ЦИТОПЛАЗМА: ФУНКЦІЇ, ЧАСТИНИ ТА ХАРАКТЕРИСТИКИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Цитоплазма є речовиною , знайденим усередині клітин, який включає в себе цитоплазматическую матрицю або цитозоль і субклітинні відсіки. Цитозол становить трохи більше половини (приблизно 55%) від загального об'єму клітини і є тією областю, де відбувається синтез і деградація білків, забезпечуючи достатню середу для необхідних метаболічних реакцій. .

Усі компоненти прокаріотичної клітини знаходяться в цитоплазмі, тоді як у еукаріотів є інші відділи, такі як ядро. У еукаріотичних клітинах залишок клітин (45%) займають цитоплазматичні органели, такі як мітохондрії, гладкий і шорсткий ендоплазматичний ретикулум, ядро, пероксисоми, лізосоми та ендосоми.

Загальна характеристика

Цитоплазма - це речовина, яка заповнює внутрішню частину клітин і поділяється на два компоненти: рідку фракцію, відому як цитозол або цитоплазматичний матрикс, і органели, які вбудовані в неї - у випадку еукаріотичної лінії.

Цитозол є желеподібною матрицею цитоплазми і складається з безлічі різноманітних розчинних речовин, таких як іони, проміжні метаболіти, вуглеводи, ліпіди, білки та рибонуклеїнові кислоти (РНК). Він може з'являтися у двох взаємоперетворюваних фазах: гелевій фазі та золь-фазі.

Він складається з колоїдного матриксу, схожого на водний гель, що складається з води - головним чином - і мережі волокнистих білків, відповідних цитоскелету, включаючи актин, мікротрубочки та проміжні нитки, на додаток до ряду білків-аксесуарів, які сприяють формуванню рамки.

Ця мережа, утворена білковими нитками, дифундує по всій цитоплазмі, надаючи їй в'язкопружні властивості та характеристики скоротливого гелю.

Цитоскелет відповідає за підтримку та стабільність клітинної архітектури. Крім участі у транспортуванні речовин у цитоплазмі та сприянні руху клітин, наприклад фагоцитозу. У наступній анімації ви можете побачити цитоплазму тваринного клітини (цитоплазми):

Особливості

Цитоплазма - це свого роду молекулярний суп, де протікають ферментативні реакції, які мають важливе значення для підтримки функції клітин.

Це ідеальне транспортне середовище для процесів клітинного дихання та для реакцій біосинтезу, оскільки молекули не розчиняються в середовищі і плавають у цитоплазмі, готові до використання.

Також завдяки своєму хімічному складу цитоплазма може функціонувати як буфер або буфер. Він також служить придатним середовищем для суспензії органел, захищаючи їх - і генетичний матеріал, обмежений у ядрі - від раптових рухів та можливих зіткнень.

Цитоплазма сприяє руху поживних речовин і витісненню клітин завдяки породженню цитоплазматичного потоку. Це явище складається з руху цитоплазми.

Струми в цитоплазмі особливо важливі у великих рослинних клітинах і допомагають прискорити процес розподілу матеріалу.

Компоненти

Цитоплазма, простір всередині клітини

Цитоплазма складається з цитоплазматичної матриці або цитозолу та органел, вбудованих у цю желеподібну речовину. Кожен з них буде глибоко описаний нижче:

Цитозол

Цитозол - це безбарвна, іноді сірувата, желеподібна і напівпрозора речовина, що знаходиться на зовнішній стороні органел. Вважається розчинною частиною цитоплазми.

Найпоширенішим компонентом цієї матриці є вода, яка становить від 65 до 80% її загального складу, крім кісткових клітин, в емалі зубів та насінні.

Що стосується його хімічного складу, то 20% відповідає молекулам білка. У ньому більше 46 елементів, які використовує клітина. З них лише 24 вважаються істотними для життя.

Серед найвизначніших елементів - вуглець, водень, азот, кисень, фосфор і сірка.

Таким же чином ця матриця багата іонами, і утримання цих продуктів призводить до підвищення осмотичного тиску клітини. Ці іони допомагають підтримувати оптимальний кислотно-лужний баланс у клітинному середовищі.

Різноманітність іонів, виявлених у цитозолі, змінюється залежно від досліджуваного типу клітин. Наприклад, м’язові та нервові клітини мають високу концентрацію калію та магнію, тоді як іон кальцію особливо рясний у клітинах крові.

