Цитоплазма и цитоскелет. Циклоз

Цитоскелет

Цитоплазма и цитоскелет. Циклоз.

Цитоплазма составляет основную массу клетки – это весь ее внутреннее содержание, за исключением ядра. Содержит 75-85% воды, 15-25% белков и многие другие вещества, но в меньших количествах. При изучении клетки с помощью светового микроскопа цитоплазма есть гомогенной, бесцветной, прозрачной, вязкой жидкостью. Однако электронный микроскоп позволил выявить сложную многокомпонентную, полифункциональ- ну, високовпорядковану структуру цитоплазмы. Цитоплазма состоит из цитозоля (цитоплазматический матрикс), внутриклеточных органелл и включений, Цитозоль. Цитозоль составляет большую часть цитоплазмы (55% от общего объема клеток), не содержит органелл. Это коллоид, состоящий из сложной смеси растворенных в воде органических макромолекул - Белков, жиров, углеводов и неорганических веществ. Содержит до 10000 различных видов белков, главным образом ферментов Химический состав и свойства цитозоля. В цито- золе находятся неорганические (вода, соли, газы) и органические вещества.

Неорганические вещества. Вода является основной составляющей частью цитозоля. В среднем в клетках содержится около 75% воды. Благодаря своим свойствам водная среда обеспечивает почти все жизненные процессы в клетках. В частности, вода обладает следующими свойствами:

1) растворитель для веществ в клетке, в результате чего многие из них ионизируются водой, что облегчает химические реакции,

2) способствует передвижению веществ в клетке, из клетки в клетку в растворенном состоянии,

3) эффективное термостабилизатор и сохраняет тепло, образованное клеткой;

4) обеспечивает постоянный броуновское движение молекул.

Соли составляют 1-2% цитозоля. В водной среде они образуют ионы. Большинство солей клеток - это карбонаты, бикарбонаты, фосфаты, сульфаты и хлориды солей натрия, калия, кальция, магния и железа. В первую очередь, они играют существенную роль в поддержании осмотичности и кислотности цитозоля. Многие из них участвуют в биологических процессах и входят в состав некоторых белков. Газы. В клетках имеются кислород, углекислый газ, азот и аммиак. Кислород и азот поступают из атмосферы путем диффузии. Углекислый газ и аммиак образуются в клетке в результате обмена веществ. С02 образуется как конечный продукт при окислительных реакциях и постоянно удаляется из клеток. Азот – инертный газ, он не участвует в клеточных реакциях. Органические вещества составляют 20-25% от массы живой клетки.

Основными группами этих веществ являются: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Они, прежде всего, обеспечивают специфику строения и функции клеток, являются энергетическими субстратами окисления нювання, образуют запасные вещества и т.д. Физические свойства цитозоля. Коллоидный содержание может переходить из жидкого состояния - золя - в более твердый - гель. Изменения в коллоидном состоянии связанные с различным распределением коллоидных частиц в цитозоле. Переход из одного состояния в другое называют фазовым переходом. В состоянии золя его частицы распределены менее случайно и равномерно, что обеспечивает четкий движение молекул. В состоянии геля доли образуют агрегаты между собой и с водой, что приводит к связыванию свободной воды и потери движения цитоплазмы. Подвижность молекул значительно уменьшается. Это означает, что в местах "твердого" цитозоля скорость обмена веществ ограничено, а на участках "жидкого" цитозоля наблюдаются максимальные скорости биохимических процессов. Переход участков цитоплазмы из состояния геля в золь и наоборот приводит циклоз - движение участков цитоплазмы. Этот процесс, например, лежит в основе формирование псевдоподий у амеб и лейкоцитов.

В цитозоле происходит постоянный броуновское движение молекул, постоянное их столкновения, что обуславливает высокую скорость метаболических реакций. Коллоидное состояние цитозоля обеспечивает объем и форму клеток, а с помощью химических буферов поддерживается постоянство рН. Броуновское движение молекул зависит от состояния цитозоля: чем он более "жидкий" - тем интенсивные- шей движение молекул. Повышение температуры также приводит к увеличению интенсивности движения и ускорения биохимических реакций. Броуновское движение обеспечивается тепловым движением молекул. При этом каждая молекула совершает вращательное-поступательные движения. Это обеспечивает частое столкновение молекул, например,

каждая молекула цитозоля имеет примерно 1 млн. столкновений в секунду. Таким образом, броуновское движение лежит в основе и является необходимым условием протекания всех биохимических реакций обмена веществ. Биологические свойства цитозоля. Химический состав и физическое состояние предопределяют биологические свойства цитозоля, служащие структурной целостности и функциональной активности клеток. Прежде всего - это поддержка метаболизма. Цитозоль - это среда, где протекают одновременно тысяча биохимических реакций. Считается, что около 70% реакций клеточного метаболизма происходит в цитозоле, содержащий тысячи разновидностей ферментов. Это реакции гликолиза, глюконеогенеза, синтеза белков, жирных кислот, аминокислот, нуклеотидов и другие. На рибосомах в цитозоле синтезируется много белков, которые используются клеткой для собственных нужд. Рибосомы, связанные с ЭПС, образуют белки на "экспорт".

