Centrul celular: funcții și structură, distribuția informațiilor genetice. Citoplasma. Organoizi

Pe lângă organele sau organele, celula conține incluziuni celulare nepermanente. Se găsește de obicei în citoplasmă, dar poate fi găsit în mitocondrii, nucleu și alte organite.

Tipuri și forme

Incluziunile sunt componente opționale ale unei celule vegetale sau animale care se acumulează în timpul vieții și metabolismului. Incluziunile nu trebuie confundate cu organele. Spre deosebire de organele, incluziunile apar și dispar în structura celulară. Unele dintre ele sunt mici, abia sesizabile, altele sunt mai mari decât organele. Ele pot avea diferite forme și compoziții chimice diferite.

După formă se disting:

• granule;
• cristale;
• cereale;
• picături;
• bulgări.

Orez. 1. Forme de incluziuni.

De scop functional incluziunile sunt împărțite în următoarele grupuri:

• trofice sau acumulative- rezerve de nutrienti (impregnari de lipide, polizaharide, mai rar - proteine);
• secrete- compuși chimici sub formă lichidă care se acumulează în celulele glandulare;
• pigmenti- substanțe colorate care îndeplinesc anumite funcții (de exemplu, hemoglobina transportă oxigenul, melanina colorează pielea);
• excremente- produse de degradare metabolică.

Orez. 2. Pigmenti într-o celulă.

Toate incluziunile sunt produse ale metabolismului intracelular. Unele rămân în cușcă „în rezervă”, altele sunt consumate, iar altele sunt scoase din cușcă în timp.

Structură și funcții

Principalele incluziuni ale celulei sunt grăsimile, proteinele și carbohidrații. Lor scurtă descriere prezentate în tabelul „Structura și funcțiile incluziunilor celulare”.

TOP 4 articolecare citesc împreună cu asta

Incluziuni	Structura	Funcții	Exemple
	Picături mici. Găsit în citoplasmă. La mamifere, picăturile de grăsime sunt localizate în celule adipoase speciale. La plante, majoritatea picăturilor de grăsime se găsesc în semințe	Ele sunt principala sursă de energie; descompunerea a 1 g de grăsime eliberează 39,1 kJ de energie	Celulele țesutului conjunctiv
Polizaharide	Granule de diferite forme și dimensiuni. De obicei stocat în celula animală sub formă de glicogen. Boabele de amidon se acumulează în plante	Dacă este necesar, ele completează lipsa de glucoză și servesc drept rezervă de energie.	Celule din fibre musculare striate, ficat
	Granule sub formă de farfurii, bile, bastoane. Sunt mai puțin frecvente decât lipidele și zaharurile, deoarece Majoritatea proteinelor sunt consumate în timpul metabolismului	Sunt materiale de construcție	Ovul, celule hepatice, protozoare

Într-o celulă vegetală, rolul incluziunilor este jucat de vacuole - organele membranare care acumulează nutrienți. Vacuolele conțin o soluție apoasă cu substanțe organice (săruri) și anorganice (glucide, proteine, acizi etc.). Proteinele pot fi prezente în cantități mici în nucleu. Lipidele sub formă de picături se acumulează în citoplasmă.

Citoplasma(citoplasma) este un sistem coloidal complex format din hialoplasmă, organele membranare și nemembranare și incluziuni.

Hialoplasma (din grecescul hialin - transparent) este un sistem coloidal complex format din diferiți biopolimeri (proteine, acizi nucleici, polizaharide), care este capabil să treacă de la o stare asemănătoare solului (lichid) la un gel și înapoi.

¨Hialoplasma este formată din apă, compuși organici și anorganici dizolvați în ea și o citomatrix, reprezentată de o plasă trabeculară de fibre proteice, de 2-3 nm grosime.

¨Funcția hialoplasmei este ca acest mediu să unească toate structurile celulare și să le asigure interacțiunea chimică între ele.

Majoritatea proceselor de transport intracelular se desfășoară prin hialoplasmă: transferul de aminoacizi, acizi grași, nucleotide și zaharuri. În hialoplasmă există un flux constant de ioni către și dinspre membrana plasmatică, către mitocondrii, nucleu și vacuole. Hialoplasma reprezintă aproximativ 50% din volumul total al citoplasmei.

Organele și incluziuni. Organelele sunt microstructuri permanente și obligatorii pentru toate celulele care asigură îndeplinirea funcțiilor vitale ale celulelor.

În funcție de mărimea lor, organelele sunt împărțite în:

1) microscopic - vizibil la microscop optic;

submicroscopic - distins cu ajutorul unui microscop electronic.

Pe baza prezenței unei membrane în compoziția organelelor, acestea se disting:

1) membrana;

non-membrană.

În funcție de scopul lor, toate organitele sunt împărțite în:

Organele membranare

Mitocondriile

Mitocondriile sunt organite microscopice membranare de uz general.

¨Dimensiuni - grosime 0,5 microni, lungime de la 1 la 10 microni.

¨Forma - ovala, alungita, neregulata.

¨Structură - mitocondria este delimitată de două membrane groase de aproximativ 7 nm:

1)Membrana mitocondrială netedă exterioară(membrana mitocondrialis externa), care separă mitocondria de hialoplasmă. Are contururi egale si este inchisa in asa fel incat sa reprezinte o geanta.

Membrana mitocondrială internă(memrana mitocondrialis interna), care formează excrescențe, pliuri (cristae) în interiorul mitocondriilor și limitează conținutul intern al mitocondriilor - matricea. Interior mitocondriile sunt umplute cu o substanță densă în electroni numită matrice

Matricea are o structură cu granulație fină și conține fire subțiri de 2-3 nm grosime și granule cu dimensiunea de aproximativ 15-20 nm. Catenele sunt molecule de ADN, iar granulele mici sunt ribozomi mitocondriali.

