Цитоплазма і її органели - вчення про клітину

Цитоплазма. Цитоплазма, відмежована від зовнішнього середовища зовнішньою мембраною, заповнює всю клітку, і в ній розташовуються різні органели та ядро. Це внутрішня напіврідка середовище клітини, яка містить велику кількість води, а з органічних речовин в ній переважають білки. На електронно-мікроскопічних фотографіях основна маса цитоплазми має дрібнозернисту будову. У багатьох клітинах, наприклад у клітинах епітелію, в ній видно найтонші нитки, рас-18 належні у всіх ділянках клітини і виконують роль опорних (скелетних) структур. Цитоплазма пов'язує все клітинні органели і ядро ​​в одне ціле і забезпечує їх взаємодію один з одним.

Мітохондрії. Мітохондрії ( «митос» - нитка, «хондрион» - зерно, гранула, грец.) - це тільця розміром приблизно від 0,2 до 7 мкм, різноманітні за своєю формою: округлі, овальні, паличкоподібні, ниткоподібні. Розташовуються мітохондрії в цитоплазмі клітин, і кількість їх в різних клітинах може варіювати від 2-3 до 1000 і більше. Підраховано, наприклад, що в одній клітці печінки ссавців міститься близько 2500 мітохондрій.

Мітохондрії добре видно в світловий мікроскоп, за допомогою якого можна розглянути їхню форму, розташування в клітині, порахувати їх кількість. При електронно-мікроскопічному дослідженні виявлено, що кожна мітохондрія має досить складну будову. Схема будови мітохондрії, а також на електронно-мікроскопічної фотографії видно, що зовнішній покрив цього органоида представлений двома мембранами: зовнішньої і внутрішньої. Зовнішня мембрана гладка, вона не утворить ніяких складок і виростів. Внутрішня мембрана, навпаки, утворює численні складки, які направлені у внутрішню порожнину мітохондрії. Складки внутрішньої мембрани називають кристами ( «Крісті» - гребінь, виріст, лат.). У більшості клітин у внутрішній порожнині мітохондрії Крісті розташовуються в поперечному напрямку. Деякі Крісті можуть розгалужуватися. В одній мітохондрії зазвичай буває безліч крист, і вони щільно прилягають один до одного, а незначний простір, яке залишається між ними, заповнене напіврідким речовиною з дрібнозернистим будовою.

Зовнішня і внутрішня мембрани мітохондрій мають таке ж тришарове будова, як і зовнішня мембрана клітини. До їх складу входять білки і жири. На зовнішньої і внутрішньої мембранах мітохондрій і особливо на кристах розташовується велика кількість різноманітних ферментів. До числа ферментів мітохондрій відносяться, перш за все ті, за допомогою яких здійснюється дихання клітин, а також синтез особливого речовини, яке називається аденозинтрифосфорної кислотою або, скорочено, АТФ. Ця речовина має великі запаси енергії, яка звільняється при розпаді АТФ, постійно відбувається в мітохондріях під впливом ферментів. Енергія використовується клітинами при синтезі різноманітних речовин, при виробленні тепла, потрібного для підтримання температури тіла, при русі і інших проявах життєдіяльності.

АТФ синтезується в мітохондріях всіх клітин, всіх організмів і являє собою універсальне джерело енергії. Тому мітохондрії образно називаються силовими або енергетичними станціями клітини; вони обов'язковий органоид кожної рослинної і тваринної клітини.

Пластида. Пластида - це органели рослинних клітин, і наявність пластид відрізняє клітини рослин від клітин тварин. Пластида розташовуються в цитоплазмі. Різниться три основних типи пластид: 1) зелені - хлоропласти; 2) забарвлені в червоний, помаранчевий і інші кольору - хромопласти і 3) безбарвні - лейкопласти.

Хлоропласти знаходяться в клітинах листя та інших зелених частинах рослин. Характерний для хлоропластів зелений колір залежить від особливого знаходиться в них зеленого пігменту хлорофілу. Завдяки хлорофілу зелені рослини здатні використовувати світлову енергію Сонця і за рахунок сонячної енергії синтезувати органічні речовини з неорганічних. Процес творення органічних речовин з неорганічних носить назву фотосинтезу. Він відбувається тільки в хлоропластах.

Хромопласти забарвлюють віночки квіток, плоди, овочі та листя в різні кольори: від жовтого і помаранчевого до різних відтінків червоного кольору.

Лейкопласти містяться в клітинах безбарвних частин рослин: у стеблах, коренях, бульбах. Всі ці типи пластид тісно пов'язані один з одним можливістю взаємного переходу. Так, при дозріванні плодів або при зміні забарвлення листя восени хлоропласти перетворюються в хромопласти, а лейкопласти можуть вільно перетворюватися в хлоропласти, наприклад при позеленіння бульб картоплі.

