Функция цитоплазмы в клетке: Цитоплазма живой клетки – роль, функция и движение в процессе деления

Функции гиалоплазмы:
1. Является внутренней средой, в которой происходят многие химические процессы энергетического
и пластического обмена, и в частности:
— процессы бескислородного энергетического обмена с образованием незначительного количества
АТФ;
— процессы синтеза белка на рибосомах с участием иРНК, тРНК.
2. Объединяет все клеточные структуры и обеспечивает взаимодействие между ними.
Для цитоплазмы живой клетки характерно постоянное движение ее коллоидных частиц и других
компонентов (циклоз). Циклоз обеспечивает транспорт веществ и перемещение органелл
(например, движение хлоропластов, пищеварительных вакуолей), оптимизацию процессов обмена
веществ, удаление продуктов метаболизма из клетки.
Органоиды – это постоянные специализированные компоненты цитоплазмы, имеющие
определенное строение и выполняющие определенные функции в клетке.

7. Органеллы общего назначения. Их структура и функции.

Органеллы общего назначения делят на мембранные и немембранные. Мембранные в свою очередь делятся на одномембранные и двумембранные.
К одномембраннымотносят:

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР). Представляет собой систему мембран, формирующих цистерны и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство — полости ЭПР. Различают два вида ЭПР: шероховатый, содержащий на своей поверхности рибосомы и гладкий, мембраны которого рибосом не несут.
Функции: разделяет цитоплазму клетки на изолированные отсеки, обеспечивая, тем самым пространственное отграничение друг от друга множества параллельно идущих различных реакций. Осуществляет синтез и расщепление углеводов и липидов (гладкий ЭПР) и обеспечивает синтез белка (шероховатый ЭПР), накапливает в каналах и полостях, а затем транспортирует к органоидам клетки продукты биосинтеза.

Аппарат Гольджи. Органоид, обычно расположенный около клеточного ядра (в животных клетках часто вблизи клеточного центра). Представляет собой стопку уплощенных цистерн с расширенными краями, состоит из 4-6 цистерн. Число стопок Гольджи в клетке колеблется от одной до нескольких сотен.
Важнейшая функция комплекса Гольджи — выведение из клетки различных секретов (ферментов, гормонов), поэтому он хорошо развит в секреторных клетках. Здесь происходит синтез сложных углеводов из простых сахаров, созревание белков, образование лизосом.

Лизосомы. Самые мелкие одномембранные органоиды клетки, представляющие собой пузырьки диаметром 0,2-0,8 мкм, содержащие до 60 гидролитических ферментов. Образование лизосом происходит в аппарате Гольджи,. Расщепление веществ с помощью ферментов называют лизисом, отсюда и название органоида.
Различают: первичные вторичные лизосомы — лизосомы, образовавшиеся в результате слияния первичных лизосом с пиноцитозными или фагоцитозными вакуолями; в них происходит переваривание и лизис поступивших в клетку веществ (поэтому часто их называют пищеварительными вакуолями):
Иногда с участием лизосом происходит саморазрушение клетки. Этот процесс называют автолизом.

Вакуоли — крупные мембранные пузырьки или полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком. Вакуоли образуются в клетках растений и грибов из пузыревидных расширений эндоплазматического ретикулума или из пузырьков комплекса Гольджи. вакуоли поглощают избыток воды и затем выводят ее наружу путем сокращений.

К двумембранныморганоидам относятся:

Пластиды — Пластиды– органеллы, характерные только для растительных клеток и встречающиеся во всех живых клетках зеленых растений. Внутренняя мембрана хлоропласта образует впячивания внутрь стромы —тилакоиды. Лейкопласты — мелкие бесцветные пластиды различной формы в основном встречаются в клетках органов, скрытых от солнечного света (корней, корневищ, клубней, семян). Они осуществляют вторичный синтез и накопление запасных питательных веществ

Митохондрии — неотъемлемые компоненты всех эукариотических клеток. толщиной 0,5 мкм и длиной до 7—10 мкм. Митохондрии ограничены двумя мембранами — наружной и внутренней. Наружная мембрана отделяет ее от гиалоплазмы. Внутренняя мембрана образует множество впячиваний внутрь митохондрий — так называемых крист. На мембране крист или внутри нее располагаются ферменты, которые участвуют в кислородном дыхании Ограниченное ею внутреннее содержимое митохондрии {матрикс) по составу близко к цитоплазме. Матрикс содержит различные белки, в том числе ферменты, ДНК (кольцевая молекула), все типы РНК, аминокислоты, рибосомы, ряд витаминов. ДНК обеспечивает некоторую генетическую автономность митохондрий, хотя в целом их работа координируется ДНК ядра. Митохондрии являются энергетической станцией клетки.

Немембранные органеллы:

Клеточный центр. В клетках большинства животных, а также некоторых грибов, водорослей, мхов и папоротников имеются центриоли. Расположены они обычно в центре клетки, что и определило их название . Центриоли представляют собой полые цилиндры длиной не более 0,5 мкм. Они располагаются парами перпендикулярно одна к другой. Каждая центриоль построена из девяти триплетов микротрубочек Основная функция центриолей — организация микротрубочек веретена деления клетки.

Рибосомы — это мельчайшие сферические гранулы, являющиеся местом синтеза белка из аминокислот. Они обнаружены в клетках всех организмов. 2 субъединицы – большая и малая, сформированные из
молекул рибосомальной РНК и белков.

Цитоскелет —Элементы цитоскелета, тесно связанные с наружной цитоплазматической мембраной и ядерной оболочкой, образуют сложные переплетения в цитоплазме. Цитоскелет образован микротрубочками и микрофиламентами, определяет форму клетки, участвует в ее движениях, в делении и перемещениях самой клетки, во внутриклеточном транспорте органоидов и отдельных соединений.

8.Органеллы специального назначения. Их структура и функции.
Органеллы специального назначения присутствуют в клетках, специализированных к выполнению определенной функции, но в незначительном количестве могут встречаться и в других типах клеток. К ним относят, например, микроворсинки всасывающей поверхности эпителиальной клетки кишечника, реснички эпителия трахеи и бронхов, синаптические пузырьки, транспортирующие переносчиков нервного возбуждения с одной нервной клетки на другую или клетку рабочего органа, миофибриллы, от которых зависит сокращение мышцы.

В каких клетках есть цитоплазма?

Автор J.G. На чтение 2 мин. Обновлено 3 октября, 2019

Какую функцию выполняет в клетке цитоплазма и где она находится, Вы узнаете из этой статьи.

Цитоплазма – это внутренняя среда организма, так как она находится в постоянном движении и приводит к этому состоянию все компоненты клеток. В ней происходят обменные процессы, а также цитоплазма содержит неорганические и органические вещества. 

В состав цитоплазмы входят соли, белки, вода, органические молекулы, ядро, эндоплазматический ретикулят, митохондрии. 

Может казаться, что цитоплазма бесформенная и не имеет структуры. Однако она представляет собой  высокоорганизованное вещество, функционирующее за счет белковой структуры – цитоскелета. 

Цитоплазма находится во всех клетках растений, животных и грибов.

Цитоплазма выполняет следующие функции:

• Связывает все структурные элементы клетки между собой.
• Наполняет пространство внутри клетки.
• Устанавливает месторасположение органелл.
• Перемещает между органоидами синтезированные вещества, равно как и за пределы самой клетки.
• Цитоплазма является отличной средой для физических и химических реакций.
• Она несет ответственность за клеточный тургор и постоянство среды клетки внутри.

Функции цитоплазмы зависят от вида клетки: растительной, животной, эукариотической или прокариотической. Во всех живых клетках происходит такое важное физиологическое явление как гликолиз. После окисления глюкозы в аэробных условиях происходит высвобождение энергии. Постоянное движение цитоплазмы распределяет  метаболические процессы внутри клетки и синтезированные элементы между органеллами.

Надеемся, что из этой статьи Вы узнали, для каких клеток характерна цитоплазма и какую функцию она исполняет. 

Цитоплазма растительной клетки

Цитоплазма живой клетки под световым микроскопом имеет вид прозрачной слизистой полужидкой однородной массы, не обладающей никакой внутренней структурой.

В нее погружены остальные органоиды клетки. Химический состав и физические свойства цитоплазмы очень сложны. Она не является однородным химическим веществом, а представляет собой организованную и постоянно меняющуюся систему из смеси разнообразных органических соединений, которые находятся частью в коллоидном состоянии, а частью в состоянии истинного раствора. Разнообразные минеральные соли, сахара и другие воднорастворимые соединения находятся в цитоплазме в истинном растворе. Белки, нуклеиновые кислоты, липоиды (жироподобные вещества), не растворимые в воде, образуют коллоидные растворы. Коллоидное состояние важнейших органических веществ цитоплазмы резко увеличивает поверхность соприкосновения компонентов при химических реакциях, протекающих с участием ферментов, и дает возможность (при наличии мембран) осуществлять в одно и то же время различного типа реакции в отдельных участках цитоплазмы.

Таким образом, по физическим свойствам цитоплазма представляет собой многофазный коллоидный раствор. Его существование связано с большим количеством воды — дисперсионной среды коллоида. Содержание воды в деятельной цитоплазме колеблется от 60 до 90%; в цитоплазме покоящихся семян и спор воды значительно меньше (5—15%). Большое количество воды объясняется главным образом тем, что в цитоплазме постоянно происходят сложнейшие химические реакции, для осуществления которых необходимо, чтобы реагирующие соединения находились в растворе.

