Kakva je građa i značaj citoplazme. Citoplazma

Citoplazma(citoplazma) je složeni koloidni sustav koji se sastoji od hijaloplazme, membranskih i nemembranskih organela i inkluzija.

Hijaloplazma (od grčkog hyaline - proziran) je složeni koloidni sustav koji se sastoji od različitih biopolimera (proteina, nukleinskih kiselina, polisaharida), koji je sposoban prijeći iz solnog (tekućeg) stanja u gel i natrag.

¨Hijaloplazma se sastoji od vode, u njoj otopljenih organskih i anorganskih spojeva i citomatriksa, predstavljenog trabekularnom mrežicom proteinskih vlakana, debljine 2-3 nm.

¨Funkcija hijaloplazme je da ovaj medij ujedinjuje sve stanične strukture i osigurava njihovu međusobnu kemijsku interakciju.

Kroz hijaloplazmu se odvija većina procesa unutarstaničnog transporta: prijenos aminokiselina, masnih kiselina, nukleotida i šećera. U hijaloplazmi postoji stalan tok iona prema i od plazma membrane, do mitohondrija, jezgre i vakuola. Hijaloplazma čini oko 50% ukupnog volumena citoplazme.

Organele i inkluzije. Organele su trajne i obvezne mikrostrukture svih stanica koje osiguravaju obavljanje vitalnih funkcija stanice.

Ovisno o veličini, organele se dijele na:

1) mikroskopski - vidljiv pod svjetlosnim mikroskopom;

submikroskopski - razlučiti pomoću elektronskog mikroskopa.

Na temelju prisutnosti membrane u sastavu organela razlikuju se:

1) membrana;

nemembranski.

Ovisno o namjeni, svi organeli se dijele na:

Membranske organele

Mitohondriji

Mitohondriji su mikroskopske membranske organele opće namjene.

¨Dimenzije - debljina 0,5 mikrona, dužina od 1 do 10 mikrona.

¨Oblik - ovalan, izdužen, nepravilan.

¨Struktura - mitohondrij je omeđen dvjema membranama debljine oko 7 nm:

1)Vanjska glatka mitohondrijska membrana(membrana mitochondrialis externa), koja odvaja mitohondrije od hijaloplazme. Jednakih je kontura i zatvorena je na način da predstavlja torbu.

Unutarnja mitohondrijska membrana(memrana mitochondrialis interna), koja unutar mitohondrija stvara izraštaje, nabore (kriste) i ograničava unutarnji sadržaj mitohondrija – matriks. Unutrašnjost mitohondrija ispunjena je elektronskom gustom tvari tzv

Matrica ima sitnozrnatu strukturu i sadrži tanke niti debljine 2-3 nm i granule veličine oko 15-20 nm. Niti su molekule DNA, a male granule su mitohondrijski ribosomi.

¨ Funkcije mitohondrija

1. Sinteza i akumulacija energije u obliku ATP-a nastaje kao rezultat procesa oksidacije organskih supstrata i fosforilacije ATP-a. Ove se reakcije odvijaju uz sudjelovanje enzima ciklusa trikarboksilne kiseline lokaliziranih u matriksu. Membrane krista imaju sustave za daljnji transport elektrona i povezanu oksidativnu fosforilaciju (fosforilacija ADP u ATP).

2. Sinteza proteina. Mitohondriji u svom matriksu imaju autonomni sustav za sintezu proteina. To su jedine organele koje imaju vlastite DNA molekule bez histonskih proteina. U matriksu mitohondrija dolazi i do stvaranja ribosoma koji sintetiziraju niz proteina koji nisu kodirani jezgrom i koriste se za izgradnju vlastitih enzimskih sustava.

3. Regulacija metabolizma vode.

Lizosomi

Lizosomi (lizosomi) su submikroskopske membranske organele opće namjene.

¨Dimenzije - 0,2-0,4 mikrona

¨Oblik - ovalni, mali, sferni.

¨Struktura – lizosomi sadrže proteolitičke enzime (poznato ih je više od 60) koji su sposobni razgraditi razne biopolimere. Enzimi se nalaze u zatvorenoj membranskoj vrećici, što onemogućuje njihov ulazak u hijaloplazmu.

Postoje četiri vrste lizosoma:

Primarni lizosomi;

Sekundarni (heterofagosomi, fagolizosomi);

Autofagosomi

Zaostala tijela.

Primarni lizosomi- to su male membranske vezikule veličine 0,2-0,5 µm, ispunjene nestrukturiranom tvari koja sadrži hidrolitičke enzime u neaktivnom stanju (marker - kisela fosfataza).

Sekundarni lizosomi(heterofagosomi) ili intracelularne probavne vakuole, koje nastaju spajanjem primarnih lizosoma s fagocitnim vakuolama. Enzimi primarnog lizosoma počinju kontaktirati biopolimere i razgrađivati ​​ih na monomere. Potonji se transportiraju kroz membranu u hijaloplazmu, gdje se ponovno iskorištavaju, odnosno uključuju u različite metaboličke procese.

Autofagosomi (autolizosomi)– stalno se nalaze u stanicama protozoa, biljaka i životinja. Prema svojoj morfologiji klasificiraju se kao sekundarni lizosomi, ali s tom razlikom što ove vakuole sadrže fragmente ili čak cijele citoplazmatske strukture, kao što su mitohondriji, plastidi, ribosomi i glikogenske granule.

Zaostala tijela(telolizosom, corpusculum residuale) - su neprobavljeni ostaci obavijeni biološkom membranom, sadrže malu količinu hidrolitičkih enzima, sadržaj je zbijen i presložen. Često u rezidualnim tijelima dolazi do sekundarnog strukturiranja neprobavljenih lipida, a potonji tvore slojevite strukture. Također dolazi do taloženja pigmentnih tvari - pigmenta starenja koji sadrži lipofuscin.

