Цитоплазма и её органоиды

Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Цитоплазма и её органоиды 

     В цитоплазме находится целый ряд  оформленных структур, имеющих закономерные особенности строения и поведения  в разные периоды жизнедеятельности  клетки. Каждая из этих структур несет определенную функцию. Отсюда возникло сопоставление их с органами целого организма, в связи с чем они получили название органоиды, или органеллы. Есть органоиды, свойственные всем клеткам,— это митохондрии, клеточный центр, аппарат Гольджи, рибосомы, эндоплазматическая сеть, лизосомы, и есть органоиды, свойственные только определенным типам клеток: миофибриллы, реснички и ряд других. Органоиды — жизненно важные составные части клетки, постоянно присутствующие в ней. 
В цитоплазме откладываются различные вещества— включения. Включениями называют непостоянные структуры в цитоплазме (а иногда и в ядрах). К ним относятся продукты обмена веществ (пигменты, белковые гранулы в секреторных клетках) или запасные питательные вещества (гликоген, капли жира).

     Цитоплазматическая  мембрана. Цитоплазматическая мембрана есть у всех клеток, она отграничивает содержимое цитоплазмы от внешней среды. На фотографиях, полученных с помощью электронного микроскопа, отчетливо видно трехслойное строение наружной мембраны. Толщина ее примерно 7,5 нм. Наружный и внутренний слои мембраны состоят из белковых молекул, между ними находятся два слоя липидов (рис. 18). Наружная клеточная мембрана образует подвижную поверхность клетки, которая может иметь выросты и впячивания, совершает волнообразные колебательные движения, в ней постоянно перемещаются макромолекулы.

Рис. 1. Строение животной клетки:

1 –  Пероксисома, 2 – Клеточная мембрана, 3 – Ядро, 4 – Ядрышко, 5 – Митохондрии, 6 – Эндоплазматическая сеть, 7 –  Аппарат Гольджи, 8 – Хромасома, 9 – Ядерная оболочка, 10 – Центриоли, 11 – Лизосома, 12 – Цитоплазма 

     Митохондрии видны в световой микроскоп в  виде гранул, палочек, нитей величиной  от 0,5 до 7 мкм. Они имеются во всех клетках, однако число их колеблется в широких пределах (от нескольких единиц до нескольких тысяч). При исследовании в электронном микроскопе выяснена их внутренняя структура. Стенка митохондрий состоит из двух мембран – наружной, гладкой, и внутренней, образующей выросты – кристы, которые вдаются во внутреннее гомогенное содержимое митохондрии (матрикс). В матриксе имеется автономная система биосинтеза белков: митохондриальная ДНК и рибосомы. Основными функциями митохондрий являются окисление органических соединений до диоксида углерода и воды и накопление химической энергии в макроэргических фосфатных связях АТФ, т. е. в митохондриях протекает кислородный этап энергетического обмена и биосинтез специфических белков.¹

     Эндоплазматическая  сеть представлена системой каналов  и полостей, образованных элементарными мембранами и пронизывающих всю гиалоплазму клетки. Имеются два типа эндоплазматической сети – гладкая (агранулярная) и шероховатая (гранулярная). На мембранах гладкой эндоплазматической сети локализованы ферментные системы жирового и углеводного обмена. Здесь происходит синтез жиров и углеводов. На мембранах гранулярной эндоплазматической сети находятся рибосомы, в которых происходит синтез белков.

     Мембраны  эндоплазматической сети делят клетку на отсеки, изолирующие ферментные системы, что необходимо для их последовательного вступления в биохимические реакции. Непосредственным продолжением эндоплазматической сети является наружная ядерная мембрана. По каналам эндоплазматической сети происходит транспорт веществ, как синтезированных в клетке, так и поступивших извне.

     Рибосомы  представляют собой мелкие сферические  органоиды размером от 15 до 35 нм, состоящие  из двух неравных субъединиц и содержащие примерно равное количество белка и  РНК. Субъединицы рибосом синтезируются  в ядрышках и через поры ядерной  мембраны поступают в цитоплазму, где располагаются либо на мембранах эндоплазматической сети, либо свободно. При синтезе белков они могут объединяться на информационной РНК в группы (полисомы) числом от 5 до 70. Рибосомы непосредственно участвуют в сборке белковых молекул. Они содержатся в клетках всех типов.