Предполагают, что вода может находиться в связанном состоянии с другими веществами цитоплазмы и прежде всего с белками.

Веществом, определяющим характерные свойства и строение живого, являются белки — полимерные соединения, молекулы которых образуют в цитоплазме очень изменчивые мозаичные цепочки. Их можно разделить на две группы — простые белки (протеины) и сложные белки (протеиды). В состав протеидов входят собственно белок и небелковая группа, например, нуклеиновые кислоты, глюкоза, липоиды (жироподобные вещества). Наиболее важными из протеидов являются нуклеопротеиды, небелковая часть которых, так же как и белок, образована высокополимерными соединениями — нуклеиновыми кислотами. В цитоплазме обычно встречается только один тип нуклеиновых кислот—рибонуклеиновая кислота (РНК). Соединение белка с глюкозой дает глюкопротеиды, с липоидами — липопротеиды.

Цитоплазма ведет себя как коллоидная система, обратимо переходящая из золя в гель. Обычно она представляет собой гидрозоль, т. е. коллоидную систему с преобладанием дисперсионной среды — воды. При отдаче воды она может переходить в состояние геля, тогда начинает преобладать дисперсная фаза. Например, в покоящихся семенах цитоплазма находится в состоянии геля. При прорастании семян гидрофильные коллоиды сильно поглощают воду, набухают и цитоплазма переходит в состояние гидрозоля. Отдельные участки цитоплазмы даже одной клетки могут находиться в разном физическом состоянии. Более плотные мембраны цитоплазмы представляют собой гель, тогда как остальная часть находится обычно в состоянии золя?

При воздействии различных факторов («раздражителей») механического, химического или иного порядка цитоплазма легко меняет обычное для нормальных условий состояние гидрозоля и коагулирует (свертывается), при этом дисперсная фаза (белок и другие вещества) выпадает в виде хлопьевидного осадка. У большинства растений, находящихся в состоянии активной жизнедеятельности, цитоплазма необратимо коагулирует (погибает) от действия температур лишь немного выше 60° С. Однако в состоянии геля (покоящиеся семена) цитоплазма без губительных последствий может выдержать кратковременное действие температур даже ниже —100° С. Наряду с крайними температурами на цитоплазму разрушительно действуют также различные электролиты при высокой концентрации, электрический ток определенного напряжения й т. д. Явление коагуляции цитоплазмы наблюдается и при фиксации (быстром умерщвлении) растительных объектов, в результате которой цитоплазма становится видимой, так как в ней появляется зернистость. Одним из основных свойств цитоплазмы живой клетки является ее способность к движению. Движение цитоплазмы заметно главным образом во взрослых клетках, где она имеет вид постенного слоя, окружающего вакуолю. В этих клетках цитоплазма движется в одном направлении вокруг вакуоли, увлекая пластиды и митохондрии. Такое вращательное движение в соседних клетках происходит обычно в противоположных направлениях. Для клеток с тяжами цитоплазмы, пересекающими центральную вакуолю, характерно струйчатое движение. О механизме и функциях движения цитоплазмы до сих пор известно очень мало. Наиболее вероятно, что оно помогает передвижению необходимых веществ внутри протопласта.

Некоторые ученые считают, что движение цитоплазмы нормально не происходит и наблюдается только при повреждении клетки. Однако против этого говорят наблюдения, которые показывают, что температура, свет, электрический ток, различные вещества могут изменять скорость движения. Например, при действии электрического тока движение обычно останавливается.

Цитоплазма как живая система обладает свойством так называемой избирательной проницаемости: одни вещества, и прежде всего вода, легко проникают в нее, другие, в том числе растворенные в воде, цитоплазмой задерживаются.

Это находит свое выражение в явлении плазмолиза. Если погрузить живую растительную клетку в гипертонический раствор сахара или какой-нибудь соли, то эти вещества будут оттягивать воду из клетки, сами оставаясь вследствие избирательной проницаемости цитоплазмы вне клетки. Это оттягивание воды вызовет отставание эластичного протопласта от оболочки и съеживание его, что и называется плазмолизом.

Плазмолиз растительной клетки

Плазмолиз обычно обратим, и при доступе воды или переносе клетки в гипотонический раствор вода снова энергично поглощается клеткой, и протопласт опять прижимается к оболочке. В результате клетка становится упругой, что обусловливает напряженное состояние тканей, а следовательно, и органов всего растения. Такое напряженное состояние клеток называется тургором.

Плазмолиз может быть показателем того, что данная клетка является живой, ибо отмершая клетка не плазмолизируется. Поэтому явление плазмолиза используется в анатомических исследованиях для суждения о том, является ли данная клетка живой или мертвой. Потеря тургора при плазмолизе вызывает явление завядания растения. При завядании на воздухе тонкостенные оболочки клеток сморщиваются и делаются складчатыми одновременно с протопластом.

В явлении избирательной проницаемости исключительная роль принадлежит двум пограничным слоям цитоплазмы: наружному слою, прилегающему к клеточной оболочке, называемому плазмалеммой (эктопластом), и внутреннему слою, отграничивающему внутреннюю поверхность цитоплазмы от вакуоли, называемому тонопластом. Доказательством особого состояния пограничных слоев, являющихся как бы барьером на пути веществ, служил опыт, при котором особым способом внутрь цитоплазмы впрыскивались различные органические красители. При этом красители не вымывались из цитоплазмы, а сохранялись в ней благодаря избирательно проницаемым пограничным слоем. Однако структура и химический состав плазмалеммы и тонопласта до недавнего времени оставались гипотетическими. Лишь электронный микроскоп позволил выяснить их строение. Оказалось, что как плазмалемма, так и тонопласт являются липопротеиновыми мембранами. Эти мембраны часто бывают асимметричными, что обусловлено различиями во взаимном расположении и строении молекул белков и липоидов, слагающих мембраны. Благодаря асимметрии одни вещества легче проходят в одном направлении, а другие — в противоположном. Поэтому на поверхности мембран обычно наблюдается неравномерное распределение ионов, создается разность электрических потенциалов, являющаяся, как предполагают, движущей силой многих биологических процессов. Плазмалемма и тонопласт функционируют как барьеры, ограничивающие свободную диффузию ионов, и контролируют состав и скорость проникновения молекул. Поэтому, например, корневой волосок, представляющий собой одну клетку, может содержать большое количество ионов калия и в то же время сохранять способность поглощать эти ионы из почвенного раствора, где концентрация их значительно ниже.

Однако не следует думать, что плазмалемма и тонопласт являются «глухими» барьерами, во всех своих точках оказывающими влияние на поглощение веществ. Были получены физиологические доказательства того, что в некоторых участках мембран вещества проходят свободно согласно законам диффузии. Эти участки настолько узки (5—10 Å), что их обычно не видно даже в лучший электронный микроскоп. Расположение и число этих участков не остаются постоянными.

Плазмалемма часто имеет волнистые контуры, иногда она образует складки, глубоко вдающиеся в цитоплазму и напоминающие узкие (менее 1 мк) канальцы. Эти канальцы обычно заполнены веществом клеточной оболочки, которое выделяется протопластом через плазмалемму. Иногда они являются электронно-пустыми, не заполненными веществом клеточной оболочки.

Фрагмент двух смежных клеток развивающегося листа ежи сборной

Возможно, такого типа канальцы служат для непосредственного поглощения клеткой растворов, в состав которых могут входить высокомолекулярные соединения — белки. Этот процесс, более изученный у животных клеток, получил название пиноцитоза. В процессе пиноцитоза раствор, оказавшийся внутри канальца, изолируется от внешней среды вследствие того, что концы мембран снаружи растут навстречу друг другу и затем сливаются в устье этого канальца. Раствор, находящийся в канальце, оказывается со всех сторон окруженным мембраной. Затем эта мембрана распадается, и вещество, заключенное в канальце, оказывается в цитоплазме. Хотя такой способ поглощения веществ у растительных клеток почти не исследован, но вполне возможно, что он существует.

Электронный микроскоп позволил обнаружить мембраны не только на поверхности, но и внутри цитоплазмы, которая на основании исследований в световом микроскопе считалась совершенно гомогенной. Эти мембраны отграничивают в цитоплазме разветвленную систему пузырьков, трубочек, уплощенных полостей («цистерн»), связанных между собой в более или менее непрерывную сеть, получившую название эндоплазматической.

Схема пространственного изображения участка клетки с эндоплазматической сетью

Мембраны эндоплазматической сети разделяют цитоплазму на две обособленные фазы: первая представляет собой материал, находящийся внутри канальцев эндоплазматической сети, а вторая, располагающаяся снаружи от мембран, образует так называемую гиалоплазму (или матрикс) — основное вещество цитоплазмы. Содержимое канальцев и цистерн эндоплазматической сети в электронном микроскопе выглядит обычно гомогенным и прозрачным, реже в нем наблюдаются пучки фибриллярных элементов. По мнению некоторых ученых, по сети этих канальцев происходит движение различных веществ от плазмалеммы до мембраны ядра и обратно. Предполагают, что по этим канальцам белок может из цитоплазмы переходить в вакуоли и накапливаться там. В результате об эндоплазматической сети возникает представление как об особого рода циркуляционном аппарате цитоплазмы, направляющем и облегчающем обмен веществ между внешней средой и клеткой. Эндоплазматическая сеть — структура очень подвижная и непостоянная, ее мембраны непрерывно изменяются. Несмотря на их подвижность, мембраны эндоплазматической сети, как и все мембраны, вероятно, не возникают непосредственно из гиалоплазмы, а являются непрерывными во времени. Эндоплазматические мембраны могут быть связаны с ядерной мембраной и с плазмалеммой, но связь эта ввиду лабильности цитоплазмы постоянно меняется.

