Цитоплазма клетки¶

Цитоплазма — жидкая полужидкая часть клетки, заполняющая пространство между клеточной мембраной и ядром (или ядерной мембраной у прокариот). Представляет собой коллоидный раствор, в котором располагаются органеллы, цитоскелет и различные включения. Цитоплазма выполняет множество функций: в ней протекают основные метаболические реакции, происходит синтез белка, обеспечивается транспорт веществ и поддерживается форма клетки.

¶Состав цитоплазмы

Цитоплазма состоит из двух основных компонентов: цитозоля (цитоплазматической матрицы) и включённых в него структур — органелл и включений.

¶Цитозоль

Цитозоль — это гомогенная полупрозрачная жидкость, составляющая около 70–80 % объёма цитоплазмы. Вода занимает примерно 80–90 % массы цитозоля. Растворены в ней ионы калия, натрия, магния, кальция, хлорид-ионы, фосфаты, а также множество органических молекул: аминокислоты, сахара, жирные кислоты, нуклеотиды, ферменты. Цитозоль содержит также растворённые белки, РНК (в том числе транспортную и рибосомную), а в клетках эукариот — полимеры цитоскелета: актин, микротрубочки, промежуточные филаменты.

По консистенции цитозоль напоминает гель, что обусловлено образованием слабых связей между макромолекулами. Такое состояние обеспечивает коакервацию — разделение компонентов на фазы без мембранных границ, что важно для локализации определённых биохимических процессов.

¶Органеллы

В цитоплазме эукариотических клеток располагаются мембранные и немембранные органеллы:

• Эндоплазматическая сеть — система канальцев и цистерн, участвующая в синтезе белков (шероховатая ЭПС) и липидов (гладкая ЭПС), а также в транспорте и депонировании веществ.
• Аппарат Гольджи — стопка уплощённых цистерн, модифицирующая и сортирующая белки и липиды для доставки по назначению.
• Лизосомы — мембранные пузырьки, содержащие гидролитические ферменты для расщепления макромолекул и старых органелл.
• Митохондрии — «энергетические станции» клетки, в которых происходит окислительное фосфорилирование и синтез АТФ.
• Рибосомы — немембранные комплексы из рРНК и белков, осуществляющие трансляцию.
• Пероксисомы — участвуют в окислении жирных кислот и разрушении перекиси водорода.
• Клеточный центр (центриоли) — участвует в организации микротрубочек и делении клетки (только у животных клеток).

¶Включения

Включения — это запасные и отходящие вещества, накапливающиеся в цитоплазме: капли жиров (липидные включения), гранулы гликогена и крахмала, кристаллы белков, пигментные гранулы (меланин, каротиноиды). Включения не считаются постоянными органеллами и их количество зависит от физиологического состояния клетки.

¶Функции цитоплазмы

1. Метаболическая — в цитозоле протекают реакции гликолиза, пентозофосфатного пути, синтеза нуклеотидов и аминокислот, часть реакций дыхания.
2. Транспортная — обеспечивает перемещение веществ между органеллами и к клеточной мембране.
3. Структурная — цитоскелет поддерживает форму клетки, обеспечивает движение органелл и деление клетки.
4. Запасающая — в виде включений накапливаются питательные вещества.
5. Защитная — ферменты цитозоля участвуют в обезвреживании токсичных соединений (например, глутатион-S-трансферазы).

¶Цитоплазма у прокариот и эукариот

У прокариотических клеток (бактерий и архей) цитоплазма устроена проще: отсутствуют мембранные органеллы и оформленное ядро. Генетический материал (кольцевая ДНК) расположен в нуклеоиде — участке цитоплазмы без мембраны. Рибосомы прокариот мельче (70S), чем у эукариот (80S). В цитоплазме бактерий часто присутствуют плазмиды — дополнительные кольцевые молекулы ДНК.

У эукариот цитоплазма ограничена снаружи клеточной мембраной, а изнутри — ядерной оболочкой. Пространство между ядерной и клеточной мембранами называют перинуклеарным пространством. У растений в цитоплазме дополнительно присутствуют пластиды (хлоропласты, хромопласты, лейкопласты) и крупная центральная вакуоль, занимающая до 90 % объёма зрелой клетки и оттесняющая цитоплазму к периферии.

¶Роль цитоскелета

Цитоскелет — это динамическая сеть белковых нитей, пронизывающая цитоплазму. Он состоит из трёх основных компонентов:

Цитоскелет обеспечивает амёбоидное движение клеток, формирование микроворсинок кишечного эпителия, деление клетки и внутриклеточный транспорт с участием моторных белков — кинезина и динеина.

¶Исследование цитоплазмы

Термин «цитоплазма» введён немецким анатомом Карлом Нэгели в 1846 году для обозначения содержимого растительной клетки. В 1860-х годах термин был распространён на животные клетки. В 1890-х годах немецкий цитолог Оскар Гертвиг и Эдуард ван Бенеден ввели термин «протоплазма» для обозначения всей живой материи клетки. Современное разделение на цитозоль и органеллы сложилось в XX веке после развития электронной микроскопии, позволившей детально изучить структуру клетки.

Источники:

• Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки.
• Львов С.Д. Общая биология.
• Каменский А.А. Общая биология.
• Нечаев Ю.А. Биология для поступающих в вузы.
• Cooper G.M. The Cell: A Molecular Approach.