     Комплекс (аппарат) Гольджи выявляется в световом микроскопе в животных клетках в  виде сложной сети, расположенной  вокруг ядра (сетчатый комплекс). В клетках  простейших и растений он представлен  отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы (диктиосомы). Электронно-микроскопические исследования показали, что комплекс Гольджи состоит из элементарных мембран и напоминает стопку рулонов, наложенных друг на друга. Они образуют узкие каналы, расширяющиеся на концах в цистерны, от которых отпочковываются пузырьки. Каналы и цистерны комплекса Гольджи соединены с каналами эндоплазматической сети. Основные его функции: концентрация,обезвоживание и уплотнение синтезированных в клетке белков, жиров, полисахаридов и веществ, поступивших извне, и подготовка их к выведению из клетки либо к использованию в самой клетке; образование лизосом и сборка сложных комплексов органических веществ, например белков и полисахаридов (гликопротеидов).

     Лизосомы  – шаровидные тельца диаметром от 0,2 до 1 мкм. Они покрыты элементарной мембраной и содержат около 30 гидролитических ферментов, способных расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, жиры и углеводы. Образование лизосом происходит в комплексе Гольджи. Если в цитоплазму клетки попадают пищевые вещества или микроорганизмы, ферменты лизосом принимают участие в их переваривании. При повреждении мембран лизосом содержащиеся в них ферменты могут разрушать структуры самой клетки и временные органы эмбрионов и личинок, например хвост и жабры в процессе развития головастиков лягушек. Продукты лизиса через мембрану лизосом поступают в цитоплазму и включаются в дальнейший обмен веществ.

     Клеточный центр (центросома) – органоид, расположенный  вблизи ядра, состоящий из двух мелких гранул – центриолей, окруженных лучистой сферой. С помощью электронного микроскопа установлено, что каждая центриоль представляет собой цилиндрическое тельце длиной 0,3 – 0,5 мкм и диаметром 0,15 мкм. Она состоит из 27 микротрубочек, сгруппированных по три. Функция центросомы состоит в образовании полюсов деления и растягивании дочерних хромосом с помощью веретена деления в анафазе мейоза и митоза.

     Вакуоли представляют собой участки гиалоплазмы  растительных клеток и простейших, ограниченные элементарной мембраной. Они образуются из расширений эндоплазматической сети и пузырьков комплекса Гольджи. Вакуоли растений содержат клеточный сок и поддерживают тургорное давление. Вакуоли простейших можно разделить на две группы:

• пищеварительные, в которые поступают гидролитические ферменты лизосом и в которых происходит внутриклеточное пищеварение;
• сократительные, собирающие и выводящие за пределы клетки продукты диссимиляции и излишки воды и тем самым поддерживающие осмотическое давление клетки.

     Пластиды  – органоиды, содержащиеся только в растительных клетках. Они подразделяются на три группы – хлоропласты (зеленые), хромопласты (чаще желтые или оранжевые) и лейкопласты (бесцветные). Пластиды имеют сходное строение и при определенных условиях могут переходить из одного вида в другой. Так, при хранении картофеля и моркови на свету лейкопласты и хромопласты превращаются в хлоропласты (овощи зеленеют).

     Хлоропласты по форме напоминают двояковыпуклую линзу и содержат зеленый пигмент  хлорофилл. Их размеры 5-10 мкм. Хлоропласты  имеются в листьях, молодых побегах, незрелых плодах. Стенка хлоропласта образована двумя мембранами, под которыми находится бесструктурное содержимое – строма. Огрома пронизана системой параллельно расположенных элементарных мембран, являющихся продолжением внутренней мембраны. Их называют тилакоидами. В некоторых местах парные мембраны тилакоидов диаметром около 0,3 мкм плотно прилегают друг к другу, образуя стопки, содержащие хлорофилл, – граны. В мембранах гран встроены пигменты, улавливающие солнечный свет, и ферменты, синтезирующие АТФ. В строме хлоропластов локализованы ферменты фиксации CO2 и синтеза органических соединений с использованием энергии АТФ. Таким образом, в гранах протекает световая фаза фотосинтеза, а в строме – темновая. В строме хлоропластов имеется автономная система синтеза белков (ДНК и рибосомы). Основные функции хлоропластов – фотосинтез и синтез специфических белков.

     Хромопласты – пластиды, содержащие растительные пигменты (кроме зеленого), придающие  окраску цветкам, плодам, стеблям и другим частям растений, благодаря накоплению в них каротиноидов.

     Лейкопласты – бесцветные пластиды, содержащиеся чаще в неокрашенных частях растений – стеблях, корнях, луковицах и  т. п. В них могут синтезироваться  и накапливаться белки, жиры и полисахариды (крахмал).

