Какую функцию выполняет цитоплазма

Что такое цитоплазма

Происхождение термина включает перевод с греческого κύτος — «клетка» и πλάσμα — «содержимое».

Цитоплазма является обязательной составляющей как живой, так и погибшей клетки. Ее химический состав четко определен, при этом могут присутствовать непостоянные включения.

История открытия

В середине XIX века ученые Шлейден, Шванн и Вирхов представили миру результаты многочисленных исследований, подтверждающих «клеточную теорию» существования организмов. Однако еще в 1830 году Я.Пуркинье был произнесен термин «протоплазма» в адрес живого содержимого, заключенного в плотную оболочку.

Строение цитоплазмы обсуждалось учеными с различных позиций.

В 1873 году Дж. Гейцман выдвинул теорию сетчатой структуры, в которой роль основы отводилась сети волокон, окруженных жидкостью. Аналогичной точки зрения придерживался Лейдиг. Однако, если по Гейцману волокна — основа, а жидкость — «параплазма», то по Лейдигу волокна — опора, а жидкость — живая.

80-е годы — период, когда, благодаря Флеммингу, появилась теория нитчатого строения цитоплазмы.

1882 год считается годом введения в научный обиход термина «цитоплазма». Инициатором стал ботаник Эдвард Страсбургер.

В 1892 году Бючли предложил считать строение цитоплазмы пенистым. По его умозаключениям, это — эмульсия, в составе которой две жидкости с различной способностью преломлять свет. Именно это описание считалось объективным вплоть до 20-х годов XX века.

Открытия коллоидной химии позволили применить для изучения строения клеток физико-химические методы исследований. С их помощью было открыто субмикроскопическое строение протоплазмы. Такими исследованиями в 20-30-х годах прошлого века занимались Бете, Цейгер, Пишингер.

Химический состав

Внутриклеточная среда исполняет функцию по обеспечению условий жизнедеятельности органелл, а также поддерживает тонус клетки на должном уровне.

Ее структуру составляют:

• гиалоплазма;
• клеточные элементы;
• цитоплазменные включения.

Гиалоплазма на 60-90% состоит из воды, 10-20% — белков, 2-3% — жиров и им подобных компонентов. На долю прочих составляющих приходится 1,5%. Органические и неорганические химические соединения (по 1%) представлены продуктами обменных процессов, а также необходимыми для органелл питательными веществами.

Установлено, что доля ДНК составляет 0,4%, РНК — 0,7%.

Химический состав цитоплазмы не является постоянным. Его колебания связаны с протекающими биохимическими реакциями, в результате которых одни вещества синтезируются, а другие — распадаются.

В качестве включений в цитоплазму можно рассматривать гликоген, крахмал и прочие соединения.

Основные характеристики

Внутренний и наружный слои внутриклеточного вещества отличаются по структуре и функциям.

Эктоплазма — наружный слой. Он более плотный, поскольку часто участвует в поступательных движениях (например, у простейших). В нем отсутствуют органеллы и нет гранул. Однако в ряде случаев могут присутствовать базальные тельца, к которым крепятся органы движения — реснички.

Консистенция гиалоплазмы — гелеобразная. Ее дисперсная среда четко структурирована и представляет собой нетекучую тиксотропную структуру.

Цитозоль не имеет цвета, он густой и прозрачный. Заполняет все свободное пространство от клеточной мембраны до центра клетки, равномерно распределяясь между органеллами. Своей слизистой консистенцией обеспечивает взаимосвязанную жизнь клеточных элементов. Главная характерная черта — циклоз или непрерывное движение, которое обеспечивает постоянное перемещение органелл. Протекание такого процесса обеспечивается за счет коллоидной консистенции цитоплазмы. Находясь в постоянном движении внутри клетки, она способна расти и воспроизводиться. Для ее нормальной жизнедеятельности необходимо наличие ядра.

Не менее важны такие особенности цитоплазмы, как:

• способность абсорбировать или выделять воду;
• содержание протеинов;
• она является местом, где происходят гликолиз и синтез АТФ;
• органоиды клетки регулируют концентрацию и месторасположение внутри клетки неорганических соединений.

Структура и компоненты

Структура цитоплазмы представлена тремя составляющими:

• гиалоплазмой (цитозоль);
• органоидами;
• включениями.

Роль цитозоля — обеспечение взаимосвязи органелл, а также протекания важных биохимических процессов. Особенности его строения позволяют находиться всем компонентам в четко обозначенных местах, а, при необходимости — перемещаться. Являясь полужидкой средой, цитозоль способна менять свою плотность. Она образовывает тугую, вязкую сетку либо, при необходимости, из крупных белковых молекул вновь образуются мелкие части. Тогда вязкость жидкости снижается.

