Строение цитоплазмы. Органеллы цитоплазмы. Клеточные включения

Строение цитоплазмы. Органеллы цитоплазмы. Клеточные включения

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения и социального развития

Российской Федерации

(ГОУ ВПО НГМУ Минздравсоцразвития России)

Кафедра медицинской генетики и биологии

Реферат

на тему

«Строение цитоплазмы. Органеллы цитоплазмы. Клеточные включения»

Выполнил: студент 1 курса,1 группа

Озеред Тимур Комилович

преподаватель Ф.И.О.

Якутин Михаил Владимирович

Новосибирск 2017

Цитоплазма и ее структурные компоненты

Цитоплазма (cytoplasma) представляет собой сложную коллоидную систему, состоящую из гиалоплазмы, мембранных и немембранных органелл и включений.

Гиалоплазма ( от греч. hyaline - прозрачный) представляет собой сложную коллоидую систему состоящую из различных биополимеров (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды), которая способна переходить из золеобразного (жидкого) состояния в гель и обратно.

¨Гиалоплазма состоит из воды, органических и неорганических соединений, растворенных в ней и цитоматрикса, представленного трабекулярной сеткой волокон белковой природы, толщиной 2-3 нм.

¨Функция гиалоплазмы заключается в том, что эта среда объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие их друг с другом.

Через гиалоплазму осуществляется большая часть внутриклеточных транспортных процессов: перенос аминокислот, жирных кислот, нуклеотидов, сахаров. В гиалоплазме идет постоянный поток ионов к плазматической мембране и от нее, к митохондриям, ядру и вакуолям. Гиалоплазма составляет около 50% от всего объема цитоплазмы.

Органеллы и включения

Органеллы - постоянные и обязательные для всех клеток микроструктуры, обеспечивающие выполнение жизненно важных функций клеток.

В зависимости от размеров органеллы разделяются на:

) микроскопические - видимые под световым микроскопом;

2.      субмикроскопические - различимые при помощи электронного микроскопа.

По наличии мембраны в составе органелл различают:

В зависимости от назначения все органеллы делятся на:

Мембранные органеллы

Митохондрии

Митохондрии - микроскопические мембранные органеллы общего назначения.

¨Размеры - толщина 0,5мкм, длина от 1 до 10мкм.

¨Форма - овальная, вытянутая, неправильная.

¨Строение - митохондрия ограничена двумя мембранами толщиной около 7нм:

) Наружной гладкой митохондриальной мембраной (membrana mitochondrialis externa), которая отграничивает митохондрию от гиалоплазмы. Она имеет равные контуры, замкнута таким образом, что представляет мешок.

2.      Внутренней митохондриальной мембраной (memrana mitochondrialis interna), которая образует выросты, складки (кристы) внутрь митохондрии и ограничивает внутреннее содержание митохондрии - матрикс. Внутренняя часть митохондрии заполнена электронно-плотным веществом, которое носит название матрикс.

Матрикс имеет тонкозернистое строение и содержит тонкие нити толщиной 2-3 нм и гранулы размером около 15-20 нм. Нити представляют собой молекулы ДНК, а мелкие гранулы - митохондриальные рибосомы.

цитоплазма органелла обмен клетка

Функции митохондрий

. Синтез и накопление энергии в виде АТФ, происходит в результате процессов окисления органических субстратов и фосфорилирования АТФ. Эти реакции протекают при участии ферментов цикла трикарбоновых кислот, локализованных в матриксе. Мембраны крист имеют системы дальнейшего транспорта электронов и сопряженного с ним окислительного фосфорилирования (фосфорилирование АДФ в АТФ).

. Синтез белка. Митохондрии в своем матриксе имеют автономную систему синтеза белка. Это единственные органеллы, которые имеют молекулы собственной ДНК, свободной от гистоновых белков. В матриксе митохондрий также происходит образование рибосом, которые синтезируют ряд белков, некодируемых ядром и используемых для по строения собственных ферментных систем.

. Регуляция водного обмена.

Лизосомы

Лизосомы (lisosomae) - субмикроскопические мембранные органеллы общего назначения.