¨Funcțiile mitocondriilor

1. Sinteza și acumularea de energie sub formă de ATP are loc ca urmare a proceselor de oxidare a substraturilor organice și de fosforilare a ATP. Aceste reacții apar cu participarea enzimelor ciclului acidului tricarboxilic localizate în matrice. Membranele cristei au sisteme pentru transportul suplimentar de electroni și fosforilarea oxidativă asociată (fosforilarea ADP la ATP).

2. Sinteza proteinelor. Mitocondriile din matricea lor au un sistem autonom de sinteză a proteinelor. Acestea sunt singurele organite care au propriile lor molecule de ADN fără proteine ​​histonice. În matricea mitocondrială are loc și formarea ribozomilor, care sintetizează o serie de proteine ​​care nu sunt codificate de nucleu și sunt folosite pentru a-și construi propriile sisteme enzimatice.

3. Reglarea metabolismului apei.

Lizozomi

Lizozomii (lizozomii) sunt organite submicroscopice membranare de uz general.

¨Dimensiuni - 0,2-0,4 microni

¨Formă - ovală, mică, sferică.

¨Structură - lizozomii conțin enzime proteolitice (se cunosc mai mult de 60) care sunt capabile să descompună diverși biopolimeri. Enzimele sunt situate într-un sac membranar închis, ceea ce le împiedică să intre în hialoplasmă.

Există patru tipuri de lizozomi:

lizozomi primari;

Secundar (heterofagozomi, fagolizozomi);

Autofagozomi

Corpuri reziduale.

Lizozomi primari- sunt mici vezicule membranare de 0,2-0,5 µm, umplute cu o substanță nestructurată care conține enzime hidrolitice în stare inactivă (marker - fosfatază acidă).

Lizozomi secundari(heterofagozomi) sau vacuole digestive intracelulare, care se formează prin fuziunea lizozomilor primari cu vacuolele fagocitare. Enzimele lizozomului primar încep să intre în contact cu biopolimerii și să îi descompună în monomeri. Acestea din urmă sunt transportate prin membrană în hialoplasmă, unde sunt reciclate, adică incluse în diverse procesele metabolice.

Autofagozomi (autolizozomi)– se găsesc constant în celulele protozoarelor, plantelor și animalelor. După morfologia lor, sunt clasificați ca lizozomi secundari, dar cu diferența că aceste vacuole conțin fragmente sau chiar structuri citoplasmatice întregi, cum ar fi mitocondriile, plastidele, ribozomii și granulele de glicogen.

Corpuri reziduale(telolyzosome, corpusculum residuale) - sunt reziduuri nedigerate înconjurate de o membrană biologică, nu conțin număr mare enzime hidrolitice, în care conținutul este compactat și rearanjat. Adesea, în corpurile reziduale, are loc structurarea secundară a lipidelor nedigerate, iar acestea din urmă formează structuri stratificate. Există, de asemenea, o depunere de substanțe pigmentare - un pigment de îmbătrânire care conține lipofuscină.

¨Funcția - digestia macromoleculelor biogene, modificarea produselor sintetizate de celulă cu ajutorul hidrolazelor.

Citoplasma se numește mediul intern al corpului deoarece se mișcă constant și mișcă toate componentele celulare. Citoplasma suferă în mod constant procese metabolice și conține toate substanțele organice și non-organice.

Structura

Citoplasma constă dintr-o parte lichidă permanentă - hialoplasmă și elemente care se schimbă - organite și incluziuni.

Organelele citoplasmatice sunt împărțite în membrană și non-membrană, acestea din urmă pot fi la rândul lor cu membrană dublă sau cu membrană simplă.

1. Organele nemembranare: ribozomi, vacuole, centrozomi, flageli.
2. Organele cu membrană dublă: mitocondrii, plastide, nucleu.
3. Organele cu o singură membrană: aparat Golgi, lizozomi, vacuole, reticul endoplasmatic.

De asemenea, componentele citoplasmei includ incluziuni celulare, prezentate sub formă de picături de lipide sau granule de glicogen.

Principalele caracteristici ale citoplasmei:

• Incolor;
• elastic;
• mucos-vâscos;
• structurat;
• mobil.

Partea lichidă a citoplasmei diferă în compoziția sa chimică în celule de diferite specializări. Substanța principală este apa de la 70% la 90%, de asemenea, conține proteine, carbohidrați, fosfolipide, oligoelemente și săruri.

Echilibrul acido-bazic este menținut la 7,1–8,5 pH (uşor alcalin).

Citoplasma, atunci când este studiată la o mărire mare a unui microscop, nu este un mediu omogen. Există două părți - una este situată la periferie în zona plasmalemei (ectoplasma), celălalt este aproape de miez (endoplasmă).

Ectoplasmă servește drept legătură cu mediu, fluidul intercelular și celulele învecinate. Endoplasmă- Aceasta este locația tuturor organitelor.

Structura citoplasmei conține elemente speciale - microtubuli și microfilamente.

Microtubuli– organele nemembranare necesare mișcării organitelor în interiorul celulei și formării citoscheletului. Tubulina proteică globulară este principalul bloc de construcție pentru microtubuli. O moleculă de tubulină nu depășește 5 nm în diametru. În acest caz, moleculele sunt capabile să se combine între ele, formând împreună un lanț. 13 astfel de lanțuri formează un microtubul cu un diametru de 25 nm.

Moleculele de tubulină sunt în mișcare constantă pentru a forma microtubuli dacă celula este expusă factori nefavorabili, procesul este întrerupt. Microtubulii sunt scurtați sau complet denaturați. Aceste elemente ale citoplasmei sunt foarte importante în viața celulelor vegetale și bacteriene, deoarece participă la structura membranelor lor.

