Какие свойства характерны для гиалоплазмы как коллоида
Цитоплазма — один из основных компонентов клетки, который состоит из гиалоплазмы (матрикса), органелл и включений; это внутренняя среда клетки и изменения ее химического состава и ферментативных реакций обеспечивают биологические процессы и реакцию клетки на изменения окружающей среды.
Гиалоплазма цитоплазмы является одним из важнейших компартментов клетки и представляет собой ее истинную внутреннюю среду. Все органеллы и включения взвешены в растворе белков и других веществ, в число которых входят строительные блоки, служащие для построения более крупных молекул. Гиалоплазма — это сложная коллоидная система, включающая в себя различные биополимеры: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и др.
Гиалоплазма может иметь свойства золя или геля. Состояние золя отличается меньшей вязкостью, высокомолекулярные вещества в нем находятся в диспергированном состоянии (коллоид), формируя глобулы. В состоянии геля вязкость увеличивается, усиливаются межмолекулярные взаимодействия, в результате чего формируются макромолекулярные комплексы, часть из которых имеет фибриллярную организацию. Когда гиалоплазма имеет свойства геля, значительно увеличивается «упорядоченность» распределения высокомолекулярных веществ, надмолекулярных комплексов и органелл. Их подвижность резко уменьшается, высокомолекулярные структуры «вязнут» в геле, замедляются процессы циклоза (перемещения веществ и органелл в цитоплазме). Если гиалоплазма вновь возвращается в состояние золя, перемещение высокомолекулярных структур облегчается. Вода, растворенные в ней газы, неорганические ионы, низкомолекулярные органические вещества и в геле, и в золе свободно диффундируют по градиенту концентрации.
В состав гиалоплазмы входят различные белки. Они составляют 20…25 % от общего содержания белков в клетке. Это ферменты, метаболизирующие сахара, азотистые основания, аминокислоты, липиды. В гиалоплазме содержатся ферменты-катализаторы (протеинкиназы), белки-переносчики (транспортные белки). В гиалоплазме происходят непрерывные синтетические и катаболические процессы.
Среди белков выделяют короткоживущие и долгоживущие. Короткоживущие белки постоянно обновляются, и каждая отдельная молекула может существовать считанные минуты. Длительность «жизни» долгоживущих белков может насчитывать десятки минут. Если фермент, который должен находиться в другом компартменте, оказывается в гиалоплазме, например полипептидная цепочка секреторного белка, он тут же разрушается. В гиалоплазме располагаются ферменты, обеспечивающие связывание аминокислот при синтезе белков, тРНК.
В гиалоплазме при участии рибосом и полирибосом (полисом) происходит синтез белков, необходимых для поддержания и обеспечения жизнедеятельности данной клетки. Осмотические и буферные свойства клетки в значительной степени определяются составом и структурой гиалоплазмы. Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в том, что эта полужидкая 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, к ядру и вакуолям. Гиалоплазма является основным вместилищем и зоной перемещения молекул АТФ, в ней откладываются запасные продукты: гликоген, жировые капели, некоторые пигменты.
Свойства гиалоплазмы зависят от активности протеинкиназ, содержания ионов Са2+ и др. В гиалоплазме растворен комплекс ферментов, олигомеров, мономеров, неорганических солей. По содержанию веществ гиалоплазма отличается от межклеточного вещества. Для гиалоплазмы характерно высокое содержание ионов калия по сравнению с натрием, низкий уровень ионов кальция, высокая концентрация гидрокарбоната, реакция содержимого слабощелочная — pH 7,2…7,4.
Гиалоплазма может формировать сеть так называемых микротрабекул (тонких филаментов), поддерживающих форму клетки, контролирующих пространственные взаимоотношения различных структур цитоплазмы. Подобные структуры и их химический состав выяснены у некоторых простейших, но слабо изучены у позвоночных животных.
В гиалоплазме содержатся глобулярные формы тубулинов и актинов, которые легко полимеризуются и распадаются на отдельные глобулярные белки, в зависимости от изменения биохимических свойств матрикса.