¨Funkcija - probava biogenih makromolekula, modifikacija produkata sintetiziranih u stanici uz pomoć hidrolaza.

citoplazma - obvezni dio stanice, zatvoren između plazma membrane i jezgre i predstavlja hijaloplazma - glavna tvar citoplazme, organoidi- trajne komponente citoplazme i uključenje- privremene komponente citoplazme. Kemijski sastav citoplazme je raznolik. Njegova osnova je voda (60-90% ukupne mase citoplazme). Citoplazma je bogata bjelančevinama, može sadržavati masti i tvari slične mastima, razne organske i anorganske spojeve. Citoplazma ima alkalnu reakciju. Jedno od karakterističnih obilježja citoplazme je stalno kretanje (cikloza). Otkriva se prvenstveno kretanjem staničnih organela, poput kloroplasta. Prestankom kretanja citoplazme stanica umire, budući da jedino stalnim kretanjem može obavljati svoje funkcije.

Glavna tvar citoplazme je hijaloplazma (citosol)- je bezbojna, sluzava, gusta i prozirna koloidna otopina. U njemu se odvijaju svi metabolički procesi, osigurava međusobnu povezanost jezgre i svih organela. Ovisno o prevladavanju tekućeg dijela ili velikih molekula u hijaloplazmi, razlikuju se dva oblika hijaloplazme: sol - tečniju hijaloplazmu i gel- deblja hijaloplazma. Među njima su mogući međusobni prijelazi: gel lako prelazi u sol i obrnuto.

Stanične membrane eukariotski organizmi imaju različite strukture, ali plazma membrana je uvijek uz citoplazmu, a vanjski sloj se formira na njezinoj površini. Kod životinja se zove glikokaliks(tvore ga glikoproteini, glikolipidi, lipoproteini), u biljkama - stanična stijenka iz debelog sloja vlaknastih vlakana.

Struktura membrane. Sve biološke membrane imaju zajedničke strukturne značajke i svojstva. Trenutno je općeprihvaćeno model fluidnog mozaika struktura membrane (sendvič model). Membrana se temelji na lipidnom dvosloju formiranom uglavnom fosfolipidi. U dvosloju, repovi molekula u membrani okrenuti su jedan prema drugom, a polarne glave prema van, prema vodi. Osim lipida, membrana sadrži proteine ​​(u prosjeku 60%). Oni određuju većinu specifičnih funkcija membrane. Proteinske molekule ne tvore kontinuirani sloj; perifernih proteina- proteini smješteni na vanjskoj ili unutarnjoj površini lipidnog dvosloja, poluintegralni proteini- proteini uronjeni u lipidni dvosloj na različite dubine, sastavni, ili transmembranski proteini- proteini koji prodiru kroz membranu, kontaktirajući i vanjski i unutarnji okoliš stanice.

Membranski proteini mogu obavljati različite funkcije: transport određenih molekula, katalizu reakcija koje se odvijaju na membranama, održavanje strukture membrane, primanje i pretvaranje signala iz okoline.

Membrana može sadržavati od 2 do 10% ugljikohidrata. Ugljikohidratna komponenta membrana obično je predstavljena oligosaharidnim ili polisaharidnim lancima povezanim s proteinskim molekulama (glikoproteini) ili lipidima (glikolipidi). Ugljikohidrati su uglavnom smješteni na vanjskoj površini membrane. Ugljikohidrati osiguravaju receptorske funkcije membrane. U životinjskim stanicama glikoproteini tvore supra-membranski kompleks - glikokaliks, debljine nekoliko desetaka nanometara. U njemu se događa izvanstanična probava, nalaze se mnogi stanični receptori, a uz njegovu pomoć očito dolazi do adhezije stanica.

Molekule proteina i lipida su pokretne, sposobne se kretati uglavnom u ravnini membrane. Debljina plazma membrane je u prosjeku 7,5 nm.

Funkcije membrana.

1. Odvajaju stanični sadržaj od vanjske sredine.

2. Regulirati metabolizam između stanice i okoliša.

3. Stanice su podijeljene u odjeljke dizajnirane za odvijanje raznih reakcija.

4. Mnoge kemijske reakcije odvijaju se na enzimskim transporterima koji se nalaze na samim membranama.

5. Omogućuju komunikaciju među stanicama u tkivima višestaničnih organizama.

6. Na membranama se nalaze receptorska područja za prepoznavanje vanjskih podražaja.

Jedna od glavnih funkcija membrane je transport, osiguravajući razmjenu tvari između stanice i vanjskog okoliša. Membrane imaju svojstvo selektivna propusnost, odnosno dobro su propusni za neke tvari ili molekule, a slabo propusni (ili potpuno neprobojni) za druge. Postoje različiti mehanizmi za prijenos tvari kroz membranu. Ovisno o potrebi korištenja energije za obavljanje transporta tvari, razlikuju se : pasivni transport- transport tvari bez utroška energije; aktivni transport - transport koji zahtijeva energiju.

Pasivni transport temelji se na razlici u koncentracijama i nabojima. U pasivnom transportu tvari se uvijek kreću iz područja veće koncentracije u područje niže koncentracije, odnosno po koncentracijskom gradijentu.

razlikovati tri glavna mehanizma pasivnog transporta:jednostavna difuzija- transport tvari izravno kroz lipidni dvosloj. Kroz njega lako prolaze plinovi, nepolarne ili male nenabijene polarne molekule. Što je molekula manja i što je više topljiva u mastima, to brže prodire kroz membranu. Zanimljivo je da polarne molekule vode vrlo brzo prodiru kroz lipidni dvosloj. To se objašnjava činjenicom da su njegove molekule male i električki neutralne. Difuzija vode kroz membrane naziva se osmozom.

Difuzija kroz membranske kanale. Nabijene molekule i ioni (Na +, K +, Ca 2+, C1~) ne mogu proći kroz lipidni dvosloj jednostavnom difuzijom, ali prodiru kroz membranu zbog prisutnosti posebnih proteina koji tvore kanale koji tvore pore . Većina vode prolazi kroz membranu kroz kanale koje tvore proteini akvaporini.