Microfilamente- Acestea sunt organite submicroscopice nemembranare care formează citoscheletul. De asemenea, fac parte din aparatul contractil al celulei. Microfilamentele constau din două tipuri de proteine ​​- actină și miozină. Fibrele de actină sunt subțiri de până la 5 nm în diametru, iar fibrele de miozină sunt groase - până la 25 nm. Microfilamentele sunt concentrate în principal în ectoplasmă. Există, de asemenea, filamente specifice care sunt caracteristice unui anumit tip de celulă.

Microtubulii și microfilamentele formează împreună citoscheletul celular, care asigură interconectarea tuturor organitelor și metabolismul intracelular.

Biopolimerii cu greutate moleculară mare sunt, de asemenea, izolați în citoplasmă. Ele sunt combinate în complexe membranare care pătrund în întreg spațiul intern al celulei, determină locația organelelor și delimitează citoplasma de peretele celular.

Caracteristicile structurale ale citoplasmei constau în capacitatea de a-și schimba mediul intern. Poate exista în două stări: semi-lichid ( sol) și vâscos ( gel). Deci, în funcție de influența factorilor externi (temperatură, radiații, solutii chimice), citoplasma se schimbă de la o stare la alta.

Funcții

• umple spațiul intracelular;
• conectează toate elementele structurale ale celulei între ele;
• transportă substanțele sintetizate între organite și în afara celulei;
• stabilește localizarea organelelor;
• este un mediu pentru reacții fizice și chimice;
• responsabil pentru turgența celulară, constanța mediului intern al celulei.

Funcțiile citoplasmei dintr-o celulă depind și de tipul de celulă în sine: vegetală, animală, eucariotă sau procariotă. Dar în toate celulele vii, în citoplasmă are loc un fenomen fiziologic important - glicoliza. Procesul de oxidare a glucozei, care are loc în condiții aerobe și se termină cu eliberarea de energie.

Mișcarea citoplasmei

Citoplasma este în continuă mișcare, această caracteristică este de mare importanță în viața celulei. Datorită mișcării, procesele metabolice în interiorul celulei și distribuția elementelor sintetizate între organele sunt posibile.

Biologii au observat mișcarea citoplasmei în celulele mari, în timp ce monitorizau mișcarea vacuolelor. Microfilamentele și microtubulii, care sunt activați în prezența moleculelor de ATP, sunt responsabile de mișcarea citoplasmei.

Mișcarea citoplasmei arată cât de active sunt celulele și cât de capabile sunt acestea de supraviețuire. Acest proces depinde de influente externe, prin urmare, cele mai mici modificări ale factorilor din jur o opresc sau o accelerează.

Rolul citoplasmei în biosinteza proteinelor. Biosinteza proteinelor se realizează cu participarea ribozomilor, care sunt localizați direct în citoplasmă sau pe ER granular. De asemenea, prin porii nucleari, ARNm intră în citoplasmă, care poartă informații copiate din ADN. Exoplasma conține aminoacizii necesari pentru sinteza proteinelor și enzime care catalizează aceste reacții.

Tabel rezumativ al structurii și funcțiilor citoplasmei

Elemente structurale	Structura	Funcții
Ectoplasmă	Strat dens de citoplasmă	Oferă conexiune cu mediul extern
Endoplasmă	Strat mai fluid de citoplasmă	Localizarea organelelor celulare
Microtubuli	Construit dintr-o proteină globulară - tubulină cu un diametru de 5 nm, care este capabilă de polimerizare	Responsabil cu transportul intracelular
Microfilamente	Compus din fibre de actină și miozină	Formați citoscheletul, mențineți legăturile între toate organitele

Eucariotele includ regnurile plantelor, animalelor și ciupercilor.

Caracteristicile de bază ale eucariotelor.

1. Celula este împărțită în citoplasmă și nucleu.
2. Cea mai mare parte a ADN-ului este concentrat în nucleu. ADN-ul nuclear este responsabil pentru majoritatea proceselor de viață ale celulei și pentru transmiterea eredității la celulele fiice.
3. ADN-ul nuclear este împărțit în catene care nu sunt închise în inele.
4. Catenele de ADN sunt alungite liniar în interiorul cromozomilor și sunt clar vizibile în timpul mitozei. Setul de cromozomi din nucleele celulelor somatice este diploid.
5. A fost dezvoltat un sistem de membrane externe și interne. Cele interne împart celula în compartimente separate - compartimente. Ia parte la formarea organelelor celulare.
6. Există multe organele. Unele organele sunt înconjurate de o membrană dublă: nucleu, mitocondrii, cloroplaste. În nucleu, împreună cu membrana și sucul nuclear, se găsesc nucleolul și cromozomii. Citoplasma este reprezentată de substanța principală (matrice, hialoplasmă) în care sunt distribuite incluziunile și organitele.
7. Un număr mare de organite sunt limitate de o singură membrană (lizozomi, vacuole etc.)
8. Într-o celulă eucariotă se disting organele de importanță generală și specială. De exemplu: sens general– nucleu, mitocondrii, EPS etc.; de o semnificație deosebită sunt microvilozitățile suprafeței de absorbție a celulei epiteliale intestinale, cilii epiteliului traheei și bronhiilor.
9. Mitoza este un mecanism caracteristic de reproducere în generații de celule similare genetic.
10. Caracteristic procesului sexual. Se formează celulele sexuale adevărate - gameți.
11. Nu este capabil să fixeze azotul liber.
12. Respirația aerobă are loc în mitocondrii.
13. Fotosinteza are loc în cloroplaste care conțin membrane, care sunt de obicei dispuse în grana.
14. Eucariotele sunt reprezentate prin forme unicelulare, filamentoase și cu adevărat multicelulare.

Principalele componente structurale ale unei celule eucariote

organoizi

Miez. Structură și funcții.

