Цитоплазма и нейните органели

3. Цитоплазма и нейните органели

Цитоплазма. Цитоплазмата, отделена от външната среда от външната мембрана, изпълва цялата клетка и в нея се намират различни органели и ядрото. Това е вътрешната полутечна среда на клетката, която съдържа голямо количество вода, а протеините преобладават в нея от органични вещества. При електронномикроскопски фотографии по-голямата част от цитоплазмата има финозърнеста структура. В много клетки, например в епителните клетки, в него се виждат най-тънките нишки, разположени във всички части на клетката и играещи ролята на поддържащи (скелетни) структури. Цитоплазмата свързва всички клетъчни органели и ядрото в едно цяло и осигурява тяхното взаимодействие помежду си.

Митохондрии. Митохондрии ("mitos" - конец, "chondrion" - зърно, гранули, гръцки) - това са малки тела с размери около 0,2 до 7 микрона, различни по форма: кръгли, овални, пръчковидни, нишковидни. Митохондриите са разположени в цитоплазмата на клетките и броят им в различните клетки може да варира от 2-3 до 1000 и повече. Изчислено е например, че една чернодробна клетка на бозайници съдържа около 2500 митохондрии.

Митохондриите се виждат ясно под светлинен микроскоп, с който можете да видите тяхната форма, местоположение в клетката и да преброите броя им. Електронно-микроскопското изследване разкрива, че всяка митохондрия има доста сложна структура. Диаграмата на структурата на митохондрията, както и на електронно-микроскопската снимка, показва, че външната обвивка на този органоид е представена от две мембрани: външна и вътрешна. Външната мембрана е гладка; не образува гънки или израстъци. Вътрешната мембрана, напротив, образува множество гънки, които са насочени във вътрешната кухина на митохондриите. Гънките на вътрешната мембрана се наричат ​​кристи ("криста" - гребен, израстък, лат.). В повечето клетки във вътрешната кухина митохондриите на кристата са разположени в напречна посока. Някои криста могат да се разклонят. В една митохондрия обикновено има много кристи и те плътно прилепват една към друга, а незначителното пространство, което остава между тях, се запълва с полутечно вещество с финозърнеста структура.

Външната и вътрешната мембрана на митохондриите имат същата трислойна структура като външната мембрана на клетката. Те са съставени от протеини и мазнини. Голям брой различни ензими са разположени върху външната и вътрешната мембрана на митохондриите и особено върху кристалите. Сред митохондриалните ензими са преди всичко тези, с помощта на които се извършва клетъчно дишане, както и синтеза на специално вещество, наречено аденозин трифосфорна киселина или накратко АТФ. Това вещество има големи запаси от енергия, която се отделя по време на разграждането на АТФ, което постоянно се появява в митохондриите под въздействието на ензими. Енергията се използва от клетките при синтеза на различни вещества, при производството на топлина, необходима за поддържане на телесната температура, по време на движение и други прояви на жизнена дейност.

АТФ се синтезира в митохондриите на всички клетки, всички организми и е универсален източник на енергия. Следователно митохондриите образно се наричат ​​енергийни или енергийни станции на клетката; те са задължителен органоид на всяка растителна и животинска клетка.

Пластиди. Пластидите са органели от растителни клетки и наличието на пластиди отличава растителните клетки от животинските клетки. Пластидите се намират в цитоплазмата. Има три основни типа пластиди: 1) зелени - хлоропласти; 2) оцветени в червено, оранжево и други цветове - хромопласти и 3) безцветни - левкопласти.

Хлоропластите се намират в листни клетки и други зелени части на растенията. Зеленият цвят, характерен за хлоропластите, зависи от специалния зелен пигмент хлорофил, който те съдържат. Благодарение на хлорофила, зелените растения са в състояние да използват слънчевата енергия и поради слънчевата енергия синтезират органични вещества от неорганични. Процесът на създаване на органични вещества от неорганични се нарича фотосинтеза. Среща се само в хлоропласти.

Хромопластите оцветяват венците на цветя, плодове, зеленчуци и листа в различни цветове: от жълто и оранжево до различни нюанси на червено.

Левкопластите се намират в клетките на безцветни части на растенията: в стъбла, корени, грудки. Всички тези видове пластиди са тясно свързани помежду си поради възможността за взаимен преход. Така че, когато плодовете узреят или когато цветът на листата се промени през есента, хлоропластите се превръщат в хромопласти и левкопластите могат свободно да се превръщат в хлоропласти, например, когато картофените клубени са озеленени.

И трите вида пластиди се виждат ясно под светлинен микроскоп, тъй като те обикновено са с размер няколко микрометра. Например, хлоропластите могат да бъдат 4-6 микрона и повече.

