§ 14. ЦИТОПЛАЗМА ТА ОСНОВНІ КЛІТИННІ ОРГАНЕЛИ
Рух цитоплазми притаманний певною мірою всім живим клітинам, проте найпомітнішим під світловим мікроскопом він є у клітинах елодеї канадської (Elodeacanadensis). Реальна швидкість руху цитоплазми в клітинах її листків становить 0,1 мм/хв. Розрізняють ці рухи, спостерігаючи за переміщеннями хлоропластів. Яке ж значення має рух цитоплазми для життєдіяльності клітин?
Чому цитоплазма є структурною системою?
Під клітинною мембраною всередині живої клітини є не просто розчин сполук та органели, а складна динамічна структурна система, що називається цитоплазмою (іл. 32). Пригадуємо, що ядро до цієї системи не належить. З цитоплазмою пов’язані усі життєві функції клітини – її опора, рух, живлення, травлення, дихання, виділення, транспортування речовин, подразливість, розмноження та ін.
Іл. 32. Цитоплазма – динамічна тривимірна система із складною молекулярною організацією
Внутрішній вміст клітини характеризується відносною сталістю складу та властивостей. Причиною цьому є те, що в клітині постійно відбуваються процеси перетворення речовин, енергії та інформації. Основною властивістю цитоплазми є здатність до руху (циклоз). Завдяки їй цитоплазма створює оптимальні умови для біохімічних реакцій, пов’язує всі частини клітини в єдине ціле. Під контролем ядра цитоплазма регулює реакції синтезу (асиміляція) й розпаду (дисиміляція), має здатність до росту і самооновлення, бере участь у самовідтворенні клітин, здійснює розподіл органел й ресурсів материнської клітини.
Цитоплазма складається з таких компонентів, як гіалоплазма, цитоскелет, включення і органели.
Цитоскелет – сукупність мікрониток і мікротрубочок, які виконують насамперед рухову та опорну функції. Мікронитки (мікрофіламенти) побудовані зі скоротливих білків актину і міозину, мікротрубочки – із спірально упакованих одиниць білка тубуліну. Ця опорно-рухова система про- та еукаріотичних клітин, як і цитоплазма загалом, постійно змінюється, її функціями є підтримка і адаптація форми клітини, забезпечення зовнішніх й внутрішніх рухів, ріст й поділ клітин.
Гіалоплазма (від грец. гіалос – скло), або цитозоль, – основа цитоплазми, її матрикс, що є прозорим розчином органічних і неорганічних речовин у воді. Фізичний гельний або зольний стан гіалоплазми впливає на швидкість перебігу біохімічних процесів: чим вона густіша, тим повільніше відбуваються хімічні реакції.
Включення – непостійні клітинні структури, що є запасливими сполуками або продуктами обміну речовин і роль яких у клітині пасивна. Вони мають вигляд зерен, кристаликів, краплин і слугують для забезпечення життя клітини або з’являються в результаті її функціонування (іл. 33). За функціями їх поділяють на секреторні, екскреторні, трофічні, пігментні, а за хімічною природою – на білкові, вуглеводні, ліпідні, кристалічні та ін.
Іл. 33. Краплини олії в клітинах насіння соняшнику
Отже, ЦИТОПЛАЗМА (від грец. цитос – клітина і лат. plasma – виліплене, створене) – частина клітини, що міститься між поверхневим апаратом і ядром, має високий ступінь структурної й функціональної організації.
Яке значення основних органел еукаріотичної клітини?
За особливостями будови органели клітин поділяють на одномембранні (ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, лізосоми, вакуолі), двомембранні (мітохондрії, пластиди) та немембранні (рибосоми, клітинний центр) (іл. 34).
Іл. 34. Органели клітин: 1 – ендоплазматична сітка; 2 – комплекс Гольджі; 3 – лізосома; 4 – вакуоля; 5 – мітохондрія; 6 – пластида; 7 – рибосома; 8 – клітинний центр
Ендоплазматична сітка (ЕПС) – одномембранна органела у вигляді системи цистерн, трубочок, міхурців, що беруть участь у клітинному обміні й транспортуванні речовин. Виокремлюють гладку (без рибосом) і шорстку (з рибосомами) ЕПС. Основними функціями є синтез білків, вуглеводів, жирів, транспортування речовин по клітині та утворення вакуолей. ЕПС є органелою, яка ділить цитоплазму на окремі функціональні відсіки.