     Включения – это непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости  от функционального состояния клетки. Различают трофические, секреторные  и экскреторные включения. Трофические  включения представляют собой запасы питательных веществ. В растительных клетках это крахмальные и белковые зерна, в животных – гликоген в клетках печени и мышцах, капли жира в клетках подкожной жировой клетчатки. Секреторные включения являются продуктами жизнедеятельности клеток желез внешней и внутренней секреции. К ним относятся ферменты, гормоны, слизь и другие вещества, подлежащие выведению из клетки. Экскреторные включения представляют собой продукты обмена веществ в растительных и животных клетках (кристаллы щавелевой кислоты, щавелевокислого кальция и др.).

     Ядро  является обязательным компонентом  всех клеток. Исключение составляют некоторые  высокоспециализированные, утратившие способность делиться и недолго  живущие клетки, например эритроциты млекопитающих. Некоторые клетки имеют два и более ядер (клетки печени и мышц у человека и млекопитающих, инфузории, грибы и др.). Форма и размеры ядра зависят от формы и величины клетки и выполняемой ею функции. В округлых и многоугольных клетках оно обычно шаровидное, в вытянутых – палочковидное или овальное, в лейкоцитах – лопастное.

     По  химическому составу ядро отличается от остальных компонентов клетки высоким содержанием ДНК (15 – 30%) и РНК (12%). Девяносто девять процентов  ДНК клетки сосредоточено в ядре, где она вместе с белками образует комплексы – дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП).

     Ядро  выполняет две главные функции:

• хранение и воспроизведение наследственной информации,
• регуляцию процессов обмена веществ, протекающих в клетке.

     В процессе деления клеток структуры  ядра претерпевают значительные изменения. В интерфазном ядре различают: ядерную оболочку, ядерный сок, хроматин и ядрышки.

     Ядерная оболочка (кариолемма) представлена двумя  биологическими мембранами, между которыми находится перинуклеарное пространство. Наружная ядерная мембрана непосредственно соединена с мембранами каналов эндоплазматической сети. Следовательно, перинуклеарное пространство и эндоплазматическая сеть образуют единую систему сообщающихся каналов. На наружной ядерной мембране располагаются рибосомы, внутренняя мембрана гладкая. Ядерная оболочка пронизана многочисленными порами, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Основная функция ядерной оболочки – регуляция обмена веществ. Кроме того, она выполняет защитную функцию.

     Ядерный сок (кариоплазма) – это однородная масса, заполняющая пространство между структурами ядра (хроматином и ядрышками). В его состав входят белки (ферменты), нуклеотиды, аминокислоты и различные виды РНК (и-РНК, т-РНК, р-РНК). Ядерный сок осуществляет взаимосвязь ядерных структур и обмен с цитоплазмой клетки.

     Хроматин  представляет собой дезоксирибонуклеопротеид (ДНП), выявляемый под световым микроскопом  в виде тонких нитей и гранул. Так выглядят деспирализованные  хромосомы в интерфазе. В процессе митоза хроматин путем спирализации образует хорошо видимые (особенно в метафазе) интенсивно окрашивающиеся структуры – хромосомы.

     Метафазная  хромосома состоит из двух продольных нитей ДНП – хроматид, соединенных  друг с другом в области первичной  перетяжки – центромеры, к которой прикрепляются нити веретена деления. Центромера делит тело хромосомы на два плеча. В зависимости от расположения первичной перетяжки различают следующие типы хромосом: равноплечие, в которых центромера расположена посередине, а плечи примерно равной длины; неравноплечие, когда центромера смещена от середины хромосомы, а плечи неравной длины; палочковидные, когда центромера смещена к одному концу хромосомы и одно плечо очень короткое. В некоторых хромосомах могут быть вторичные перетяжки, отделяющие от тела хромосомы участок, называемый спутником.

     Каждый  вид растений и животных имеет  определенное, постоянное число хромосом. Так, в ядре соматических клеток у  лошадиной аскариды содержится 2 хромосомы, у мухи дрозофилы – 8, у кукурузы – 20, у таракана – 48, у человека – 46. Число хромосом не зависит от уровня организации вида и не всегда указывает на филогенетическое родство. Следует отметить, что во всех соматических клетках число хромосом всегда парное (диплоидное – 2n), т. е. каждая хромосома в наборе имеет парную, гомологичную. Гомологичные хромосомы одинаковы по величине, форме, расположению центромер. Диплоидный набор хромосом соматических клеток организмов определенного вида называется кариотипом. Для каждого кариотипа характерно постоянство числа, величины и формы хромосом. При образовании половых клеток из каждой пары гомологичных хромосом в клетку попадает только одна, поэтому хромосомный набор гамет называется гаплоидным.