Olakšana difuzija- transport tvari pomoću posebnih transportnih proteina, od kojih je svaki odgovoran za transport određenih molekula ili skupina srodnih molekula. Oni stupaju u interakciju s molekulom transportirane tvari i nekako je pomiču kroz membranu. Tako se šećeri, aminokiseline, nukleotidi i mnoge druge polarne molekule transportiraju u stanicu.

Nužnost aktivni transport događa se kada je potrebno osigurati transport molekula kroz membranu protiv elektrokemijskog gradijenta. Taj transport obavljaju proteini nosači, čija aktivnost zahtijeva energiju. Izvor energije su molekule ATP-a. Jedan od najviše proučavanih aktivnih transportnih sustava je natrij-kalijeva pumpa. Koncentracija K + unutar stanice mnogo je veća nego izvan nje, a Na + - obrnuto. Stoga K + pasivno difundira iz stanice kroz vodene pore membrane, a Na + u stanicu. Istodobno, za normalno funkcioniranje stanice važno je održavati određeni omjer iona K + i Na + u citoplazmi iu vanjskom okruženju. To je moguće jer membrana, zahvaljujući prisutnosti natrij-kalijeve pumpe, aktivno pumpa Na + iz stanice, a K + u stanicu. Gotovo trećina sve energije potrebne za rad stanice troši se na rad natrij-kalijeve pumpe. U jednom ciklusu rada pumpa ispumpava 3 Na+ iona iz ćelije i pumpa 2 K+ iona. K+ pasivno difundira iz stanice brže nego Na+ u stanicu.

Stanica ima mehanizme pomoću kojih može prenositi velike čestice i makromolekule kroz membranu. Proces apsorpcije makromolekula od strane stanice naziva se endocitoza. Tijekom endocitoze, plazma membrana formira invaginaciju, njeni rubovi se spajaju, a strukture odvojene od citoplazme jednom membranom, koja je dio vanjske citoplazmatske membrane, upletene su u citoplazmu. Postoje dvije vrste endocitoze: fagocitoza- hvatanje i apsorpcija velikih čestica (na primjer, fagocitoza limfocita, protozoa, itd.) i pinocitoza - proces hvatanja i upijanja kapljica tekućine s tvarima otopljenim u njoj.

Egzocitoza- proces uklanjanja raznih tvari iz stanice. Tijekom egzocitoze, membrana vezikule se spaja s vanjskom citoplazmatskom membranom, sadržaj vezikule se uklanja izvan stanice, a njena membrana je uključena u vanjsku citoplazmatsku membranu.

Stanične organele

Organele (organele)- stalne stanične strukture koje osiguravaju da stanica obavlja određene funkcije. Svaki organel ima specifičnu strukturu i obavlja specifične funkcije.

Postoje: membranske organele - imaju strukturu membrane, a mogu biti jednomembranske (endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat, lizosomi, vakuole biljnih stanica) i dvomembranske (mitohondriji, plastidi, jezgra).

Osim membranskih, mogu postojati i nemembranske organele – one koje nemaju strukturu membrane (kromosomi, ribosomi, stanični centar i centrioli, trepavice i bičevi s bazalnim tijelima, mikrotubule, mikrofilamenti).

Organele s jednom membranom:

1. Endoplazmatski retikulum (ER). To je sustav membrana koje tvore spremnike i kanale, međusobno povezane i omeđuju jedan unutarnji prostor - EPR šupljine. Membrane su, s jedne strane, povezane s vanjskom citoplazmatskom membranom, a s druge s vanjskom ovojnicom jezgrene membrane. Postoje dvije vrste EPR: grubo (zrnasto), koji sadrži ribosome na svojoj površini i predstavlja skup spljoštenih vrećica, i glatka (agranularna),čije membrane ne nose ribosome.

Funkcije: dijeli citoplazmu stanice u izolirane odjeljke, čime se osigurava prostorno razdvajanje mnogih različitih reakcija koje se odvijaju paralelno, provodi sintezu i razgradnju ugljikohidrata i lipida (glatki ER) i osigurava sintezu proteina (grubi ER), nakuplja se u kanalima i šupljinama, a potom prenosi biosintetske produkte do staničnih organela.

2. Golgijev aparat. Organela koja se obično nalazi u blizini stanične jezgre (u životinjskim stanicama, često blizu središta stanice). To je hrpa spljoštenih cisterni s proširenim rubovima, s kojima je povezan sustav malih jednomembranskih vezikula (Golgijevih vezikula). Svaka hrpa obično se sastoji od 4-6 spremnika. Broj Golgijevih nizova u ćeliji kreće se od jednog do nekoliko stotina.

Najvažnija funkcija Golgijevog kompleksa je uklanjanje različitih izlučevina (enzima, hormona) iz stanice, stoga je dobro razvijen u sekretornim stanicama. Ovdje se odvija sinteza složenih ugljikohidrata iz jednostavnih šećera, sazrijevanje proteina i stvaranje lizosoma.

3. Lizosomi. Najmanji stanični organeli s jednom membranom, koji su vezikule promjera 0,2-0,8 mikrona, sadrže do 60 hidrolitičkih enzima koji su aktivni u blago kiselom okruženju.

Stvaranje lizosoma događa se u Golgijevom aparatu, gdje enzimi sintetizirani u njemu dolaze iz ER. Razgradnja tvari uz pomoć enzima naziva se liza, pa otuda i naziv organele.

Postoje: primarni lizosomi - lizosomi odvojeni od Golgijevog aparata i sadrže enzime u neaktivnom obliku, i sekundarni lizosomi - lizosomi nastali kao rezultat spajanja primarnih lizosoma s pinocitotskim ili fagocitotskim vakuolama; U njima se odvija probava i liza tvari koje ulaze u stanicu (stoga se često nazivaju probavne vakuole).