O celulă are nucleu și citoplasmă. Nucleul celular constă dintr-o membrană, suc nuclear, nucleol și cromatină. Rol funcțional invelis nuclear constă în izolarea materialului genetic (cromozomilor) unei celule eucariote din citoplasmă cu numeroasele sale reacții metabolice, precum și în reglarea interacțiunilor bilaterale dintre nucleu și citoplasmă. Învelișul nuclear este format din două membrane separate printr-un spațiu perinuclear (perinuclear). Acesta din urmă poate comunica cu tubii reticulului citoplasmatic.

Învelișul nuclear este pătruns de un por cu diametrul de 80-90 nm. Regiunea porilor sau complexul de pori cu un diametru de aproximativ 120 nm are o anumită structură, ceea ce indică un mecanism complex de reglare a mișcărilor nuclear-citoplasmatice ale substanțelor și structurilor. Numărul de pori depinde de starea funcțională a celulei. Cu cât activitatea sintetică în celulă este mai mare, cu atât numărul acestora este mai mare. Se estimează că la vertebratele inferioare din eritroblaste, unde hemoglobina se formează și se acumulează intens, există aproximativ 30 de pori pe 1 μm 2 de membrana nucleară. În eritrocitele mature ale acestor animale, care își păstrează nucleul, rămân până la cinci pori la 1 µg de membrană, adică. de 6 ori mai putin.

În zona complexului de pene așa-numitul placă densă - stratul proteic care stă la baza întregii membrane interioare a învelișului nuclear. Această structură îndeplinește în primul rând o funcție de susținere, deoarece în prezența sa forma nucleului este păstrată chiar dacă ambele membrane ale învelișului nuclear sunt distruse. De asemenea, se presupune că legătura regulată cu substanța laminei dense favorizează aranjarea ordonată a cromozomilor în nucleul de interfază.

Baza suc nuclear, sau matrice, alcătuiesc proteinele. Seva nucleară formează mediul intern al nucleului și, prin urmare, joacă un rol important în asigurarea funcționării normale a materialului genetic. Sucul nuclear conține filamentos, sau fibrilare, proteine, cu care este asociată îndeplinirea funcţiei de suport: matricea conţine şi produşii primari de transcripţie ai informaţiei genetice - ARN heteronucleari (ARN-hn), care sunt procesaţi şi aici, transformându-se în m-ARN (vezi 3.4.3.2).

Nucleol reprezintă structura în care are loc formarea și maturizarea ribozomal ARN (ARNr). Genele ARNr ocupă anumite secțiuni (în funcție de tipul de animal) ale unuia sau mai multor cromozomi (la om există 13-15 și 21-22 de perechi) - organizatori nucleolari, în zona cărora se formează nucleoli. Astfel de zone din cromozomii metafazici arată ca îngustari și sunt numite constricții secundare. CU Folosind un microscop electronic, componentele filamentoase și granulare sunt identificate în nucleol. Componenta filamentoasă (fibrilară) este reprezentată de complexe de proteine ​​și molecule precursoare gigantice de ARN, din care apoi se formează molecule mai mici de ARNr matur. În timpul procesului de maturare, fibrilele sunt transformate în boabe de ribonucleoproteină (granule), care reprezintă componenta granulară.

Structuri cromatinei sub formă de aglomerări,împrăștiate în nucleoplasmă, sunt o formă interfazică de existență a cromozomilor celulari

citoplasma

ÎN citoplasma distinge între substanța principală (matrice, hialoplasmă), incluziuni și organele. Substanța de bază a citoplasmei umple spațiul dintre plasmalemă, învelișul nuclear și alte structuri intracelulare. Un microscop electronic obișnuit nu dezvăluie niciunul organizare internă. Compoziția proteică a hialoplasmei este diversă. Cele mai importante proteine ​​sunt reprezentate de enzimele de glicoliză, metabolismul zaharurilor, bazele azotate, aminoacizii și lipidele. O serie de proteine ​​hialoplasmatice servesc ca subunități din care sunt asamblate structuri precum microtubuli.

Substanța principală a citoplasmei formează adevăratul mediu intern al celulei, care unește toate structurile intracelulare și asigură interacțiunea lor între ele. Performanța unei funcții de unificare și de schelă de către matrice poate fi asociată cu o rețea microtrabeculară, detectată cu ajutorul unui microscop electronic de mare putere, formată din fibrile subțiri de 2-3 nm grosime și care pătrund în întreaga citoplasmă. O cantitate semnificativă de mișcare intracelulară a substanțelor și structurilor are loc prin hialoplasmă. Substanța principală a citoplasmei ar trebui să fie considerată în același mod ca un sistem coloidal complex capabil să treacă de la o stare asemănătoare solului (lichid) la o stare asemănătoare gelului. În procesul unor astfel de tranziții, se lucrează. Pentru semnificația funcțională a unor astfel de tranziții, vezi secțiunea. 2.3.8.

Incluziuni(Fig. 2.5) sunt numite componente relativ instabile ale citoplasmei care servesc drept rezervă nutrienti(grăsimi, glicogen), produse de îndepărtat din celulă (granule de secreție), substanțe de balast (unii pigmenți).

Organele - Acestea sunt structuri permanente ale citoplasmei care îndeplinesc funcții vitale în celulă.

Organelele sunt izolate sens generalŞi special. Acestea din urmă sunt prezente în cantități semnificative în celulele specializate să îndeplinească o anumită funcție, dar în cantități mici pot fi întâlnite și în alte tipuri de celule. Acestea includ, de exemplu, microvilozități ale suprafeței de absorbție a celulei epiteliale intestinale, cilii epiteliului traheei și bronhiilor, vezicule sinaptice, substanțe transportoare care transportă excitația nervoasă de la o celulă nervoasă la alta sau o celulă a organului de lucru, miofibrile de care depinde contractia musculara. O examinare detaliată a organitelor speciale face parte din cursul de histologie.

Organelele de importanță generală includ elemente ale sistemului tubular și vacuolar sub forma unui reticul citoplasmatic aspru și neted, un complex lamelar, mitocondrii, ribozomi și polizomi, lizozomi, peroxizomi, microfibrile și microtubuli, centrioli ai centrului celular. Celulele vegetale conțin și cloroplaste, în care are loc fotosinteza.

