6 структура и функции цитоплазмы. Цитоплазма живой клетки

Цитоплазма – это живое содержимое клетки без ядра или его эквивалента. Она имеет вязко-упругую консистенцию, которая может приобретать состояние геля или золя (становится жидкой). Во многих клетках наружный слой цитоплазмы (эктоплазма) содержит мало органоидов и постоянно находится в состоянии геля (студенистого вещества, обладающего способностью сохранять форму) или золя (жидкое состояние).

В цитоплазме различают: гиалоплазму, органоиды, цитоскелет и включения.

Гиалоплазма представляет собой гомогенную субстанцию, заполняющую промежутки между структурно оформленными компонентами цитоплазмы. Она состоит из воды и множества разнообразных растворенных неорганических и органических веществ. Это место, где протекают важнейшие метаболические процессы и куда поступают многие промежуточные продукты обмена.

Органоиды (органеллы) – это структурно организованные компоненты цитоплазмы, выполняющие жизненно важные функции. По особенностям строения выделяют мембранные и немембранные органоиды. К мембранным органоидам относятся: эндоплазматическая сеть, митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, а в растительных клетках – еще и пластиды и вакуоли. К немембранным органоидам относятся: рибосомы (и полисомы) и центросома. Все вышеуказанные органоиды относят к группе органоидов общего назначения . Кроме них, в ряде специализированных клеток присутствуют органоиды специального назначения , такие как реснички, жгутики, микроворсинки, миофибриллы.
Цитоскелет

Цитоскелет – это трехмерный цитоплазматический комплекс волокнистых и трубчатых структур, придающий клетке определенную форму и выполняющий другие функции. Он представлен микротрубочками, микрофиламентами и промежуточными филаментами.

Микротрубочки – неветвящийся структурный компонент цитоплазмы, присутствующий практически во всех типах эукариотических клеток. Имеют диаметр 24 нм, а в длину –несколько мкм. Это динамические структуры, постоянно растущие с одного конца и деполяризующиеся с другого. Они построены из белка тубулина. Имеют вид полых цилиндров.

Их главная функция заключается в создании эластичного и устойчивого внутриклеточного каркаса, необходимого для поддержания формы клеток. Кроме того, они принимают участие в транспорте макромолекул и органоидов, обеспечивают подвижность жгутиков и ресничек. Входя в состав веретена деления, обеспечивают расхождение хромосом при делении клеток. Они могут быть факторами ориентированного движения клетки в целом.

Разрушение микротрубочек колхицином приводит к нарушениям транспорта веществ (например, к блокаде секреции) и механического переноса отдельных внутриклеточных компонентов. Кроме того, при делении клеток блокируется веретено деления.

Микрофиламенты – относятся к фибриллярным компонентам эукариотических клеток. Они располагаются в кортикальном слое цитоплазмы, прямо под плазмолеммой, в виде пучков или слоями. В среднем их длина составляет 6 нм.

В зависимости от химического состава микрофиламенты могут выполнять функции цитоскелета и участвовать в обеспечении движения. В их состав входят сократительные белки: актин, миозин, тропомиозин и др.

Основные функции микрофиламентов – это создание внутриклеточного сократительного аппарата, который обеспечивает амебоидное движение клеток, большинство движений органоидов и деление клеток.

Промежуточные филаменты (микрофибриллы) – это тонкие неветвящиеся, нередко лежащие пучками нити, которые присутствуют в клетках разных тканей и состоят из разных веществ, например, из кератина – в эпителии, десмина – в мышечных волокнах и др. Они выполняют опорно-каркасную функцию.

Включения

Включения – это непостоянные компоненты, которые могут появляться и исчезать в зависимости от функционального состояния клетки. Их классифицируют на: трофические, секреторные, экскреторные, пигментные, кристаллы. Трофические включения – это, как правило, резервные скопления гранул белка, гликогена, капельки жиров. Секреторные гранулы и пузырьки содержат биологически активные вещества и поступают по протокам желез в те или иные органы. Экскреторные включения не являются биологически активными веществами. Обычно это продукты метаболизма клеток, подлежащие удалению. Пигментные включения могут изменить цвет ткани временно или постоянно (примеры: гемоглобин, меланин, липофусцин – пигмент изнашивания, билирубин и др.). В растительных клетках встречаются включения кристаллов (чаще всего это оксалат кальция).