Produkte probave apsorbira stanična citoplazma, ali dio materijala ostaje neprobavljen. Sekundarni lizosom koji sadrži taj neprobavljeni materijal naziva se rezidualno tijelo. Egzocitozom se neprobavljene čestice uklanjaju iz stanice.

Ponekad dolazi do samouništenja stanica uz sudjelovanje lizosoma. Taj se proces naziva autoliza. To se obično događa tijekom određenih procesa diferencijacije (na primjer, zamjena hrskavičnog tkiva koštanim tkivom, nestanak repa u punoglavcu žabe).

4. Trepetljike i bičevi. Tvori ga devet dvostrukih mikrotubula koji tvore stijenku membranom prekrivenog cilindra; u njegovom središtu nalaze se dvije pojedinačne mikrotubule. Ova struktura tipa 9+2 karakteristična je za cilije i bičeve gotovo svih eukariotskih organizama, od protozoa do ljudi.

Trepetljike i bičevi ojačani su u citoplazmi bazalnim tijelima koja leže u bazi ovih organela. Svako bazalno tijelo sastoji se od devet trojki mikrotubula; u središtu nema mikrotubula.

5. Jednomembranske organele također uključuju vakuole, obavijen membranom – tonoplastom. U biljnim stanicama mogu zauzimati i do 90% volumena stanice i osiguravaju protok vode u stanicu zbog visokog osmotskog potencijala i turgora (unutarstaničnog tlaka). U životinjskim stanicama vakuole su male, nastaju uslijed endocitoze (fagocitozne i pinocitozne), nakon spajanja s primarnim lizosomima nazivaju se probavne vakuole.

Dvostruke membranske organele:

1. Mitohondriji. Organele s dvostrukom membranom eukariotske stanice koje opskrbljuju tijelo energijom. Broj mitohondrija u stanici jako varira, od 1 do 100 tisuća, a ovisi o njezinoj metaboličkoj aktivnosti. Broj mitohondrija se može povećati diobom, jer te organele imaju vlastitu DNK.

Vanjska membrana mitohondrija je glatka, unutarnja membrana tvori brojne invaginacije ili cjevaste izrasline - cristas. Broj krista može varirati od nekoliko desetaka do nekoliko stotina, pa čak i tisuća, ovisno o funkciji stanice. Oni povećavaju površinu unutarnje membrane na kojoj se nalaze enzimski sustavi uključeni u sintezu molekula ATP-a.

Unutarnji prostor mitohondrija je ispunjen matrica. Matrica sadrži kružnu molekulu mitohondrijske DNA, specifične mRNA, tRNA i ribosome (prokariotski tip) koji provode autonomnu biosintezu dijela proteina koji čine unutarnju membranu. Ove činjenice podupiru podrijetlo mitohondrija od oksidirajućih bakterija (prema hipotezi simbiogeneze). Ali većina mitohondrijskih gena preselila se u jezgru, a sinteza mnogih mitohondrijskih proteina odvija se u citoplazmi. Osim toga, sadrži enzime koji tvore ATP molekule. Mitohondriji se mogu razmnožavati fisijom.

Funkcije mitohondrija su razgradnja kisikom ugljikohidrata, aminokiselina, glicerola i masnih kiselina uz stvaranje ATP-a, sinteza mitohondrijskih proteina.

2. Plastidi. Postoje tri glavne vrste plastida: leukoplasti- bezbojni plastidi u stanicama neobojenih dijelova biljaka, kromoplasti- obojeni plastidi, obično žuti, crveni i narančasti, kloroplasti- zeleni plastidi. Od proplastida nastaju plastidi – dvomembranske vezikule veličine do 1 mikrona.

Budući da plastidi imaju zajedničko podrijetlo, moguće su međupretvorbe među njima. Najčešće se događa transformacija leukoplasta u kloroplaste (zelenje gomolja krumpira na svjetlu); obrnuti proces se događa u mraku. Kada lišće požuti, a plodovi pocrvene, kloroplasti se pretvaraju u kromoplaste. Samo se transformacija kromoplasta u leukoplaste ili kloroplaste smatra nemogućom.

Kloroplasti. Glavna funkcija je fotosinteza, tj. U kloroplastima se na svjetlu organske tvari sintetiziraju iz anorganskih zbog pretvorbe sunčeve energije u energiju molekula ATP-a. Kloroplasti viših biljaka imaju oblik bikonveksne leće. Vanjska membrana je glatka, dok unutarnja ima naboranu strukturu. Kao rezultat stvaranja izbočina unutarnje membrane nastaje sustav lamela i tilakoida. Unutarnji okoliš kloroplasta - stroma sadrži kružnu DNA i ribosome prokariotskog tipa. Plastidi su sposobni za autonomnu diobu, poput mitohondrija. Dokazi, prema hipotezi o simbiogenezi, također podupiru podrijetlo plastida iz cijanobakterija.

Riža. Suvremeni (generalizirani) dijagram građe biljne stanice, sastavljen prema elektronskom mikroskopskom ispitivanju raznih biljnih stanica: 1 - Golgijev aparat; 2 - slobodno smješteni ribosomi; 3 - kloroplasti; 4 - međustanični prostori; 5 - poliribosomi (nekoliko ribosoma međusobno povezanih); 6 - mitohondriji; 7 - lizosomi; 8 - granularni endoplazmatski retikulum; 9 - glatki endoplazmatski retikulum; 10 - mikrotubule; 11 - plastide; 12 - plazmodesmata koja prolazi kroz membranu; 13 - stanična membrana; 14 - jezgrica; 15, 18 - nuklearna ovojnica; 16 - pore u jezgrinoj ovojnici; 17 - plazmalema; 19 - hijaloplazma; 20 - tonoplast; 21 - vakuole; 22 - jezgra.