Гиалоплазма, находящаяся вокруг элементов эндоплазматической сети, представляет собой непрерывную недифференцированную фазу цитоплазмы, окружающую другие органоиды протопласта. Структура гиалоплазмы изучена очень слабо. В электронном микроскопе она имеет вид вещества неплотного, но обычно оно плотнее, чем содержимое элементов эндоплазматической сети. Иногда в нем можно наблюдать сеть из расположенных в беспорядке фибрилл диаметром около 200 Å. Об этих фибриллах тоже пока мало известно.

Участок гиалоплазмы из клетки флоэмной паренхимы тыквы

Иногда в периферической части гиалоплазмы, под плазмалеммой, в электронном микроскопе выявляются структуры, получившие название микротрубочек. Микротрубочки встречаются чаще всего в молодых, энергично растущих клетках (кончики корешков лука, тимофеевки, можжевельника, развивающиеся элементы древесины и луба) и располагаются перпендикулярно к их боковым стенкам и параллельно друг другу. Они обычно прямые или слегка скручены, имеют длину несколько микронов

и состоят из электронноплотной оболочки толщиной 55—70 Å и внутреннего светлого пространства диаметром 50—140 Å. Оболочка микротрубочек построена, в свою очередь, из 11—13 субъединиц — мельчайших структур, округлых на поперечном срезе и плотно прижатых друг к другу. Строение микротрубочек очень похоже на строение жгутиков одноклеточных организмов, служащих для их передвижения. Функция этих трубочек пока еще выяснена очень мало. Предполагают, что они играют роль в синтезе и ориентации целлюлозных микрофибрилл клеточной оболочки, а также в движении цитоплазмы и других органоидов клетки.

Довольно часто в гиалоплазме обнаруживаются участки с мельчайшей зернистостью. Эта зернистость вызывается скоплением гранул, имеющих округлую форму, диаметром около 150 Å, которые получили название рибосом (рибонуклеопротеидных гранул). Они богаты РНК и белком и на снимках получаются более темными, чем гиалоплазма, так как сильно рассеивают электроны. Функция рибосом была выяснена совсем недавно. Оказалось, что в них из аминокислот при участии РНК происходит синтез белковых молекул цитоплазмы. Рибосомы обычно не только свободно лежат в гиалоплазме,

но и в большом количестве прикрепляются к наружным поверхностям мембран эндоплазматической сети, рыхло покрывая их. Эндоплазматическая сеть с прикрепленными к ней снаружи рибосомами получила название «шероховатой», или гранулярной, а эндоплазматическая сеть без рибосом — «гладкой», или агранулярной. Рибосомы прикрепляются также к наружной поверхности ядерной мембраны, тогда как мембраны митохондрий, а также плазмалемма и тонопласт остаются гладкими. Помимо цитоплазмы рибосомы обнаружены внутри ядра, пластид и, возможно, митохондрий.

У молодых клеток гиалоплазма довольно плотная, очень богатая свободными рибосомами, а эндоплазматическая сеть не обильна и имеет вид немногочисленных разобщенных пузырьков. В клетках ‘более взрослых (дифференцированных) плотность гиалоплазмы уменьшается за счет гидратации, канальцы эндоплазматической сети удлиняются, расширяются и образуют многочисленные трубочки и цистерны, связанные друг с другом в единую сеть, пронизывающую всю цитоплазму. Мембраны эндоплазматической сети таких клеток обычно шероховатые, число свободных рибосом уменьшается. У клеток, находящихся в состоянии активного роста и синтеза клеточной оболочки, элементы эндоплазматической сети располагаются параллельно стенкам оболочки. В клетках старых и малоактивных гиалоплазма еще более гидратирована, объем эндоплазм этической сети вновь уменьшается, мембраны становятся гладкими (без рибосом), а свободные рибосомы встречаются очень редко.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Ядро и цитоплазма | Анатомия и физиология

Цели обучения

• Опишите структуру и функцию ядра
• Объясните организацию ДНК в ядре
• Опишите структуру и функцию основных клеточных органелл

Теперь, когда вы узнали, что плазматическая мембрана окружает все клетки, вы можете погрузиться в прототип клетки человека, чтобы узнать о ее внутренних компонентах и ​​их функциях.Клетки животных содержат три основных участка: плазматическую мембрану, ядро ​​и цитоплазму. Ядро — центральная органелла клетки, которая содержит ДНК клетки (рис. 3.6). Цитоплазма состоит из двух частей: цитозоля и органелл. Цитозоль , желеобразное вещество внутри клетки, обеспечивает жидкую среду, необходимую для биохимических реакций. Органелла («маленький орган») — это один из нескольких различных типов мембранных тел в клетке, каждое из которых выполняет уникальную функцию.Подобно тому, как различные органы тела работают вместе в гармонии для выполнения всех функций человека, множество различных клеточных органелл работают вместе, чтобы поддерживать здоровье клетки и выполнять все ее важные функции.

Ядро — самая большая и самая заметная из органелл клетки (Рисунок 3.7). Ядро обычно считается центром управления клеткой, потому что оно хранит все генетические инструкции для производства белков. Интересно, что некоторые клетки тела, например мышечные, содержат более одного ядра, которое называется многоядерным. Другие клетки, такие как эритроциты (эритроциты) млекопитающих, вообще не содержат ядер. По мере созревания эритроциты выбрасывают свои ядра, освобождая место для большого количества молекул гемоглобина, которые переносят кислород по всему телу. Без ядер продолжительность жизни эритроцитов коротка, поэтому организм должен постоянно производить новые.

Внутри ядра находится план, который диктует все, что клетка будет делать, и все продукты, которые она будет производить. Эта информация хранится в ДНК. Ядро посылает клетке «команды» через молекулярные мессенджеры, которые транслируют информацию из ДНК.Каждая клетка вашего тела (за исключением половых клеток) содержит полный набор вашей ДНК. Когда клетка делится, ДНК должна быть продублирована, чтобы каждая новая клетка получала полный набор ДНК. В следующем разделе мы исследуем структуру ядра и его содержимое, а также процесс репликации ДНК.

Организация ядра и его ДНК

Как и большинство других клеточных органелл, ядро ​​окружено мембраной, называемой ядерной оболочкой .Это мембранное покрытие состоит из двух смежных липидных бислоев с тонким жидким пространством между ними. Эти два бислоя охватывают ядерные поры. Ядерная пора представляет собой крошечный проход для прохождения белков, РНК и растворенных веществ между ядром и цитоплазмой. Внутри ядерной оболочки находится гелеобразная нуклеоплазма с растворенными веществами, которые включают строительные блоки нуклеиновых кислот. Также может быть темная масса, часто видимая под простым световым микроскопом, называемая ядрышком (множественное число = ядрышки).Ядрышко — это область ядра, которая отвечает за производство РНК, необходимой для построения рибосом. После синтеза вновь образованные субъединицы рибосомы покидают ядро ​​клетки через ядерные поры. Генетические инструкции, которые используются для построения и поддержания организма, упорядочены в цепях ДНК. Внутри ядра расположены нити , хроматин , состоящий из ДНК и связанных белков (рис. 3.8). Хроматин — это волокнистая форма ДНК, которая позволяет эффективно упаковывать ДНК внутри ядра, сохраняя при этом структуру, позволяющую синтезировать белки на ранних стадиях.Вдоль нитей хроматина ДНК обернута вокруг набора белков гистонов . Когда клетка находится в процессе деления, хроматин конденсируется в хромосомы, так что ДНК можно безопасно транспортировать к «дочерним клеткам». Хромосома состоит из ДНК и белков; это конденсированная форма хроматина. Подсчитано, что у людей почти 22 000 генов распределены по 46 хромосомам.

Органеллы эндомембранной системы

Набор из трех основных органелл вместе формирует внутри клетки систему, называемую эндомембранной системой. Эти органеллы работают вместе для выполнения различных клеточных задач, включая задачу производства, упаковки и экспорта определенных клеточных продуктов. Органеллы эндомембранной системы включают эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и везикулы.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматический ретикулум , , (ER), — это система каналов, которые являются непрерывными с ядерной мембраной (или «оболочкой»), покрывающей ядро, и состоят из того же материала липидного бислоя. ER можно рассматривать как серию извилистых магистралей, похожих на водные каналы Венеции. ER обеспечивает проходы по большей части клетки, которые функционируют при транспортировке, синтезе и хранении материалов.Обмоточная структура ER приводит к большой площади мембранной поверхности, которая поддерживает его многие функции (рис. 3.9).

Эндоплазматический ретикулум может существовать в двух формах: грубый ER и гладкий ER. Эти два типа ER выполняют очень разные функции и могут быть найдены в очень разных количествах в зависимости от типа клетки.Грубый ER (RER) называется так, потому что его мембрана усеяна встроенными гранулами — органеллами, называемыми рибосомами, что придает RER неровный вид.