¨Размеры - 0,2-0,4 мкм

¨Форма - овальная, мелкая, шаровидная.

¨Строение - лизосомы имеют в своем составе протеолитические ферменты (известно более 60), которые способны расщеплять различные биополимеры. Ферменты располагаются замкнутом мембранном мешочке, который предупреждает их попадание в гиалоплазму.

Среди лизосом различают четыре типа:

1.      Первичные лизосомы;

2.      Вторичные (гетерофагосомы, фаголизосомы);

.        Аутофагосомы

.        Остаточные тельца.

Первичные лизосомы- это мелкие мембранные пузырьки размером 0,2-0,5 мкм, заполненные неструктурированным веществом, содержащим гидролитические ферменты в неактивном состоянии (маркерный - кислая фосфотаза).

Вторичные лизосомы(гетерофагосомы) или внутриклеточные пищеварительные вакуоли, которые формируются при слиянии первичных лизосом с фагоцитарными вакуолями. Ферменты первичной лизосомы начинают контактировать с биополимерами, и расщепляют их до мономеров. Последние транспортируются через мембрану в гиалоплазму, где происходит их реутилизация, то есть включение в различные обменные процессы.

Аутофагосомы (аутолизосомы)- постоянно встречаются в клетках простейших, растений и животных. По совей морфологии их относят к вторичным лизосомам, но с тем различием, что в составе этих вакуолей встречаются фрагменты или даже целые цитоплазматические структуры, такие, как митохондрии, пластиды, рибосомы, гранулы гликогена.

Остаточные тельца (телолизосома, corpusculumresiduale) - представляют собой окруженные биологической мембраной нерасщепленные остатки, содержат небольшое количество гидролитических ферментов, в них происходит уплотнение содержимого, его перестройка. Часто в остаточных тельцах происходит вторичная структуризация не переваренных липидов и последние образуют слоистые структуры. Там же наблюдается отложение пигментных веществ - пигмент старения, содержащий липофусцин.

¨Функция - переваривание биогенных макромолекул, модификация продуктов, синтезируемых клеткой с помощью гидролаз.

Пероксисомы

Пероксисомы (peroxysoma) - субмикроскопические мембранные органеллы общего назначения.

¨Размеры - 0,3-1,5мкм.

¨Форма - овальная.

¨Строение - это тельца, ограниченные мембраной, содержащие гранулярный матрикс, в центре которого часто видны кристаллоподобные структуры, состоящие из фибрилл и трубок.

Образуются пероксисомы на расширенных сторонах цистерн эндоплазматической сети и характерны для клеток печени и почек. Матрикс пероксисомы заполнен ферментами окисления аминокислот, в результате чего образуется перекись водорода, а также обнаружен фермент каталаза, расщепляющий перекись.

¨Функция - утилизируют химически активный атомарный кислород, расщепляют этиловый спирт, мочевую кислоту, регулируют обмен липидов.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть (reticulumendoplasmaticum) - субмикроскопическая мембранная органелла общего назначения, которая образует единую внутриклеточную циркуляторную систему.

Существует два вида эндоплазматической сети:

1.      Гладкая эндоплазматическая сеть(агранулярная, reticulumendoplasmaticumnongranulosum) - образована сдвоенными мембранами небольших вакуолей и канальцев.

¨Функции - участвует в заключительных этапах синтеза липидов, углеводов, дезактивирует различные вредные для организма вещества, способна депонировать ионы кальция.

2.      Гранулярная эндоплазматическая сеть (reticulumendoplasmaticumgranulosum), образована двойной мембраной мешков, цистерн, канальцев.

¨Размер - ширина полостей цистерн значительно варьирует от 20 до 1000нм.

¨Строение - представляет собой систему трубочек и уплощенных цистерн, характерным является наличие на мембранах со стороны гиалоплазмы прикрепленных рибосом.

¨Функция обусловлена наличием рибосом и заключается в биосинтезе белков как для нужд клетки, так и для экспорта за ее пределы (90% синтез экспортных белков). Кроме этого в эндоплазматической сети происходит образование мембранных структур клетки.