Мембранові органели

Що стосується еукаріотичних клітин, то в цитоплазматичний матрикс вбудовані різноманітні субклітинні відділення. Їх можна розділити на мембранні та дискретні органели.

Ендоплазматичний ретикулум і апарат Гольджі належать до першої групи, обидва - це системи мішкоподібних мембран, які взаємопов'язані. З цієї причини важко визначити межу його структури. Крім того, ці відділення представляють просторову та часову безперервність плазматичної мембрани.

Ендоплазматичний ретикулум поділяється на гладкий або шорсткий, залежно від наявності або відсутності рибосом. Гладка відповідає за метаболізм малих молекул, має механізми детоксикації та синтезу ліпідів та стероїдів.

Навпаки, шорсткий ендоплазматичний ретикулум має рибосоми, прикріплені до його мембрани і головним чином відповідає за синтез білків, які виводяться клітиною.

Апарат Гольджі - це набір мішечків у формі диска і бере участь у мембранному та синтезі білка. Крім того, він має ферментативний механізм, необхідний для здійснення модифікацій білків і ліпідів, включаючи глікозилювання. Він також бере участь у зберіганні та розподілі лізосом і пероксисом.

Дискретні органели

Другу групу складають внутрішньоклітинні органели, які дискретні, і їх межі чітко спостерігаються за наявністю мембран.

Вони виділені від інших органел зі структурної та фізичної точки зору, хоча можуть бути взаємодії з іншими відділами, наприклад, мітохондрії можуть взаємодіяти з мембранними органелами.

У цій групі знаходяться мітохондрії, органели, які мають ферменти, необхідні для здійснення основних метаболічних шляхів, таких як цикл лимонної кислоти, ланцюг транспорту електронів, синтез АТФ та b-окислення жирної кислоти.

Лізосоми також є окремими органелами і відповідають за зберігання гідролітичних ферментів, які допомагають реабсорбції білків, знищують бактерії та деградацію цитоплазматичних органел.

Мікротіла (пероксисоми) беруть участь у окислювальних реакціях. Ці структури мають фермент каталазу, що допомагає перетворити перекис водню - токсичний метаболізм - у речовини, нешкідливі для клітини: воду та кисень. У цих органах відбувається b-окислення жирних кислот.

Що стосується рослин, то існують інші органели, які називаються пластоми. Вони виконують десятки функцій у клітині рослини, а найбільш видатними є хлоропласти, де відбувається фотосинтез.

Немембранозні органели

Клітина також має структури, не обмежені біологічними мембранами. До них відносяться компоненти цитоскелету, до яких належать мікротрубочки, проміжні нитки та актинові мікрофіламенти.

Актинові нитки складаються з кулеподібних молекул і є гнучкими ланцюгами, тоді як проміжні нитки більш стійкі і складаються з різних білків. Ці білки відповідають за забезпечення міцності на розрив і надають міцності клітинам.

Центриоли - це структурний дует у формі циліндра, а також є немембранозними органелами. Вони розташовані в центросомах або організованих центрах мікротрубочок. Ці структури породжують базальні тіла війок.

Нарешті, є рибосоми, структури, що складаються з білків та рибосомної РНК, які беруть участь у процесі трансляції (синтез білка). Вони можуть бути вільними в цитозолі або прив’язані до грубого ендоплазматичного ретикулуму.

Однак кілька авторів не вважають, що рибосоми слід класифікувати як органели.

Включення

Включення - це компоненти цитоплазми, які не відповідають органелам і в більшості випадків не оточені ліпідними мембранами.

До цієї категорії належить велика кількість різнорідних структур, таких як пігментні гранули, кристали, жири, глікоген та деякі відходи.

Ці органи можуть оточувати себе ферментами, які беруть участь у синтезі макромолекул з речовини, присутньої в включенні. Наприклад, глікоген іноді може бути оточений ферментами, такими як глікоген-синтез або фосфорилаза глікогену.

Включення поширені в клітинах печінки та м’язових клітинах. Так само волосся і шкіра включають пігментні гранули, які надають їм характерного забарвлення цих структур.