Riža. Struktura membrane

Riža. Građa mitohondrija. Gore i u sredini - pogled na uzdužni presjek kroz mitohondrij (gore - mitohondrij iz embrionalne stanice vrha korijena; u sredini - iz stanice odraslog lista elodeje). Ispod je trodimenzionalni dijagram u kojem je dio mitohondrija izrezan, što vam omogućuje da vidite njegovu unutarnju strukturu. 1 - vanjska membrana; 2 - unutarnja membrana; 3 - kriste; 4 - matrica.

Riža. Struktura kloroplasta. S lijeve strane - uzdužni presjek kroz kloroplast: 1 - grana koju čine lamele presavijene u hrpe; 2 - školjka; 3 - stroma (matrica); 4 - lamele; 5 - kapljice masti nastale u kloroplastu. Desno je trodimenzionalni dijagram položaja i odnosa lamela i grane unutar kloroplasta: 1 - grana; 2 - lamele.

2. Građa citoplazme, njezin kemijski sastav, značaj. Građa i funkcije membrana.

citoplazma (protoplazma)živi sadržaj ćelije bio je poznat već u 12. stoljeću. Pojam protoplazma prvi je predložio češki znanstvenik Purkinje (1839.).

Postoje tri sloja citoplazme: plazmalema, hijaloplazma i tonoplast.

plazmalema - elementarna membrana, vanjski sloj citoplazme, uz membranu. Debljina mu je oko 80A (A - angstrom, 10-10 m). Sastoji se od fosfolipida, proteina, lipoproteina, ugljikohidrata, anorganskih iona, vode. Može imati lamelarnu (slojevitu) i micelarnu (kapljičastu) strukturu. Najčešće se sastoji od 3 sloja: bimolekularni sloj fosfolipida (35A), njihov udio je 40%, površina je s obje strane prekrivena diskontinuiranim slojem strukturnih proteina (20 i 25A). Na nekim mjestima na spoju lamelarne i micelarne strukture ili između dviju micela, vanjski i unutarnji sloj strukturnih proteina mogu se zatvoriti, tvoreći hidrofilne proteinske pore, 7-10A, kroz koje tvari prolaze u otopljenom stanju.

U membranski matriks ugrađene su proteinske molekule koje nemaju enzimatsku aktivnost – specifični kanali selektivne ionske vodljivosti (kalij, natrij i dr.). Konačno, membrana može sadržavati proteine ​​- enzime koji osiguravaju ulazak visokomolekularnih tvari u stanicu. Sve ove formacije - biokemijske pore - osiguravaju glavno svojstvo membrana - polupropusnost.

Plazmalema ima brojne nabore, udubljenja i izbočine, što joj višestruko povećava površinu.

Kao membrana, plazmalema obavlja važne i složene funkcije: 1. Regulira unos i otpuštanje tvari iz stanice; 2. Pretvara, skladišti i troši energiju; 3. Predstavlja kemijski pretvarač; ubrzava pretvorbu tvari; 4. Prima i pretvara svjetlosne, mehaničke i kemijske signale iz vanjskog svijeta.

Dakle, plazmalema kontrolira propusnost stanice, procese apsorpcije, transformacije, sekrecije i izlučivanja tvari.

Tonoplast - unutarnja membrana koja odvaja stanični sok od citoplazme

Hijaloplazma. Predstavlja osnovu stanične organizacije, izraz je njegove suštine kao živog bića. S fizikalno-kemijskog gledišta, to je složeni heterogeni koloidni sustav, gdje su spojevi velike molekularne težine raspršeni u vodenom okruženju. Prosječno citoplazma sadrži 70-80% vode, 12% bjelančevina, 1,5-2% nukleinskih kiselina, oko 5% masti, 4-6% ugljikohidrata i 0,5-2% anorganskih tvari. Može biti u dva stanja: sol i gel. Sol- tekuće stanje, ima viskoznost, gel- čvrsto stanje, ima elastičnost, rastezljivost. Sposoban za reverzibilne sol-gel prijelaze pod utjecajem temperature, koncentracije vodikovih iona, dodatka elektrolita i mehaničkog djelovanja.

Citoplazma je u konstanti pokret, koji je u normalnim uvjetima vrlo spor i gotovo neprimjetan. Povećanje temperature, svjetlosni ili kemijski podražaj ubrzavaju kretanje citoplazme i čine je vidljivom u svjetlosnom mikroskopu. Kloroplasti, koje nosi struja viskozne citoplazme, pomažu vidjeti to kretanje. Dva su tipa kretanja citoplazme: kružno (rotacijsko) i prugasto (cirkulacijsko). Ako je stanična šupljina zauzeta jednom velikom vakuolom, tada se citoplazma kreće samo duž zidova. Ovo je kružno kretanje. Može se uočiti u stanicama lista vallisnerije i elodeje. Ako u stanici postoji nekoliko vakuola, tada se niti citoplazme, prelazeći stanicu, spajaju u središtu gdje se nalazi jezgra. U tim se vrpcama pojavljuje prugasto kretanje citoplazme. Prugasto kretanje citoplazme može se uočiti u stanicama dlačica koprive i u stanicama dlačica mladih izdanaka bundeve.

Svojstva hijaloplazme također su povezana s supramolekularnim strukturama proteinske prirode. To su mikrotubule i mikrofilamenti.

Mikrotubule- šuplje male tvorevine s elektronskom gustom proteinskom stijenkom. Sudjeluju u provođenju tvari kroz citoplazmu, u kretanju kromosoma i stvaranju niti mitotskog vretena.

Mikrofilamenti sastoje se od spiralno raspoređenih proteinskih podjedinica koje tvore vlakna ili trodimenzionalnu mrežu, sadrže kontraktilne proteine ​​i potiču kretanje hijaloplazme i organela vezanih na njih.

Hijaloplazma kao složeni heterogeni koloidni sustav makromolekula i supramolekulskih struktura odlikuje se netopljivošću u vodi, viskoznošću, elastičnošću, sposobnošću podvrgavanja obrnutim promjenama, neprohodnošću kroz pore prirodnih membrana, velikim sučeljima, jakim lomom svjetlosti i vrlo malom difuzijom stopa.

