середа, 14 грудня 2016 р.

Цитоплазма та її компоненти. Матеріал для учнів 10 класу.


Цитоплазма (cytoplasma)
Цитоплазма – це обов’язковий компонент клітини. Вона розміщена між плазмолемою і каріолемою.
Структурними компонентами цитоплазми є гіалоплазма, органели і включення.
Гіалоплазма (від грец. hyalinos - прозорий), або матрикс цитоплазми, являє собою дуже важливу частину клітини, її внутрішнє середовище.
Гіалоплазма — найрідша частина цитоплазми, в якій містяться органели і включення. У загальному об'ємі цитоплазми гіалоплазма становить близько 50%. Вона включає цитозоль (воду з розчиненими у ній неорганічними та органічними речовинами) і цитоматрикс (трабекулярну сітку волокон білкової природи товщиною 2-3 нм).
В електронному мікроскопі матрикс цитоплазми має вигляд гомогенної або тонкозернистої речовини з низькою електронною щільністю. Гіалоплазма є складною колоїдною системою, що включає в себе різні біополімери: білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди та ін. Ця система здатна переходити з рідкого стану в гелеподібний і навпаки. В організованій, впорядкованій, багатокомпонентній системі гіалоплазми окремі зони можуть міняти свій агрегатний стан залежно від умов або від функціонального завдання; в безструктурній, на перший погляд, гіалоплазмі можуть виникати і розпадатися різні фібрилярні, нитчасті комплекси білкових молекул. До складу гіалоплазми входять, головним чином, різні глобулярні білки. Вони становлять 20-25% загального вмісту білків в еукаріотичній клітині.
До найважливіших ферментів гіалоплазми відносяться ферменти метаболізму цукрів, азотистих основ, амінокислот, ліпідів та інших важливих сполук. У гіалоплазмі знаходяться ферменти активації амінокислот при синтезі білків, транспортні (трансферні) РНК (тРНК). У гіалоплазмі за участю рибосом і полірибосом (полісом) відбувається синтез білків, необхідних для власне клітинних потреб, для підтримки і забезпечення життя даної клітини. Осмотичні і буферні властивості клітини, в значній мірі, визначаються складом і структурою гіалоплазми.
Найважливіша роль гіалоплазми полягає в тому, що це напіврідке середовище об'єднує всі клітинні структури і забезпечує хімічну взаємодію їх один з одним. Через гіалоплазму здійснюється велика частина внутрішньоклітинних транспортних процесів: перенесення амінокислот, жирних кислот, нуклеотидів, цукрів. У гіалоплазмі йде постійний потік іонів до плазматичної мембрани і від неї до мітохондрій, до ядра і вакуоль. Гіалоплазма є основним вмістилищем і зоною переміщення маси молекул АТФ. У гіалоплазмі відбувається відкладення запасних продуктів: глікогену, жирових крапель, деяких пігментів.

Органели
Органели – це обов’язкові для всіх клітин мікроструктури, які мають характерну будову і виконують певну функцію.
Органели поділяються на:
·       мікроскопічні – видимі під світловим мікроскопом;
·       субмікроскопічні – можна побачити лише з допомогою електронного мікроскопа.
За наявністю у складі органел біологічної мембрани їх поділяють на:
·       мембранні (мітохондрії, лізосоми, пероксисоми, ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі);
·       немембранні (протеасоми, рибосоми, мікрофіламенти, мікротрубочки, центросома (клітинний центр)).
Ці десять органел називають органелами загального призначення, оскільки вони присутні у всіх без виключення видах клітин. Органели загального призначення можуть утворювати характерні конгломерати у цитоплазмі клітин. Такі конгломерати з переважним розвитком і особливою організацією органел того чи іншого виду називають спеціальними органелами (тонофібрили клітин епітелію, міофібрили м'язових клітин і волокон, нейрофібрили нервових клітин та деякі інші).