Пластиды

В цитоплазме клеток всех растений находятся пластиды. В клетках животных пластиды отсутствуют. Различают три основных типа пластид: зеленые - хлоропласты; красные, оранжевые и желтые - хромопласты; бесцветные - лейкопласты.

.        Хлоропласт. Эти органоиды содержатся в клетках листьев и других зеленых органов растений, а также у разнообразных водорослей. Размеры хлоропластов 4-6 мкм, наиболее часто они имеют овальную форму. У высших растений в одной клетке обычно бывает несколько десятков хлоропластов. Зеленый цвет хлоропластов зависит от содержания в них пигмента хлорофилла. Хлоропласт - основной органоид клеток растений, в котором происходит фотосинтез, т. е. образование органических веществ (углеводов) из неорганических (СО2 и Н2О) при использовании энергии солнечного света.

По строению хлоропласты сходны с митохондриями. От цитоплазмы хлоропласт отграничен двумя мембранами - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, без складок и выростов, а внутренняя образует много складчатых выростов, направленных внутрь хлоропласта. Поэтому внутри хлоропласта сосредоточено большое количество мембран, образующих особые структуры - граны. Они сложены наподобие стопки монет.

В мембранах гран располагаются молекулы хлорофилла, потому именно здесь происходит фотосинтез. В хлоропластах синтезируется и АТФ. Между внутренними мембранами хлоропласта содержатся ДНК, РНК. и рибосомы. Следовательно, в хлоропластах, так же, как и в митохондриях, происходит синтез белка, необходимого для деятельности этих органоидов. Хлоропласты размножаются делением.

.        Хромопласты находятся в цитоплазме клеток разных частей растений: в цветках, плодах, стеблях, листьях. Присутствием хромопластов объясняется желтая, оранжевая и красная окраска венчиков цветков, плодов, осенних листьев.

.        Лейкопласты - хранение питательных веществ

Функции:

.        Синтез АТФ

.        Синтез углеводов

.        Биосинтез собственных белков

Комплекс Гольджи

Комплекс Гольджи - это микроскопическая мембранная органелла общего назначения, в которой завершается процесс формирования продуктов синтетической деятельности клетки.

¨Строение - комплекс Гольджи представлен совокупностью связанных между собой цистерн толщиной около 25 нм, которые собраны вместе в небольшой зоне. Отдельная зона скопления этих образований называется диктиосомой.

В диктиосоме плотно на расстоянии 20-25 нм расположены 5-10 плоских цистерн, между которыми располагаются тонкие прослойки гиалоплазмы. Каждая цистерна имеет переменную толщину, в центре ее мембраны сближены, а на периферии имеют ампулы (расширения), ширина которых не постоянна. В зоне комплекса Гольджи, кроме цистерн, расположено много пузырьков - везикул.

В зоне диктиосомы различают проксимальный и дистальный участки. В секретирующих клетках проксимальная часть комплекса обращена к ядру, а дистальная к поверхности клетки.

¨Функции. Комплекс Гольджи принимает участие в сегрегации (обособлении) и накоплении продуктов, синтезированных в эндоплазматической сети, в их химических превращениях, созревании (модификации). В цистернах комплекса синтезируются полисахариды и происходит комплексирование их с белками с образованием мукополисахаридов. Выведение готовых продуктов за пределы клетки, обеспечение формирования первичных лизосом.

Немембранные органеллы общего назначения.

Рибосомы

Рибосомы (ribosomae) - субмикроскопические немембранные органеллы общего назначения, представляющие собой элементарные тельца синтеза белковых и полипептидных молекул, которые обнаруживаются во всех клетках.

¨Размеры - функционирующие рибосомы имеют размеры 25х20х20 нм.

¨Форма - напоминает гриб.

¨Строение - рибосомы представляют сложные рибонуклеопротеиды, в состав которых входят белки и молекулы РНК в соотношении 1:1.

Рибосома состоит из 2 субъединиц:

а) большой субъединицы; б) малой субъединицы.