KanaltsevayaŞi sistemul vacuolar format din cavități comunicante sau separate tubulare sau turtite (cisternă), delimitate de membrane și răspândite în întreaga citoplasmă a celulei. Adesea, tancurile au expansiuni asemănătoare cu bule. În sistemul numit există stare brutăŞi reticul citoplasmatic neted(vezi Fig. 2.3) O caracteristică structurală a rețelei brute este atașarea polizomilor la membranele sale. Din această cauză, îndeplinește funcția de a sintetiza o anumită categorie de proteine ​​care sunt preponderent îndepărtate din celulă, de exemplu, secretate de celulele glandei. În zona rețelei brute, are loc formarea proteinelor și lipidelor membranelor citoplasmatice, precum și asamblarea acestora. Cisternele rețelei brute, împachetate dens într-o structură stratificată, sunt locurile celei mai active sinteze de proteine ​​și sunt numite ergastoplasma.

Membranele reticulului citoplasmatic neted sunt lipsite de polizomi. Din punct de vedere funcțional, această rețea este asociată cu metabolismul carbohidraților, grăsimilor și altor substanțe non-proteice, cum ar fi hormonii steroizi (în gonade, cortexul suprarenal). Substanțele, în special materialul secretat de celulele glandulare, sunt transportate prin tubuli și cisterne de la locul de sinteză până la zona de ambalare în granule. În zonele celulelor hepatice bogate în structuri de rețea netede, substanțele toxice nocive și unele medicamente (barbiturice) sunt distruse și neutralizate. În veziculele și tubii rețelei netede a mușchilor striați sunt stocați (depuși) ionii de calciu, care joacă un rol important în procesul de contracție.

Ribozom - este o particulă de ribonucleoproteină rotundă cu un diametru de 20-30 nm. Este format din subunități mici și mari, a căror combinație are loc în prezența ARN-ului mesager (ARNm). O moleculă de ARNm leagă de obicei mai mulți ribozomi împreună ca un șir de margele. Această structură se numește polizom. Polizomii sunt localizați liber în substanța principală a citoplasmei sau atașați de membranele reticulului citoplasmatic aspru. În ambele cazuri, ele servesc ca un loc al sintezei proteinelor active. Compararea raportului dintre numărul de polizomi liberi și atașați la membrană în celulele embrionare nediferențiate și tumorale, pe de o parte, și în celulele specializate ale unui organism adult, pe de altă parte, a condus la concluzia că proteinele se formează pe polizomii hialoplasmei. pentru nevoile proprii (pentru uz „acasă”) ale unei anumite celule, în timp ce pe polizomii rețelei granulare sunt sintetizate proteine ​​care sunt îndepărtate din celulă și utilizate pentru nevoile organismului (de exemplu, enzime digestive, lapte matern proteine).

Complexul lamelar Golgi format dintr-o colecție de dictiozomi numărând de la câteva zeci (de obicei aproximativ 20) până la câteva sute și chiar mii per celulă.

Dictiosom(Fig. 2.6, O) este reprezentată de un teanc de 3-12 cisterne turtite în formă de disc, de pe marginile cărora sunt dantelate vezicule (vezicule). Limitată la o anumită zonă (locală) expansiunea rezervoarelor dă naștere la vezicule mai mari (vacuole). În celulele diferențiate ale vertebratelor și ale oamenilor, dictiozomii sunt de obicei colectați în zona perinucleară a citoplasmei. În complexul lamelar se formează vezicule secretoare sau vacuole, al căror conținut sunt proteine ​​și alți compuși care trebuie îndepărtați din celulă. În acest caz, precursorul secreției (prosecret), care intră în dictiozom din zona de sinteză, suferă în ea unele transformări chimice. De asemenea, este izolat (segregat) sub formă de „porțiuni”, care sunt, de asemenea, acoperite cu o înveliș de membrană. Lizozomii se formează în complexul lamelar. Dictiosomii sintetizează polizaharidele, precum și complexele acestora cu proteine ​​(glicoproteine) și grăsimi (glicolipide), care pot fi apoi găsite în glicocalixul membranei celulare.

Învelișul mitocondrial este format din două membrane care diferă ca compoziție chimică, set de enzime și funcții. Membrana interioară formează invaginări în formă de frunză (cristae) sau tubulare (tubuli). Spațiul delimitat de membrana interioară este matrice organele. Folosind un microscop electronic, în el sunt detectate boabe cu un diametru de 20-40 nm. Acestea acumulează ioni de calciu și magneziu, precum și polizaharide precum glicogenul.

Matricea conține aparatul de biosinteză a proteinelor propriu al organelului. Este reprezentat de 2 copii ale unei molecule de ADN circulare lipsite de histone (ca la procariote), ribozomi, un set de ARN de transfer (ARNt), enzime pentru replicarea ADN-ului, transcrierea și traducerea informațiilor ereditare. În ceea ce privește proprietățile sale de bază: dimensiunea și structura ribozomilor, organizarea propriului material ereditar, acest aparat este similar cu cel al procariotelor și diferă de aparatul de biosinteză a proteinelor din citoplasma unei celule eucariote (ceea ce confirmă simbioza). ipoteza originii mitocondriilor, vezi § 1.5. Genele propriului ADN codifică secvențele de nucleotide ARNr și ARNt mitocondriale, precum și secvențele de aminoacizi ale unor proteine ​​ale organelului, în principal membrana internă. Secvențele de aminoacizi (structura primară) ale majorității proteinelor mitocondriale sunt codificate în ADN-ul nucleului celulei și se formează în afara organelelor din citoplasmă.