Фината структура на пластидите е изследвана с помощта на електронен микроскоп. Ще разгледаме подробно структурата на хлоропластите. В повечето растения хлоропластите са под формата на дискове, отделени от цитоплазмата с две мембрани. Всяка от хлоропластните мембрани, т.е. външна и вътрешна, има същата структура като външната мембрана на клетката и двете мембрани включват три слоя.

Микрофотографията показва, че вътре в хлоропласта има голям брой правоъгълни гранули. Всяко зърно е клъстер или група от най-фините плочи, подредени заедно като колона от монети. В напречно сечение те изглеждат кръгли; диаметърът на едно зърно е около 1 микрон. Едно зърно съдържа около 10 плочи, а един хлоропласт съдържа няколко десетки зърна, които също са свързани помежду си с тънки плочи. Зеленият пигмент хлорофил се съдържа само в зърната; в други части на хлоропласта го няма и в зърната се получава фотосинтеза.

Лизозоми. Лизозомите са малки, заоблени тела, разположени във всички части на клетката. Диаметърът на една лизозома е около 1 μm. Лизозомите са отделени от цитоплазмата с плътна мембрана. Вътре в тях са концентрирани ензими, които са способни да разграждат всички хранителни вещества, постъпващи в клетката. Разцепването на хранителни вещества с помощта на ензими се нарича лизис, откъдето идва и името на самия органоид - лизозома. В една клетка може да има много лизозоми, например няколко десетки, а съвкупността от лизозоми може да се нарече образно храносмилателната система на клетката. Лизозомите се намират в много животински клетки, а напоследък се срещат и в растителни клетки.

Ендоплазмения ретикулум. Този органоид е открит само чрез електронно микроскопско изследване на клетките. Ендоплазменият ретикулум е сложна система от канали и кухини с размер до 500 А, които са свързани помежду си и образуват сложна разклоняваща се мрежа, която прониква в цялата цитоплазма на клетката.

Каналите и кухините на ендоплазмения ретикулум са ограничени от мембрани, които имат същата структура като външната мембрана на клетката, т.е. всеки от тях се състои от три слоя.

Има два вида ендоплазмен ретикулум: груб и гладък. На мембраните от първия тип има много малки заоблени тела - рибозоми, които придават мембраните на каналите и кухините груб вид. Мембрани от втория тип, т.е. гладък ендоплазмен ретикулум, не носят рибозоми на повърхността си.

За функциите на тази органела е известно следното: грапавият ендоплазмен ретикулум участва активно в синтеза на протеини. Мазнините и полизахаридите се синтезират върху мембраните на гладкия ендоплазмен ретикулум. Тези синтезни продукти се натрупват в каналите и кухините и след това се транспортират до различни органели на клетката, където се консумират. Освен това веществата от околната среда постоянно навлизат в многобройните канали и кухини на ендоплазмения ретикулум и се транспортират до различни части на клетката. Веществата, напускащи клетката, също влизат в нея.

Следователно ендоплазменият ретикулум е клетъчен органоид, който взема активно участие не само в синтеза на протеини, полизахариди и мазнини, но и в транспорта и натрупването на различни вещества в клетката.

Ендоплазменият ретикулум се намира във всички клетки на животни и растения, универсалното разпространение на този органоид за пореден път свидетелства за важността на неговите функции, които сега се изучават усилено.

Рибозоми. Подобно на ендоплазмения ретикулум, рибозомите са открити с помощта на електронен микроскоп, тъй като тези клетъчни органели са с изключително малки размери. Рибозомите са заоблени тела с диаметър 150-200 А. От електронно-микроскопска снимка се вижда, че в клетката има много рибозоми и че повечето от тях са разположени върху мембраните на ендоплазмения ретикулум. Освен това много рибозоми са свободно разположени в цитоплазмата, както и в клетъчното ядро. Рибозомите съдържат протеин и рибонуклеинова киселина (РНК).

Рибозомите се намират във всички клетки на многоклетъчни животни и растения, както и в клетките на едноклетъчните организми. Това показва, че рибозомите са незаменим органоид на всяка клетка, която изпълнява най-важната биологична функция: протеинът се синтезира върху рибозомите. Рибозомите са именно органоидът на клетката, където се осъществява синтеза на протеинови молекули, т.е. сглобявайки ги от аминокиселинни молекули, присъстващи в цитоплазмата и ядрото на всяка клетка. Тъй като рибозомите изпълняват най-важната функция на протеиновия синтез, те могат да бъдат наречени „монтажни линии“ на клетката.