Каждая субъединица состоит из рибонуклеопротеидного тяжа, в котором рРНК взаимодействуя с разными белками, образует тело рибосомы. Соединение двух субъединиц напоминает гриб.

В клетке различают единичные рибосомы и рибосомы, объединенные по несколько штук общей нитью информационной РНК - полисомы. Кроме этого рибосомы могут свободно располагаться в гиалоплазме и быть связанными с мембранами эндоплазматической сети.

¨Функция - синтез белка. Свободные рибосомы осуществляют синтез белка для нужд клетки, а связанные обеспечивают синтез белка на экспорт.

Центросома

Центросома (клеточный центр, cytocentrum) - микроскопическая немембранная органелла общего назначения, участвующая в формировании веретена деления, обеспечивающая расхождение хромосом при делении клетки.

Эта органелла является характерной для всех соматических клеток животных и человека, за исключением женских половых клеток.

¨Строение - центросома состоит из двух центриолей, окруженных центросферой и в клетке, которая не готовится к делению, расположена возле ядра. Две центриоли, которые располагаются рядом, называются диплосомой.

Центриоли(centriolum) состоят из расположенных по окружности 9 триплетов микротрубочек, которые образуют полый цилиндр, шириной 0,2 мкм и длиной 0,3-0,5 мкм. Триплеты соединяются при помощи специальных структур - ручек. Ручки состоят из белка динеина, для которого характерным является наличие АТФ-азной активности, что играет решающую роль в реализации двигательной функции центриолей. Систему микротрубочек центриолей можно описать формулой (9х3)+0, показывая отсутствие микротрубочек в центральной ее части.

В диплосоме центриоли располагаются под углом друг к другу. Из двух центриолей выделяют материнскую и дочернюю. Обе центриоли располагаются таким образом, что конец дочерней направлен к поверхности материнской перпендикулярно.

Вокруг каждой центриоли располагается бесструктурный или тонковолокнистый матрикс, иногда обнаруживается несколько дополнительных структур, связанных с центриолями - сателлиты (спутники).

Центросфера- это лишенная органелл гиалоплазма вокруг центриолей, которую в радиальном направлении пронизывают микротрубочки.

Во время подготовки клетки к делению происходит расхождение центриолей из диплосомы и около каждой из них возникает по одной новой. Этот процесс носит название дупликации. Увеличение количества центриолей происходит путем образования зачатка (процентриоли) вблизи и перпендикулярно к исходной.

¨Функции - центриоли участвуют в индукции, полимеризации тубулинов или образовании микротрубочек. Перед митозом центриоль является одним из центров полимеризации микротрубочек веретена деления. Центриоль - центр роста микротрубочек, аксонемы ресничек или жгутиков.

Микрофиламенты

Микрофиламенты (microfilamenti) - субмикроскопические немембранные органеллы общего назначения, выполняющие роль цитоскелета.

В зависимости от строения и функции микрофиламенты делятся на:

) Собственно микрофиламенты;

) Промежуточные микрофиламенты.

·Собственно микрофиламенты характерны практически для всех клеток и локализованы в кортикальном слое цитоплазмы непосредственно под плазмолеммой.

¨Строение - это тонкие волокна, диаметром от 5 до 7 нм, состоящие из белков: актина, миозина, тропомиозина, a-актинина.

¨Функции - собственно микрофиламенты, являются внутриклеточным сократительным аппаратом, который обеспечивает не только подвижность клетки, а и большинство внутриклеточных движений, потоки цитоплазмы, движение вакуолей, митохондрий, деление клеток.

·Промежуточныемикрофиламенты или микрофибриллы (microfibrillae) - это образование белковой структуры.

¨Строение - представляют собой тонкие нити, часто располагающиеся пучками диаметром 10-15 нм. Характерным является то, что структурный состав их различный в разных тканях. Микрофиламенты эпителия состоят из белка - кератина, в клетках мезенхимных тканей из белка - десмина.

¨Функция - отвечают за сохранение клеткой своей формы.

Микротрубочки

Микротрубочки (microtubuli) - субмикроскопические мембранные органеллы, основным назначением которых является создание эластического и одновременно устойчивого цитоскелета, необходимого для поддержания формы клетки.