Комплекс Гольджі (КГ) – одномембранна органела у вигляді системи цистерн, трубочок, міхурців, що здійснює клітинні процеси секреції й екскреції. Забезпечує перетворення сполук, що надходять із ЕПС, на функціональні продукти (гормони, ферменти тощо). Ці молекули упаковуються у міхурці й транспортуються по клітині або секретуються назовні. Ще однією важливою функцією є утворення лізосом.
Лізосоми (від грец. лізис – розщеплення, сома – тільце) – одномембранні органели у вигляді округлих міхурців, що містять ферменти для клітинного травлення. Ці органели окрім розщеплення складних органічних речовин до простих знищують чужорідні сполуки, відпрацьовані органели, заражені вірусами клітини тощо. Ферментний склад лізосом дуже різноманітний.
Вакуолі (від лат. vacuus – порожній) – одномембранні органели, що беруть участь у секреції, екскреції та запасанні сполук. Розташовуються в клітинах тварин (травні, секреторні й скоротливі вакуолі), рослин (осморегуляторні й секреторні вакуолі) й грибів (запасливі й секреторні вакуолі). Особливо добре розвинуті вакуолі в клітинах рослин, де забезпечують стан напруги клітинної стінки.
Мітохондрії (від грец. мітос – нитка та хондріон – зернятко) – двомембранні еукаріотичні напівавтономні органели клітинного дихання. Найхарактернішою особливістю будови є кристи (гребені), на яких виявлено дрібні тільця – АТФ-соми з ферментами для синтезу АТФ. Всередині розташовані ДНК, іРНК, рибосоми для синтезу власних білків. Енергетична функція мітохондрій складається з таких процесів, як: а) окиснення органічних сполук, завдяки чому мітохондрії називають дихальним центром клітин; б) синтез АТФ, через що мітохондрії називають енергетичними станціями клітин.
Пластиди (від грец. пластос – виліплений) – це двомембранні напівавтономні органели рослинних клітин, що здійснюють живлення й запасання речовин. Цей вид органел поділяють на хлоропласти (здійснюють фотосинтез і синтез АТФ), хромопласти (зумовлюють забарвлення пелюсток, плодів) і лейкопласти (запасають крохмаль). Пластиди здатні до взаємоперетворень. Наприклад, у процесі позеленіння бульб лейкопласти перетворюються на хлоропласти, у шкірках апельсинів і коренеплодах моркви хлоропласти перетворюються на хромопласти.
Рибосоми (від назв РНК і грец. сома – тільце) – немембранні універсальні органели, що складається з рРНК та білків і забезпечують синтез білків. Вільно розташовані в цитоплазмі, прикріплені до мембран зернистої ЕПС, на ядрі, в пластидах і мітохондріях. Складаються з двох субодиниць: великої та малої. Утворюються субодиниці із РНК (синтезується в ядерці) та білків (надходять із цитозолю). У ядерці субодиниці самозбираються, покидають ядро і надходять до цитоплазми.
Клітинний центр (центросома) – немембранна органела, що складається з центріолей. У клітині ця органела розміщується біля ядра. Стінки циліндра формують 9 триплетів мікротрубочок, розміщених по колу. Виконує такі функції, як поділ клітини та організація цитоскелета.
Отже, органели (від грец. органон – знаряддя), або органоїди, – це сталі клітинні структури, які мають специфічну будову та виконують життєво важливі функції клітини.
Самостійна робота з ілюстрацією
Зіставте позначені структури клітини з їхніми назвами: А – комплекс Гольджі; Б – мітохондрія; Г – цитоплазма; Е – лізосома; С1 – клітинна мембрана; С2 – видільна вакуоля; Т – ЕПС; Р1 -ядро; Р2 – клітинний центр; Р3 – рибосома; У – елементи цитоскелета.