Микроворсинки – это цитоплазматические выросты длиной около 1 мкм. Они многократно увеличивают поверхность клетки. Каждая микроворсинка имеет внутренний каркас, образованный пучком около 40 микрофиламентов, расположенных вдоль клеточной оси и фиксирующихся на внутренней поверхности плазмолеммы.

Миофибриллы – органоиды специального назначения мышечных волокон. Они имеют вид тонких нитей, вытянутых вдоль мышечных волокон и отделяющихся друг от друга рядами вытянутых митохондрий и эндоплазматической сети. Сами миофибриллы состоят из сократительных белков актина, миозина и других.

Псевдоподии (ложноножки) – это временные цитоплазматические выпячивания у некоторых одноклеточных организмов и некоторых клеток (например, лейкоцитов) многоклеточных животных. Служат для амебоидного движения и фагоцитоза.

Цели урока:

Углубить общие представления о строении эукариотической клетки.
Сформулировать знания о свойствах и функциях цитоплазмы.
На практической работе убедиться, что цитоплазма живой клетки эластична и полупроницаема.

Ход урока

Записываем тему урока.
Повторяем пройденный материал, работаем с тестами.
Читаем и комментируем вопросы тестов. (См. Приложение 1 ).
Записываем домашнее задание: п.5.2., записи в тетрадях.
Изучение нового материала.

Это основное вещество цитоплазмы.

Это сложная коллоидная система.

Состоит из воды, белков, углеводов, нуклеиновых кислот, липидов, неорганических веществ.

Имеется цитоскелет.

Цитоплазма всё время перемещается.

Функции цитоплазмы.

Внутренняя среда клетки.
Объединяет все клеточные структуры.
Определяет местоположение органоидов.
Обеспечивает внутриклеточный транспорт.

Свойства цитоплазмы:

Эластичность.
Полупроницаемость.

Благодаря этим свойствам клетка переносит временное обезвоживание и поддерживает постоянство своего состава.

Необходимо вспомнить такие понятия как тургор, осмос, диффузия .

Для того чтобы ознакомиться со свойствами цитоплазмы, учащимся предлагается выполнить практическую работу: "Изучение плазмолиза и деплазмолиза в растительной клетке. (См. Приложение 2).

В процессе работы необходимо нарисовать клетку кожицы лука (Пункт 1. Клетку в пункте 2 и 3).

Сделать вывод о происходящих в клетке процессах (устно)

Ребята пытаются объяснить, что в пункте 2 наблюдается плазмолиз- отделение пристеночного слоя цитоплазмы, в пункте 3 наблюдается деплазмолиз - возврат цитоплазмы к нормальному состоянию.

Необходимо объяснить причины этих явлений. Чтобы снять затруднения перед уроками даю трём ученикам учебные пособия: "Биологический энциклопедический словарь", 2 том биологии Н.Грин, " Эксперимент по физиологии растений" Е.М.Васильева, где они самостоятельно находят материал о причинах плазмолиза и деплазмолиза.

Выясняется, что цитоплазма эластична и полупроницаема. Если бы она была проницаемой, то происходило бы выравнивание концентраций клеточного сока и гипертонического раствора путём диффузного перемещения воды и растворённых веществ из клетки в раствор и обратно. Однако цитоплазма, обладая свойством полупроницаемости, не пропускает внутрь клетки растворённые в воде вещества.

Напротив, только вода, согласно законам осмоса, будет высасываться гипертоническим раствором из клетки, т.е. передвигаться через полупроницаемую цитоплазму. Объём вакуоли уменьшится. Цитоплазма в силу эластичности следует за сокращающейся вакуолью и отстаёт от оболочки клетки. Так происходит плазмолиз.

При погружении плазмолизированной клетки в воду наблюдается деплазмолиз.

Обобщение знаний, полученных на уроке.