Всі три типи пластид добре видно під світловим мікроскопом, тому що розміри їх зазвичай рівні кількох мікрометрів. Наприклад, хлоропласти можуть бути 4-6 мкм і більше.

Тонке будова пластид було вивчено за допомогою електронного мікроскопа. Ми розглянемо докладно будова хлоропластів. У більшості рослин хлоропласти мають форму дисків, відокремлених від цитоплазми двома мембранами. Кожна з мембран хлоропласта, тобто зовнішня і внутрішня, володіє таким же будовою, як і зовнішня мембрана клітини, і до складу обох мембран входить три шари.

На мікрофотографії видно, що всередині хлоропласта знаходиться велика кількість прямокутних гран. Кожна грана являє собою скупчення, або групу, найтонших пластинок, складених один з одним на кшталт стовпчика монет. У поперечному перерізі вони виглядають округлими, діаметр однієї грани близько 1 мкм. До складу однієї грани входить близько 10 платівок, а в одному хлоропласті міститься кілька десятків гран, які з'єднані між собою також тонкими пластинками. Зелений пігмент хлорофіл знаходиться тільки в гранах; в інших частинах хлоропласта його немає, і саме в гранах відбувається фотосинтез.

Лізосоми. Лізосоми - невеликі округлі тільця, розташовані у всіх частинах клітини. Діаметр однієї лізосоми близько 1 мкм. Від цитоплазми лізосоми відмежовані щільною мембраною. Усередині них сконцентровані ферменти, які здатні розщеплювати всі харчові речовини, що надходять в клітину. Розщеплення харчових речовин за допомогою ферментів називається лізисом, звідки і походить назва самого органоида - лизосома. В одній клітці лізосом може бути багато, наприклад кілька десятків, і сукупність лізосом можна образно назвати травною системою клітини. Лізосоми виявлені в багатьох клітинах тварин, і останнім часом вони знайдені також і в клітинах рослин.

Ендоплазматична мережа. Цей органоид був відкритий тільки при електронно-мікроскопічному дослідженні клітин. Ендоплазматична мережа являє собою складну систему каналів і порожнин розміром до 500 А, які з'єднуються між собою і утворюють складну ветвящуюся мережу, пронизливий всю цитоплазму клітини.

Канали і порожнини ендоплазматичноїмережі обмежені мембранами, які мають таку саму будову, як і зовнішня мембрана клітини, тобто кожна з них складається з трьох шарів.

Різниться два типи ендоплазматичної мережі: шорстка і гладка. На мембранах першого типу розташовується безліч дрібних округлих тілець - рибосом, які і надають мембран каналів і порожнин шорсткий вигляд. Мембрани другого типу, тобто гладкої ендоплазматичної мережі, не несуть рибосом на своїй поверхні.

Про функції цього органоида відомо наступне: шорстка ендоплазматична мережа бере активну участь в синтезі білків. На мембранах гладкої ендоплазматичної мережі відбувається синтез жирів і полісахаридів. Ці продукти синтезу накопичуються в каналах і порожнинах, а потім транспортуються до різних органоидам клітини, де вони і споживаються. Крім того, в численні канали і порожнини ендоплазматичноїмережі постійно надходять і транспортуються в різні ділянки клітини речовини з навколишнього середовища. Надходять в неї і речовини, що виходять з клітини.

Отже, ендоплазматична мережа - це клітинний органоид, який бере активну участь не тільки в синтезі білків, полісахаридів і жирів, але і в транспортуванні і накопиченні різних речовин в клітині.

Ендоплазматична мережа виявлена ​​у всіх клітинах тварин і рослин, загальне поширення цього органоида ще раз свідчить про важливість його функцій, які зараз інтенсивно вивчаються.

Рибосоми. Так само як ендоплазматична сітка, рибосоми було відкрито за допомогою електронного мікроскопа, оскільки ці органели клітини мають виключно дрібними розмірами. Рибосоми - це тільця округлої форми діаметром 150 - 200 А. На електронно-мікроскопічної фотографії видно, що в клітці дуже багато рибосом і що більшість з них розташовується на мембранах ендоплазматичної мережі. Крім того, багато рибосом вільно розташовується в цитоплазмі, а також в ядрі клітини. До складу рибосом входять білок і рибонуклеїнова кислота (РНК).

Рибосоми виявлені у всіх клітинах багатоклітинних тварин і рослин, а також в клітинах одноклітинних організмів. Це показує, що рибосоми - обов'язковий органоид кожної клітини, що виконує найважливішу біологічну функцію: на рибосомах синтезується білок. Рибосоми - саме той органоид клітини, де відбувається синтез білкових молекул, тобто збірка їх з молекул амінокислот, наявних в цитоплазмі і ядрі кожної клітини. Оскільки рибосоми виконують найважливішу функцію синтезу білка, їх можна називати «складальними конвеєрами» клітини.