Organele hijaloplazme . Kao što je ranije navedeno, hijaloplazma sadrži veliki broj supramolekularnih formacija, koje predstavljaju brojne organele.

Funkcije biomembrana

1) barijera - osigurava regulirani, selektivni, pasivni i aktivni metabolizam s okolinom. Na primjer, membrana peroksisoma štiti citoplazmu od peroksida koji su opasni za stanicu. Selektivna propusnost znači da propusnost membrane za različite atome ili molekule ovisi o njihovoj veličini, električnom naboju i kemijskim svojstvima. Selektivna propusnost osigurava da su stanica i stanični odjeljci odvojeni od okoline i opskrbljeni potrebnim tvarima.

2) transport - transport tvari u i iz stanice odvija se kroz membranu. Transport kroz membrane osigurava: dopremu hranjivih tvari, uklanjanje krajnjih produkata metabolizma, izlučivanje različitih tvari, stvaranje ionskih gradijenata, održavanje odgovarajuće pH i ionske koncentracije u stanici, koji su potrebni za rad staničnih enzima. iz bilo kojeg razloga ne mogu prijeći fosfolipidni dvosloj (primjerice, zbog hidrofilnih svojstava, budući da je unutarnja membrana hidrofobna i ne dopušta prolazak hidrofilnih tvari, ili zbog svoje velike veličine), ali su neophodni za stanicu , mogu prodrijeti kroz membranu putem posebnih proteina nosača (transportera) i proteinskih kanala ili endocitozom. Tijekom pasivnog transporta tvari prolaze kroz lipidni dvosloj bez utroška energije, difuzijom. Varijanta ovog mehanizma je olakšana difuzija, u kojoj određena molekula pomaže tvari da prođe kroz membranu. Ova molekula može imati kanal koji dopušta samo jednoj vrsti tvari da prođe kroz nju. Aktivni transport zahtijeva energiju jer se odvija protiv gradijenta koncentracije. Na membrani postoje posebni proteini pumpe, uključujući ATPazu, koji aktivno pumpaju ione kalija (K+) u stanicu i pumpaju ione natrija (Na+) iz nje.

3) matrica - osigurava određeni relativni položaj i orijentaciju membranskih proteina, njihovu optimalnu interakciju;

4) mehanički - osigurava autonomiju stanice, njezine unutarstanične strukture, kao i povezanost s drugim stanicama (u tkivima). Veliku ulogu u osiguravanju mehaničke funkcije imaju stanične stijenke, a kod životinja međustanična tvar.

5) energija - tijekom fotosinteze u kloroplastima i staničnog disanja u mitohondrijima u njihovim membranama djeluju sustavi prijenosa energije u kojima sudjeluju i proteini;

6) receptor - neki proteini koji se nalaze u membrani su receptori (molekule uz pomoć kojih stanica percipira određene signale). Na primjer, hormoni koji cirkuliraju u krvi djeluju samo na ciljne stanice koje imaju receptore koji odgovaraju tim hormonima. Neurotransmiteri (kemikalije koje osiguravaju provođenje živčanih impulsa) također se vežu na posebne receptorske proteine ​​u ciljnim stanicama.

7) enzimatski – membranski proteini su često enzimi. Na primjer, plazma membrane crijevnih epitelnih stanica sadrže probavne enzime.

8) provedba stvaranja i provođenja biopotencijala.

Uz pomoć membrane održava se stalna koncentracija iona u stanici: koncentracija iona K+ unutar stanice mnogo je veća nego izvana, a koncentracija Na+ znatno niža, što je vrlo važno jer se time osigurava održavanje razlike potencijala na membrani i stvaranje živčanog impulsa.

9) označavanje stanica - na membrani se nalaze antigeni koji djeluju kao markeri - “oznake” koje omogućuju identifikaciju stanice. To su glikoproteini (to jest, proteini na koje su pričvršćeni razgranati oligosaharidni bočni lanci) koji igraju ulogu "antena". Zbog bezbrojnih konfiguracija bočnih lanaca, moguće je napraviti specifičan marker za svaki tip stanice. Uz pomoć markera, stanice mogu prepoznati druge stanice i djelovati usklađeno s njima, na primjer, u formiranju organa i tkiva. To također omogućuje imunološkom sustavu da prepozna strane antigene.

Želatinasti sadržaj stanice, omeđen membranom, naziva se citoplazma žive stanice. Koncept je 1882. uveo njemački botaničar Eduard Strassburger.

Struktura

Citoplazma je unutarnji okoliš svake stanice i karakteristična je za stanice bakterija, biljaka, gljiva i životinja.
Citoplazma se sastoji od sljedećih komponenti:

• hijaloplazma (citosoli) - tekuća tvar;
• stanične inkluzije - izborne komponente stanice;
• organele - trajne komponente stanice;
• citoskelet – stanični okvir.

Kemijski sastav citosola uključuje sljedeće tvari:

• voda - 85%;
• proteini - 10%
• organski spojevi - 5%.

Organski spojevi uključuju:

• mineralne soli;
• ugljikohidrati;
• lipidi;
• spojevi koji sadrže dušik;
• mala količina DNA i RNA;
• glikogen (karakterističan za životinjske stanice).

Riža. 1. Sastav citoplazme.

Citoplazma sadrži zalihe hranjivih tvari (kapljice masti, zrnca polisaharida), kao i netopive otpadne produkte stanice.

Citoplazma je bezbojna i stalno se kreće i teče. Sadrži sve organele stanice i posreduje u njihovoj međusobnoj povezanosti. Kada se djelomično ukloni, citoplazma se obnavlja. Kada se citoplazma potpuno ukloni, stanica umire.

Struktura citoplazme je heterogena. Uvjetno dodijeliti dva sloja citoplazme:

TOP 4 artiklakoji čitaju uz ovo

• ektoplazma (plazmagel) - vanjski gusti sloj koji ne sadrži organele;
• endoplazma (plasmasol) - unutarnji, tekući sloj koji sadrži organele.