Какие функции присущи цитоплазме?
Свойства цитоплазмы.
Значение плазмолиза и деплазмолиза.
Цитоплазма - это
а) водный раствор солей и органических веществ вместе с органоидами клетки, но без ядра;
б) раствор органических веществ, включающий ядро клетки;
в) водный раствор минеральных веществ, включающий все органоиды клетки с ядром.
Как называется основное вещество цитоплазмы?

Во время практической работы учитель проверяет правильность её выполнения. У кого всё получилось, можно поставить оценки. Оценки выставляются за правильные выводы.

Клетки, образующие ткани растений и животных, значительно различаются по форме, размерам и внутреннему строению. Однако все они обнаруживают сходство в главных чертах процессов жизнедеятельности, обмена веществ, в раздражимости, росте, развитии, способности к изменчивости.

Биологические превращения, происходящие в клетке, неразрывно связаны с теми структурами живой клетки, которые отвечают за выполнение гой или иной функции. Такие структуры получили название органоидов.

Клетки всех типов содержат три основных, неразрывно связанных между собой компонента:

структуры, образующие ее поверхность: наружная мембрана клетки, или клеточная оболочка, или цитоплазматическая мембрана;
цитоплазма с целым комплексом специализированных структур — органоидов (эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии и пластиды, комплекс Гольджи и лизосомы, клеточный центр), присутствующих в клетке постоянно, и временных образований, называемых включениями;
ядро - отделено от цитоплазмы пористой мембраной и содержит ядерный сок, хроматин и ядрышко.

Строение клетки

Поверхностный аппарат клетки (цитоплазматическая мембрана) растений и животных имеет некоторые особенности.

У одноклеточных организмов и лейкоцитов наружная мембрана обеспечивает проникновение в клетку ионов, воды, мелких молекул других веществ. Процесс проникновения в клетку твердых частиц называется фагоцитозом, а попадание капель жидких веществ - пиноцитозом.

Наружная плазматическая мембрана регулирует обмен веществ между клеткой и внешней средой.

В клетках эукариот есть органоиды, покрытые двойной мембраной, - митохондрии и пластиды. Они содержат собственные ДНК и синтезирующий белок аппарат, размножаются делением, то есть имеют определенную автономию в клетке. Кроме АТФ, в митохондриях происходит синтез небольшого количества белка. Пластиды свойственны клеткам растений и размножаются путем деления.

Строение клеточной оболочки

Виды клеток	Строение и функции наружного и внутреннего слоев клеточной оболочки
	наружный слой (хим. состав, функции)	внутренний слой - плазматическая мембрана
	наружный слой (хим. состав, функции)	химический состав	функции
Клетки растений	Состоят из клетчатки. Этотслой служит каркасом клетки и выполняет защитную функцию	Два слоя белка, между ними - слой липидов	Ограничивает внутреннюю среду клетки от внешней и поддерживает эти различия
Клетки животных	Наружный слой (гликокаликс) очень тонкий и эластичный. Состоит из полисахаридов и белков. Выполняет защитную функцию.	Тоже	Специальные ферменты плазматической мембраны регулируют проникновение многих иононов и молекул в клетку и выход их во внешнюю среду

К одномембранным органоидам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, различные типы вакуолей.

Современные средства исследования позволили биологам установить, что по строению клетки все живые существа следует делить на организмы «безъядерные» - прокариоты и «ядерные» - эукариоты.

У прокариот-бактерий и сине-зеленых водорослей, а также вирусов имеется всего одна хромосома, представленная молекулой ДНК (реже РНК), расположенной непосредственно в цитоплазме клетки.