Таким образом, гиалоплазма обеспечивает процессы внутриклеточного циклоза, ферментные процессы, анаэробный гликолиз, в ней происходит непрерывная цепь катаболических и анаболических процессов. Анаболизм — процесс полимеризации высокомолекулярных соединений, накопление питательных веществ, восстановление утраченных структур и формирование новых и т. д., протекающий с затратами энергии. Катаболизм — разрушение высокомолекулярных органических соединений до низкомолекулярных органических и неорганических веществ, сопровождающееся образованием энергии.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Гиалоплазма (основная плазма, матрикс цитоплазмы) — основная внутренняя среда клетки, она занимает все пространство между мембранами эндоплазматической сети, органелла-ми, всевозможными включениями и другими структурами. В ней во взвешенном состоянии, находятся рибосомы, микротельца, микротрубочки и различные продукты метаболизма.[ …]
Гиалоплазма —наименее плотная часть клетки, в то время как мембранные системы имеют более плотную структуру. Для гиалоплазмы характерен переход от золя к гелю, т. е. будучи вязкой, она легко разжижается, а затем снова затвердевает, причем состояния эти обратимы: зольч гель.[ …]
Вязкость гиалоплазмы, измеряемая сантипуазами, может существенно изменяться под действием внешних или внутренних факторов (за единицу измерения принята вязкость воды при температуре 20°С). Вязкость цитоплазмы растительной клетки достигает 3;—4 сП. В частности, она зависит от температуры и концентрации: гипотонические растворы вызывают ее понижение, гипертонические — повышение. В процессе митотического деления клетки и при амебоидном движении вязкость ее непрерывно возрастает.[ …]
Плотность гиалоплазмы колеблется в пределах от 1,025 до 1,055. Химический состав ее крайне сложен и представлен органическими и неорганическими веществами. Основные органические вещества — это белки, углеводы, рибонуклеиновые кислоты и жироподобные вещества (липиды). Из простых белков (протеинов) в гиалоплазме содержатся гистоны, протамины, альбумины и глобулины, а из протеидов — липопротеиды, глюкопротеиды и нуклеопротеиды. Большая часть белков относится к глобулярным, меньшая — к фибриллярным структурам. Белки глобулярной формы, способные превращаться в фибриллярные, называются структурными.[ …]
Основная плазма, или гиалоплазма, представляет собой среду, в которую погружены все оргянеллы. • По химическому составу это в осношгом водный коллоидный раствор белков, которые часто обладают ферментативной активностью. Кроме того, в основной плазме в растворенном виде находятся различные неорганические и органические вещества, промежуточные продукты обмепа. Как и всякая коллоидная система, гиалоплазма может переходить из золя в гель и обратно. Под электронным микроскопом видно, что гиалоплазма имеет зернистую, или грапулярную, структуру. По мнению А. Фрей-Вис-слипга, глобулярные белки соединяются в извитые фибриллы. Таким обраиом, фибриллы, или цепочки, состоят как бы из отдельных бусинок (глобулярных белков). В образовании этих цепочек принимают участие разные связи. Это могут быть — Э—Б-мостики, или силы притяжения между кислотными и основными группировками в молекуле белка, гидрофобные взаимодействия и др. Переплетающиеся цепочки белков создают основу структуры гиалоилазмы. В плазме протекают многие важнейшие биохимические процессы, отсюда понятна локализация в ней многих ферментов. Гиалоплазма находится в тесном взаимодействии со всеми погруженными в нее органеллами, через нее осуществляется связь между отдельными органеллами.[ …]
Физико-химические свойства гиалоплазмы обусловлены ее коллоидным характером. Они определяются наличием в ней множества частиц, в совокупности образующих огромную поверхность взаимодействия со средой, что обеспечивает прохождение разнообразных физико-химических процессов. Благодаря силе поверхностного натяжения, возникающей на микроскопическом комочке гиалоплазмы, осуществляется процесс адсорбции— концентрации одного вещества на поверхности другого. В зависимости от увеличения, даваемого микроскопом, гиалоплазма представляется гомогенной или зернистой, гранулированной. Размер гранул близок к размеру макромолекул.[ …]
Из неорганических веществ в гиалоплазме обычно содержится большое количество воды (80—85%), играющей важную роль в жизнедеятельности клетки. Вода гиалоплазмы может находиться в свободном состоянии .(в виде растворителя) и быть связанной водородными связями с полярными группами белковых молекул. Другие неорганические вещества гиалоплазмы содержатся в виде солей или в соединении с белками, аминокислотами, углеводами и липидами. Наибольшее значение в построении гиалоплазмы имеют элементы — кальций, фосфор, калий и сера.[ …]
