живих клітинах зелених рослин. Внутрішня мембрана хлоропласту утворює вп'ячування всередину строми-тілакоїди. Лейкопласти- дрібні безбарвні пластиди різної форми переважно зустрічаються у клітинах органів, прихованих від сонячного світла (коренів, кореневищ, бульб, насіння). Вони здійснюють вторинний синтез та накопичення запасних поживних речовин

Мітохондрії- Невід'ємні компоненти всіх клітин еукаріотів. товщиною 0,5 мкм та довжиною до 7-10 мкм. Мітохондрії обмежені двома мембранами - зовнішньою та внутрішньою. Зовнішня мембрана відокремлює її від гіалоплазми. Внутрішня мембрана утворює безліч вп'ячування всередину мітохондрій - так званих христ. На мембрані христ або в ній розташовуються ферменти, які беруть участь у кисневому диханні Обмежений нею внутрішній вміст мітохондрії (матрикс) за складом близько до цитоплазми. Матрикс містить різні білки, зокрема ферменти, ДНК (кільцева молекула), всі типи РНК, амінокислоти, рибосоми, ряд вітамінів. ДНК забезпечує деяку генетичну автономність мітохондрій, хоча в цілому їхня робота координується ДНК ядра. Мітохондрії є енергетичною станцією клітини.

Немембранніорганели:

Клітинний центр.У клітинах більшості тварин, а також деяких грибів, водоростей, мохів та папоротей є центріолі. Розташовані вони зазвичай у центрі клітини, що й визначило їхню назву. Центріолі є порожнистими циліндрами довжиною не більше 0,5 мкм. Вони розташовуються парами перпендикулярно одна до одної. Кожна центріоль побудована з дев'яти триплетів мікротрубочок Основна функція центріолей - організація мікротрубочок веретена поділу клітини.

Рибосоми- це дрібні сферичні гранули, що є місцем синтезу білка з амінокислот. Вони виявлені у клітинах усіх організмів. 2 субодиниці– велика та мала, сформовані з
молекул рибосомальної РНК та білків.

Цитоскелет-Елементи цитоскелета, тісно пов'язані із зовнішньою цитоплазматичною мембраною та ядерною оболонкою, утворюють складні переплетення в цитоплазмі. Цитоскелет утворений мікротрубочкамиі мікрофіламентами, визначає форму клітини, бере участь у її рухах, у розподілі та переміщеннях самої клітини, у внутрішньоклітинному транспорті органоїдів та окремих сполук.

8.Органели спеціального призначення. Їх структура та функції.
Органели спеціального призначення присутні у клітинах, спеціалізованих до виконання певної функції, але у незначній кількості можуть траплятися й інших типах клітин. До них відносять, наприклад, мікроворсинки всмоктуючої поверхні епітеліальної клітини кишечника, вії епітелію трахеї та бронхів, синаптичні бульбашки, що транспортують переносників нервового збудження з однієї нервової клітини на іншу або клітину робочого органу, міофібриливід яких залежить скорочення м'яза.

Цитоплазма- обов'язкова частина клітини, укладена між плазматичною мембраною та ядром; підрозділяється на гіалоплазму (основна речовина цитоплазми), органоїди (постійні компоненти цитоплазми) та включення (тимчасові компоненти цитоплазми). Хімічний склад цитоплазми: основу становить вода (60-90% усієї маси цитоплазми), різні органічні та неорганічні сполуки. Цитоплазма має лужну реакцію. Характерна риса цитоплазми еукаріотичної клітини - постійний рух ( циклоз). Воно виявляється, перш за все, переміщення органоїдів клітини, наприклад хлоропластів. Якщо рух цитоплазми припиняється, клітина гине, оскільки, перебуваючи у постійному русі, може виконувати свої функції.

Гіалоплазма ( цитозоль) являє собою безбарвний, слизовий, густий та прозорий колоїдний розчин. Саме в ній протікають усі процеси обміну речовин, вона забезпечує взаємозв'язок ядра та всіх органоїдів. Залежно від переважання в гіалоплазмі рідкої частини або великих молекул розрізняють дві форми гіалоплазми: золь- Рідкіша гіалоплазма і гель- Густіша гіалоплазма. Між ними можливі взаємопереходи: гель перетворюється на золь і навпаки.