A рибосома представляет собой органеллу, которая служит местом синтеза белка. Его можно обнаружить свободно плавающим в цитоплазме или прикрепленным к ER. Он состоит из двух субъединиц рибосомной РНК, которые оборачиваются вокруг мРНК, чтобы запустить процесс трансляции, стадию синтеза белка. Синтез белка состоит из двух стадий: транскрипции и трансляции.Транскрипция происходит внутри ядра и представляет собой фазу синтеза белков, в которой мРНК копируется из ДНК. МРНК покидает ядро ​​через ядерные поры и переходит к рибосоме. Затем рибосома «считывает» или интерпретирует инструкции внутри мРНК и использует РНК переноса (тРНК) для связывания аминокислот в соответствующем порядке с образованием белка ( рис. 3.10 ). Как правило, белок синтезируется внутри рибосомы и высвобождается в канале грубого ER, где к нему могут быть добавлены сахара (посредством процесса, называемого гликозилированием), прежде чем он будет транспортирован внутри везикулы на следующий этап процесса упаковки и транспортировки. : аппарат Гольджи.

Smooth ER (SER) не содержит этих рибосом. Одна из основных функций гладкого ЭПР — синтез липидов. Гладкий ER синтезирует фосфолипиды, основной компонент биологических мембран, а также стероидные гормоны.По этой причине клетки, вырабатывающие большое количество таких гормонов, например, из женских яичников и мужских семенников, содержат большое количество гладкого ЭПР. В дополнение к синтезу липидов гладкий ЭПР также изолирует (то есть накапливает) и регулирует концентрацию ионов кальция в мышечной и нервной ткани. Гладкий ER дополнительно метаболизирует некоторые углеводы и выполняет роль детоксикации в печени, расщепляя определенные токсины. В отличие от гладкого ER, основная работа грубого ER — это синтез и модификация белков, предназначенных для клеточной мембраны или для экспорта из клетки.Для этого синтеза белка многие рибосомы прикрепляются к ER (придавая ему вид грубого ER).

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи отвечает за сортировку, модификацию и отгрузку продуктов, поступающих из неотложной неотложной помощи, во многом как почтовое отделение. Аппарат Гольджи выглядит как сложенные стопкой плоские диски, почти как стопки блинов странной формы. Как и ER, эти диски являются перепончатыми. У аппарата Гольджи есть две разные стороны, каждая из которых играет свою роль.Одна сторона аппарата принимает продукты в пузырьках. Эти продукты сортируются через аппарат, а затем они выпускаются с противоположной стороны после переупаковки в новые пузырьки. Если продукт должен быть экспортирован из клетки, везикула мигрирует на поверхность клетки и сливается с клеточной мембраной, и груз секретируется (рис. 3.11).

Лизосомы

Некоторые из белковых продуктов, упаковываемых аппаратом Гольджи, содержат пищеварительные ферменты, которые должны оставаться внутри клетки для использования при расщеплении определенных материалов.Везикулы, содержащие ферменты, высвобождаемые Гольджи, могут образовывать новые лизосомы или сливаться с существующими лизосомами. Лизосома — это органелла, содержащая ферменты, которые расщепляют и переваривают ненужные клеточные компоненты, такие как поврежденная органелла. (Лизосома похожа на разрушительную бригаду, которая сносит старые и ненадежные здания по соседству.) Аутофагия («самопоедание») — это процесс переваривания клеткой собственных структур. Лизосомы также важны для расщепления инородного материала.Например, когда определенные клетки иммунной защиты (лейкоциты) фагоцитируют бактерии, бактериальная клетка транспортируется в лизосому и переваривается находящимися внутри ферментами. Как можно догадаться, такие клетки фагоцитарной защиты содержат большое количество лизосом. При определенных обстоятельствах лизосомы выполняют более грандиозную и ужасную функцию. В случае поврежденных или нездоровых клеток лизосомы могут открываться и высвобождать свои пищеварительные ферменты в цитоплазму клетки, убивая клетку.Этот механизм «самоуничтожения» называется автолизом и и контролирует процесс гибели клеток (механизм, называемый «апоптоз»).

Посмотрите это видео, чтобы узнать об эндомембранной системе, которая включает грубую и гладкую ER и тело Гольджи, а также лизосомы и везикулы. Какова основная роль эндомембранной системы?

Органеллы для производства энергии и детоксикации

Помимо функций, выполняемых эндомембранной системой, клетка выполняет множество других важных функций.Подобно тому, как вы должны потреблять питательные вещества, чтобы обеспечить себя энергией, каждая из ваших клеток должна принимать питательные вещества, некоторые из которых превращаются в химическую энергию, которая может использоваться для поддержания биохимических реакций. Еще одна важная функция клетки — детоксикация. Люди поглощают всевозможные токсины из окружающей среды, а также производят вредные химические вещества в качестве побочных продуктов клеточных процессов. Клетки печени, называемые гепатоцитами, выводят токсины из организма.

Митохондрии

A митохондрия (множественное число = митохондрии) представляет собой мембранную органеллу бобовидной формы, которая является «преобразователем энергии» клетки.Митохондрии состоят из внешней двухслойной липидной мембраны, а также дополнительной внутренней двухслойной липидной мембраны (рис. 3.12). Внутренняя мембрана сильно сложена в извилистые структуры с большой площадью поверхности, называемые кристами. Именно вдоль этой внутренней мембраны ряд белков, ферментов и других молекул выполняет биохимические реакции клеточного дыхания. Эти реакции преобразуют энергию, хранящуюся в молекулах питательных веществ (таких как глюкоза), в аденозинтрифосфат (АТФ), который обеспечивает клетку полезной клеточной энергией.Клетки постоянно используют АТФ, поэтому митохондрии постоянно работают. Молекулы кислорода необходимы во время клеточного дыхания, поэтому вы должны постоянно вдыхать их. Одной из систем организма, которая использует огромное количество АТФ, является мышечная система, потому что АТФ требуется для поддержания мышечного сокращения. В результате мышечные клетки заполнены митохондриями. Нервным клеткам также требуется большое количество АТФ для работы натриево-калиевых насосов. Следовательно, отдельный нейрон будет загружен более чем тысячей митохондрий.С другой стороны, костная клетка, которая не так метаболически активна, может иметь всего пару сотен митохондрий.

Пероксисомы

Как и лизосомы, пероксисома представляет собой мембраносвязанную клеточную органеллу, которая в основном содержит ферменты (рис. 3.13). Пероксисомы выполняют несколько различных функций, включая метаболизм липидов и химическую детоксикацию. В отличие от пищеварительных ферментов, содержащихся в лизосомах, ферменты в пероксисомах служат для передачи атомов водорода от различных молекул к кислороду, производя перекись водорода (H ₂ O ₂ ).Таким образом, пероксисомы нейтрализуют яды, такие как алкоголь. Чтобы понять важность пероксисом, необходимо понять концепцию активных форм кислорода.

Активные формы кислорода (АФК) , такие как пероксиды и свободные радикалы, являются высокореактивными продуктами многих нормальных клеточных процессов, включая митохондриальные реакции, которые производят АТФ и метаболизм кислорода.Примеры ROS включают гидроксильный радикал ОН, H ₂ O ₂ и супероксид (O ₂ ^—). Некоторые АФК важны для определенных клеточных функций, таких как клеточные сигнальные процессы и иммунные ответы против чужеродных веществ. Свободные радикалы реактивны, потому что они содержат свободные неспаренные электроны; они могут легко окислять другие молекулы по всей клетке, вызывая клеточное повреждение и даже гибель клетки. Считается, что свободные радикалы играют роль во многих деструктивных процессах в организме, от рака до ишемической болезни сердца.С другой стороны, пероксисомы контролируют реакции, нейтрализующие свободные радикалы. Пероксисомы производят большое количество токсичного H ₂ O ₂ в процессе, но пероксисомы содержат ферменты, которые превращают H ₂ O ₂ в воду и кислород. Эти побочные продукты безопасно попадают в цитоплазму. Подобно миниатюрным установкам для очистки сточных вод, пероксисомы нейтрализуют вредные токсины, чтобы они не наносили вред клеткам. Печень — это орган, который в первую очередь отвечает за детоксикацию крови перед ее распространением по телу, а клетки печени содержат исключительно большое количество пероксисом.Защитные механизмы, такие как детоксикация внутри пероксисомы и некоторых клеточных антиоксидантов, служат для нейтрализации многих из этих молекул. Некоторые витамины и другие вещества, содержащиеся в основном во фруктах и ​​овощах, обладают антиоксидантными свойствами. Антиоксиданты действуют, окисляясь сами, останавливая каскады деструктивных реакций, инициируемых свободными радикалами. Однако иногда АФК накапливаются за пределами возможностей такой защиты. Окислительный стресс — это термин, используемый для описания повреждения клеточных компонентов, вызванного ROS.Из-за своих характерных неспаренных электронов АФК могут запускать цепные реакции, в которых они удаляют электроны из других молекул, которые затем становятся окисленными и реакционноспособными, и делают то же самое с другими молекулами, вызывая цепную реакцию. АФК могут вызвать необратимое повреждение клеточных липидов, белков, углеводов и нуклеиновых кислот. Поврежденная ДНК может привести к генетическим мутациям и даже к раку. Мутация представляет собой изменение нуклеотидной последовательности в гене в ДНК клетки, потенциально изменяющее белок, кодируемый этим геном.Другие заболевания, которые, как считается, вызываются или обостряются ROS, включают болезнь Альцгеймера, сердечно-сосудистые заболевания, диабет, болезнь Паркинсона, артрит, болезнь Хантингтона и шизофрению, среди многих других. Примечательно, что эти заболевания во многом связаны с возрастом. Многие ученые считают, что окислительный стресс является одним из основных факторов старения.

