Тема: Цитоплазма. Органели. Включення

0 73

Цитоплазма , будова, властивості. Немембранні органели. Синтез білка. Клітинні органели — диференційовані ділянки цитоплазми, що мають специфічний молекулярний склад. Це складні, високовпорядковані біологічні системи макромолекул, що утворюють певну просторову структуру, здатні до виконання спеціальних клітинних функцій. Клітини тварин містять багато внутрішньоклітинних мембран. Тому майже половина всього об’єму клітин укладена в окремі внутрішньоклітинні відсіки (компартменти), що називаються «органелами» (рис. 1. 29). Інший внутрішньоклітинний простір зайнятий цитозолем.
Класифікація органел. Клітинні органели умовно поділяють на мембранні, що оточені типовою біомембраною, і немембранні, що не мають такої оболонки.
Мембранні: 1) ендоплазматична сітка: а) зерниста; б) гладенька; 2) комплекс Гольджі; 3) лізосоми; 4) пероксисоми; 5) вакуолі; 6) мітохондрії; 7) пластиди (тільки в рослинних клітинах).
Немембранні: 1) рибосоми; 2) центріолі; 3) мікротрубочки; 4) мікрофіламенти.
Цитоплазма складає основну масу клітини — це весь її внутрішній вміст, за винятком ядра. Містить 75-85 % води, 15-25 % білків і багато інших речовин, але в менших кількостях. При вивченні клітини за допомогою світлового мікроскопа цитоплазма є гомогенною, безбарвною, прозорою, в’язкою рідиною. Проте електронний мікроскоп дозволив виявити складну багатокомпонентну, поліфункціональ-ну, високовпорядковану структуру цитоплазми. Цитоплазма складається із цшпозолю (цитоплазматичний матрикс), внутрішньоклітинних органел і включень.
Цитозоль. Цитозоль становить більшу частину цитоплазми (55 % від загального об’єму клітин), що не містить органел. Це колоїд, який складається зі складної суміші розчинених у воді органічних макромолекул — білків, жирів, вуглеводів та неорганічних речовин. Містить до 10000 різних видів білків, головним чином ферментів.

Клітина еукаріотів: 1 — цитозоль.
Хімічний склад і властивості цитозолю. У цитозолі знаходяться неорганічні (вода, солі, гази) і органічні речовини.

Неорганічні речовини. є основною складовою частиною цитозолю. У середньому в клітинах міститься близько 75 % води. Завдяки своїм властивостям водне середовище забезпечує майже всі життєві процеси в клітинах. Зокрема, вода має такі властивості: 1) розчинник для речовин у клітині, внаслідок чого багато з них іонізуються водою, що полегшує хімічні реакції; 2) сприяє пересуванню речовин у клітині, із клітини в клітину в розчиненому стані; 3) ефективний термостабілізатор і зберігає тепло, утворене клітиною; 4) забезпечує постійний броунівський рух молекул.
Солі становлять 1-2 % цитозолю. У водному середовищі вони утворюють іони. Більшість солей клітин — це карбонати, бікарбонати, фосфати, сульфати і хлориди солей натрію, калію, кальцію, магнію та заліза. У першу чергу, вони відіграють істотну роль у підтримці осмотичності і кислотності цитозолю. Багато з них беруть участь у біологічних процесах і входять до складу деяких білків.
Гази. У клітинах наявні кисень, вуглекислий газ, і аміак. Кисень і азот надходять з атмосфери шляхом дифузії. Вуглекислий і аміак утворюються в клітині в результаті обміну речовин. CO утворюється як кінцевий продукт при окисних реакціях і постійно видаляється з клітин. Азот — інертний газ, він не бере участі в клітинних реакціях.
Органічні речовини становлять 20-25 % від маси живої клітини. Основними групами цих речовин є: білки, жири, вуглеводи і нуклеїнові кислоти. Вони, насамперед, забезпечують специфіку будови і функції клітин, є енергетичними субстратами окис-нювання, утворюють запасні речовини тощо.
Фізичні властивості цитозолю. Колоїдний вміст може переходити з рідкого стану — золю — у більш твердий — гель. Зміни в колоїдному стані пов’язані з різним розподілом колоїдних частинок у цитозолі. Перехід з одного стану в інший називають фазовим переходом. У стані золю його частинки розподілені менш випадково й рівномірно, що забезпечує чіткий рух молекул. У стані гелю частки утворюють агрегати між собою і з водою, що призводить до зв’язування вільної води і втрати руху цитоплазми. Рухливість молекул значно зменшується. Це означає, що в місцях «твердого» цитозолю швидкість обміну речовин обмежена, але в ділянках «рідкого» цитозолю спостерігаються максимальні швидкості біохімічних процесів. Перехід ділянок цитоплазми зі стану гелю у золь і навпаки зумовлює циклоз — рух ділянок цитоплазми. Цей процес, наприклад, лежить в основі формування псевдоподій у амеб і лейкоцитів.