Эндоплазма состоит из гомогенной гиалоплазмы и включений (гранул), несет пищевые частицы и мелкие вакуоли с экскреторными кристаллами. Подобное желатинизи-рованное состояние обратимо — гель переходит в золь, что можно наблюдать при формировании псевдоподий. Жидкая эндоплазма г.се время находится в движении.[ …]
Центроплазма клеток сине-зеленых водорослей состоит из гиалоплазмы и разнообразных палочек, фибрилл и гранул. Последние представляют собой хроматиновые элементы, которые окрашиваются ядерными красителями. Гиалоплазму и хроматиновые элементы вообще можно считать аналогом ядра, поскольку в этих элементах содержится ДНК; они при делении клеток делятся продольно, и половинки поровну распределяются по дочерним клеткам. Но, в отличие от типичного ядра, в клетках си-не-зеленых водорослей вокруг хроматиновых элементов никогда не удается обнаружить ядерной оболочки и ядрышек. В нем встречаются и рибосомы, содержащие РНК, вакуоли и полифосфатные гранулы.[ …]
Цитоплазматический матрикс. Этот структурный компонент является основным веществом (цитоплазмой, гиалоплазмой) клетки. Первые электронномикроскопические изображения цитоплазмы были получены шведским ученым Ф. Шестрандом еще в 1955 г. Различают эктоплазму — вещество, располагающееся ближе к цитоплазматической мембране (твердое тело) и эндоплазму, отстоящую к центру клетки от эктоплазмы (более жидкое состояние) и представляющую собой цитозоль. Консистенция цитозоля приближается к гелю. В нем растворены многие ферменты и белки, обеспечивающие связывание и транспорт питательных веществ, микроэлементов и кислорода. Здесь же находятся аминокислоты и нуклеотиды, а также различные метаболиты (промежуточные продукты биосинтеза и распада макромолекул). Наконец, в цитозоле присутствуют различные коферменты, а также АТФ, АДФ, ионы ряда неорганических солей (К+, М 2 , Саа+, СГ, НС08-2, НР04-2), тРНК.[ …]
Первый этап расщепления молекулы глюкозы, во время которого она дробится пополам и который протекает в гиалоплазме, дает клетке всего лишь две молекулы АТФ.[ …]
В дифференцирующихся клетках камбия пузырьки Гольджи, приближаясь к поверхности клетки, укрупняются и, образуя выпячивания, захватывают гиалоплазму для растяжения клеточной оболочки и одновременного увеличения поверхности плазма-леммы.[ …]
Часть цитоплазмы, в которую погружены органоиды и которая пока что представляется бесструктурной, называется основным веществом цитоплазмы или гиалоплазмой. Гиалоплазма — это отнюдь не пассивный наполнитель, а активно работающая часть цитоплазмы. В ней протекает ряд жизненно необходимых химических процессов, в ее состав входят многие белки-ферменты, при помощи которых эти процессы осуществляются.[ …]
В клетках растений, как и в клетках простейших и некоторых беспозвоночных животных, аппарат Гольджи представлен в виде диффузной системы. В этом случае он равномерно рассеян в гиалоплазме наподобие плоских цистерн и систем сферических пузырьков различной величины, расположенных по краям этих цистерн. Эти гранулярные компоненты комплекса Гольджи получили название диктиосом (от греч. dictyon — сетка и soma — тело) (рис. 16).[ …]
Клетка простейшего обычно делится на эктоплазму и эндоплазму. Грель (Grell, 1968) полагает, что все структурные образования, наблюдаемые в электронный микроскоп, образуются прямо из гиалоплазмы (Grundplasma).[ …]
Совокупность этих ферментов осуществляет внутриклеточное дыхание и запасание освобождающейся при дыхании энергии в форме АТФ. Работа митохондрий тесно связана с процессами, идущими в гиалоплазме, где протекают первые этапы расщепления глюкозы и других веществ до пировиноградной кислоты. В митохондриях же протекает дальнейшее ее расщепление. Пировиноградная кислота проникает в митохондрии и здесь ступенчато, шаг за тагом, окисляется до углекислого газа и воды, причем одновременно потребляется кислород. Это и есть внутриклеточное дыхание, при котором клетка, расщепляя и окисляя вещества, добывает очень много энергии, которую она потом может использовать для самых разных своих нужд.[ …]
Не исключено, что существование двух каталитических циклов, осуществляемых митохондриальной АТФазой, не является биохимическим артефактом, а имеет физиологический смысл. Можно себе представить, что в тех случаях, когда в гиалоплазме клетки создается дефицит АДФ, митохондрии, обладая потенциально высокой АТФазной активностью, способны быстро обеспечить необходимое количество АДФ за счет активации гидролитического цикла, не сопряженного с возникновением электрохимического потенциала ионов водорода на спрягающей мембране. Это предположение, однако, весьма гипотетично, и в настоящее время не слишком продуктивно из-за отсутствия четких экспериментальных, подходов к его проверке.[ …]