Гиалоплазму окружает мембрана, состоящая из липидов, белков. Она имеет эластичную структуру. Мембрана сохраняет неизменной целостность клеток, отделяет их одну от другой, защищает внутреннее содержимое от внешнего воздействия. Существуют внутриклеточные мембраны. Они делят цитоплазму на отдельные отсеки.

К органеллам, находящимся внутри цитоплазмы, относятся:

1. Рибосомы, вакуоли, центросома и жгутики (немембранные элементы).
2. Митохондрии ядро, пластиды (двухмембранные).
3. Лизосомы, ретикулум, аппарат Гольджи (одномембранные).

Кроме этих органелл, в клетке всегда присутствуют включения. Это липидные капли и гликоген.

Краткая характеристика компонентов, расположенных в цитоплазме:

1. Рибосомы — тельца сферической формы — осуществляют трансляцию белка их отдельных аминокислот.
2. Вакуоли служат для регуляции осмотического давления и представляют собой пространство, заполненное соком. По функциональному назначению бывают сократительные и пищеварительные.
3. Центросома — необходимый элемент при клеточном делении.
4. Жгутики исполняют роль элемента движения.
5. Задача лизосом — переваривание питательных веществ, для чего в их составе имеются гидролитические ферменты.
6. Аппарат Гольджи предназначен для выведения из клеток продуктов, оставшихся осле синтеза необходимых веществ. Выглядит он совокупностью мешочков, трубочек, пузырьков, которые соединены с ретикулумом.
7. Значение эндоплазматического ретикулума сводится к нескольким функциям: синтез липидов, стероидов; трансляция белка; синтез новой оболочки ядра; накопление запасов кальция, выступающего в роли медиатора сокращения мышц.

Функции цитоплазмы в клетке

Комплексная функция цитоплазмы определяется ее строением. Благодаря цитозолю, постоянно сохраняется форма и размер клетки. У одноклеточных организмов она — неизменный участник передвижения.

Гиалоплазма имеет идеальную консистенцию и химический состав для размещения органелл. Она поддерживает их на определенных местах, не мешает их взаимодействию, поставляет питательные вещества для их роста и развития. Полужидкая субстанция надежно защищает внутренние клеточные компоненты от негативного воздействия окружающей среды, пересыхания.

Цитоплазма — уникальная среда, в которой успешно протекают такие биологические процессы, как синтез белка, гликолиз, митоз и мейоз. В результате протекающих реакций образуются продукты распада, которые вредят вновь образованным элементам. Помогая им перемещаться по клетке, цитоплазма очищается, выводит продукты распада наружу.

Содержащиеся внутри ферменты запускают процессы метаболизма, в результате чего обеспечивается эффективность обмена веществ и энергии.

Кратко сформулировать функции цитоплазмы можно так:

• обеспечение формы клетки;
• среда обитания органоидов;
• транспорт и хранение веществ.

Примеры в клетках растений и животных

Растения и животные (в т.ч. человек) имеют сходный по строению клеточный аппарат, потому что в нем содержится ядро (научный термин эукариоты). Содержащиеся в ядре цепочки ДНК обеспечивают наследственность в передаче признаков потомству. Ядро четко изолировано от цитоплазмы и в процессе размножения клетки претерпевает процессы деления (митоз и мейоз).

Для роста и развития растительных и животных клеток необходимо поступление в организм энергии, которая выделяется при клеточном дыхании.

Выполнение схожих функций обеспечено аналогичным строением цитоплазмы. Так, в обоих случаях в ее структуре имеются эндоплазматический ретикулум, рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи.

В то же время существует ряд отличий между клетками растительной и животной природы.

Они заключаются в следующих моментах:

• Животные клетки имеет меньший размер (могут достигать 30 мкм против 100 мкм у растений).
• Форма клеток животного происхождения отличается многообразием.
• Запас энергии в животной клетке представлен гликогеном, в растительной — крахмалом.
• Животные способны синтезировать только 10 аминокислот из 20-ти необходимых. У растительных есть возможность образовывать самостоятельно все 20.
• Среди животных клеток только стволовые могут дифференцироваться в прочие виды. Для растений такие ограничения не существуют.
• Животные клетки в процессе развития увеличиваются количественно, а растительные — в размерах.
• У животных клеточная стенка заменена мембраной, у растений есть стенка, к ней крепятся органы движений (касательно одноклеточных организмов).
• У растений отсутствуют центриоли, которые в животных клетках участвуют в синтезе трубочек для деления.
• У растений в цитоплазме отсутствуют лизосомы, которые в животных структурах ответственны за переваривание макромолекул. В то же время за процессы фотосинтеза в них отвечают пластиды, которые отсутствуют в клетках животных.