Цитоскелет

Так же, как костный скелет структурно поддерживает человеческое тело, цитоскелет помогает клеткам сохранять свою структурную целостность.Цитоскелет представляет собой группу волокнистых белков, которые обеспечивают структурную поддержку клеток, но это только одна из функций цитоскелета. Компоненты цитоскелета также имеют решающее значение для подвижности клеток, воспроизводства клеток и транспортировки веществ внутри клетки. Цитоскелет образует сложную нитевидную сеть по всей клетке, состоящую из трех различных видов волокон на основе белков: микрофиламентов, промежуточных волокон и микротрубочек (рис.14). Самая толстая из трех — это микротрубочка , структурная нить, состоящая из субъединиц белка, называемого тубулином. Микротрубочки поддерживают форму и структуру клеток, помогают сопротивляться сжатию клетки и играют роль в расположении органелл внутри клетки. Микротрубочки также составляют два типа клеточных придатков, важных для движения: реснички и жгутики. Реснички находятся на многих клетках тела, включая эпителиальные клетки, выстилающие дыхательные пути дыхательной системы.Реснички движутся ритмично; они постоянно бьются, перемещая отходы, такие как пыль, слизь и бактерии, вверх по дыхательным путям, от легких к рту. Удары ресничек клеток в женских фаллопиевых трубах перемещают яйцеклетки из яичника в матку. Флагеллум , , , (множественное число = жгутики) — это придаток больше реснички и специализированный для передвижения клеток. Единственная жгутиковая клетка у человека — это сперматозоид, который должен продвигаться к женским яйцеклеткам.

Очень важная функция микротрубочек — устанавливать пути (что-то вроде железнодорожных путей), по которым можно тянуть генетический материал (процесс, требующий АТФ) во время деления клетки, чтобы каждая новая дочерняя клетка получала соответствующий набор хромосом.Две короткие идентичные структуры микротрубочек, называемые центриолями, находятся рядом с ядром клеток. Центриоль может служить точкой клеточного происхождения для микротрубочек, выходящих наружу в виде ресничек или жгутиков, или может способствовать разделению ДНК во время деления клетки путем формирования митотического веретена (волокна веретена).

Определение цитоплазмы и примеры — Biology Online Dictionary

Определение цитоплазмы

Определение цитоплазмы

существительное
множественное число: цитоплазмы
cy · to · плазма, ˈsaɪtoʊˌplæzəm

Содержимое клетки, окруженное мембраной , за исключением ядра в эукариотической клетке

Обзор

Клетка является структурной, функциональной и биологической единицей всех организмов.Это мембраносвязанная структура, содержащая протоплазму. Протоплазма — это жидкое живое содержимое клетки. В некоторых источниках протоплазма является синонимом термина цитоплазма . В других источниках протоплазма включает нуклеоплазму. Таким образом, в более строгом смысле протоплазма в основном состоит из цитоплазмы и нуклеоплазмы. Цитоплазма, в свою очередь, представляет собой протоплазматическое содержимое между клеточной мембраной и ядерной оболочкой.

Особенности цитоплазмы

Цитоплазма — желеобразное вещество клетки. Он относится ко всему содержимому клетки, за исключением того, что в эукариотической клетке он не включает ядро. В эукариотической клетке цитоплазма состоит из цитозоля, пузырьков, цитоскелета, включений и органелл, за исключением ядра. Цитоплазма эукариотической клетки — это часть клетки между клеточной мембраной и ядерной оболочкой.Фактически, цитоплазма и ядро ​​составляют протоплазму эукариотической клетки. В прокариотических клетках, у которых нет четко определенного ядра, цитоплазма — это просто все, что заключено в клеточной мембране. Следовательно, он содержит цитозоль и все другие клеточные компоненты, включая хромосому в области нуклеоида. Цитоплазма (как эукариот, так и прокариот) — это место, где выполняются функции размножения, роста и метаболизма клеток.
В эукариотических клетках цитоплазма содержит клеточные органеллы.Эти органеллы выполняют особые функции. Например, ядро ​​- это органелла, которая содержит генетический материал и, следовательно, контролирует клеточную активность, такую ​​как метаболизм, рост и размножение, регулируя экспрессию генов. Хлоропласты — это пластиды, содержащие зеленые пигменты, необходимые для фотосинтеза. Митохондрии — это органеллы, которые синтезируют энергию для разнообразных метаболических процессов. Эндоплазматический ретикулум представляет собой взаимосвязанную сеть уплощенных мешочков или канальцев, участвующих в синтезе липидов, углеводном обмене, детоксикации лекарств и прикреплении рецепторов к белкам клеточной мембраны.Он также участвует во внутриклеточном транспорте, таком как транспортировка продуктов (грубого эндоплазматического ретикулума) к другим частям клетки, таким как аппарат Гольджи. Аппарат Гольджи состоит из мембраносвязанных стопок. Он участвует в гликозилировании, упаковке молекул для секреции, транспортировке липидов внутри клетки и возникновении лизосом. Другими цитоплазматическими структурами, обнаруженными в цитоплазме, являются вакуоли и рибосомы. У растений движение цитоплазмы вокруг вакуолей называется потоком цитоплазмы.Рибосомы, место синтеза белка, состоят из белка и РНК. Некоторые рибосомы не связаны, тогда как другие прикреплены к эндоплазматической сети.

Цитозоль (часть, которая остается после удаления органелл) — это водная часть цитоплазмы в интактной клетке. Он состоит из воды, органических молекул и растворенных ионов. Самый высокий процент цитозольного компонента составляет вода, то есть около 70%. Типичными ионами в цитозоле млекопитающих являются калий, натрий, хлорид, бикарбонат, аминокислоты в белках, магний и кальций.Цитозоль служит местом, где происходят многие химические реакции. У прокариот именно здесь происходит большинство метаболических реакций (другие происходят в клеточной мембране). У эукариот это место, где приостановлены органеллы и другие цитоплазматические структуры. Поскольку цитозоль содержит растворенные ионы, он играет роль в осморегуляции и передаче сигналов клетками. Он также участвует в генерации потенциалов действия, например, в эндокринных, нервных и мышечных клетках.

Цитоплазматические биохимические реакции

Цитоплазма является местом многих биохимических реакций, которые можно разделить на два основных типа: катаболизм и анаболизм.Катаболизм включает биохимические реакции, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы. Часто это влечет за собой высвобождение энергии. Анаболизм включает биохимические реакции, управляемые АТФ. Анаболические процессы — это биомолекулярный синтез, в котором молекулы превращаются из более мелких единиц в более сложные структуры.

Биологические функции цитоплазмы

Цитоплазма является местом роста и обмена веществ. В цитоплазме образуются и разлагаются различные биомолекулы. Например, в цитозоле происходит гликолиз.Гликолиз — это начальный метаболический путь клеточного дыхания, превращающий моносахарид, часто глюкозу, в пируват с одновременным образованием высокоэнергетической биомолекулы, особенно АТФ. Остальные процессы клеточного дыхания (т.е. цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование происходят внутри митохондрий.

Этимология

• Греческий kyto -, kýtos («контейнер», «вместилище», «тело») + греч. plásma

Связанные термины

См. Также

© Biology Online.Контент предоставлен и модерируется Biology Online Editors

Цитоплазма и клеточные органеллы — анатомия и физиология

OpenStaxCollege

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите структуру и функцию клеточных органелл, связанных с эндомембранной системой, включая эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и лизосомы.
• Опишите структуру и функцию митохондрий и пероксисом
• Объясните три компонента цитоскелета, включая их состав и функции

Теперь, когда вы узнали, что клеточная мембрана окружает все клетки, вы можете погрузиться внутрь прототипной клетки человека, чтобы узнать о ее внутренних компонентах и ​​их функциях.Все живые клетки в многоклеточных организмах содержат внутренний цитоплазматический компартмент и ядро ​​внутри цитоплазмы. Цитозоль, желеобразное вещество внутри клетки, обеспечивает жидкую среду, необходимую для биохимических реакций. Эукариотические клетки, включая все клетки животных, также содержат различные клеточные органеллы. Органелла («маленький орган») — это один из нескольких различных типов мембранных тел в клетке, каждое из которых выполняет уникальную функцию. Подобно тому, как различные органы тела работают вместе в гармонии для выполнения всех функций человека, множество различных клеточных органелл работают вместе, чтобы поддерживать здоровье клетки и выполнять все ее важные функции.Органеллы и цитозоль вместе составляют цитоплазму клетки. Ядро — это центральная органелла клетки, содержащая ДНК клетки ([ссылка]).

Прототипическая клетка человека

Хотя это изображение не указывает на какую-либо конкретную человеческую клетку, это прототип клетки, содержащей первичные органеллы и внутренние структуры.