Протеините, синтезирани върху рибозомите, се натрупват в каналите и кухините на ендоплазмения ретикулум и след това се транспортират до онези органели на клетката, където се консумират. По-голямата част от протеините се синтезират върху рибозомите, концентрирани върху мембраните на грубия ендоплазмен ретикулум, и тези два органоида, както беше отбелязано по-горе, представляват един апарат за синтез и транспорт на протеини, образувани в клетката.

Комплекс Голджи. Комплексът на Голджи е клетъчен органоид, кръстен на италианския учен К. Голджи, който за първи път го е видял в цитоплазмата на нервните клетки (1898 г.) и го е определил като мрежест апарат. Сега комплексът на Голджи се намира във всички клетки на растителни и животински организми. Формата и размерът му варират значително. В много клетки, например в нервите, той има формата на сложна мрежа, разположена около ядрото (фиг. 59); в клетките на растенията, протозои, комплексът на Голджи е представен от отделни полумесечни или пръчковидни тела. Електронно-микроскопичната структура на този органоид е еднаква в клетките на растителните и животинските организми, въпреки разнообразието на неговата форма. Комплексът на Голджи включва три основни структурни компонента: 1) големи кухини, разположени на групи (от 5 до 8); 2) сложна система от тръби, простираща се от кухините; 3) големи и малки мехурчета, разположени в краищата на тръбите. Всички тези елементи съставляват един комплекс и са ограничени от мембрани със същата структура като външната мембрана на клетката.

Комплексът на Голджи изпълнява много важни биологични функции: продукти от синтетичната активност на клетката, както и различни вещества, постъпващи в клетката от външната среда, се транспортират до нея през каналите на ендоплазмения ретикулум. Това са преди всичко протеини, синтезирани в клетката, тайни от протеинова природа, произведени в много клетки, жълтък, образуван в яйчните клетки по време на тяхното узряване, полизахариди и мазнини. Всички тези вещества първо се натрупват в елементите на комплекса на Голджи, а след това под формата на капчици или зърна навлизат в цитоплазмата и или се използват в самата клетка по време на нейния живот, или се отстраняват от нея във външната среда.

Клетъчен център. Клетъчният център се състои от две много малки тела, всяко от които е по-малко от 1 μm, и специална плътна област на цитоплазмата. Телата на клетъчния център се наричат ​​центриоли, а гъстата зона на цитоплазмата, в центъра на която се намират. - центросфера.

Електронно-микроскопските проучвания показват, че всяка центриола има формата на цилиндър, чиято стена се състои от 9 двойки малки тръби.

Клетъчният център обикновено се намира близо до ядрото. Това разположение на клетъчния център е особено характерно за клетките на многоклетъчните животни. Клетъчният център играе важна роля в клетъчното делене.

Органоиди от особено значение. Тази група включва онези органели, които са свързани с изпълнението на клетките на някакви специални функции. Пример за такива органели са ресничките и флагелите, които изпълняват функцията на движение при ресничките и бичурите сред протозоите. Много епителни клетки на многоклетъчни животни също се снабдяват с реснички, например епителът на дихателните пътища, където ресничките изпълняват функцията на движение, премахвайки праховите частици, които са влезли в тялото. Мускулните клетки на животните и хората съдържат най-фините филаменти - миофибрили, поради което се извършва мускулна контракция. В протозоите в много клетки на многоклетъчните организми и особено в епителните има много тънки поддържащи нишки, които играят ролята на вътреклетъчен скелет.

Включвания. За разлика от органелите, включванията принадлежат към броя на нестабилните клетъчни структури. Те се появяват и изчезват по време на живота на клетката. Включенията са ясно видими под светлинен микроскоп под формата на плътни зърна, течни капки, вакуоли и кристали. Много от тези примеси са хранителни вещества за съхранение, които постоянно се използват от клетката. Това са капчици мазнини, зърна нишесте и гликоген, както и протеини. В някои клетки резервните хранителни вещества се съхраняват в големи количества. И така, много гликоген се натрупва в клетките на черния дроб, а мазнините се натрупват в клетките на подкожната мастна тъкан на животните и хората. Протеиновите отлагания са в изобилие в яйчните клетки на различни животни. Растителните клетки също са богати на резервни хранителни вещества: те съдържат полизахариди (нишесте и др.), Мазнини и протеинови включвания, които са в изобилие в семена и грудки. Например, огромно количество нишесте се натрупва в клетките на картофените клубени.

1. Азимов А. Кратка история на биологията. М., 1997.

2. Kemp P., Arms K. Въведение в биологията. М., 2000.

3. Либберт Е. Обща биология. М., 1978 Llozzi М. История на физиката. М., 2001.

4. Найдиш В.М. Концепции на съвременната естествена наука. Урок. М., 1999.

5. Небел Б. Наука за околната среда. Как работи светът. М., 1993.