Kod protozoa je jasno izražena podjela na ektoplazmu i endoplazmu. Ektoplazma pomaže kretanju stanice.

Izvana je citoplazma okružena citoplazmatskom membranom ili plazmalemom. Štiti stanicu od oštećenja, vrši selektivni transport tvari i osigurava podražljivost stanice. Membrana se sastoji od lipida i proteina.

Životna aktivnost

Citoplazma je vitalna tvar uključena u glavne procese stanice:

• metabolizam;
• rast;
• podjela.

Kretanje citoplazme naziva se cikloza ili citoplazmatski tok. Javlja se u eukariotskim stanicama, uključujući i ljude. Tijekom cikloze, citoplazma dostavlja tvari u sve organele stanice, provodeći stanični metabolizam. Citoplazma se kreće kroz citoskelet uz potrošnju ATP-a.

Kako se volumen citoplazme povećava, stanica raste. Proces diobe tijela eukariotske stanice nakon nuklearne diobe (kariokineza) naziva se citokineza. Kao rezultat diobe tijela, citoplazma se zajedno s organelama raspoređuje između dvije stanice kćeri.

Riža. 2. Citokineza.

Funkcije

Glavne funkcije citoplazme u stanici opisane su u tablici.

Odvajanje citoplazme od membrane osmozom vode koja izlazi naziva se plazmoliza. Obrnuti proces - deplazmoliza - događa se kada u stanicu uđe dovoljna količina vode. Procesi su karakteristični za sve stanice osim životinjskih.

Citoplazma- obvezni dio stanice, zatvoren između plazma membrane i jezgre; dijeli se na hijaloplazmu (glavnu tvar citoplazme), organele (stalne komponente citoplazme) i inkluzije (privremene komponente citoplazme). Kemijski sastav citoplazme: osnovu čini voda (60-90% ukupne mase citoplazme), različiti organski i anorganski spojevi. Citoplazma ima alkalnu reakciju. Karakteristična značajka citoplazme eukariotske stanice je stalno kretanje ( cikloza). Otkriva se prvenstveno kretanjem staničnih organela, poput kloroplasta. Prestankom kretanja citoplazme stanica umire, budući da jedino stalnim kretanjem može obavljati svoje funkcije.

hijaloplazma ( citosol) je bezbojna, sluzava, gusta i prozirna koloidna otopina. U njemu se odvijaju svi metabolički procesi, osigurava međusobnu povezanost jezgre i svih organela. Ovisno o prevladavanju tekućeg dijela ili velikih molekula u hijaloplazmi, razlikuju se dva oblika hijaloplazme: sol- tečnija hijaloplazma i gel- deblja hijaloplazma. Među njima su mogući međusobni prijelazi: gel prelazi u sol i obrnuto.

Funkcije citoplazme:

1. spajanje svih komponenti stanice u jedan sustav,
2. okruženje za odvijanje mnogih biokemijskih i fizioloških procesa,
3. okruženje za postojanje i funkcioniranje organela.

Stanične membrane

Stanične membrane ograničavaju eukariotske stanice. U svakoj staničnoj membrani mogu se razlikovati najmanje dva sloja. Unutarnji sloj je uz citoplazmu i predstavljen je plazma membrana(sinonimi - plazmalema, stanična membrana, citoplazmatska membrana), preko koje se formira vanjski sloj. U životinjskoj stanici je tanka i zove se glikokaliks(tvore ga glikoproteini, glikolipidi, lipoproteini), u biljnoj stanici - debeli, zv. stanična stijenka(nastaje od celuloze).

Sve biološke membrane imaju zajedničke strukturne značajke i svojstva. Trenutno je općeprihvaćeno fluidni mozaični model strukture membrane. Osnova membrane je lipidni dvosloj sastavljen uglavnom od fosfolipida. Fosfolipidi su trigliceridi u kojima je jedan ostatak masne kiseline zamijenjen ostatkom fosforne kiseline; Dio molekule koji sadrži ostatke fosforne kiseline naziva se hidrofilna glava, a odsječci koji sadrže ostatke masne kiseline nazivaju se hidrofobni repovi. U membrani su fosfolipidi raspoređeni na strogo uređen način: hidrofobni repovi molekula okrenuti su jedni prema drugima, a hidrofilne glave prema van, prema vodi.

Osim lipida, membrana sadrži proteine ​​(u prosjeku ≈ 60%). One određuju većinu specifičnih funkcija membrane (transport određenih molekula, kataliza reakcija, primanje i pretvaranje signala iz okoline itd.). Postoje: 1) perifernih proteina(nalaze se na vanjskoj ili unutarnjoj površini lipidnog dvosloja), 2) poluintegralni proteini(uronjen u lipidni dvosloj na različite dubine), 3) integralni ili transmembranski proteini(probijaju membranu, dolazeći u kontakt s vanjskim i unutarnjim okolišem stanice). Integralni proteini se u nekim slučajevima nazivaju kanalotvorni ili kanalni proteini, budući da se mogu smatrati hidrofilnim kanalima kroz koje polarne molekule prolaze u stanicu (lipidna komponenta membrane ih ne propušta).

A - hidrofilna fosfolipidna glava; B - hidrofobni fosfolipidni repovi; 1 - hidrofobne regije proteina E i F; 2 — hidrofilna područja proteina F; 3 - razgranati oligosaharidni lanac vezan za lipid u molekuli glikolipida (glikolipidi su rjeđi od glikoproteina); 4 - razgranati oligosaharidni lanac vezan za protein u molekuli glikoproteina; 5 - hidrofilni kanal (funkcionira kao pora kroz koju mogu proći ioni i neke polarne molekule).