Набор из трех основных органелл вместе формирует внутри клетки систему, называемую эндомембранной системой.Эти органеллы работают вместе для выполнения различных клеточных задач, включая задачу производства, упаковки и экспорта определенных клеточных продуктов. Органеллы эндомембранной системы включают эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и везикулы.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматический ретикулум (ЭР) представляет собой систему каналов, которая является продолжением ядерной мембраны (или «оболочки»), покрывающей ядро, и состоит из того же материала липидного бислоя. ER можно рассматривать как серию извилистых магистралей, похожих на водные каналы Венеции.ER обеспечивает проходы по большей части клетки, которые функционируют при транспортировке, синтезе и хранении материалов. Обмоточная структура ER приводит к большой площади мембранной поверхности, которая поддерживает его многие функции ([ссылка]).

Эндоплазматическая сеть (ER)

(a) ER представляет собой извилистую сеть тонких мембранных мешочков, находящихся в тесной связи с ядром клетки. Гладкая и шероховатая эндоплазматическая сеть очень различаются по внешнему виду и функциям (источник: ткань мыши).(b) Rough ER усеяна многочисленными рибосомами, которые являются участками синтеза белка (источник: ткань мыши). EM × 110000. (c) Smooth ER синтезирует фосфолипиды, стероидные гормоны, регулирует концентрацию клеточного Ca ⁺⁺ , ^{метаболизирует некоторые углеводы и расщепляет определенные токсины (источник: ткань мыши). EM × 110 510. (Микрофотографии предоставлены Медицинской школой Риджентс Мичиганского университета © 2012)}

Эндоплазматический ретикулум может существовать в двух формах: грубый ER и гладкий ER.Эти два типа ER выполняют очень разные функции и могут быть найдены в очень разных количествах в зависимости от типа клетки. Грубый ER (RER) называется так, потому что его мембрана усеяна встроенными гранулами — органеллами, называемыми рибосомами, что придает RER неровный вид. Рибосома — это органелла, которая служит местом синтеза белка. Он состоит из двух субъединиц рибосомной РНК, которые оборачиваются вокруг мРНК, чтобы запустить процесс трансляции, за которым следует синтез белка. В гладком ER (SER) эти рибосомы отсутствуют.

Одна из основных функций гладкого ER — синтез липидов. Гладкий ER синтезирует фосфолипиды, основной компонент биологических мембран, а также стероидные гормоны. По этой причине клетки, вырабатывающие большое количество таких гормонов, например, из женских яичников и мужских семенников, содержат большое количество гладкого ЭПР. В дополнение к синтезу липидов гладкий ER также секвестрирует (то есть накапливает) и регулирует концентрацию клеточного Ca ⁺⁺ , функции, чрезвычайно важной в клетках нервной системы, где Ca ⁺⁺ является триггером высвобождения нейромедиатора. .Гладкий ER дополнительно метаболизирует некоторые углеводы и выполняет роль детоксикации, расщепляя определенные токсины.

В отличие от гладкого ER, основная работа грубого ER — это синтез и модификация белков, предназначенных для клеточной мембраны или для экспорта из клетки. Для этого синтеза белка многие рибосомы прикрепляются к ER (придавая ему вид грубого ER). Как правило, белок синтезируется внутри рибосомы и высвобождается в канале грубого ER, где к нему могут быть добавлены сахара (посредством процесса, называемого гликозилированием), прежде чем он будет транспортирован внутри везикулы на следующий этап процесса упаковки и транспортировки. : аппарат Гольджи.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи отвечает за сортировку, модификацию и отгрузку продуктов, поступающих из неотложной неотложной помощи, как и в почтовом отделении. Аппарат Гольджи выглядит как сложенные стопкой плоские диски, почти как стопки блинов странной формы. Как и ER, эти диски являются перепончатыми. У аппарата Гольджи есть две разные стороны, каждая из которых играет свою роль. Одна сторона аппарата принимает продукты в пузырьках. Эти продукты сортируются через аппарат, а затем они выпускаются с противоположной стороны после переупаковки в новые пузырьки.Если продукт должен быть экспортирован из клетки, везикула мигрирует на поверхность клетки и сливается с клеточной мембраной, и груз секретируется ([ссылка]).

Аппарат Гольджи

(a) Аппарат Гольджи управляет продуктами грубого ER, а также производит новые органеллы, называемые лизосомами. Белки и другие продукты ER отправляются в аппарат Гольджи, который организует, модифицирует, упаковывает и маркирует их. Некоторые из этих продуктов транспортируются в другие области клетки, а некоторые выводятся из клетки посредством экзоцитоза.Ферментативные белки упаковываются как новые лизосомы (или упаковываются и отправляются для слияния с существующими лизосомами). (б) Электронная микрофотография аппарата Гольджи.

Лизосомы

Некоторые из белковых продуктов, упаковываемых аппаратом Гольджи, содержат пищеварительные ферменты, которые должны оставаться внутри клетки для использования при расщеплении определенных материалов. Везикулы, содержащие ферменты, высвобождаемые Гольджи, могут образовывать новые лизосомы или сливаться с существующими лизосомами. Лизосома — это органелла, содержащая ферменты, которые расщепляют и переваривают ненужные клеточные компоненты, такие как поврежденная органелла.(Лизосома похожа на разрушительную бригаду, которая сносит старые и ненадежные здания по соседству.) Аутофагия («самопоедание») — это процесс переваривания клеткой собственных структур. Лизосомы также важны для расщепления инородного материала. Например, когда определенные клетки иммунной защиты (лейкоциты) фагоцитируют бактерии, бактериальная клетка транспортируется в лизосому и переваривается находящимися внутри ферментами. Как можно догадаться, такие клетки фагоцитарной защиты содержат большое количество лизосом.

При определенных обстоятельствах лизосомы выполняют более грандиозную и ужасную функцию. В случае поврежденных или нездоровых клеток лизосомы могут открываться и высвобождать свои пищеварительные ферменты в цитоплазму клетки, убивая клетку. Этот механизм «самоуничтожения» называется автолизом и контролирует процесс гибели клеток (механизм, называемый «апоптоз»).

Посмотрите это видео, чтобы узнать об эндомембранной системе, которая включает грубую и гладкую ER и тело Гольджи, а также лизосомы и везикулы.Какова основная роль эндомембранной системы?

Помимо функций, выполняемых эндомембранной системой, клетка выполняет множество других важных функций. Подобно тому, как вы должны потреблять питательные вещества, чтобы обеспечить себя энергией, каждая из ваших клеток должна принимать питательные вещества, некоторые из которых превращаются в химическую энергию, которая может использоваться для поддержания биохимических реакций. Еще одна важная функция клетки — детоксикация. Люди поглощают всевозможные токсины из окружающей среды, а также производят вредные химические вещества в качестве побочных продуктов клеточных процессов.Клетки печени, называемые гепатоцитами, выводят токсины из организма.

Митохондрии

Митохондрия (множественное число = митохондрии) — это мембранная бобовидная органелла, которая является «преобразователем энергии» клетки. Митохондрии состоят из внешней двухслойной липидной мембраны, а также дополнительной внутренней двухслойной липидной мембраны ([ссылка]). Внутренняя мембрана сильно сложена в извилистые структуры с большой площадью поверхности, называемые кристами. Именно вдоль этой внутренней мембраны ряд белков, ферментов и других молекул выполняет биохимические реакции клеточного дыхания.Эти реакции преобразуют энергию, хранящуюся в молекулах питательных веществ (таких как глюкоза), в аденозинтрифосфат (АТФ), который обеспечивает клетку полезной клеточной энергией. Клетки постоянно используют АТФ, поэтому митохондрии постоянно работают. Молекулы кислорода необходимы во время клеточного дыхания, поэтому вы должны постоянно вдыхать их. Одной из систем организма, которая использует огромное количество АТФ, является мышечная система, потому что АТФ требуется для поддержания мышечного сокращения. В результате мышечные клетки заполнены митохондриями.Нервным клеткам также требуется большое количество АТФ для работы натриево-калиевых насосов. Следовательно, отдельный нейрон будет загружен более чем тысячей митохондрий. С другой стороны, костная клетка, которая не так метаболически активна, может иметь всего пару сотен митохондрий.

Митохондрия

Митохондрии — это фабрики преобразования энергии клетки. (а) Митохондрия состоит из двух отдельных двухслойных липидных мембран. Вдоль внутренней мембраны расположены различные молекулы, которые вместе производят АТФ, главную энергетическую валюту клетки.(б) Электронная микрофотография митохондрий. EM × 236000. (Микрофотография предоставлена ​​Медицинской школой Риджентс Мичиганского университета © 2012)

Пероксисомы

Как и лизосомы, пероксисома представляет собой мембранно-связанную клеточную органеллу, которая в основном содержит ферменты ([ссылка]). Пероксисомы выполняют несколько различных функций, включая метаболизм липидов и химическую детоксикацию. В отличие от пищеварительных ферментов, содержащихся в лизосомах, ферменты в пероксисомах служат для передачи атомов водорода от различных молекул к кислороду, производя перекись водорода (H ₂ O ₂ ).Таким образом, пероксисомы нейтрализуют яды, такие как алкоголь. Чтобы понять важность пероксисом, необходимо понять концепцию активных форм кислорода.

Пероксисома

Пероксисомы — это мембранные органеллы, содержащие множество ферментов для детоксикации вредных веществ и метаболизма липидов.