Схематичне зображення клітинних органел

Мембранні органели
Мітохондрії
Мітохондрії — мікроскопічні мембранні органели загального призначення, основна функція яких — утворення необхідної для життєдіяльності клітини енергії та нагромадження її у складі молекул аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Крім цього, мітохондрії беруть участь у регуляції обміну води, депонуванні іонів кальцію, продукції попередників стероїдних гормонів. Мітохондрії відкриті німецьким дослідником Ф. Альтманом у кінці XIX століття. Під світловим мікроскопом мітохондрії мають вигляд дрібних крапочок і ниточок завтовшки близько 0,5 мкм і довжиною 1...10 мкм. За допомогою електронного мікроскопа у складі кожної мітохондрії, яка має неправильну овальну або витягнуту форму, можна розрізнити дві мембрани: зовнішню гладку і внутрішню складчасту, що утворюють вирости (кристи) всередину мітохондрії. Всередині мітохондрія заповнена електроннощільною речовиною, яка називається матриксом. У матриксі, а також у внутрішній мембрані мітохондрій містяться білки-ферменти, які забезпечують синтез АТФ шляхом окисного фосфорилювання аденозиндифосфату (АДФ). Мітохондрії — єдині органели клітини, в яких знайдені молекули власної дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК); до їх матриксу входять також різні види РНК та рибосоми.

F02_12
Схематичне зображення будови мітохондрії
F02_13
Електронномікроскопічне зображення будови мітохондрії

Лізосоми
Лізосоми — субмікроскопічні мембранні органели загального призначення, відкриті у 1955 р. Христіаном де Дювом. Основна функція лізосом — розщеплення біополімерів різного хімічного складу (так зване клітинне травлення). Для цього у лізосомах міститься набір гідролітичних ферментів (зараз їх відомо понад 60). Маркерним (визначальним) ферментом лізосом є кисла фосфатаза. Ферментні комплекси матриксу лізосоми знаходяться у замкненому мембранному мішечку діаметром близько 0,2...0,4 мкм, який перешкоджає попаданню лізосомних ферментів у гіалоплазму і запобігає самоперетравленню клітини.
Залежно від ультраструктурних і функціональних особливостей лізосом їх поділяють на:
·          первинні (ферменти яких знаходяться у неактивному стані);
·          вторинні, або фагосоми (активовані ферменти в них безпосередньо контактують з розщеплюваними біополімерами);
·          третинні, або залишкові тільця (оточені біомембраною нерозщеплені залишки).
Слід зауважити, що лізосоми можуть брати участь як у розщепленні власних макромолекулярних комплексів клітини (таке явище носить назву аутофагоцитозу), так і в перетравлюванні поглинутих клітиною частинок (гетерофагоцитоз). Недостатність того чи іншого лізосомного ферменту призводить до нагромадження в клітині аномальних біополімерів, що зумовлює розвиток так званих лізосомних хвороб нагромадження (тезаурісмозів). До цього часу описано понад 30 різних лізосомних хвороб нагромадження.

F02_25
Електронномікроскопічне зображення будови лізосом
F02_27
Схематичне зображення механізму уворення різних видів лізосом

Пероксисоми
Пероксисоми — субмікроскопічні мембранні органели загального призначення, відкриті на початку 60-х років спільними зусиллями біохіміків і морфологів. Утворений біомембраною мішечок округлої форми діаметром близько 0,2...0,5 мкм заповнений ферментами (матриксом), серед яких маркерним є каталаза. У центрі матриксу пероксисом за допомогою електронного мікроскопа знайдена щільна серцевина (кристалоїд), яка містить волокнисті та трубчасті макромолекулярні утвори. Ферментні системи пероксисом спрямовані на утилізацію продуктів ліпідної пероксидації (ліпоперекисів), а також розщеплення перекису водню на воду і молекулярний кисень, який може використовуватися у процесах окисного фосфорилювання у мітохондріях. Також пероксисоми забезпечують окиснення етилового спирту, сечової кислоти, амінокислот, беруть участь у регуляції обміну ліпідів, насамперед поліненасичених жирних кислот.