У цитозолі відбувається постійний броунівський рух молекул, постійне їх зіткнення, що зумовлює високу швидкість метаболічних реакцій. Колоїдний стан цитозолю забезпечує об’єм і форму клітин, а за допомогою хімічних буферів підтримується сталість рН. Броунівський рух молекул залежить від стану цитозолю: чим він більш «рідкий» — тим інтенсивні-ший рух молекул. Підвищення температури також призводить до збільшення інтенсивності руху і прискорення біохімічних реакцій. Броунівський рух забезпечується тепловим рухом молекул. При цьому кожна молекула робить обертово-поступальні рухи. Це забезпечує часте зіткнення молекул, наприклад, кожна молекула цитозолю має приблизно 1 млн. зіткнень за секунду. Таким чином, броунівський рух лежить в основі й є необхідною умовою перебігу всіх біохімічних реакцій обміну речовин.
Біологічні властивості цитозолю. Хімічний склад і фізичний стан зумовлюють біологічні властивості цитозолю, що служать структурній цілісності і функціональній активності клітин. Насамперед -це підтримка метаболізму.
Цитозоль — це середовище, де перебігають одночасно тисячі біохімічних реакцій. Вважається, що близько 70 % реакцій клітинного метаболізму відбувається в цитозолі, що містить тисячі різновидів ферментів. Це реакції гліколізу, глюконеогенезу, синтезу білків, жирних кислот, амінокислот, нуклеотидів та інші. На рибосомах у цитозолі синтезується багато білків, які використовуються клітиною для власних потреб. Рибосоми, зв’язані з ЕПС, утворюють білки на «експорт».

Смотрите также  Период преддошкольного возраста

Функції органел клітини забезпечуються постійним, необхідним для них оточенням цитозолю. З цитозолю органели одержують необхідні речовини і викидають у нього відходи. Цитозоль бере участь у процесі підтримки гомеостазу клітини. Реакції, що відбуваються у цитозолі, забезпечують сталість складу клітини та її структурної організації. У цитозолі постійно підтримується концентрація води, газів, субстратів хімічних реакцій, рН. Ці умови необхідні для перебігу біохімічних та фізіологічних процесів. Внаслідок постійного синтезу молекул (білків, амінокислот, нуклеотидів, вуглеводів, жирів та ін. ) можливий обмін ушкоджених молекул на нові, синтезовані. Це стосується і постійної підтримки структури і складу всіх органел. У цитозолі присутні нелізосомальні протеази, які перетравлюють дефектні білки з низькою тривалістю життя. Цитозоль є резервуаром різних субстратів (амінокислот, нуклеотидів, глюкози й інших), які постійно використовуються в обміні речовин для утворення нових структур або їх відновлення.
Цитозоль забезпечує ріст і диференціювання клітини. Після поділу клітини мають малий розмір і слабко диференційовані. Ріст їх насамперед пов’язаний із синтезом і накопиченням необхідних органічних речовин, більшість яких утворюються в цитозолі. Ці речовини збільшують об’єм клітини, а також використовуються для формування або росту органел. У процесі розвитку клітин з’являються специфічні органели, змінюється форма клітин, вони поступово набувають рис та властивостей клітин-попередників. Таким чином, цитозоль є одним з основних компонентів клітини.

Цитоскелет (а — схематичне зображення; б — мікрофотографія): 1 — клітинна мембрана; 2 — мітохондрія; 3 — комплекс Гольджі; 4 — рибосоми; 5 — мікротрубочки; 6 — мікрофіламенти.
Цитоскелет. Цитоскелет — це сітка білкових фібрил і мікротрубочок, що вкривають зсередини цитоплазматичну мембрану і пронизують внутрішній простір клітини . Він характерний для всіх еукаріотичних клітин, а також є основним компонентом ворсинок і джгутиків найпростіших, хвостика сперматозоїдів, веретена поділу клітин.
Цитоскелет складається з трьох типів структур:
1) мікротрубочки (найтовстіші), утворені кількома білковими фібрилами, які містять глобулярний білок — тубулін;
2) мікрофіламенти (найтонші), що мають здатність скорочуватися, утворюються глобулярним білком — актином;
3) проміжні філаменти (комбінація кількох мікрофіламентів).
Фібрили цитоскелета можуть за необхідності згруповуватися з мономерів білків і розпадатися після виконання функції. Мають здатність до скорочення і руху. У клітині фібрили взаємодіють між собою за участі допоміжних білків.
Вони вкривають з внутрішнього боку цитоплазматичну мембрану і пронизують внутрішній простір клітини. Цим досягається стабільність форми й об’єму клітини, а також можливість зміни форми, руху органел і клітини.
Функції цитоскелета.
1. Підтримка об’єму і форми клітин. Основну роль у цьому відіграє фібрилярна сітка, що вкриває зсередини мембрану (кортекс). Ця сітка спеціальним білком (анкерін) прикріплена до цитолеми. До цієї сітки приєднані нитки мікрофіламєнтів і мікротрубочок, що значною мірою стабілізує форму клітини.
2. Зміна форми клітин. Система білкових фібрил здатна до скорочення або розтягування. За рахунок цього може відбуватися зміна форми клітин (наприклад, формування псевдоподій у лейкоцитах).
3. Пересування органел і транспортних везикул. Фібрили цитоскелета прикріплені до клітинних органел. Це стабілізує їхнє положення в цитоплазмі. З іншого боку, зміна довжини фібрил призводить до переміщення клітинних структур.
4. Утворення мультиферментних компонентів. У місцях переплетення кількох фібрил цитоскелета створюються сприятливі умови для розміщення комплексу ферментативних білків. Це забезпечує структурнуєдність ферментів та певний метаболічний процес.
5. Завдяки наявності щільної сітки мікрофібрил цитозоль набуває певної структури, що сприяє координованому розміщенню комплексів ферментів. Цим досягається інтеграція всієї цитоплазми — об’єднання в єдине ціле.
6. Утворення веретена поділу під час мітозу. Веретено поділу утворене сіткою мікротрубочок, що «збираються» за участі центріоль і чітко впорядковано розташовуються в цитозолі.
7. Утворення ворсинок і джгутиків у найпростіших.
8. Утворення міжклітинних контактів (десмосом). Десмосоми — структури цитоплазматичних мембран, що належать одночасно двом сусіднім клітинам. Зв’язування клітин відбувається завдяки мікрофіламентам, що проникають через десмосому з однієї клітини в іншу.
9. Забезпечення скорочувальної функції м’язових волокон. Актинові філаменти є однією з головних частин скорочувального актиноміозинового комплексу.
Циклоз. Цитоплазма перебуває в постійному русі, чим забезпечується транспорт речовин до різних ділянок клітини. Рух цитоплазми — універсальній параметр всіх живих клітин. Він забезпечує структурну організацію живої клітини, її енергетичний обмін, веде до збалансованого розповсюдження попередників біосинтезу, продуктів біогенезу, впливає на мембранні потоки. Рух цитоплазми відбувається шляхом коливання, струменевого спрямування, колового руху, фонтануючого руху та ін.
Рибосоми. Рибосоми (від лат. ribes — потік, струмінь і грец. осоцй — тіло) — невеликі гранулоподібні сферичні тільця, розміром від 15 до 35 нм. Рибосоми складаються із двох субодиниць, розташовані в цитоплазматичному матриксі або зв’язані з мембранами ендоплазматичної сітки .
 

Клітина еукаріотів: 1 — рибосоми
Субодиниці рибосом утворюються в ядерці, а потім через ядерні пори окремо одна від одної надходять до цитоплазми. їх кількість у цитоплазмі залежить від синтетичної активності клітини і може складати від сотні до кількох тисяч на одну клітину, їх функцією є синтез білків.
Найбільша кількість рибосом виявлена в клітинах, що інтенсивно синтезують білки. Ці органели зустрічаються також у мітохондріальному матриксі й хлоропластах.
Рибосоми будь-яких організмів — від бактерій до ссавців — характеризуються подібністю структури і складу. Кожна субодиниця складається з кількох різновидів молекул рРНК і десятків різновидів білків, приблизно в однаковій пропорції. Маленька і велика субодиниці знаходяться в цитоплазмі окремо одна від одної, доки не беруть участі в білковому синтезі. Вони об’єднуються одна з одною і з молекулою ІРНК за необхідності синтезу і знову роз’єднуються з припиненням процесу. Якщо з однією молекулою ІРНК з’єднуються кілька рибосом, то утворюються полісоми, що містять від 5 до 70 рибосом.
Клітинний центр (центросома) — органела, що складається з двох дрібних утворень: центріоль і променевої сфери навколо них. За допомогою електронного мікроскопа встановлено, що кожна центріоля — це циліндричне тільце довжиною 0, 3-0, 5 мкм і діаметром близько 0, 15 мкм. Стінки циліндра складаються з 9 пар паралельно розташованих мікротрубочок, що утворені білками. Центріолі розміщуються перпендикулярно одна до одної.
Клітина еукаріотів: 1 — центросома.

Смотрите также  Эволюционная теория Ч. Дарвина

Активна роль клітинного центра виявляється при поділі клітини. Центріолі подвоюються і розходячись у протилежні боки, формують полюси клітини, що ділиться. Зазначені структури утворюють веретено поділу. Центріолі беруть участь в утворенні мікротрубочок цитоскелета. Вони також формують базальне тіло, що лежить в основі джгутиків.
Мікротрубочки і мікрофіламенти. Мікротрубочки і мікрофіламенти — це немембранні органели, які побудовані з скоротливих білків (тубуліну, актину, міозину тощо). Мікротрубочкициліндричної форми, порожнисті, діаметром 10-25 нм. Вони беруть участь у формуванні веретена поділу, у внутрішньоклітинному транспорті речовин, входять до складу війок, джгутиків, центріоль.
Мікрофіламенти причетні до формування цитоскелета клітини. Розташовані ці органели під плазматичною мембраною. Пучечки мікрофіламентів одним кінцем прикріпляються до мембрани, а іншим — до різних органел, молекул біополімерів. Вони беруть участь у зміні форми клітини, наприклад, під час її руху. У м’язових клітинах пучечки мікрофіламентів розміщені вздовж їхньої осі (волокна актину та міозину).
Включення цитоплазми— це необов’язкові компоненти клітини, що виникають та зникають залежно від активності обміну речовин у клітині
До трофічних включеньналежать краплинки нейтральних жирів, що можуть накопичуватися у цитоплазмі та використовуватися за необхідності Іншим видом трофічних включень є глікоген — полісахарид, який також може відкладатися в гіалоплазмі.
Секреторні включення— зазвичай округлі утворення різних розмірів, що містять біологічно активні речовини, які утворюються в клітинах у процесі життєдіяльності.
Екскреторні включенняне містять будь-яких ферментів або інших активних речовин. Зазвичай це продукти обміну речовин, що підлягають видаленню із клітини.
Пігментні включення— це каротин, пилові частинки, барвники, гемоглобін, меланін. Їх наявність у цитоплазмі може змінювати колір
 