Активные формы кислорода (АФК), такие как пероксиды и свободные радикалы, являются высокореактивными продуктами многих нормальных клеточных процессов, включая митохондриальные реакции, которые производят АТФ и метаболизм кислорода.Примеры ROS включают гидроксильный радикал OH, H ₂ O ₂ и супероксид (). Некоторые АФК важны для определенных клеточных функций, таких как клеточные сигнальные процессы и иммунные ответы против чужеродных веществ. Свободные радикалы реактивны, потому что они содержат свободные неспаренные электроны; они могут легко окислять другие молекулы по всей клетке, вызывая клеточное повреждение и даже гибель клетки. Считается, что свободные радикалы играют роль во многих деструктивных процессах в организме, от рака до ишемической болезни сердца.

Пероксисомы, с другой стороны, контролируют реакции, которые нейтрализуют свободные радикалы. Пероксисомы производят большое количество токсичного H ₂ O ₂ в процессе, но пероксисомы содержат ферменты, которые превращают H ₂ O ₂ в воду и кислород. Эти побочные продукты безопасно попадают в цитоплазму. Подобно миниатюрным установкам для очистки сточных вод, пероксисомы нейтрализуют вредные токсины, чтобы они не наносили вред клеткам. Печень — это орган, который в первую очередь отвечает за детоксикацию крови перед ее распространением по телу, а клетки печени содержат исключительно большое количество пероксисом.

Защитные механизмы, такие как детоксикация внутри пероксисомы и некоторых клеточных антиоксидантов, служат для нейтрализации многих из этих молекул. Некоторые витамины и другие вещества, содержащиеся в основном во фруктах и ​​овощах, обладают антиоксидантными свойствами. Антиоксиданты действуют, окисляясь сами, останавливая каскады деструктивных реакций, инициируемых свободными радикалами. Однако иногда АФК накапливаются за пределами возможностей такой защиты.

Окислительный стресс — это термин, используемый для описания повреждения клеточных компонентов, вызванного ROS.Из-за своих характерных неспаренных электронов АФК могут запускать цепные реакции, в которых они удаляют электроны из других молекул, которые затем становятся окисленными и реакционноспособными, и делают то же самое с другими молекулами, вызывая цепную реакцию. АФК могут вызвать необратимое повреждение клеточных липидов, белков, углеводов и нуклеиновых кислот. Поврежденная ДНК может привести к генетическим мутациям и даже к раку. Мутация — это изменение нуклеотидной последовательности в гене в ДНК клетки, потенциально изменяющее белок, кодируемый этим геном.Другие заболевания, которые, как считается, вызываются или обостряются ROS, включают болезнь Альцгеймера, сердечно-сосудистые заболевания, диабет, болезнь Паркинсона, артрит, болезнь Хантингтона и шизофрению, среди многих других. Примечательно, что эти заболевания во многом связаны с возрастом. Многие ученые считают, что окислительный стресс является одним из основных факторов старения.

Старение и…

Ячейка: теория свободных радикалов

Теория свободных радикалов о старении была первоначально предложена в 1950-х годах и до сих пор остается предметом дискуссий.Вообще говоря, теория старения со свободными радикалами предполагает, что накопленное повреждение клеток в результате окислительного стресса способствует физиологическим и анатомическим эффектам старения. Есть две существенно разные версии этой теории: одна утверждает, что сам процесс старения является результатом окислительного повреждения, а другая утверждает, что окислительное повреждение вызывает возрастные заболевания и расстройства. Последняя версия теории более широко принята, чем первая. Однако многие данные свидетельствуют о том, что окислительное повреждение действительно способствует процессу старения.Исследования показали, что уменьшение окислительного повреждения может привести к увеличению продолжительности жизни некоторых организмов, таких как дрожжи, черви и плодовые мухи. И наоборот, усиление окислительного повреждения может сократить продолжительность жизни мышей и червей. Интересно, что манипуляция, называемая ограничением калорий (умеренное ограничение потребления калорий), как было показано, увеличивает продолжительность жизни у некоторых лабораторных животных. Считается, что это увеличение, по крайней мере, частично связано с уменьшением окислительного стресса. Однако долгосрочное исследование приматов с ограничением калорийности не показало увеличения их продолжительности жизни.Потребуется множество дополнительных исследований, чтобы лучше понять связь между активными формами кислорода и старением.

Так же, как костный скелет структурно поддерживает человеческое тело, цитоскелет помогает клеткам сохранять свою структурную целостность. Цитоскелет — это группа волокнистых белков, которые обеспечивают структурную поддержку клеток, но это только одна из функций цитоскелета. Компоненты цитоскелета также имеют решающее значение для подвижности клеток, воспроизводства клеток и транспортировки веществ внутри клетки.

Цитоскелет образует сложную нитевидную сеть по всей клетке, состоящую из трех различных видов белковых филаментов: микрофиламентов, промежуточных филаментов и микротрубочек ([ссылка]). Самая толстая из трех — микротрубочка, структурная нить, состоящая из субъединиц белка, называемого тубулином. Микротрубочки поддерживают форму и структуру клеток, помогают сопротивляться сжатию клетки и играют роль в расположении органелл внутри клетки. Микротрубочки также составляют два типа клеточных придатков, важных для движения: реснички и жгутики.Реснички находятся на многих клетках тела, включая эпителиальные клетки, выстилающие дыхательные пути дыхательной системы. Реснички движутся ритмично; они постоянно бьются, перемещая отходы, такие как пыль, слизь и бактерии, вверх по дыхательным путям, от легких к рту. Удары ресничек клеток в женских фаллопиевых трубах перемещают яйцеклетки из яичника в матку. Жгутик (множественное число = жгутик) — это придаток больше реснички и специализированный для передвижения клеток.Единственная жгутиковая клетка у человека — это сперматозоид, который должен продвигаться к женским яйцеклеткам.

Три компонента цитоскелета

Цитоскелет состоит из (а) микротрубочек, (б) микрофиламентов и (в) промежуточных филаментов. Цитоскелет играет важную роль в поддержании формы и структуры клеток, стимулировании клеточного движения и содействии делению клеток.

Очень важная функция микротрубочек — устанавливать пути (что-то вроде железнодорожных путей), по которым можно тянуть генетический материал (процесс, требующий АТФ) во время деления клетки, чтобы каждая новая дочерняя клетка получала соответствующий набор хромосом.Две короткие идентичные структуры микротрубочек, называемые центриолями, находятся рядом с ядром клеток. Центриоль может служить точкой клеточного происхождения для микротрубочек, выходящих наружу в виде ресничек или жгутиков, или может способствовать разделению ДНК во время деления клетки. Микротрубочки вырастают из центриолей, добавляя больше субъединиц тубулина, например добавляя дополнительные звенья в цепь.

В отличие от микротрубочек, микрофиламент представляет собой более тонкий тип филаментов цитоскелета (см. [Ссылка] b ).Актин, белок, образующий цепи, является основным компонентом этих микрофиламентов. Волокна актина, скрученные цепочки актиновых нитей, составляют значительный компонент мышечной ткани и, наряду с белком миозином, ответственны за сокращение мышц. Как и микротрубочки, актиновые филаменты представляют собой длинные цепочки отдельных субъединиц (называемых субъединицами актина). В мышечных клетках эти длинные актиновые нити, называемые тонкими филаментами, «притягиваются» толстыми филаментами миозинового белка, чтобы сократить клетку.

Актин также играет важную роль во время деления клеток.Когда клетка собирается разделиться пополам во время деления клетки, филаменты актина работают с миозином, создавая борозду расщепления, которая в конечном итоге разделяет клетку посередине, образуя две новые клетки из исходной клетки.

Последний филамент цитоскелета — это промежуточный филамент. Как следует из названия, промежуточная нить — это нить, промежуточная по толщине между микротрубочками и микрофиламентами (см. [Ссылка] c ). Промежуточные волокна состоят из длинных волокнистых субъединиц белка, называемого кератином, которые намотаны вместе, как нити, составляющие веревку.Промежуточные филаменты вместе с микротрубочками важны для поддержания формы и структуры клеток. В отличие от микротрубочек, которые сопротивляются сжатию, промежуточные филаменты сопротивляются растяжению — силам, разрывающим клетки. Во многих случаях клетки склонны к растяжению, например, когда эпителиальные клетки кожи сжимаются, растягивая их в разных направлениях. Промежуточные филаменты помогают закрепить органеллы вместе внутри клетки, а также связывать клетки с другими клетками, образуя специальные межклеточные соединения.

Внутренняя среда живой клетки состоит из жидкого желеобразного вещества, называемого цитозолем, которое состоит в основном из воды, но также содержит различные растворенные питательные вещества и другие молекулы. Клетка содержит множество клеточных органелл, каждая из которых выполняет уникальную функцию и помогает поддерживать здоровье и активность клетки. Цитозоль и органеллы вместе составляют цитоплазму клетки. Большинство органелл окружено липидной мембраной, похожей на клеточную мембрану клетки.Эндоплазматический ретикулум (ER), аппарат Гольджи и лизосомы имеют общие функциональные связи и вместе называются эндомембранной системой. Есть два типа ER: гладкая и грубая. В то время как гладкий ER выполняет множество функций, включая синтез липидов и накопление ионов, грубый ER в основном отвечает за синтез белка с использованием связанных с ним рибосом. Грубый ER отправляет вновь созданные белки в аппарат Гольджи, где они модифицируются и упаковываются для доставки в различные места внутри или за пределами клетки.Некоторые из этих белковых продуктов представляют собой ферменты, предназначенные для расщепления нежелательного материала и упакованные в виде лизосом для использования внутри клетки.