Funcția principală a mitocondriilor este extragerea enzimatică a energiei din anumite substanțe chimice (prin oxidarea lor) și stocarea energiei într-o formă utilizabilă biologic (prin sintetizarea moleculelor de adenozin trifosfat -ATP). În general, acest proces se numește oxidativ(desființare. Componentele matricei și membrana interioară participă activ la funcția energetică a mitocondriilor. Cu această membrană sunt asociate lanțul de transport de electroni (oxidarea) și ATP sintetaza, care catalizează fosforilarea asociată oxidării ADP în ATP. Printre funcțiile secundare ale mitocondriilor se numără participarea la sinteza hormonilor steroizi și a unor aminoacizi (glutamic).

Lizozomi(Fig. 2.6, ÎN) sunt bule cu un diametru de obicei de 0,2-0,4 μm, care conțin un set de enzime hidrolaze acide care catalizează descompunerea hidrolitică (în mediu apos) a acizilor nucleici, proteinelor, grăsimilor și polizaharidelor la valori scăzute ale pH-ului. Învelișul lor este format dintr-o singură membrană, uneori acoperită la exterior cu un strat proteic fibros (în modelele de difracție a electronilor există bule „mărginite”). Funcția lizozomilor este digestia intracelulară a oazei compuși chimici si structuri.

Lizozomi primari(diametru 100 nm) se numesc organele inactive, secundar - organele în care are loc procesul de digestie. Din cei primari se formează lizozomii secundari. Ele sunt împărțite în heterolizozomi(fagolizozomi) și autolizozomi(citolizozomi). În primul rând (Fig. 2.6, G) materialul care intră în celulă din exterior este digerat prin pinocitoză și fagocitoză, iar în al doilea rând, structurile proprii ale celulei, care și-au îndeplinit funcția, sunt distruse. Se numesc lizozomi secundari, în care procesul de digestie este încheiat corpuri reziduale(telolizozomi). Le lipsesc hidrolazele și conțin material nedigerat.

Microcorpii formează un grup colectiv de organite. Acestea sunt vezicule cu un diametru de 0,1-1,5 μm limitate de o membrană cu o matrice cu granulație fină și adesea incluziuni de proteine ​​cristaloide sau amorfe. Acest grup include, în special, peroxizomii. Conțin enzime oxidază care catalizează formarea peroxidului de hidrogen, care, fiind toxic, este apoi distrus prin acțiunea enzimei peroxidază. Aceste reacții sunt implicate în diferite cicluri metabolice, de exemplu în schimbul de acid uric în celulele hepatice și renale. Într-o celulă hepatică, numărul de peroxizomi ajunge la 70-100.

Organelele de importanță generală includ și unele structuri permanente ale citoplasmei, lipsite de membrane. Microtubuli(Fig. 2.6, D) - formațiuni tubulare de diferite lungimi, cu un diametru exterior de 24 nm, o lățime a lumenului de 15 nm și o grosime a peretelui de aproximativ 5 nm. Se găsesc în stare liberă în citoplasma celulelor sau ca elemente structurale ale flagelilor, cililor, fusurilor mitotice și centriolilor. Microtubulii liberi și microtubulii cililor, flagelilor și centriolilor au rezistență diferită la influențe distructive, de exemplu chimice (colchicină). Microtubulii sunt construiți din subunități proteice stereotipe prin polimerizarea lor. Într-o celulă vie, procesele de polimerizare au loc simultan cu procesele de depolimerizare. Raportul dintre aceste procese determină numărul de microtubuli. În stare liberă, microtubulii îndeplinesc o funcție de susținere, determinând forma celulelor și sunt, de asemenea, factori în mișcarea direcțională a componentelor intracelulare.

Microfilamente(Fig. 2.6, E) sunt numite structuri lungi, subțiri, uneori formând mănunchiuri și se găsesc în întreaga citoplasmă. Sunt mai multe diferite tipuri microfilamente. Microfilamente de actină datorită prezenței proteinelor contractile (actină) în ele, acestea sunt considerate structuri care asigură forme celulare de mișcare, de exemplu, amoeboid. Ei sunt, de asemenea, creditați cu un rol de schelă și participarea la organizarea mișcărilor intracelulare ale organitelor și zonelor de hialoplasmă.

De-a lungul periferiei celulelor sub plasmalemă, precum și în zona perinucleară, se găsesc mănunchiuri de microfilamente groase de 10 nm - filstens intermediari.În celulele epiteliale, nervoase, gliale, musculare, fibroblaste, acestea sunt construite din diferite proteine. Filamentele intermediare îndeplinesc aparent o funcție mecanică, de schelă.

Microfibrilele de actină și filamentele intermediare, precum microtubulii, sunt construite din subunități. Din acest motiv, cantitatea lor depinde de raportul dintre procesele de polimerizare și depolimerizare.

Caracteristic pentru celulele animale, părți de celule vegetale, ciuperci și alge centru celular, care conţine centrioli. Centriol(la microscop electronic) are aspectul unui cilindru „gol” cu un diametru de aproximativ 150 nm și o lungime de 300-500 nm. Peretele său este format din 27 de microtubuli, grupați în 9 tripleți. Funcția centriolilor include formarea de fire mitotice ale fusului, care sunt, de asemenea, formate din microtubuli. Centriolii polarizează procesul de diviziune celulară, asigurând separarea cromatidelor surori (cromozomii) în anafaza mitozei.

O celulă eucariotă are un schelet celular (citoschelet) de fibre intracelulare (Inele) - începutul secolului XX, redescoperit la sfârșitul anului 1970. Această structură permite celulei să aibă propria sa formă, uneori modificând-o. Citoplasma este în mișcare. Citoscheletul este implicat în procesul de transfer al organelelor și participă la regenerarea celulară.