F02_39
Електронномікроскопічне зображення пероксидом

Ендоплазматична сітка
Ендоплазматична сітка — субмікроскопічна мембранна органела загального призначення, яка утворює єдину внутрішньоцитоплазматичну циркуляційну систему, вперше описану К. Портером у 1945 р. Вона є замкненою сукупністю канальців, мішечків та цистерн, утворених суцільною (неперервною) біомембраною. Мембрана ендоплазматичної сітки безпосередньо контактує з плазмолемою клітини і з мембранами ядра.
Розрізняють агранулярну (гладку) і гранулярну (зернисту, шорохувату) ендоплазматичні сітки.
Гладка ендоплазматична сітка, діаметр канальців якої 50...100 нм, утворена лише мембраною. Функція гладкої ендоплазматичної сітки пов'язана з метаболізмом ліпідів і вуглеводів, детоксикацією шкідливих для клітини хімічних сполук, а також депонуванням іонів кальцію.
Гранулярна ендоплазматична сітка утворена біомембраною, до якої з боку гіалоплазми прикріплені рибосоми. Діаметр канальців гранулярної сітки від 20 до 1000 нм. Функція гранулярної ендоплазматичної сітки зумовлена присутністю рибосом і полягає у біосинтезі білків як для потреб самої клітини, так і для виведення у зовнішнє середовище. Крім виконання метаболічної та циркуляторної ролей, ендоплазматична сітка — єдина органела, в якій відбувається новоутвір мембранних структур клітини. Синтезовані гранулярною ендоплазматичною сіткою, компоненти біомембрани можуть включатися до складу мішечків лізосом, пероксисом, елементів комплексу Гольджі, плазмолеми, оболонки ядра, а також використовуватися для самовідтворення елементів ендоплазматичної сітки.

F02_16
Схематичне зображення гранулярної та агранулярної ендоплазматичних сіток
Електронномікроскопічне та схематичне зображення гранулярної (RER) та агранулярної (SER) ендоплазматичних сіток

Комплекс Гольджі (пластинчастий комплекс)
Комплекс Гольджі — мікроскопічна мембранна органела загального призначення, у якій завершується процес формування продуктів синтетичної діяльності клітини, зокрема здійснюється їх кінцеве глікозування. Комплекс Гольджі нагромаджує секреторні речовини і забезпечує їх виведення за межі клітини. Органела названа іменем італійського гістолога Камілло Гольджі, який у 1848 р. описав цей комплекс у складі нервових клітин.
Морфологічно комплекс Гольджі — це сукупність пов'язаних між собою цистерн товщиною близько 25 нм, сплющених у центральній частині і розширених на периферії. Проміжки між окремими цистернами становлять 20-25 нм. Від розширених країв цистерн відшнуровуються дрібні пухирці. Окрема сукупність таких цистерн і пухирців носить назву диктіосоми. Образно диктіосому порівнюють зі стосом тарілок, повернутих ввігнутим боком до ядра. В одній клітині може бути кілька диктіосом, відокремлених одна від одної прошарками гіалоплазми. Завершується синтез (дозрівання) секреторних продуктів при переміщенні їх з цистерн, розташованих поблизу ядра (так звана цис-локалізація цистерн), у напрямку плазмолеми (транс локалізація цистерн). Пухирці, які відшнуровуються від країв цистерн, містять сформовані, готові до виведення з клітини секреторні продукти. Нагромаджені у складі пухирців макромолекулярні комплекси виводяться шляхом вмонтовування мембран пухирців у плазмолему, або виштовхуванням сформованих (зрілих) пухирців за межі клітини.

F02_21
Схематичне зображення пластинчастого комплексу
F02_22
Електронна мікрофотографія комплексу Гольджі
Схема взаємозв’язку елементів комплексу Гольджі з гранулярною ендоплазматичною сіткою, лізосомами, секреторними гранулами та пухирцями

Немає коментарів:

Дописати коментар