Клетки также содержат митохондрии и пероксисомы, которые являются органеллами, отвечающими за производство энергии клетки и детоксикацию определенных химических веществ, соответственно. Биохимические реакции в митохондриях преобразуют молекулы, несущие энергию, в пригодную для использования форму клеточной энергии, известную как АТФ. Пероксисомы содержат ферменты, которые превращают вредные вещества, такие как свободные радикалы, в кислород и воду.Клетки также содержат миниатюрный «скелет» из белковых нитей, который простирается по всей ее внутренней части. Этот цитоскелет составляют три различных типа филаментов (в порядке увеличения толщины): микрофиламенты, промежуточные филаменты и микротрубочки. Каждый компонент цитоскелета выполняет уникальные функции, а также обеспечивает поддерживающую основу для клетки.

Посмотрите это видео, чтобы узнать об эндомембранной системе, которая включает грубую и гладкую ER и тело Гольджи, а также лизосомы и везикулы.Какова основная роль эндомембранной системы?

Обработка, упаковка и перемещение материалов, производимых ячейкой.

Выберите термин, который лучше всего завершает следующую аналогию: Цитоплазма относится к цитозолю, как бассейн, содержащий хлор и плавучие игрушки, к ________.

1. стенки бассейна
2. хлор
3. плавучие игрушки
4. вода

Черновая ER получила свое название из-за каких связанных структур?

1. Аппарат Гольджи
2. рибосомы
3. лизосом
4. белков

Что из следующего является функцией грубой ER?

1. производство белков
2. детоксикация некоторых веществ
3. синтез стероидных гормонов
4. регуляция концентрации внутриклеточного кальция

Что из перечисленного является общим для всех трех компонентов цитоскелета?

1. Все они служат каркасом для органелл внутри клетки.
2. Все они имеют примерно одинаковый диаметр.
3. Все они представляют собой полимеры белковых субъединиц.
4. Все они помогают клетке противостоять сжатию и растяжению.

Какая из следующих органелл продуцирует большое количество АТФ, когда и глюкоза, и кислород доступны клетке?

1. митохондрии
2. пероксисом
3. лизосом
4. ER

Объясните, почему структура ER, митохондрий и аппарата Гольджи способствует их соответствующим функциям.

Структура аппарата Гольджи соответствует его функциям, поскольку он представляет собой серию уплощенных перепончатых дисков; вещества модифицируются и упаковываются в последовательные этапы по мере их перемещения от одного диска к другому. Структура аппарата Гольджи также включает в себя принимающую поверхность и передающую поверхность, которые организуют клеточные продукты, когда они входят и выходят из аппарата Гольджи. ER и митохондрии имеют структурную специализацию, которая увеличивает их площадь поверхности. В митохондриях внутренняя мембрана сильно сложена, что увеличивает площадь поверхности для производства АТФ.Точно так же ER тщательно намотан на всю клетку, увеличивая площадь его поверхности для таких функций, как синтез липидов, хранение Ca ⁺⁺ и синтез белка.

Сравните и сопоставьте лизосомы с пероксисомами: назовите хотя бы два сходства и одно различие.

Пероксисомы и лизосомы — это клеточные органеллы, связанные двухслойными липидными мембранами, и оба они содержат много ферментов. Однако пероксисомы содержат ферменты, которые детоксифицируют вещества, перенося атомы водорода и производя H ₂ O ₂ , тогда как ферменты в лизосомах действуют, чтобы расщеплять и переваривать различные нежелательные материалы.

Глоссарий

автолиз

разрушение клеток под действием их собственных ферментов

аутофагия

Лизосомный распад собственных компонентов клетки

центриоль

небольшая самовоспроизводящаяся органелла, которая обеспечивает начало роста микротрубочек и перемещает ДНК во время деления клетки

реснички

небольшой отросток на определенных клетках, образованный микротрубочками и модифицированный для перемещения материалов по клеточной поверхности

цитоплазма

внутренний материал между клеточной мембраной и ядром клетки, в основном состоящий из жидкости на водной основе, называемой цитозолем, внутри которой находятся все другие органеллы, растворенные и взвешенные вещества клетки

цитоскелет

«скелет» клетки; образованы палочковидными белками, которые поддерживают форму клетки и обеспечивают, помимо других функций, двигательные способности

цитозоль

прозрачная полужидкая среда цитоплазмы, состоящая в основном из воды

эндоплазматическая сеть (ER)

клеточная органелла, состоящая из связанных между собой мембраносвязанных канальцев, которые могут быть связаны или не быть связаны с рибосомами (грубый тип или гладкий тип соответственно)

жгутик

придаток на определенных клетках, образованный микротрубочками и модифицированный для движения

Аппарат Гольджи

клеточная органелла, образованная серией уплощенных мембраносвязанных мешочков, которые выполняют функцию модификации белка, маркировки, упаковки и транспорта

промежуточная нить

тип цитоскелетной нити, состоящей из кератина, характеризующейся средней толщиной и играющей роль в сопротивлении растяжению клеток

лизосома

мембраносвязанная клеточная органелла, происходящая из аппарата Гольджи и содержащая пищеварительные ферменты

микрофиламент

самые тонкие из филаментов цитоскелета; состоит из субъединиц актина, которые участвуют в сокращении мышц и клеточной структурной поддержке

микротрубочка

самая толстая из филаментов цитоскелета, состоящая из субъединиц тубулина, которые участвуют в движении клеток и структурной поддержке

митохондрия

одна из клеточных органелл, связанных двойным липидным двойным слоем, которая функционирует в первую очередь в производстве клеточной энергии (АТФ)

мутация

изменение нуклеотидной последовательности в гене в ДНК клетки

ядро ​​

Центральная органелла клетки

; содержит ДНК клетки

органелла

любой из нескольких различных типов заключенных в мембрану специализированных структур в клетке, которые выполняют определенные функции для клетки

пероксисома

мембраносвязанная органелла, содержащая ферменты, в первую очередь отвечающие за детоксикацию вредных веществ

активные формы кислорода (ROS)

Группа чрезвычайно реактивных пероксидов и кислородсодержащих радикалов, которые могут способствовать повреждению клеток

рибосома

клеточная органелла, участвующая в синтезе белка

5.5. Цитоплазма и цитоскелет — Biology LibreTexts

Заглянуть внутрь камеры

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) может выглядеть как красочное произведение абстрактного искусства или, возможно, ультрасовременный дизайн ковра, но это не так. Фактически это модель интерьера клетки. Это художественное представление того, что вы могли бы увидеть, если бы заглянули внутрь одного из этих основных строительных блоков живых существ. Внутри камеры явно многолюдно и многолюдно. Он содержит цитоплазму, растворенные вещества и множество структур; и это улей бесчисленных биохимических процессов, происходящих одновременно.

Цитоплазма

Цитоплазма представляет собой густой, обычно бесцветный раствор, который заполняет каждую клетку и окружен клеточной мембраной. Цитоплазма давит на клеточную мембрану, заполняя клетку и придавая ей форму.Иногда цитоплазма действует как водянистый раствор, а иногда приобретает более гелеобразную консистенцию. В эукариотических клетках цитоплазма включает в себя весь материал внутри клетки, но за пределами ядра, которое содержит собственное водянистое вещество, называемое нуклеоплазмой . Все органеллы эукариотических клеток, такие как эндоплазматический ретикулум и митохондрии, расположены в цитоплазме. Цитоплазма помогает удерживать их на месте. Это также место большинства метаболических процессов в клетке, и это позволяет материалам легко проходить через клетку.

Часть цитоплазмы, окружающая органеллы, называется цитозолем и представляет собой жидкую часть цитоплазмы. Он состоит примерно на 80 процентов из воды, а также содержит растворенные соли, жирные кислоты, сахара, аминокислоты и белки, такие как ферменты. Эти растворенные вещества необходимы для поддержания жизни клетки и осуществления метаболических процессов. Например, ферменты, растворенные в цитозоле, расщепляют более крупные молекулы на более мелкие продукты, которые затем могут использоваться органеллами клетки.Отходы также растворяются в цитозоле, прежде чем они попадут в вакуоли или выведены из клетки.

Хотя прокариотические клетки не имеют органелл (у них есть рибосомы), у них все же есть цитоплазма. Именно в цитоплазме происходит большая часть клеточной активности, включая многие метаболические пути, протекающие в органеллах, такие как фотосинтез и аэробное дыхание.

Цитоскелет

Хотя может показаться, что цитоплазма не имеет формы или структуры, на самом деле она высокоорганизована.Каркас белковых каркасов, называемый цитоскелетом , обеспечивает структуру цитоплазмы и клетки. Цитоскелет состоит из нитевидных нитей и канальцев, которые пересекают цитоплазму. Вы можете увидеть эти нити и канальцы в ячейках на Рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Как следует из названия, цитоскелет похож на клеточный «скелет». Это помогает клетке сохранять свою форму, а также помогает удерживать клеточные структуры, такие как органеллы, на месте в цитоплазме.

Эукариотический цитоскелет состоит из сети длинных тонких белковых волокон. Эти нитевидные белки постоянно восстанавливаются, чтобы адаптироваться к постоянно меняющимся потребностям клетки. Три основных типа волокон цитоскелета — это микротрубочки, промежуточные филаменты и микрофиламенты (Таблица \ (\ PageIndex {1} \)).