Строение органоидов цитоплазмы клетки и их функции

Главные рганоиды	Строение	Функции
Цитоплазма	Внутренняя полужидкая среда мелкозернистой структуры. Содержит ядро и органоиды	Обеспечивает взаимодействие ядра и органоидов Регулирует скорость биохимических процессов Выполняет транспортную функцию
ЭПС - эндоплазматическая сеть	Система мембран в цитоплазме» образующая каналы и более крупные полости, ЭПС бывает 2-х типов: гранулированная (шероховатая), на которой расположено множество рибосом, и гладкая	Осуществляет реакции, связанные с синтезом белков, углеводов, жиров Способствует переносу и циркуляции питательных веществ в клетке Белок синтезируется на гранулированной ЭПС, углеводы и жиры — на гладкой ЭПС
Рибосомы	Мелкие тельца диаметром 15-20 мм	Осуществляют синтез белковых молекул, их сборку из аминокислот
Митохондрии	Имеют сферическую, нитевидную, овальную и другие формы. Внутри митохондрий находятся складки (дл. от 0,2 до 0,7 мкм). Внешний покров митохондрий состоит из 2-х мембран: наружная - гладкая, и внутренняя - образует выросты-кресты, на которых расположены дыхательные ферменты	Обеспечивают клетку энергией. Энергия освобождается при распаде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) Синтез АТФ осуществляется ферментами на мембранах митохондрий
Пластиды - свойственны только клеткам раститений, бывают трех типов:	Двумембранные органеллы клетки
хлоропласты	Имеют зеленый цвет, овальную форму, ограничены от цитоплазмы двумя трехслойными мембранами. Внутри хлоропласта располагаются грани, где сосредоточен весь хлорофилл	Используют световую энергию солнца и создают органические вещества из неорганических
хромопласты	Желтые, оранжевые, красные или бурые, образуются в результате накопления каротина	Придают различным частям растений красную и желтую окраску
лейкопласты	Бесцветные пластиды (содержатся в корнях, клубнях, луковицах)	В них откладываются запасные питательные вещества
Комплекс Гольджи	Может иметь разную форму и состоит из отграниченных мембранами полостей и отходящих от них трубочек с пузырьками на конце	Накапливает и выводит органические вещества, синтезируемые в эндоплазматической сети Образует лизосомы
Лизосомы	Округлые тельца диаметром около 1 мкм. На поверхности имеют мембрану (кожицу), внутри которой находится комплекс ферментов	Выполняют пищеварительную функцию - переваривают пищевые частицы и удаляют отмершие органоиды
Органоиды движения клеток	Жгутики и реснички, представляющие из себя выросты клетки и имеющие однотипное строение у животных и растений Миофибриллы - тонкие нити длиной более 1 см диаметром 1 мкм, расположенные пучками вдоль мышечного волокна Псевдоподии	Выполняют функцию движения За счет их происходит сокращение мышц Передвижение за счет сокращения особого сократительного белка
Клеточные включения	Это непостоянные компоненты клетки — углеводы, жиры и белки	Запасные питательные вещества, используемые в процессе жизнедеятельности клетки
Клеточный центр	Состоит из двух маленьких телец - центриолей и центросферы - уплотненного участка цитоплазмы	Играет важную роль при делении клеток

Эукариоты обладают большим богатством органоидов, имеют ядра, содержащие хромосомы в виде нуклеопротеидов (комплекс ДНК с белком гистоном). К эукариотам относятся большинство современных растений и животных как одноклеточных, так и многоклеточных.

Выделяют два уровня клеточной организации:

прокариотический - их организмы очень просто устроены - это одноклеточные или колониальные формы, составляющие царство дробянок, синезеленых водорослей и вирусов
эукариотический - одноклеточные колониальные и многоклеточные формы, от простейших - корненожки, жгутиковые, инфузории — до высших растений и животных, составляющие царство растений, царство грибов, царство животных

Строение и функции ядра клетки

Главные органоиды	Строение	Функции
Ядро растительной и животной клетки	Округлой или овальной формы
	Ядерная оболочка состоит из 2-х мембран с порами	Отграничивает ядро от цитоплазмы Осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой
	Ядерный сок (кариоплазма) - полужидкое вещество	Среда, в которой находятся ядрышки и хромосомы
	Ядрышки сферической или неправильной формы	В них синтезируется РНК, которая входит в состав рибосомы
	Хромосомы - плотные удлиненные или нитевидные образования, видимые только при делении клетки	Содержат ДНК, в которой заключена наследственная информация, передающаяся из поколения в поколение

Все органоиды клетки, несмотря на особенности их строения и функций, находятся во взаимосвязи и «работают» на клетку, как на единую систему, в которой связующим звеном является цитоплазма.