Функції цитоплазми:

1. поєднання всіх компонентів клітини в єдину систему,
2. середовище для проходження багатьох біохімічних та фізіологічних процесів,
3. середовище для існування та функціонування органоїдів.

Клітинні оболонки

Клітинні оболонкиобмежують еукаріотичні клітини. У кожній клітинній оболонці можна виділити щонайменше два шари. Внутрішній шар прилягає до цитоплазми та представлений плазматичною мембраною(синоніми - плазмалема, клітинна мембрана, цитоплазматична мембрана), над якою формується зовнішній шар. У тваринній клітці він тонкий і називається глікокаліксом(утворений глікопротеїнами, гліколіпідами, ліпопротеїнами), у рослинній клітині - товстий, називається клітинною стінкою(Утворений целюлозою).

Усі біологічні мембрани мають загальні структурні особливості та властивості. В даний час загальноприйнята рідинно-мозаїчна модель будови мембрани. Основу мембрани становить ліпідний бислой, утворений переважно фосфоліпідами. Фосфоліпіди - тригліцериди, у яких один залишок жирної кислоти заміщений залишок фосфорної кислоти; Ділянку молекули, в якій знаходиться залишок фосфорної кислоти, називають гідрофільною головкою, ділянки, в яких знаходяться залишки жирних кислот - гідрофобними хвостами. У мембрані фосфоліпіди розташовуються строго впорядковано: гідрофобні хвости молекул звернені одна до одної, а гідрофільні головки - назовні, до води.

Крім ліпідів до складу мембрани входять білки (у середньому 60%). Вони визначають більшість специфічних функцій мембрани (транспорт певних молекул, каталіз реакцій, отримання та перетворення сигналів із навколишнього середовища та ін.). Розрізняють: 1) периферичні білки(розташовані на зовнішній або внутрішній поверхні ліпідного бислоя), 2) напівінтегральні білки(занурені в ліпідний бішар на різну глибину), 3) інтегральні, або трансмембранні, білки(Пронизують мембрану наскрізь, контактуючи при цьому і із зовнішньою, і з внутрішнім середовищем клітини). Інтегральні білки в ряді випадків називають каналоутворюючими, або канальними, так як їх можна розглядати як гідрофільні канали, якими в клітину проходять полярні молекули (ліпідний компонент мембрани їх би не пропустив).

А - гідрофільна головка фосфоліпіду; В – гідрофобні хвостики фосфоліпіду; 1 - гідрофобні ділянки білків Е та F; 2 - гідрофільні ділянки білка F; 3 - розгалужена олігосахаридна ланцюг, приєднана до ліпіду в молекулі гліколіпіду (гліколіпіди зустрічаються рідше, ніж глікопротеїни); 4 - розгалужена олігосахаридна ланцюг, приєднана до білка в молекулі глікопротеїну; 5 - гідрофільний канал (функціонує як пора, через яку можуть проходити іони та деякі полярні молекули).

До складу мембрани можуть входити вуглеводи (до 10%). Вуглеводний компонент мембран представлений олігосахаридними або полісахаридними ланцюгами, пов'язаними з молекулами білків (глікопротеїни) або ліпідів (гліколіпіди). В основному вуглеводи розміщуються на зовнішній поверхні мембрани. Вуглеводи забезпечують рецепторні функції мембрани. У тваринних клітинах глікопротеїни утворюють надмембранний комплекс — глікоколікс, що має товщину кілька десятків нанометрів. У ньому розташовуються багато рецепторів клітини, з його допомогою відбувається адгезія клітин.

Молекули білків, вуглеводів та ліпідів рухливі, здатні переміщатися у площині мембрани. Товщина плазматичної мембрани – приблизно 7,5 нм.

Функції мембран

Мембрани виконують такі функції:

1. відділення клітинного вмісту від зовнішнього середовища,
2. регуляція обміну речовин між клітиною та середовищем,
3. поділ клітини на компартаменти («відсіки»),
4. місце локалізації «ферментативних конвеєрів»,
5. забезпечення зв'язку між клітинами у тканинах багатоклітинних організмів (адгезія),
6. розпізнавання сигналів.

Найважливіше властивість мембран- Виборча проникність, тобто. мембрани добре проникні одних речовин чи молекул і погано проникні (чи зовсім непроникні) іншим. Ця властивість лежить в основі регуляторної функції мембран, що забезпечує обмін речовин між клітиною та зовнішнім середовищем. Процес проходження речовин через клітинну мембрану називають транспортом речовин. Розрізняють: 1) пасивний транспорт- Процес проходження речовин, що йде без витрат енергії; 2) активний транспорт- Процес проходження речовин, що йде з витратами енергії.

