Цитоплазма является внутренней средой клетки. В цитоплазме различают жидкую часть — цитозоль — и компактные структуры (органеллы и включения).
Включение — это переменные составляющие клеток. Ими могут быть резервные соединения (зерна крахмала, гранулы гликогена, капли жиров), продукты обмена веществ (кристаллы оксалата кальция у растений). Они могут появляться или исчезать в зависимости от характера функционирования клетки.
Органеллы — это постоянные цитоплазматические структуры, имеющие определенное строение и выполняющие определенные функции.
Важным компонентом цитозоля является цитоскелет — система белковых микро-трубочек и микронитей, пронизывающие всю цитоплазму и контактирующих с плазмалеммой и ядерной оболочкой. Цитоскелет поддерживает форму клетки, участвует в организации движений клетки, ее изменениях, обеспечивает перемещение органелл внутри клетки, процессы экзоцитоза и эндоцитоза. В клетках, способных к амебоидному движению, цитоскелет участвует в формировании ложноножек (псевдоподий).
Немембранные органеллы
С цитоскелетом связан клеточный центр (центросома), трехмерная модель которого показана на иллюстрации выше. Основными составляющими его являются две центриоли (короткие цилиндры из микротрубочек), расположенные под прямым углом друг к другу. Центросома размещается вблизи ядра, является центром организации микротрубочек цитоскелета и играет важную роль в делении клеток.
К немембранным органеллам относятся структуры, обеспечивающие движение клеток. Кроме упоминавшегося выше амебоидного типа, другие типы движения обеспечиваются специализированными структурами — жгутиками и ресничками, встроенными в плазмолемму и клеточную стенку (если она есть). Эти органеллы построены из микротрубочек, которые, изменяя свою структуру, осуществляют круговые движения. Они сходны по строению, но по сравнению с ресничками жгутики длиннее, а количество их — меньше.
Органеллы движения свойственны многим одноклеточным организмам, а также бывают в некоторых клетках многоклеточного организма (вспомните, какие организмы или клетки организма человека имеют жгутики или реснички). К немембранным органеллам также относятся рибосомы. Это небольшие тельца, состоящие из двух субъединиц. В состав этих органелл входят специальные рибосомные белки и рибосомальная РНК (рРНК). Рибосомы участвуют в синтезе белков.
Одномембранные органеллы
К одномембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы и вакуоли.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический ретикулум — это совокупность мембранных трубочек и канальцев, пронизывающих цитоплазму. Различают гладкую (агранулярного типа) и шероховатую (гранулярную) ЭПС.
К мембранам шероховатой ЭПС с цитоплазматического стороны могут прикрепляться рибосомы, синтезирующие в полость трубочек белковые молекулы. Основной функцией этого типа ЭПС является участие в синтезе белков и транспортировки синтезированных веществ в мембранных пузырьках в комплекс Гольджи. Гладкая ЭПС обеспечивает синтез липидов, в частности стероидных веществ, обезвреживание некоторых токсичных веществ и депонирование ионов кальция. Последнее является важным для функционирования мышечных клеток.
Комплекс Гольджи (или аппарат Гольджи) — это сетчатое образование, является совокупностью плоских мембранных цистерн (мешочков), расположенных вблизи клеточного ядра. Комплекс Гольджи функционально соединен с ЭПС: мембранные пузырьки, отсоединяясь от цистерн ЭПС, транспортируют синтезированные белки в комплекс Гольджи. Последний осуществляет преобразование белковых молекул (образование гликопротеинов, липопротеинов и т.д.) и пакует их в мембранные пузырьки соответствии с функциональным назначением. Белки, экспортируемые из клетки (например, ферменты или гормоны) или же перемещаемые внутрь плазматической мембраны, размещаются в секреторных пузырьках. Ферменты, осуществляющие внутриклеточное пищеварение, пакуются в лизосомы, которые здесь образуются. В этой органелле также синтезируются полисахариды.
Лизосомы — мембранные органеллы в виде пузырьков, внутри которых содержатся ферменты, расщепляющие полимерные органические соединения в мономерные. Лизосомы разрушают компоненты чужеродных клеток, поглощенных в процессе фагоцитоза, а также отработанные «старые» клеточные компоненты. Последний процесс называется автофагией («самопоеданием»), и нарушение его приводит к развитию ряда заболеваний. Формируются лизосомы комплексом Гольджи.
Пероксисомы — мембранные органеллы в виде пузырьков, содержащих ферменты, в частности те, которые обеспечивают преобразование жиров или расщепления токсичного для клетки пероксида водорода до кислорода и воды.
Вакуоли — это большие мембранные полости, заполненные жидким содержимым. В зависимости от их строения и функций выделяют несколько типов таких органелл. Растительные клетки содержат большие клеточные вакуоли, внутреннее содержимое которых называется клеточным соком. Они участвуют в регуляции тургора, могут содержать пигменты, предоставляя частям растений окраску, хранить продукты обмена веществ. Пресноводные одноклеточные организмы содержат сократительные вакуоли, функция которых — выведение из клеток избыточной воды. Расщепление питательных веществ внутри некоторых клеток происходит в пищеварительных вакуолях, которые формируются с участием лизосом.
Двумембранные органеллы
Митохондрии — это органеллы овальной формы, содержащие две мембраны — внешнюю и внутреннюю. Внутренняя мембрана имеет многочисленные складки — кристы. Они необходимы для увеличения ее поверхности. Пространство, ограниченное внутренней мембраной, называется митохондриальным матриксом. В митохондриях происходят основные процессы, которые обеспечивают клетку энергией и синтезируют молекулы АТФ. Клетки, в которых процессы жизнедеятельности происходят интенсивно (например, в скелетных мышцах), имеют большее количество митохондрий.
Пластиды — это двумембранные органеллы, присущие только растениям и некоторым одноклеточным организмам. Различают несколько типов пластид, имеющих свои особенности строения и функций. Наиболее распространенными являются хлоропласты — органеллы зеленого цвета, которые осуществляют фотосинтез. Внутри хлоропластов расположены плоские мембранные мешочки — тилакоиды. Именно с ними связаны основные реакции фотосинтеза. Бесцветные пластиды — лейкопласты обеспечивают запасания питательных веществ — крахмала, жиров и белков. А пластиды, окрашенные в цвета желто-красной части спектра, — хромопласты, которые определяют окраску лепестков, плодов, листьев и других частей растений.
Митохондрии и пластиды имеют общие особенности. Эти органеллы кроме двух-мембранной стенки содержат собственную наследственную информацию — кольцевую молекулу ДНК, а также аппарат синтеза белков (рибосомы, РНК). Однако для работы митохондрий и пластид необходимы некоторые белки, информация о которых содержится в ядерной ДНК. Митохондрии и пластиды не возникают из других мембранных структур клетки, а размножаются делением.