Особые биологические объекты, занимающие промежуточное положение между живой и неживой природой, представляют собой вирусы, открытые в 1892 г. Д. И. Ивановским, они составляют в настоящее время объект особой науки - вирусологии.

Вирусы размножаются только в клетках растений, животных и человека, вызывая различные заболевания. Вирусы имеют очень прослое строение и состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки. Вне клеток хозяина вирусная частица не проявляет никаких жизненных функций: не питается, не дышит, не растет, не размножается.

Структура цитоплазмы

Внутреннее содержимое клетки делится на цитоплазму и ядро. Цитоплазма – это основная по объёму часть клетки.

Определение 1

Цитоплазма – это отделённая от внешней среды клеточной оболочкой внутренняя полужидкая коллоидная среда клетки, в которой расположены ядро, все органеллы мембранного и немембранного строения.

Всё пространство между органоидами в клетке заполнено растворимым содержимым цитоплазмы (цитозолем ). Агрегатное состояние цитоплазмы может быть различным: редким – золь и вязким – гель . По химическому составу цитоплазма достаточно сложная. Это полужидкая слизистая бесцветная масса сложного физико-химического строения (биологический коллоид).

Клетки животного происхождения и очень молодые растительные клетки полностью заполнены цитоплазмой. В растительных клетках при дифференциации образуются мелкие вакуоли , в процессе слияния которых образуется центральная вакуоль, а цитоплазма отходит к оболочке и выстилает её сплошным слоем.

В цитоплазме содержатся:

соли (1%),
сахара (4-6%),
аминокислоты и белки (10-12%),
жиры и липиды (2-3%) ферменты,
до 80% воды.

Все эти вещества образуют коллоидный раствор, который не смешивается с водой или вакуолярным содержимим.

В состав цитоплазмы входят:

матрикс (гиалоплазма),
цитоскелет,
органеллы,
включения.

Гиалоплазма – коллоидная бесцветная структура клетки. Она состоит из растворимых белков, РНК, полисахаридов, липидов и определённым образом расположенных клеточных структур: мембран, органелл, включений.

Цитоскелет , или внутриклеточный скелет, - система белковых образований, - микротрубочек и микронитей – выполняет в клетке опорную функцию, участвует в изменении формы клетки и её движении , обеспечивает определённое расположение ферментов в клетке.

Органеллы – это стабильные клеточные структуры, выполняющие определённые функции, обеспечивающие все процессы жизнедеятельности клетки (движение, дыхание, питание, синтез органических соединений, их транспорт, сохранение и передачу наследственной информации).

Органеллы эукариот делятся на:

двумембранные (митохондрии, пластиды);
одномембранные (эндоплазматическая сеть, аппарат (комплекс) Гольджи, лизосомы, вакуоли);
немембранные (жгутики, реснички, псевдоподии, миофибриллы).

Включения – временные структуры клетки. К ним относятся запасные соединения и конечные продукты обмена веществ: зёрна крахмала и гликогена, капли жира, кристаллы солей.

Функции и свойства цитоплазмы

Цитоплазматическое содержимое клетки способно двигаться, что благоприятствует оптимальному размещению органоидов и в результате лучше протекают биохимические реакции, выделение продуктов обмена и т. п.

У простейших (амёба) благодаря движению цитоплазмы осуществляется основное передвижение клеток в пространстве.

Цитоплазмой сформированы различные внешние образования клетки – жгутики, реснички, выросты поверхности, которые играют важную роль в движении клеток и способствуют соединению клеток в ткани.

Цитоплазма является матриксом для всех клеточных элементов, обеспечивая взаимодействие всех клеточных структур, в ней происходят разнообразные химические реакции, по цитоплазме вещества перемещаются в клетке, а также из клетки в клетку.