Mitocondriile sunt formațiuni complexe cu o membrană dublă (0,2-0,7 µm) și forme diferite. Membrana interioară are crestae. Membrana exterioară este permeabilă la aproape toate substanțele chimice, membrana interioară este permeabilă doar la transportul activ. Între membrane se află matricea. Mitocondriile sunt situate acolo unde este nevoie de energie. Mitocondriile au un sistem ribozomal, o moleculă de ADN. Pot apărea mutații (mai mult de 66 de boli). De regulă, ele sunt asociate cu energie ATP insuficientă și sunt adesea asociate cu insuficiență cardiovasculară și patologii. Numărul de mitocondrii este diferit (există 1 mitocondrie într-o celulă tripanozomală). Cantitatea depinde de vârstă, funcție, activitatea țesuturilor (ficat - mai mult de 1000).

Lizozomii sunt corpuri înconjurate de o membrană elementară. Conține 60 de enzime (40 lizozomale, hidrolitice). În interiorul lizozomului există un mediu neutru. Sunt activate de valorile scăzute ale pH-ului, pătrunzând în citoplasmă (autodigestia). Membranele lizozomilor protejează citoplasma și celula de distrugere. Ele se formează în complexul Golgi (stomacul intracelular; pot recicla structurile celulare uzate). Există 4 tipuri. 1-primar, 2-4 – secundar. Prin endocitoză, o substanță intră în celulă. Lizozomul primar (granulă de depozitare) cu un set de enzime absoarbe substanța și se formează o vacuolă digestivă (odată cu digestia completă, se produce descompunerea în compuși cu greutate moleculară mică). Reziduurile nedigerate rămân în corpurile reziduale, care se pot acumula (boli de depozitare lizozomale). Corpurile reziduale care se acumulează în perioada embrionară duc la gargaleism, deformări și mucopolizaharidoze. Lizozomii autofagii distrug structurile proprii ale celulei (structuri inutile). Poate conține mitocondrii, părți ale complexului Golgi. Se formează adesea în timpul postului. Poate apărea atunci când este expus la alte celule (globule roșii).

BAZELE CITOLOGIEI

eu. Principii generale organizarea structurală și funcțională a celulei și a componentelor acesteia. Plasmolema, structura și funcțiile sale.

O celulă este o unitate structurală, funcțională și genetică elementară în cadrul tuturor organismelor vii.

Caracteristici morfologice celula variază în funcție de funcția sa. Procesul în care celulele își dobândesc proprietățile și caracteristicile structurale și funcționale (specializare) - diferențierea celulară. Baza genetică moleculară diferențierea - sinteza mARN-urilor specifice și asupra acestora - proteine ​​specifice.

Celulele de toate tipurile sunt caracterizate de asemănări organizare generalăși structura celor mai importante componente .

Fiecare celulă eucariotă este formată din două componente principale: miezuriŞi citoplasma, limitat membrana celulară (plasmolema).

Citoplasma separat de mediul extern membrana plasmatica si contine:

organele

includere cufundat în

matricea celulară (citosol, hialoplasmă).

Organele – permanent componente ale citoplasmei care au structura caracteristica si specializata in efectuarea anumitor funcțiiîntr-o cușcă.

Incluziuni – nestatornic componente ale citoplasmei formate ca urmare a acumulării de produse metabolice celulare.

MEMBRANA PLASMICA (plasmolema, citolema, membrana celulara exterioara )

Toate celulele organismelor eucariote au o membrană limitativă – plasmalema. Plasmolema joacă un rol bariera selectiva semipermeabila, iar pe de o parte, separă citoplasma de mediul care înconjoară celula și, pe de altă parte, asigură legătura acesteia cu acest mediu.

Funcțiile plasmalemei:

Menținerea formei celulei;

Reglarea transferului de substanțe și particule în și din citoplasmă;

Recunoașterea de către o celulă dată a altor celule și a substanței intercelulare, atașarea la acestea;

Stabilirea contactelor intercelulare și transferul de informații de la o celulă la alta;

Interacțiunea cu moleculele de semnalizare (hormoni, mediatori, citokine) datorită prezenței unor receptori specifici pentru acestea pe suprafața plasmalemei;

Implementarea mișcării celulare datorită conexiunii plasmalemei cu elementele contractile ale citoscheletului.

Structura plasmalemei:

Structura moleculară plasmalema este descrisă ca model mozaic lichid: dublu strat lipidic în care sunt scufundate moleculele proteice (Fig. 1.).

Fig.1.

Grosimea p lasmolema variază de la 7,5 la 10 nm;

Bistrat lipidic este reprezentată predominant de molecule de fosfolipide formate din două lanțuri lungi de acizi grași nepolari (hidrofobe) și un cap polar (hidrofil). În membrană, lanțurile hidrofobe sunt orientate spre interiorul stratului dublu, iar capetele hidrofile sunt orientate spre exterior.

Compoziția chimică membrane plasmatice:

· lipide(fosfolipide, sfingolipide, colesterol);

· proteine;

· oligozaharide, legat covalent de unele dintre aceste lipide și proteine ​​(glicoproteine ​​și glicolipide).

Proteinele plasmatice . Proteinele membranei reprezintă mai mult de 50% din masa membranelor. Ele sunt reținute în bistratul lipidic datorită interacțiunilor hidrofobe cu moleculele lipidice furnizate proprietăți specifice membrane și joacă diferite roluri biologice:

molecule structurale;

enzime;

transportatoare;

receptori.

Proteinele membranare sunt împărțite în 2 grupe: integrale și periferice:

proteinele periferice de obicei situat în afara stratului dublu lipidic și asociat slab cu suprafața membranei;

proteine ​​integrale sunt proteine ​​fie complet (proteine ​​de fapt integrale) fie parțial (proteine ​​semi-integrale) scufundate în stratul dublu lipidic. Unele proteine ​​pătrund complet în întreaga membrană ( proteinele transmembranare); ele furnizează canale prin care moleculele mici solubile în apă și ionii sunt transportate de ambele părți ale membranei.