У випадку правильного зіставлення у таблиці відповідей отримаєте прізвище німецького ботаніка, який ввів у науку поняття
Органели (органоїди)
Органели (органоїди) – елементи цитоплазми, що мають свою структуру і виконують конкретні функції клітини. Органели, що зустрічаються у всіх клітинах, називаються органелами загального призначення, а властиві тільки деяким спеціалізованим видам клітин – спеціальними органелами. Залежно від того, включає структура біологічну мембрану чи ні, розрізняють ор-ганелли мембранні та немембранні.
До немембранні органеллам загального призначення відносяться цітоске-років, клітинний центр і рибосоми.
Цитоскелет включає в себе мікротрубочки, мікрофіламенти і проміжні філаменти. Микротрубочки пронизують всю цитоплазму клітини. Кожна з них являє собою порожнистий циліндр діаметром 20-30 нм. Стінка мікротрубочки має товщину 6-8 нм і утворена 13 нитками, скрученими по спіралі одна над іншою. Кожна нитка складається з білка тубуліну, який синтезується на мембранах гранулярних ендоплазматичної мережі. Збірка ниток в спіралі здійснюється в клітинному центрі. Головною функцією мікротрубочок є забезпечення основних потоків внутрішньоклітинного активного транспорту. Мікрофіламенти – це білкові нитки товщиною 4 нм. Більшість з них утворено молекулами актину, менша частина Тропіних і тропоміозіном. Мікрофіламен-тів багато в цитоплазмі, прилеглої до поверхневого комплексу. Вони змінюють конфігурацію мембрани, що забезпечує процеси пиноцитоза і фагоцитозу. Цей механізм використовується клітиною для освіти виростів її поверхні – ламеллоподія. Клітка закріплюється виростом за навколишній субстрат і може переміститися на нове місце. Проміжні філаменти мають товщину 8-10 нм і представлені довгими білковими молекулами. Вони тонше мікротрубочок, але товщі микрофиламентов, за що і отримали свою назву.
Клітинний центр утворений двома центриолями (діплосома) і центросферой. Центриоли розташовані під кутом один до одного. Кожна центриоль являє собою малий циліндр довжиною 0,4 мкм, шириною 0,2 мкм. Стінка циліндра складається з дев’яти комплексів мікротрубочок довжиною 0,5 мкм і діаметром близько 0,25 мкм. Кожен комплекс утворений трьома микротрубочками і називається кодоном. Навколо діплосоми розташовується щільна бесструктурная Центросфера, від якої радіально відходять тонкі фібрили. Центриоли є саморегульованими структурами, які подвоюються у клітинному циклі. Центриоли беруть участь в утворенні війок і джгутиків, а також митотического веретена. Основна функція клітинного центру – збірка мікротрубочок.
Рибосоми являють собою тільця розміром 20 х 30 нм, що складаються з двох субодиниць – великої і малої. Кожна субодиниця є комплексом рибосомальної РНК (рРНК) і білків. Велика містить три молекули рРНК і 40 молекул білка, мала – одну молекулу рРНК і 33 молекули білка. Синтез рРНК здійснюється в полісом. Основна функція рибосом – це збірка білкових молекул з амінокислот, що доставляються транспортної РНК (тРНК). Між субодиницями рибосоми є щілину для проходження молекули інформаційної РНК (іРНК). На великій субодиниці є борозенка, в якій розташовується і по якій виходить формується білкова ланцюг. Збірка амінокислот проводиться відповідно до чергуванням нуклеотидів у ланцюзі іРНК. Так здійснюється трансляція генетичної інформації. Рибосоми можуть перебувати в цитоплазмі поодинці або групами. В останньому випадку рибосоми називаються полисомой, або полірібосомамі. Велика частина рибосом прикріплюється до мембрани ендоплазматичної мережі. Вільні рибосоми синтезують білок, необхідний для життєдіяльності клітини, прикріплені – білок, який підлягає виведенню з клітки.
До мембранним органеллам загального призначення належать мітохондрії, ендоплазматична мережа, комплекс Гольджі, лізосоми і пероксісоми.