Membrana može sadržavati ugljikohidrate (do 10%). Ugljikohidratnu komponentu membrana predstavljaju oligosaharidni ili polisaharidni lanci povezani s proteinskim molekulama (glikoproteini) ili lipidi (glikolipidi). Ugljikohidrati su uglavnom smješteni na vanjskoj površini membrane. Ugljikohidrati osiguravaju receptorske funkcije membrane. U životinjskim stanicama glikoproteini tvore nadmembranski kompleks, glikokaliks, koji je debeo nekoliko desetaka nanometara. Sadrži mnogo staničnih receptora, a uz njegovu pomoć dolazi do adhezije stanica.

Molekule proteina, ugljikohidrata i lipida su pokretne, sposobne za kretanje u ravnini membrane. Debljina plazma membrane je približno 7,5 nm.

Funkcije membrana

Membrane obavljaju sljedeće funkcije:

1. odvajanje staničnog sadržaja od vanjske sredine,
2. regulacija metabolizma između stanice i okoliša,
3. dijeljenje ćelije u odjeljke („odjeljke“),
4. mjesto lokalizacije "enzimskih transportera",
5. osiguravanje komunikacije između stanica u tkivima višestaničnih organizama (adhezija),
6. prepoznavanje signala.

Ono najvažnije svojstvo membrane— selektivna propusnost, tj. membrane su visoko propusne za neke tvari ili molekule, a slabo propusne (ili potpuno nepropusne) za druge. Ovo svojstvo je temelj regulatorne funkcije membrana, osiguravajući razmjenu tvari između stanice i vanjskog okruženja. Proces prolaska tvari kroz staničnu membranu naziva se transport tvari. Postoje: 1) pasivni transport- proces prolaska tvari bez utroška energije; 2) aktivni transport- proces prolaska tvari koji se javlja uz utrošak energije.

Na pasivni transport tvari prelaze iz područja veće koncentracije u područje niže, tj. duž gradijenta koncentracije. U svakoj otopini postoje molekule otapala i otopljene tvari. Proces kretanja molekula otopljene tvari naziva se difuzija, a kretanje molekula otapala osmoza. Ako je molekula nabijena, tada na njen transport također utječe električni gradijent. Stoga ljudi često govore o elektrokemijskom gradijentu, kombinirajući oba gradijenta zajedno. Brzina transporta ovisi o veličini nagiba.

Mogu se razlikovati sljedeće vrste pasivnog transporta: 1) jednostavna difuzija— prijenos tvari izravno kroz lipidni dvosloj (kisik, ugljikov dioksid); 2) difuziju kroz membranske kanale— transport kroz proteine ​​koji stvaraju kanale (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) olakšana difuzija- transport tvari pomoću posebnih transportnih proteina, od kojih je svaki odgovoran za kretanje određenih molekula ili skupina srodnih molekula (glukoza, aminokiseline, nukleotidi); 4) osmoza— transport molekula vode (u svim biološkim sustavima otapalo je voda).

Nužnost aktivni transport događa se kada je potrebno osigurati transport molekula kroz membranu protiv elektrokemijskog gradijenta. Ovaj transport provode posebni proteini nosači, čija aktivnost zahtijeva utrošak energije. Izvor energije su molekule ATP-a. Aktivni transport uključuje: 1) Na + /K + pumpu (natrij-kalijeva pumpa), 2) endocitozu, 3) egzocitozu.

Rad Na + /K + pumpe. Za normalno funkcioniranje stanica mora održavati određeni omjer iona K + i Na + u citoplazmi iu vanjskom okruženju. Koncentracija K + unutar stanice trebala bi biti znatno veća nego izvan nje, a Na + - obrnuto. Treba napomenuti da Na + i K + mogu slobodno difundirati kroz pore membrane. Na + /K + pumpa sprječava izjednačavanje koncentracija tih iona i aktivno pumpa Na + iz stanice, a K + u stanicu. Na + /K + pumpa je transmembranski protein sposoban za konformacijske promjene, zbog čega može vezati i K + i Na +. Ciklus pumpe Na + /K + može se podijeliti u sljedeće faze: 1) dodavanje Na + iz unutrašnjosti membrane, 2) fosforilacija proteina pumpe, 3) otpuštanje Na + u izvanstanični prostor, 4) dodavanje K + s vanjske strane membrane, 5) defosforilacija proteina pumpe, 6) oslobađanje K + u unutarstaničnom prostoru. Gotovo trećina sve energije potrebne za rad stanice troši se na rad natrij-kalijeve pumpe. U jednom ciklusu rada pumpa ispumpava 3Na+ iz ćelije i pumpa 2K+.

Endocitoza- proces apsorpcije velikih čestica i makromolekula od strane stanice. Postoje dvije vrste endocitoze: 1) fagocitoza- hvatanje i apsorpcija velikih čestica (stanica, dijelova stanica, makromolekula) i 2) pinocitoza— hvatanje i apsorpcija tekućeg materijala (otopina, koloidna otopina, suspenzija). Fenomen fagocitoze otkrio je I.I. Mečnikov 1882. Tijekom endocitoze, plazma membrana formira invaginaciju, njeni rubovi se stapaju, a strukture odvojene od citoplazme jednom membranom su upletene u citoplazmu. Mnoge protozoe i neki leukociti sposobni su za fagocitozu. Pinocitoza se opaža u epitelnim stanicama crijeva i u endotelu krvnih kapilara.

Egzocitoza- proces obrnut od endocitoze: uklanjanje raznih tvari iz stanice. Tijekom egzocitoze, membrana vezikule se spaja s vanjskom citoplazmatskom membranom, sadržaj vezikule se uklanja izvan stanice, a njena membrana je uključena u vanjsku citoplazmatsku membranu. Na taj način uklanjaju se hormoni iz stanica endokrinih žlijezda; u praživotinjama se uklanjaju neprobavljeni ostaci hrane.

Idi na predavanja br.5„Stanična teorija. Vrste stanične organizacije"

Idi na predavanja br.7“Eukariotska stanica: struktura i funkcije organela”