Клетка как целостная структура. Коллоидная система цитоплазмы (гиалоплазма)

Взаимодействуя с окружающей средой и отвечая на регуляторные стимулы, клетка ведет себя как целостная структура. Об этом свидетельствует однотипность реакции разных видов клеток на действие раздражителей, вызывающих переход клетки в возбужденное состояние. Важная роль в функциональном объединении структурных компонентов и компартментов клетки принадлежит свойствам живой протоплазмы (содержимое живой клетки, включающее ее ядро и цитоплазму).

Клетка любого организма представляет собой целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка клетки осуществляет непосредственное взаимодействие с внешней средой и взаимодействие с соседними клетками (в многоклеточных организмах).

Цитоплазма

Цитоплазма эукариотических клеток состоит из полужидкого содержимого и органелл. Основное полужидкое вещество цитоплазмы называют гиалоплазмой (от греч. хиалос — стекло) или матриксом. Гиалоплазма является важной частью клетки, ее внутренней средой. Она представляет собой сложную коллоидную систему, которая образована белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, водой и другими веществами.

В гиалоплазме в растворенном состоянии содержится большое количество аминокислот, нуклеотидов и других строительных биополимеров, а также множество промежуточных продуктов, возникающих при синтезе и распаде макромолекул. Гиалоплазма содержит большое количество ионов неорганических соединений, таких как Na+,K+, Ca2+, Mg2+, CI-, HCO3- ,HPO42- и др.

Несмотря на то, что в электронном микроскопе гиалоплазма выглядит гомогенным веществом, она не является однородной. Гиалоплазма состоит из двух фаз — жидкой и твердой. Жидкая фаза представляет собой коллоидный раствор различных белков и других веществ. В жидкой фазе содержится си­тема тонких белковых нитей (~2 нм толщиной), пересекающих цитоплазму в различных направлениях - микротрабекулярная система. Микротрабекулярная система связывает все внутриклеточные структуры клетки: мембранные органеллы, различные фибриллярные и трубчатые структуры. В местах пересечения или соединения концов трабекул располагаются группы рибосом.

Вместе с трубчатыми (микротрубочки) и фибриллярными (микрофиламенты) органеллами микротрабекулярная система образует внутриклеточный цитоплазматический скелет (цитоскелет). Цитоскелет способствует упорядоченному размещению всех структурных компонентов клетки. Микротрубочки обеспечивают определенную форму клетки, отвечают за направленное движение клеточных структур.

Микротрабекулярная система очень динамична. В определенных участках клетки ее нити могут легко распадаться на отдельные молекулы белка, которые переходят в раствор и изменяют физические свойства гиалоплазмы (изменяется агрегатное состояние отдельных участков цитоплазмы с жидкого на гелеобразное, и, наоборот, изменяется ее вязкость и текучесть). Это происходит при изменении внешних и внутренних условий.

С распадом и сборкой микротрабекул связывают также движение цитоплазмы, которое имеет очень важное значение при перемещении веществ и структурных элементов клетки.

Микротрубочки представляют собой полые неразветвленные цилиндры. Внешний диаметр их не превышает 30 нм; толщина стенки микротрубочки составляет около 5 нм. В длину они могут достигать нескольких микрометров. Микротрубочки вместе с микротрабекулярной системой выполняет опорную функцию в клетке, придавая ей определенную форму (при обработке клеток колхицином происходит разрушение микротрубочек; животные клетки, например, лишенные такой внутренней опоры, приобретают шаровидную форму). Они также образуют веретено деления и обеспечивают расхождение хромосом к полюсам клетки. Перемещение хромосом (хроматид) осуществляется благодаря способно микротрубочек скользить одна по одной. Это скольжение обеспечивается благодаря энергии АТФ. Одни микротрубочки (хромосомные) прикрепляются к хромосомам и скользят по другим микротрубочкам (полюсным), в результате чего хромосомы во время деления клетки растаскиваются к ее полюсам. Микроотрубочки отвечают также за перемещение клеточных органелл, которые с помощью микротрубочек направляются в нужные места подобно тому, как поезд следует в определенном направлении по рельсам.

Микрофиламенты представляют собой тонкие нити, встре­чающиеся во всей цитоплазме клеток. Особенно много их в поверхностном слое цитоплазмы, в ложноножках подвижных клеток, где они образуют густую сеть тонких нитей, которые пересекаются в разных направлениях. Пучки микрофиламентов обнаруживаются в микроворсинках эпителия кишечни­ка. Микрофиламенты образуются из белка актина, глобуляр­ные молекулы которого полимеризуются в длинную тонкую фибриллу (толщиной 6 нм), состоящую из двух спирально за­крученных вокруг друг друга нитей. В клетках содержание ак­тина составляет 10—15 % от общего количества всех белков. В гиалоплазме обнаруживаются также нити другого важного белка — миозина, которые образуют вместе с актиновыми микрофиламентами комплекс, способный к сокращению при рас­щеплении АТФ. Взаимодействие актина и миозина лежит в основе сокращения мышц. Микрофиламенты актина взаимо­действуют с микротрубочками поверхностного слоя цитоплазмы и с плазмалеммой, обеспечивая двигательную активность гиалоплазмы. Считается также, что они участвуют в эндоцитозе, в образовании перетяжки при делении клеток животных и обеспечении амебоидного движения.

Функции гиалоплазмы:

Является внутренней средой клетки, в которой происходит многие химические процессы.

Объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие между ними.

Определяет местоположение органелл в клетке.

Обеспечивает внутриклеточный транспорт веществ и перемещение органелл (например, движение хлоропластов в растительных клетках.

Основное вместилище и зона перемещения молекул АТФ.

Определяет форму клетки.

Поиск по сайту: