Что такое цитоплазма и какие функции выполняет в клетке

Цитоплазма - это внутренняя жидкая среда клетки, заполняющая пространство между ядром и клеточной мембраной. От правильного функционирования цитоплазмы зависит работа всей клетки в целом. Рассмотрим подробнее, какие же функции выполняет это важнейшее вещество.

Определение цитоплазмы и ее строение

Термин "цитоплазма" был введен в 1863 году немецким ученым Рудольфом фон Келликером и первоначально использовался как синоним понятия "протоплазма" - внутреннее живое вещество клетки. В дальнейшем под цитоплазмой стали понимать содержимое клетки за исключением ядра и некоторых органоидов.

Современное определение цитоплазмы - это полужидкая внутриклеточная среда, состоящая из цитозоля (основного вещества), органоидов и различных включений. Цитоплазма присутствует в клетках всех живых организмов и является обязательным компонентом клетки.

Основные компоненты цитоплазмы:

• Цитозоль (гиалоплазма) - жидкая часть, составляет 60-90% объема.
• Органоиды - специализированные клеточные структуры (митохондрии, рибосомы и др.).
• Включения - запасные вещества и продукты обмена.

Соотношение объема цитоплазмы и других частей клетки может сильно варьироваться. Например, в клетках печени она занимает до 94% объема, а в нейронах - лишь 1/600 часть.

Химический состав цитоплазмы

Основу химического состава цитоплазмы составляет вода - до 90% от объема. Также в ее состав входят органические соединения (белки, жиры, углеводы) и неорганические соли. Конкретные количественные показатели могут варьироваться:

Также в состав цитоплазмы входят нуклеиновые кислоты: ДНК - 0,4%, РНК - 0,7%. В качестве включений могут находиться гликоген, жировые капли и другие соединения.

Структура цитоплазмы

В цитоплазме различают два слоя:

• Эктоплазма - наружный, более плотный слой под клеточной мембраной.
• Эндоплазма - внутренний, менее вязкий слой с органоидами.

Цитоплазма пронизана нитевидными белковыми структурами - цитоскелетом, который придает ей желеобразную структуру. Цитоскелет участвует в движении частиц внутри цитоплазмы.

Цитоплазма часто сравнивается с "затвердевающей жидкостью", которая в состоянии покоя затвердевает, фиксируя структурные компоненты, а при метаболической активности разжижается.

Также цитоплазма разделена на отдельные компартменты мембранами различных органоидов (например, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.), что увеличивает эффективность метаболических процессов.

Метаболическая функция цитоплазмы

Основная роль цитоплазмы - объединение различных органоидов клетки и обеспечение их взаимодействия. Без цитоплазмы органоиды не смогли бы координированно работать. Какие функции в клетке выполняет цитоплазма в метаболизме:

• В цитоплазме протекает большая часть обменных процессов, в том числе синтез белка, гликолиз.
• Она участвует в транспорте и накоплении питательных веществ.
• Цитоплазма выводит из клетки продукты распада, очищаясь от них.

Таким образом цитоплазма поддерживает оптимальные условия для работы ферментов и протекания реакций. Различные органоиды цитоплазмы выполняют в этом свою специфическую роль.

Транспортная и двигательная функции цитоплазмы

Помимо обеспечения метаболизма, цитоплазма играет важную роль в перемещении веществ внутри клетки. Она находится в постоянном движении, которое называется циклозом. Благодаря текучести цитоплазмы происходит транспорт питательных веществ, ионов, ферментов между ядром, органоидами и клеточной мембраной.

Крупные молекулы и органоиды переносятся с помощью цитоскелета - системы микротрубочек и филаментов. Мелкие молекулы перемещаются путем диффузии сквозь жидкую среду цитозоля. Таким образом осуществляется внутриклеточный транспорт.

Поддержание объема и давления клетки

Важная двигательная функция цитоплазмы - поддержание постоянства клеточного объема и внутреннего давления на клеточную мембрану. Это достигается за счет осмотического транспорта воды и ионов через мембрану по градиентам концентрации.

У растительных клеток цитоплазма также участвует в создании тургорного давления за счет накопления осмотически активных веществ внутри вакуоли. Это придает растениям упругость и устойчивость.

Изменение агрегатного состояния цитоплазмы

Благодаря наличию цитоскелета цитоплазма может обратимо менять свою консистенцию от плотного геля до жидкого золя. Это свойство называется тиксотропией. Оно позволяет компонентам цитоплазмы менять свое местоположение при необходимости.

Переход из геля в золь происходит при разрушении микротрубочек цитоскелета. За счет этого повышается подвижность частиц внутри цитоплазмы. Затем цитоскелет вновь формирует структурированную сеть, возвращая цитоплазме желеобразную консистенцию.

Функция опоры и движения клетки

Благодаря наличию разветвленного цитоскелета цитоплазма выполняет функцию скелета клетки, обеспечивая ей опору и форму. Особенно важна эта роль у одноклеточных организмов, способных к активному движению.

Цитоплазма позволяет клетке менять свою форму, например, при движении через поры тканей или капилляры. После прохождения препятствия клетка может восстановить свою исходную форму благодаря цитоплазме. Таким образом она выполняет функцию скелета клетки.

Роль цитоплазмы в межклеточной коммуникации

Кроме внутриклеточных процессов, цитоплазма принимает участие в передаче сигналов между клетками. Она опосредует сигналы от рецепторов плазматической мембраны к компонентам внутри клетки, запуская каскады биохимических реакций.

Также через цитоплазму осуществляется выброс медиаторов, которые улавливаются рецепторами соседних клеток. Этот механизм лежит в основе нервной и эндокринной регуляции организма.