Білки, синтезовані на рибосомах, накопичуються в каналах і порожнинах ендоплазматичної мережі, а потім транспортуються до тих органоидам клітини, де вони споживаються. Основна маса білків синтезується на рибосомах, сконцентрованих на мембранах шорсткою ендоплазматичної мережі, і ці два органоида, як зазначено вище, становлять собою єдиний апарат синтезу і транспортування утворюються в клітині білків.

Комплекс Гольджі. Комплекс Гольджі - органоид клітини, названий так по імені італійського вченого К. Гольджі, який вперше побачив його в цитоплазмі нервових клітин (1898) і позначив як сітчастий апарат. Зараз комплекс Гольджі виявлений у всіх клітинах рослинних і тваринних організмів. Форма і розміри його сильно варіюють. У багатьох клітинах, наприклад у нервових, він має форму складної мережі, розташованої навколо ядра (рис. 59); в клітинах рослин, найпростіших комплекс Гольджі представлений окремими тільцями серповидної або паличкоподібні форми. Електронно-мікроскопічне будова цього органоида однаково в клітинах рослинних і тваринних організмів, незважаючи на розмаїтість його форми. У комплекс Гольджі входять три основних структурних компонента: 1) великі порожнини, розташовані групами (по 5 - 8); 2) складна система трубочок, що відходять від порожнин; 3) крупньге і дрібні бульбашки, розташовані на кінцях трубочок. Всі ці елементи складають єдиний комплекс і обмежені мембранами такого ж будови, як і зовнішня мембрана клітини.

Комплекс Гольджі виконує багато важливих біологічних функцій: до нього транспортуються по каналах ендоплазматичної мережі продукти синтетичної діяльності клітини, а також різні речовини, що надходять в клітину із зовнішнього середовища. Це в першу чергу білки, що синтезуються в клітці, секрети білкової природи, що виробляються в багатьох клітинах, жовток, що утворюється в яйцевих клітинах при їх дозріванні, полісахариди і жири. Всі ці речовини спочатку накопичуються в елементах комплексу Гольджі, а потім у вигляді крапельок або зерен надходять в цитоплазму і або використовуються в самій клітці в процесі її життєдіяльності, або виводяться з неї в зовнішнє середовище.

Клітинний центр. Клітинний центр складається з двох дуже маленьких тілець, кожне з яких має розміри менше 1 мкм, і особливого щільної ділянки цитоплазми. Тельця клітинного центру називаються центриолями, а ущільнений ділянку цитоплазми, в центрі якого вони знаходяться. - центросферой.

Електронно-мікроскопічні дослідження показала, що кожна центриоль має форму циліндра, стінка якого складається з 9 пар дрібних трубочок.

Клітинний центр зазвичай розташовується поблизу ядра. Таке розташування клітинного центру особливо характерно для клітин багатоклітинних тварин. Клітинному центру належить важлива роль при розподілі клітки.

Органели спеціального значення. До цієї групи належать ті органели, які пов'язані з виконанням клітинами будь-яких спеціальних функцій. Прикладом таких органоїдів можуть служити вії і джгутики, що виконують функцію руху у інфузорій і жгутіконосцев серед найпростіших. Віями також забезпечені багато епітеліальні клітини багатоклітинних тварин, наприклад епітелій дихальних шляхів, де вії виконують функцію руху, видаляючи потрапили в організм частинки пилу. В м'язових клітинах тварин і людини містяться найтонші нитки - міофібрили, за рахунок яких здійснюється скорочення м'язів. У найпростіших, у багатьох клітинах багатоклітинних організмів, і особливо в епітеліальних, знаходяться дуже тонкі опорні нитки, виконують роль внутрішньоклітинного скелета.

Включення. На відміну від органоїдів включення належать до числа непостійних клітинних структур. Вони то з'являються, то зникають у процесі життєдіяльності клітини. Включення добре видно в світловий мікроскоп в формі щільних зерен, рідких крапель, вакуолей і кристалів. Багато з цих включень є запасні поживні речовини, які постійно використовуються клітиною. Це крапельки жиру, зерна крохмалю і глікогену, а також білка. У деяких клітинах запасні поживні речовини відкладаються в великих кількостях. Так, в клітинах печінки накопичується багато глікогену, в клітинах підшкірної жирової клітковини тварин і людини відбувається накопичення жиру. Відкладень білка багато в яйцевих клітинах різних тварин. Клітини рослин також багаті запасними поживними речовинами: в них можна знайти полісахариди (крохмаль і ін.), Жири та білкові включення, яких багато в насінні, бульбах. Наприклад, в клітинах бульб картоплі накопичується величезна кількість крохмалю.