Усложнение веществ сопряжено с созданием новых химических связей и обычно требует затрат энергии. Источник ее — все тот же фотосинтез. Дело в том, что значительная доля веществ, образующихся в результате фотосинтеза, вновь распадается в гиалоплазме и митохондриях (в случае полного сгорания — до веществ, которые служат исходным материалом для фотосинтеза,— С02 и Н20). В результате этого процесса, по своей сути обратного фотосинтезу, энергия, ранее аккумулированная в химических связях разлагаемых веществ, освобождается и — снова через посредство АТФ — тратится на образование новых химических связей синтезируемых молекул. Таким образом, существенная часть продукции фотосинтеза нужна только для того, чтобы связать энергию света и, превратив ее в химическую, использовать для синтеза совсем других веществ.[ …]
В клетках бактерий, у которых еще отсутствует вакуолярная система, а также микобактерий, у которых существуют лишь отдельные цитоплазматические мембраны, рибосомы представляют собой непременные компоненты цитоплазмы. В дрожжевых клетках, как и в клетках меристемы высших растений, большинство рибосом свободно расположено в гиалоплазме. В растительных клетках образование рибосом предшествует возникновению мембран. Связь рибосом с мембранами эндоплазматической сети имеет большое значение в процессе синтеза белков, поскольку в этом случае рибосомы более активны, а белки сразу транспортируются по системе ретикулума туда, где они необходимы.[ …]
По Немцову.[ …]
Нуклеопротеиды состоят из белка и нуклеиновых кислот. Поскольку нуклеиновые кислоты вначале выделялись из растительных и животных клеток, содержащих ядра (nucleus — ядро), предполагалось, что они находятся только в ядрах. Позже с помощью цитохимических методов нуклеиновые кислоты были выявлены, кроме хромосом, в митохондриях, рибосомах, в независимых генетических элементах — плазмидах и гиалоплазме.[ …]
Цитоплазмой (протоплазмой) называется все содержимое клетки, за исключением ядра и оболочки. Термин «цитоплазма» был предложен в 1882 г. Э. Страсбургером. По своему значению он более точно указывает на то, что речь идет именно о плазме клетки, а не обо всем содержимом клетки — протопласте, или протоплазме в ее широком понимании. В молодой растительной клетке цитоплазма занимает большую часть ее объема. В эмбриональных клетках растений и животных цитоплазма отличается слабо развитой системой внутриклеточных мембран, почти полностью состоит из гиалоплазмы (основного матрикса) и рибосом. В процессе эволюции клетки возникли внутриклеточные мембраны, а также некоторые клеточные органеллы, например митохондрии, пластиды и центри-оли, составляющие большую часть цитоплазмы (рис. 9).[ …]
Основными элементами клетки являются цитоплазма и ядро.. Цитоплазма представляет собой густую полужидкую массу. Ядро имеет более плотную консистенцию. Растительные клетки заключены в прочную клеточную оболочку. Все содержимое клетки, лишенное клеточной оболочки, называется протопластом. Помимо ядра, в цитоплазме клетки обнаруживаются и другие крупные органеллы, видимые под световым микроскопом — пластиды и митохондрии1 (рис. 6). Кроме того, в ней находятся также многочисленные субмикроскопические структуры, такие, как аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть, рибосомы, микротрубочки и др. Все они погружены в гиалоплазму, служащую матриксом цитоплазмы.[ …]
На рисунке 58 изображены поперечный срез пектоцеллюлоз-ной клеточной стенки, а также часть цитоплазмы. Видна сеть перерезанных в различных направлениях, свободно лежащих микрофибрилл, состоящих из высокоупорядоченных (1) и менее упорядоченных (2) кристаллических участков целлюлозы; последние расположены по периферии микрофибрилл, вдоль них. Микрофибриллы погружены в аморфный матрикс, состоящий из гемицеллюлоз (3), пектиновых веществ (4), структурных (5) и ферментативных ([ …]
В данной статье мы рассмотрим строение и функции гиалоплазмы. Ознакомимся с ее структурными компонентами и выполняемыми ими задачами, разберем суть их взаимодействия внутри клетки.
Ознакомление с понятием
Гиалоплазма – это водный раствор, среда внутри клетки, включающая в себя все ее содержимое, а конкретно ее структурные элементы. В ней протекают различные процессы, связанные с обменом веществ внутри клетки. Этот набор взаимосвязанных структур представлен в виде бесцветного вязкого раствора. Количество воды может достигать до 90 %. В гиалоплазме сосредоточено большое количество белков, также есть углеводы, жиры и соединения неорганического типа. Гиалоплазма – это место хранения для аминокислот, нуклеотидов и прочих «строительных материалов», биологических полимеров и промежуточных продуктов обмена веществ.
Гиалоплазма занимается объединением всех структурных компонентов клетки и позволяет им взаимодействовать.