Протоплазмой называют содержание живой клетки вместе с ее ядром и цитоплазмой. Цитоплазма - внутренняя среда клетки, находится между плазматической мембраной и ядром. Эта часть клетки представляет собой коллоидный раствор неорганических и органических веществ. Внутренняя среда клетки характеризуется относительным постоянством строения и свойств, то есть клеточным гомеостазом. Под контролем ядра цитоплазма способна к росту и восстановлению, при частичном удалении она полностью регенерирует. А в безъядерных клетках цитоплазма, как правило, не способна к длинному автономного существования. В клетках животных цитоплазма может делиться на экто- и эндоплазму. Эктоплазма является прозрачным плотным слоем цитоплазмы, который лишен большинства органелл и включений, а эндоплазма - это внутренний редкую слой, в котором и расположены различные органеллы и включения. Основным свойством цитоплазмы является способность к движению. Циклоз - движение цитоплазмы в клетке, обусловленный сокращением микронитей и микротрубочек. Этот процесс способствует оптимальному расположению органелл, лучшему протеканию биохимических реакций, удалению продуктов обмена и др. Движение цитоплазмы зависит от функций клетки, возраста, условий среды и тому подобное. Характерная для живых организмов высокая организованность метаболизма во времени и пространстве в значительной мере обеспечивается наличием в цитоплазме специализированных участков. Они отличаются по степени активности имеющихся химических соединений и механизмов, регулирующих их преобразования. Такие участки называют компартментами, а разграничение клеточного пространства получило название компартментализация. Компартмента (от англ, compartment - отдел, отделение ) - это отдельные функциональные участки, окруженные мембранами. Значение цитоплазмы заключается в том, что она: а) объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие; б) благодаря способности к движению приводит транспорт различных веществ; в) обеспечивает протекание процессов обмена веществ (например, анаэробное дыхание) г) является местом, где откладываются запасные питательные вещества и продукты метаболизма. Основными компонентами цитоплазмы является цитозоль (гиалоплазма ) , органеллы, включения.

Цитозоль, гиалоплазма, (матрикс цитоплазмы) - растворимый часть цитоплазмы, основная Те вещество, заполняющее пространство между клеточными органеллами. В состав цитозоля входят: вода (до 90%), анионы (НСO3-, СO32-, Н2РO4-, НР042-, РO43-), катионы (Са 2+, К +), малые молекулы (аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды), макромолекулы (липиды, полисахариды, гидрофильные белки, РНК) и др. По физическому состоянию гиалоплазма является редким или студенистым раствором, которые могут переходить друг в друга. Этот переход обусловлен изменениями актиновых микронитей, зависит от наличия ионов магния, энергии АТФ и др. Эти микрофиламенты пронизывают всю гиалоплазму, они постоянно распадаются и самоскладаються, что определяет такие свойства цитозоля, как вязкость, подвижность, переход из зольного (вяжущего) в гельний (невязкого) состояние и наоборот. Физическое состояние гиалоплазмы влияет на скорость биохимических реакций, обусловливает амебоидний движение определенных клеток и тому подобное. Гиалоплазма объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие, содержит растворимые белки-ферменты, которые катализируют различные реакции обмена веществ.

Органеллы - постоянные структуры клетки, которые имеют характерное строение и выполняют определенные жизненные функции. Различают органеллы общего значения и специальные органеллы. К органелл общего значения относятся те, которые есть во всех клетках или в течение всей жизни клеток, или в определенные его периоды (например, рибосомы, эндоплазматическая сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, центросома, лизосомы, пероксисомы, пластиды). Специальные органеллы есть только в отдельных высокоспециализированных клетках: миофибриллы - в мышечных, нейрофибриллы - в нервных, реснички - в эпителии воздухопроводных путей, красный глазок - у клеток эвглены и др.

По особенностям мембранной строения органеллы клеток разделяют на: 1) двомембранни (митохондрии, пластиды) 2) одномембранных (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли и др.); 3) немембранные (рибосомы, клеточный центр) 4) органеллы движения (ложноножки, жгутики, реснички).

Клеточные включения - непостоянные образования, что является запасными соединениями или продуктами обмена веществ и роль которых в клетке пассивная. Они либо служат для обеспечения жизнедеятельности клетки, или появляются в результате ее функционирования. Например, секреторные, экскреторные, трофические, пигментные включения. По химической природе включения разделяют на белковые, углеводные, липидные, кристаллические и др.

КАТЕГОРИИ