Proteine ​​distribuite prin membrana celulară mozaic. Lipidele și proteinele membranei nu sunt fixate în membrană, dar au mobilitate: proteinele se pot deplasa în planul membranelor, ca și cum ar „pluti” în grosimea stratului dublu lipidic (ca „aisbergurile într-un „ocean”) lipidic.

Oligozaharide. Lanțurile de oligozaharide asociate cu particule proteice (glicoproteine) sau lipide (glicolipide) pot ieși dincolo de suprafața exterioară a membranei plasmatice și pot forma baza glicocalix, stratul supramembranar, care este dezvăluit la microscopul electronic sub forma unui strat liber de densitate electronică moderată.

Regiunile de carbohidrați dau celulei o sarcină negativă și sunt o componentă importantă a moleculelor specifice - receptori. Receptorii asigură procese atât de importante în viața celulelor precum recunoașterea altor celule și a substanțelor intercelulare, interacțiunile adezive, răspunsul la acțiunea hormonilor proteici, răspunsul imun etc. Glicocalixul este, de asemenea, locul de concentrare a multor enzime, unele din care pot fi formate nu de celula în sine, ci doar se adsorb în stratul de glicocalix.

Transport pe membrană. Plasmolema este locul de schimb de material între celulă și mediul din jurul celulei:

Mecanisme de transport pe membrană (Fig. 2):

Difuzie pasivă;

Difuzare facilitată;

transport activ;

Endocitoza.

Fig.2.

Transport pasiv - acesta este un proces care nu necesită energie, deoarece transferul moleculelor mici solubile în apă (oxigen, dioxid de carbon, apă) și a unor ioni se realizează prin difuzie. Acest proces are specificitate scăzută și depinde de gradientul de concentrație al moleculei transportate.

Transport usor depinde de asemenea de gradientul de concentrație și permite transportul moleculelor hidrofile mai mari, cum ar fi moleculele de glucoză și aminoacizi. Acest proces este pasiv, dar necesită prezența proteinelor purtătoare care au specificitate pentru moleculele transportate.

Transport activ- un proces în care transferul de molecule se realizează folosind proteine ​​purtătoare împotriva gradientului electrochimic. Pentru a realiza acest proces, este nevoie de energie, care este eliberată datorită Defalcarea ATP. Un exemplu de transport activ este pompa de sodiu-potasiu: prin proteina purtătoare Na+-K+-ATPaza, ionii Na+ sunt îndepărtați din citoplasmă, iar ionii K+ sunt transferați simultan în ea.

Endocitoza- procesul de transport al macromoleculelor din spaţiul extracelular în celulă. În acest caz, materialul extracelular este captat în zona de invaginare (invaginare) a plasmalemei, marginile invaginării apoi se închid și astfel se formează veziculă endocitară (endozom),înconjurat de o membrană.

Tipurile de endocitoză sunt (Fig. 3):

pinocitoza,

fagocitoză,

endocitoză mediată de receptor.

Fig.3.

Pinocitoza lichideîmpreună cu substanţe solubile în ea („celula bea”).În citoplasma celulei vezicule de pinocitoză de obicei fuzionează cu lizozomii primari, iar conținutul acestora este procesat intracelular.

Fagocitoză- captarea si absorbtia de catre celula particule dense(bacterii, protozoare, ciuperci, celule deteriorate, unele componente extracelulare).

Fagocitoza este de obicei însoțită de formarea de proeminențe citoplasmatice ( pseudopodia, filopodia), care acoperă material dens. Marginile proceselor citoplasmatice se închid și se formează fagozomii. Fagozomii fuzionează cu lizozomii pentru a forma fagolizozomi, unde enzimele lizozomilor digeră biopolimerii în monomeri.

Endocitoza mediată de receptor. Receptorii pentru multe substanțe sunt localizați pe suprafața celulei. Acești receptori se leagă de liganzi(molecule ale substanței absorbite cu afinitate mare pentru receptor).

Receptorii, în mișcare, se pot acumula în zone speciale numite gropi mărginite. În jurul unor astfel de gropi și cele formate din ele bule mărginite se formează o membrană reticulară, formată din mai multe polipeptide, dintre care principala este proteina clatrina. Veziculele endocitare mărginite transportă complexul receptor-ligand în celulă. Ulterior, după absorbția substanțelor, complexul receptor-ligand este scindat, iar receptorii revin la plasmalemă. Cu ajutorul veziculelor mărginite, sunt transportate imunoglobulinele, factorii de creștere și lipoproteinele cu densitate joasă (LDL).

exocitoză– un proces invers la endocitoză. În acest caz, vezicule exocitotice membranare care conțin produse de sinteză proprie sau nedigerate, substanțe nocive, se apropie de plasmalemă și se îmbină cu ea cu membrana lor, care este înglobată în plasmalemă - conținutul veziculei exocitotice este eliberat în spațiul extracelular.

Transcitoza- un proces care combina endocitoza si exocitoza. Pe o suprafață a celulei se formează o veziculă endocitară, care este transferată pe suprafața opusă a celulei și, devenind o veziculă exocitotică, își eliberează conținutul în spațiul extracelular. Acest proces este caracteristic celulelor care căptușesc vasele de sânge - celule endoteliale, în special în capilare.

În timpul endocitozei, o parte a membranei plasmatice devine o veziculă endocitară; în timpul exocitozei, dimpotrivă, membrana este integrată în plasmalemă. Acest fenomen se numește transportor cu membrană.

II. CITOPLLASMA. Organele. Incluziuni.

Organele– structuri care sunt prezente constant în citoplasmă, au o anumită structură și sunt specializate pentru îndeplinirea anumitor funcții (specifice).într-o cușcă.

Organelele sunt împărțite în:

organele de importanță generală

organite speciale.

Organele de importanță generală sunt prezente în toate celulele și sunt necesare pentru a le asigura funcțiile vitale. Acestea includ:

mitocondrii,

ribozomi

reticul endoplasmatic (RE),

Complexul Golgi