Внутриклеточный скелет
Строение и функции гиалоплазмы обуславливаются ее эволюционным процессом развития и структурными компонентами, входящими в ее состав. В первую очередь к ним относятся цитоскелет, микрофиламенты и микротрубочки.
Цитоскелет – это каркас клетки, ее скелет, залегающий в клеточной цитоплазме. Все клетки эукариот обладают таким компонентом, а прокариоты имеют гомологи белковых молекул эукариот. Цитоскелет не статичен, в нем происходят изменения, в ходе которых обеспечивается поддержка и адаптация внешнего вида клетки к внешнему воздействию. Движение обеспечивается благодаря экто- и экдоцитозу.
Образуется цитоскелет при помощи белков, среди которых выделяют определенную численность систем основного порядка. Называются они в соответствие с основными структурными элементами, наблюдаемыми в микроскопы, либо обязаны названию главным белкам в их составе, например, актин-миозиновая или тубулин-динеиновая система.
Фибриллярные белки и их роль
Гиалоплазма – это, как было сказано выше, водный раствор, содержащий в себе определенные элементы, например микрофиламенты.
Микрофиламенты – ниточки, образованные глобулярным белком – актином. Эти нити присутствуют в цитоплазме каждой эукариотической клетки. Входя в состав мышечных тканей, их называют «тонкими филаментами». Они входят в состав плазматической мембраны, и залегая под ней, микрофиламенты образовывают трехмерную структуру, сеть.
Микрофиламенты образуются цепочечными молекулами актина и достигают в диаметре до 7-8 нм. Этим образованиям свойственна полярность, что указывает на различие в строении их разных концов, а также на отличия в способности прикреплять к себе другие молекулы актина.
Одной из функций гиалоплазмы является включение в свой состав данных микрофиламентов, роль которых главным образом заключается в:
- изменении клеточной формы;
- креплении к поверхностям субстратов;
- амебоидном передвижении;
- эндомитозе и циклозе;
- транспорте везикул.
Кроме того, они:
- служат местом прикрепления белковых молекул-рецепторов;
- участвуют в формировании сократительного кольца;
- поддерживают микроворсинки.
В состав микрофиламентов входят белки актина, миозина, тропомиозина, фрагмина, филамина, виллина.
Характеристика микротрубочек
Гиалоплазма – это объединение не только цитоскелета и микрофиламентов, но еще и миктротрубочек.
Микротрубочки – внутриклеточные образования из белков, входящие в число компонентов цитоскелета. Они представляют собой цилиндр с полостью внутри. Длина может сильно варьироваться, а диаметр равен 25 нм. Стенки образуются тубулиновыми димерами. Как и микрофиламенты – полярны, а их основная роль заключается в транспорте и формировании центральной структуры аксонемы.
Микротрубочки – это своего рода «рельсы», по которым происходит передвижение частичек. Продвижение таких компонентов обеспечивают моторные белки: кинезин и динеин.
Динеиновые белки перемещают вещества от «+» к «-» концам микротрубочек, или другими словами, от периферии клетки в центросомы. Кинезины выполняют обратную функцию.
Процессы перемещения обеспечиваются энергией АТФ. В связи с этим моторные белки в составе своих головных доменов содержат АТФ-связывающие области.
Взаимосвязь компонентов
Гиалоплазма – это структура, необходимая для установления связи химической природы между определенными компонентами. Микрофиламенты «работают» сообща с микротрубочками верхнего цитоплазматического слоя и с мембраной, тем самым, обеспечивая движение гиалоплазмы, а также эндо- и экзоцитоз. Цитоскелет и его компоненты взаимодействуют с плазмолемой, благодаря амебоидному движению.
Гиалоплазма – это динамичное образование, как и ее цитоскелет. Определенные участки клеток, вследствие изменения во внешних и внутренних условиях, могут подвергаться процессу распада и сборки. Отдельное количество белковых молекул, созданных вследствие такой разборки микротрубочек и микрофиламентов, переносится в различные растворы клеток, пребывая среди компонентов гиалоплазмы. Наблюдение за сборкой компонентов цитоскелета показывает нам процесс обратного характера.
Гиалоплазма — это…
Это раствор воды и определенных молекул белков, липидов, некоторых углеводов и неорганических соединений. Можно сказать, что это своего рода место для залегания ее структурных компонентов, а именно цитоскелета, микрофиламентов и микротрубочек. Главная функция гиалоплазмы заключается в предоставлении всем ее элементам возможность химически взаимодействовать между собой. Рассматривают гиалоплазму как сложную коллоидную систему, которая существует в жидком и гелеобразном состояниях.