¨Строение. Микротрубочки построены из глобулярных белков - тубулинов, молекулы которых способны полимеризоваться особым путем, нанизываясь одна на другую, и образуя округлые субъединицы величиной 5 нм. Стенка микротрубочек состоит из плотно уложенных субъединиц, 13 субъединиц образуют кольцо микротрубочки. Внешний диаметр составляет около 24 нм, внутренний просвет имеет ширину 15 нм. Микротрубочки входят в состав сложноорганизованных специальных органелл, таких как центриоли и базальные тельца, а также являются основными структурными элементами ресничек и жгутиков.

¨Функция. В клетках микротрубочки принимают участие в создании ряда временных (цитоскелетинтерфазных клеток, веретено деления) и постоянных структур (центриоли, реснички, жгутики).

Реснички и жгутики

Это органеллы специального назначения, встречаются в некоторых клетках различных организмов.

Реснички(cilium) представляют тонкие цилиндрические выросты цитоплазмы.

¨Размеры - имеют постоянный размер 200нм и длину от 5 до 10мкм.

¨Строение - ресничка от основания до верхушки покрыта плазматической мембраной. Внутри выроста располагается осевая нить (аксонема). Аксонема представляет сложную структуру, состоящую в основном из микротрубочек. Проксимальная часть реснички (базальное тело) погружено в цитоплазму. Диаметр аксонемы и базального тельца равны около 150 нм.

Аксонема(filamentumaxiale) состоит из 9 дуплетов микротрубочек, которые соединяясь при помощи ручек образует стенку цилиндра аксонемы. В центре аксонемы располагается пора центральных микротрубочек. Система микротрубочек аксонемы имеет формулу (9х2)+2.

Базальное тельце (corpusculumbasale) состоит из 9 триплетов микротрубочек, соединяющихся между собой при помощи ручек. Система микротрубочек базального тельца имеет форму (9х3)+0; как и в центриоли. Иногда в основании аксонемы может лежать пара базальных телец, располагающихся под прямым углом друг к другу.

Аксонемы и базальные тельца структурно связаны между собой и составляют единое целое: две микротрубочки триплетов базального тельца являются микротрубочками дублетов аксонем.

Жгутики(flagellum) - это тонкие цилиндрические выросты цитоплазмы, которые по своему строению подобны ресничкам.

¨Размеры - диаметр около 200 нм, длина 150 мкм.

Так же, как и реснички имеют базальное тельце и аксонему.

¨Функции - свободные клетки имеющие реснички и жгутики, обладают способностью передвигаться, неподвижные клетки движением ресничек могут перемещать жидкость и карпускулярные частицы.

Включения цитоплазмы (inclusionescytoplasmicae) - непостоянные компоненты клетки, возникающие или исчезающие в зависимости от метаболического состояния и не имеющие строго определенного строения.

Различают следующие типы включений:

1.      Секреторные;

2.      Трофические;

.        Экскреторные;

.        Пигментные.

Секреторные включения- округлой формы, образования различных размеров, которые содержат биологически активные вещества, образующиеся в результате секреторной деятельности клетки (гормоны, ферменты и др.)

Трофические включения- это могут быть капельки нейтральных жиров, гликоген, белковые молекулы в виде гранул.

Экскреторные включения- эти включения не содержат ферментов или других активных веществ, и эти продукты, как правило, подлежат удалению из клетки.

Пигментные клетки- могут быть экзогенные (каротин, пылевые частицы, красители) и эндогенными (гемоглобин, гемосидерин, биллирубин, меланин, липофусцин). Наличие их в ткани может приводить к изменению цвета ткани, органа - временно или постоянно.

Список литературы

1.      Азимов А. Краткая история биологии. М., 1997.

.        Кемп П., Армс К. Введение в биологию. М., 2000.

.        Либберт Э. Общая биология. М., 1978

.        Васильев А. Г. и др. Ботаника. Анатомия и морфология растений. Глава I «Растительная клетка» М.: Просвещение, 1978