Властивості цитоплазми

Це колоїд

Хімічно цитоплазма є колоїдним, тому має характеристики розчину і суспензії одночасно. Він складається з низькомолекулярних молекул, таких як солі та глюкоза, а також молекули більшої маси, такі як білки.

Колоїдну систему можна визначити як суміш частинок діаметром від 1/1 000 000 до 1/10 000, диспергованих у рідкому середовищі. Вся клітинна протоплазма, яка включає як цитоплазму, так і нуклеоплазму, є колоїдним розчином, оскільки дисперговані білки мають усі характеристики цих систем.

Білки здатні утворювати стійкі колоїдні системи, оскільки вони поводяться як заряджені іони в розчині і взаємодіють відповідно до своїх зарядів, по-друге, вони здатні притягувати молекули води. Як і всі колоїди, він має властивість підтримувати такий стан суспензії, що надає клітинам стабільність.

Поява цитоплазми каламутна, оскільки молекули, які її складають, великі і заломлюють світло, це явище називається ефектом Тіндалла.

З іншого боку, броунівський рух частинок збільшує зустріч частинок, сприяючи ферментативним реакціям у цитоплазмі клітин.

Тиксотропні властивості

Цитоплазма виявляє тиксотропні властивості, як і деякі неньютонові рідини та псевдопластики. Тиксотропія відноситься до змін в'язкості з часом: коли рідина піддається стресу, її в'язкість зменшується.

Тиксотропні речовини виявляють стійкість у стані спокою і, порушуючи, вони набувають текучості. У повсякденному середовищі ми контактуємо з такими видами матеріалів, як томатний соус та йогурт.

Цитоплазма веде себе як гідрогель

Гідрогель - це природна або синтетична речовина, яка може бути або не бути пористою і має здатність поглинати велику кількість води. Її розтяжність залежить від таких факторів, як осмолярність середовища, іонна сила та температура.

Цитоплазма має характеристики гідрогелю, оскільки вона може поглинати значну кількість води, а об'єм змінюється у відповідь на зовнішній вигляд. Ці властивості підтверджуються в цитоплазмі ссавців.

Циклозні рухи

Цитоплазматична матриця здатна здійснювати рухи, що створюють цитоплазматичний струм або потік. Цей рух, як правило, спостерігається у більш рідкій фазі цитозолу і є причиною зміщення клітинних відділів, таких як піносоми, фагосоми, лізосоми, мітохондрії, центріоли, серед інших.

Це явище спостерігалось у більшості тваринних і рослинних клітин. Рухи амебоїдів найпростіших, лейкоцитів, епітеліальних клітин та інших структур залежать від руху циклозу в цитоплазмі.

Цитозольні фази

В'язкість цієї матриці змінюється залежно від концентрації молекул у клітині. Завдяки колоїдній природі в цитоплазмі можна виділити дві фази або стани: соль-фаза та гелева фаза. Перша нагадує рідину, а друга схожа на тверду речовину завдяки більшій концентрації макромолекул.

Наприклад, при приготуванні желатину ми можемо виділити обидва стани. У зольовій фазі частинки можуть вільно переміщатися у воді, однак при охолодженні розчину він твердне і стає своєрідним напівтвердим гелем.

У гелевому стані молекули здатні утримуватися разом різними типами хімічних зв’язків, включаючи HH, CH або CN. Як тільки тепло буде подано на розчин, воно повернеться до фази сонця.

У природних умовах фазова інверсія в цій матриці залежить від різноманітних фізіологічних, механічних та біохімічних факторів у клітинному середовищі.

Список літератури

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2008). Молекулярна біологія клітини. Гарленд Наука.
2. Кемпбелл, штат NA, І Різ, JB (2007). Біологія. Panamerican Medical Ed.
3. Fels, J., Orlov, SN, & Grygorczyk, R. (2009). Природа гідрогелю цитоплазми ссавців сприяє осмосенсированию та позаклітинному зондування pH. Біофізичний журнал, 96 (10), 4276-4285.
4. Luby-Phelps, K., Taylor, DL, & Lanni, F. (1986). Зондування будови цитоплазми. Журнал клітинної біології, 102 (6), 2015-2022.
5. Ross, MH, і Pawlina, W. (2007). Гістологія. Текстовий та кольоровий атлас з клітинною та молекулярною біологією, 5aed. Panamerican Medical Ed.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Вступ до мікробіології. Panamerican Medical Ed.