Функции органелл клетки обеспечиваются постоянным, необходимым для них окружением цитозоля. С цитозоля органеллы получают необходимые вещества и выбрасывают в него отходы. Цитозоль берет участие в процессе поддержания гомеостаза клетки. Реакции, происходящие в цитозоле, обеспечивают постоянство состава клетки и ее структурной организации. В цитозоле постоянно поддерживается концентрация воды, газов, субстратов химических реакций, рН. Эти условия необходимые для протекания биохимических и физиологических процессов. Вследствие постоянного синтеза молекул (Белков, аминокислот, нуклеотидов, углеводов, жиров и др.) возможен обмен поврежденных молекул на новые, синтезированы. Это касается и постоянной поддержки структуры и состава всех органелл. В цитозоле присутствуют нелизосомальни протеазы, которые переваривают дефектные белки с низкой продолжительностью жизни. Цитозоль являются резервуаром различных субстратов (аминокислот, нуклеотидов, глюкозы и других), которые постоянно используются в обмене веществ для образования новых структур или их восстановления.

Цитозоль обеспечивает рост и дифференцировку клетки. После деления клетки имеют малый размер и слабо дифференцированы. Рост их всего связан с синтезом и накоплением необходимых органических веществ, большинство которых образуются в цитозоле. Эти вещества увеличивают объем клетки, а также используются для формирования или роста органелл. В процессе развития клеток появляются специфические органеллы, изменяется форма клеток, они постепенно приобретают черты и свойства клеток- предшественников. Таким образом, цитозоль является одним из основных компонентов клетки. Цитоскелет. Цитоскелет - это сетка белковых фибрилл и микротрубочек, покрывающие изнутри цитоплазматическую мембрану и пронизывают внутренний пространство клетки. Он характерен для всех эукариотических клеток, а также является основным компонентом ворсинок и жгутиков простейших, хвостика сперматозоидов, веретена деления клеток.

Цитоскелет состоит из трех типов структур:

1) микро-трубочки (толстые), образованные несколькими белковыми фибриллы, содержащие глобулярный белок - тубулин,

2) микрофиламенты (тончайшие), имеющих способность сокращаться, образуются глобулярным белком - актином,

3) промежуточные филаменты (комбинация нескольких микрофиламентов). Фибриллы цитоскелета могут при необходимости сгрупироваться из мономеров белков и распадаться после выполнения функции. Обладают способностью к сокращению и движения В клетке фибриллы взаимодействуют между собой при участии вспомогательных белков. Они покрывают с внутренней стороны цитоплазматическую мембрану и пронизывают внутреннее пространство клетки. Этим достигается стабильность формы и объема клетки, а также возможность изменения формы, движения органелл и клетки.

Функции цитоскелета.

1. Поддержка объема и формы клеток. Основную роль в этом играет фибриллярные сетка, покрывающая изнутри мембрану (кортекс). Эта сетка специальным белком (онкерин) прикреплена к цитолемму. К этой сетки присоединены нити микрофиламентов и микротрубочек, что в значительной степени стабилизирует форму клетки.

2. Изменение формы клеток. Система белковых фибрилл способна к сокращению или растяжения. За счет этого может происходить изменение формы клеток (например, формирование псевдоподий в лейкоцитах).

3. Передвижения органелл и транспортных везикул. Фибриллы цитоскелета прикреплены к клеточных органелл. Это стабилизирует их положение в цитоплазме. С Кроме того, изменение длины фибрилл приводит к перемещение клеточных структур.

4. Образование мультиферментного компонентов. В местах переплетения нескольких фибрилл цитоскелета создаются благоприятные условия для размещения комплекса ферментативных белков. Это обеспечивает структурную единство ферментов и определенный метаболический процесс.

5. Благодаря наличию плотной сетки микрофибрилл цитозоль приобретает определенной структуры, что способствует координированному размещению комплексов ферментов. Этим достигается интеграция всей цитоплазмы – объединение в единое целое.

6. Образование веретена деления во время митоза. Веретено деления образованное сеткой микротрубочек, что "Собираются" с участием центриоль и четко упорядочен располагаются в цитозоле.

7. Образование ворсинок и жгутиков у простейших.

8. Образования межклеточных контактов (десмо- сом). Десмосомы - структуры цитоплазматических мембран, принадлежащих одновременно двум соседним клеткам. Связывание клеток происходит благодаря микрофиламентов, проникающих через десмосом- м из одной клетки в другую.

9. Обеспечение сократительной функции мышечных волокон. Актиновых филаментов является одной из главных частей сократительного актиномиозиновий комплекса.

Циклам Цитоплазма находится в постоянном движении, чем обеспечивается транспорт веществ в различных участков клетки. Движение цитоплазмы – универсальной параметр всех живых клеток. Он обеспечивает структурную организацию живой клетки, ее энергетический обмен, ведет к сбалансированному распространения предшественников биосинтеза, продуктов биогенеза, влияет на мембранные потоки. Движение цитоплазмы происходит путем колебания, струйного направления, кругового движения, фонтанирующего движения и др.