 
Клітини печінки:
1 — включення глікогену (червоне
забарвлення); 2 — клітини
 
Синтез білків – це процес формування складних полімерних послідовностей з амінокислот-мономерів. Білки є основою структури, метаболізму і функціонування клітин. Кожен білок має визначений термін функціонування. За певний термін функціонування (звичайно за кілька годин) білки зношуються й руйнуються клітиною. Таким чином, щоб довгостроково існувати, клітини повинні постійно знову синтезувати ті самі білки. Синтез здійснюється за схемою: ДНК--білок. Інформація, що міститься в ДНК, передається синтезованому білку через РНК. Процес переносу інформації з молекул РНК на упорядковану структуру амінокислот у поліпептидний ланцюг називається трансляцією.
Процес біосинтезу поліпептидного ланцюга на рибосомах по інструкції, записаній в молекулі мРНК у формі генетичного коду, називається синтезом білків.
Для синтезу білків потрібна енергія, наявність достатньої кількості вільних амінокислот, рибосом і комплексу ферментів. Амінокислоти надходять у клітину ззовні, а також утворюються в результаті руйнування власних спрацьованих білків.
Синтез білків здійснюється у такій послідовності: ініціація, елонгація, термінація і модифікація.
У еукаріот синтез білків здійснюється в цитоплазмі, куди крізь ядерні пори надходять мРНК, тРНК і субодиниці рибосом. Процеси транскрипції (синтезу РНК) і трансляції (синтезу поліпептидів) відокремлені ядерною оболонкою, тому вони проходять не одночасно. Перенос інформації з на посередник називається транскрипцією. Це – перший етап біосинтезу. Транскрипція у клітині відбувається в основному під час інтерфази і реалізується у два етапи. Всі молекули ДНК кожної клітини містять інформацію про амінокислотний склад всіх необхідних організму білків. Оскільки ДНК не може переміщюватися до місця синтезу білків у цитоплазму, для того, щоб керувати цим процессом, інформація про структуру білків передається через посередників: молекули мРНК. В ході транскрипції утворюється всі три типи РНК – матрична, транспортна і рибосомна. -полімераза починає синтезувати новий ланцюг з спеціальної послідовності нуклеотидів ДНК – промотора і закінчує його на іншій спеціальній послідовності – термінаторі. У прокаріот швидкість полімеризації при 370С складає приблизно 30-45 нуклеотидів за секунду, тому синтез ланцюга РНК довжиною 5000 нуклеотидів триває біля 3 хвилин. Зчитування спадкової інформації регулюється спеціальними білками. Гістонові білки не тільки забезпечують структурну організацію хроматину, але є репресорами, тому що перешкоджають зчитуванню генетичної інформації. Початок зчитування інформації пов’язано зі звільненням визначеної ділянки ланцюга ДНК (гена) від гістонів. Цей процес здійснюється з допомогою спеціальних білків, які прикріплюються до визначених ділянок ланцюга ДНК. Вони фосфорилюються і отримують негативний заряд, завдяки чому сполучаються з позитивно зарядженими гістонами і від’єднують їх з нитки ДНК. Ген стає доступним для ферментів транскрипції.