При пасивному транспортіречовини переміщаються з області з більш високою концентрацією область з нижчою, тобто. за градієнтом концентрації. У будь-якому розчині є молекули розчинника та розчиненої речовини. Процес переміщення молекул розчиненої речовини називають дифузією, переміщення молекул розчинника осмосом. Якщо молекула заряджена, то її транспорт впливає і електричний градієнт. Тому часто говорять про електрохімічний градієнт, об'єднуючи обидва градієнти разом. Швидкість транспорту залежить від величини градієнта.

Можна виділити такі види пасивного транспорту: 1) проста дифузія- Транспорт речовин безпосередньо через ліпідний бішар (кисень, вуглекислий газ); 2) дифузія через мембранні канали- Транспорт через каналоутворюючі білки (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) полегшена дифузіятранспорт речовин за допомогою спеціальних транспортних білків, кожен з яких відповідає за переміщення певних молекул або груп споріднених молекул (глюкоза, амінокислоти, нуклеотиди); 4) осмос- Транспорт молекул води (у всіх біологічних системах розчинником є ​​саме вода).

Необхідність активного транспортувиникає тоді, коли необхідно забезпечити перенесення через мембрану молекул проти електрохімічного градієнта. Цей транспорт здійснюється особливими білками-переносниками, діяльність яких потребує витрат енергії. Джерелом енергії є молекули АТФ. До активного транспорту відносять: 1) Na+/К+-насос (натрій-калієвий насос); 2) ендоцитоз; 3) екзоцитоз.

Робота Na+/К+-насоса. Для нормального функціонування клітина повинна підтримувати певне співвідношення іонів К+ та Na+ у цитоплазмі та у зовнішньому середовищі. Концентрація К + усередині клітини має бути значно вищою, ніж за її межами, а Na + - навпаки. Слід зазначити, що Na + і + можуть вільно дифундувати через мембранні пори. Na + /К + -насос протидіє вирівнюванню концентрацій цих іонів і активно перекачує Na + з клітини, а K + в клітину. Na + /К + -насос є трансмембранний білок, здатний до конформаційних змін, внаслідок чого він може приєднувати як K + , так і Na + . Цикл роботи Na + /К + -насоса можна розділити на наступні фази: 1) приєднання Na + з внутрішньої сторони мембрани; 2) фосфорилювання білка-насоса; 3) вивільнення Na + у позаклітинному просторі; 4) приєднання K + із зовнішньої сторони мембрани. 5) дефосфорилювання білка-насоса; 6) вивільнення K+ у внутрішньоклітинному просторі. На роботу натрій-калієвого насоса витрачається майже третина всієї енергії, яка потрібна для життєдіяльності клітини. За один цикл роботи насос викачує із клітини 3Na+ та закачує 2К+.

Ендоцитоз- Процес поглинання клітиною великих частинок та макромолекул. Розрізняють два типи ендоцитозу: 1) фагоцитоз- Захоплення та поглинання великих частинок (клітин, частин клітин, макромолекул) і 2) піноцитоз- Захоплення та поглинання рідкого матеріалу (розчин, колоїдний розчин, суспензія). Явище фагоцитозу відкрито І.І. Мечниковим у 1882 р. При ендоцитозі плазматична мембрана утворює вп'ячування, краї її зливаються, і відбувається відшнурування в цитоплазму структур, відмежованих від цитоплазми одиночною мембраною. До фагоцитозу здатні багато найпростіших, деякі лейкоцити. Піноцитоз спостерігається в епітеліальних клітинах кишківника, в ендотелії кровоносних капілярів.

Екзоцитоз- Процес, зворотний ендоцитоз: виведення різних речовин з клітини. При екзоцитозі мембрана бульбашки зливається із зовнішньою цитоплазматичною мембраною, вміст везикули виводиться за межі клітини, а її мембрана включається до складу зовнішньої цитоплазматичної мембрани. У такий спосіб із клітин залоз внутрішньої секреції виводяться гормони, у найпростіших — неперетравлені залишки їжі.

Перейти до лекції №5«Клітинна теорія. Типи клітинної організації»

Перейти до лекції №7«Еукаріотична клітина: будова та функції органоїдів»