Смотрите также  Протопласт

Мал. 1.2.13. Схема транскрипції
Транскрипція складається з багатьох молекулярних процесів, які умовно поділяють на такі етапи: ініціація, елонгація, термінація. Ініціаціядля початку транскрипції необхідний молекулярний сигнал з цитоплазми. Після його отримання фермент геліказа, як це буває під час реплікації, зв’язується з і розриває водневі зв’язки між азотистими основами паралельних ланцюгів. Ініціює процес транскрипції фермент -полімераза, що зв’язується з промоторною ділянкою ДНК, а потім забезпечує утворення молекули РНК. Елонгація– ріст молекули РНК у довжину по мірі просування ферменту уздовж нитки ДНК. Тільки одна нитка ДНК функціонує як шаблон (матриця). Матеріалом для синтезу РНК є трифосфати рибонуклеотидів (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ).. Новий ланцюг РНК росте в напрямку 5’→3′ і є комплементарним до матричного ланцюга ДНК. Паралельний ланцюг ДНК є некодуючим. При цьому різні білки чи РНК можуть кодуватися як на одному, так і на іншому ланцюгу ДНК. Процес елонгації вимагає присутності іонів Mg2+ або Mn2+. Транскрипцію каталізує три різних типи РНК-полімераз. Це великі ферменти з четвертинною будовою. Тип 1 синтезує великі рибосомні РНК. Тип 2 транскрибує гени, на яких закодовані поліпептиди. Тип 3 синтезує тРНК і малу рРНК. Термінаціясинтезу РНК здійснюється по досягненню ферментом специфічної нуклеотидної послідовності. З відокремленням полімерази від матричного ланцюга ДНК завершується синтез первинної молекули РНК, або про-РНК. Остання піддається доопрацюванню (процесингу) і переноситися в цитоплазму крізь пори в ядерній оболонці. Одиницю транскрипції – ділянку молекули ДНК від промотора до термінатора — називають транскриптоном. Звільнена від РНК ділянка молекули ДНК знову зв’язується водневими зв’язками з комплементарною їй паралельною. ДНК скручується в спіраль і набуває первинної форми. Значення транскрипції полягає в тому, що при цьому здійснюється перенос інформації з ДНК на РНК в ході першого етапу синтезу білків; транскрипція забезпечує процеси диференціювання, морфогенезу й індивідуального розвитку всіх організмів; вона є етапом контролю метаболізму клітин.
Молекулярні механізми, зв’язані з дозріванням різних типів РНК, називаються процесингом. Вони здійснюються в ядрі перед виходом з ядра в цитоплазму Комплементарною ДНК є тільки молекула – попередниця інформаційної РНК (про-мРНК). Молекули про-мРНК набагато довші, ніж зрілі мРНК. Послідовність азотистих основ у молекулі про-мРНК точно відтворює порядок чергування основ у матричному ланцюгу ДНК. У процесі дозрівання інформаційної РНК у прокаріот відокремлюється тільки кінець молекули, а в еукаріот і деяких вірусів це відбувається складніше. Молекула про-мРНК містить у собі ряд неінформативних ділянок – інтронів. У процесі дозрівання мРНК спеціальні ферменти розпізнають та вирізають інтрони і зшивають інформативні ділянки — екзони. Цей процес називається сплайсингом. Тому послідовність нуклеотидов у зрілої мРНК не тотожна такій в ДНК. Модифікація про-мРНК починається відразу після закінчення її синтезу. На 5′ кінці утворюється кеп, що блокує цей кінець молекули (за рахунок приєднання молекули ГТФ). Утворені кепи забезпечують розпізнавання молекул мРНК малими субодиницями рибосом у цитоплазмі та унеможливлюють вступ їх в зайві біохімічні реакції. Наступним етапом модифікації є видалення частини нуклеотидів на 3′ кінці і приєднання до нього послідовності з 100-200 залишків аденінової кислоти. Це сприяє переміщенню зрілої матриці у цитоплазму. Після цього починається процес видалення інтронів. На них припадає приблизно 80% усієї про-мРНК. Одночасно з видаленням інтронів відбувається ферментативне зшивання екзонів. Сплайсинг – дуже точний процес. Його порушення спричиняє синтез іншого пептиду. Точність вирізання інтронів забезпечується розпізнаванням ферментами сигнальних послідовностей нуклеотидів у молекулі про-мРНК. Значення процесинга полягає в тому, що еукаріотична клітина може ефективно контролювати механізми біосинтезу білків як важливого елементу метаболізму.
Зріла матриця потрапляє в цитоплазму і відразу каталізує субодиниці рибосом для початку трансляції. Рибосоми – це органели, що забезпечують синтез поліпептидів. Вони складаються з великої і малої субодиниць, що містять різні типи рРНК і білки. Різноманітні білки рибосом виконують як структурну, так і каталітичну функцію. Субодиниці утворюються в ядерці, роздільно переходять крізь пори ядра в цитоплазму. Вони знаходяться в цитоплазмі роздільно, доки не залучаються в процес трансляції, а по закінченні процесу дисоціюють. Спершу мала субодиниця зв’язується з мРНК та активованою тРНК. Потім приєднується велика субодиниця, а її специфічні білки-ферменти каталізиують утворення пептидних зв’язків між амінокислотами. Кодони УАА, УАГ і УГА контролюють відділення від рибосоми синтезованого поліпептиду і мРНК. На одному ланцюзі мРНК одночасно може функціонувати багато рибосом. Таке явище називають полісома. Це істотно збільшує ефективність синтезу, тому що одночасно утворюється кілька молекул того самого поліпептида. рРНК створює не тільки каркас рибосоми, але забезпечують точне зв’язування з мРНК. При цьому визначається початок зчитування генетичної інформації з мРНК.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x