растворенными в ней неорганическими ионами. Химический анализ позволяет установить следующие процентные отношения компонентов цитоплазмы: вода 85-90%, белки — 7-10%. жиры 1-2%о, другие органические соединения 1-1,5%, неорганические ионы 1-1,5%. Активность цитоплазмы определяется в непрекращающихся в течении жизни химических превращениях поступающих в нее веществ, разложение находящихся там соединений, выделение при этом разложении энергии. Одна часть этой энергии идет на поддержание внешней работы, другая — -потребляется самой цитоплазмой для нового синтеза разрушенных и изношенных компонентов.
Белковые вещества или протеины.
Как показывает химический анализ, большинство протеинов состоит из углерода (50%). кислорода (25%), азота (16%), водорода (7%), а некоторые имеют в своем составе еще и серу или фосфор (до 1-2%).
Под воздействием ферментов (энзимов) или под влиянием тепловой обработки в кислых растворах белки распадаются на более простые тела, имеющие меньший частичный вес, аминокислоты. По сложности строения, растворимости кислотах и щелочах, а так же по действию расщепляющих ферментов (энзимов) все белковые вещества разделяются на три основные группы:
Простые протеины;
Сложные протеины;
Производные протеинов.
Простые протеины.
Сюда относятся:
Альбумин (сывороточный альбумин) — белок плазмы крови. Располагается в виде частиц округлой формы с молекулярным весом 68000. Альбумины содержатся в цитоплазме в размере 4-5%
Глобулин (сывороточный глобулин) — белож плазмы крови. В отличии от альбуминов имеют неодинаковый молекулярный вес (больше 100000). Количество глобулинов в цитоплазме составляет примерно 2,5%.
Гистон — более сложен, входит в состав ядра клетки. Протамин также является ядерным белком.
Сложные протеины
Сложные протеины представляют собой сложные соединения простых протеинов с небелковыми веществами, обычно кислой природы. Эти небелковые группы называются «простетическими» группами, т.е. добавочными. Сюда относятся:
Нуклеопротеины — простетическая группа, представленная нуклеиновой кислотой. Они входят в состав цитоплазмы, ядра клетки в виде рибонуклеопротеидов. дезоксерибонуклеопротеидов. Благодаря этим белкам осуществляется процессы жизнедеятельности и размножения в клетках.
Хромопротеины — имеют окрашенную простетическую группу (например гемоглобин). Эритроциты состоят из гемоглобина, который в свою очередь представлен белком глобином и простетической группой тема, имеющей в своем составе железо. Благодаря свойствам железа происходит захват и перенос кислорода по организму от лёгких по всем органам.
Гликопротеин — простетическая группа, содержит углеводородный радикал (например муцин). Муцин — сложный белок, входящий в состав слюны, вырабатывающейся подчелюстной и подъязычной железами.
Фосфопротеины — простетическая группа содержит фосфорную кислоту (например казеин). Казеин находится в составе молока, попадает в организм человека с молочными продуктами.
Производные протеинов.
В эту группу обычно объединяются продукты, получающиеся в результате разложения протеинов, а так же вещества, искусственно синтезированные из аминокислот.
Биологическое значение белков
Белки являются основными веществами, из которых построена цитоплазма клеток и межклеточные вещества. Без белков нет и не может быть жизни. Все ферменты, без которых не могут протекать обменные процессы, являются белковыми телами.
С белками миозином и актином связаны явления мышечного сокращения. Переносчиком кислорода у человека и высших животных является пигмент белковой природы — гемоглобин. Белку плазмы, фибриногену, кровь обязана своей способностью к свертыванию. С некоторыми белковыми веществами плазмы, так называемыми антителами, связаны имунные свойства организма. Одно из белковых веществ клетчатки — зрительный пурпур или родопсин — повышает чувствительность сетчатки глаза к восприятию света. Нуклеопротеиды ядерные и цитоплазматические принимают участие в процессах роста и размножения. Среди гормонов, участвующих в регуляции физиологических функций, имеется ряд веществ белковой природы.
При гидролизе кислотами, щелочами протеолитическими ферментами в организме человека белок расщепляется до аминокислот, общее число которых 20.
Аминокислоты подразделяются на незаменимые (поступление в организм которых обязательно) и заменимые (синтезирующиеся в организме из других аминокислот и даже из безазотистых тел и аммиака).
Незаменимые аминокислоты: валин. лейцин, изолейцин, лизин, мегионин, треонин, фениланин, триптофан.
Заменимые аминокислоты: гликокол, аланин, цитруллин, серин, цистин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, тирозин, пролин, оксипролин. аргинин, гистидин.
Жировые вещества или липиды.
К жировым веществам относят весьма многочисленные соединения, различающиеся по своему составу и по своим свойствам. Большинство из них образовано из углерода, водорода и кислорода, причем относительное количество кислорода всегда меньше, чем водорода.
К жировым веществам так же относят и сложные жироподобные вещества, в состав которых, кроме углерода, водорода и кислорода входит фосфатная кислота или какое-либо азотистое основание.
Вне зависимости от состава жировых веществ их общими свойствами является легкая растворимость в спирту, эфире, хлороформе, бензине, бензоле и ряде других органических растворителях.
Классификация и основная характеристика отдельных групп.
Все жировые вещества, встречаемые в цитоплазме, можно разделить на три основные группы:
Нейтральные жиры и жирные кислоты;
Липоидные вещества;
Жировые вещества, представляющие ароматические спирты.
1. Нейтральные жиры и жирные кислоты.
Нейтральные жиры представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина с тремя молекулами жирных карбоновых кислот.
В цитоплазме клеток постоянно присутствуют в большом количестве три жирных кислоты: пальмитиновая, олеиновая, стеариновая. Эти жирные кислоты образуют с глицерином соответственные эфиры, представляющие нейтральные жиры: пальмитин, олеин, стеарин. Источником образования нейтральных жиров и составляющих их компонентов в организме нужно считать сахара, в частности, сахар декстрозу.
В биодинамике цитоплазмы большое значение имеют жирные кислоты, в то время как нейтральные жиры откладываются главным образом в виде запасного энергетического материала. Это объясняется тем, что жирные кислоты, будучи ненасыщенными соединениями легко окислятся.
2.Липоидные вещества.
а) Фосфатиды (фосфолипиды).
Фосфолипиды помимо многоатомного спирта и жирных кислот, содержат фосфорную кислоту. Фосфатиды входят в состав многих тканей, особенно высоко их содержание в мозговой ткани.
б) Цереброзиды.
При гидролитическом расщеплении образуют жирную , галактозу, или какой либо сахар. Они встречаются в тканях головного мозга.
Жировые вещества, представляющие ароматические спирты.
«Стерол» означает твердый спирт. Стеролы представляют собой спирты, уплотняющиеся при обычной комнатной температуре и наряду с этим имеющие многие типичные свойства липидов. Главной частью молекулы этих соединений надо считать циклопентофенентрен С17H14 состоящий из трех бензольных и одного пентанного кольца
Холестерин — главный представитель этой группы.
Важное значение имеют продукты окисления стеролов, например, холестерол, желчные кислоты, витамины D и Е, полрвые гормоны.
Значение жировых веществ.
Потребность человека в жирах в обычных условиях работы составляет 50-60 грамм в сутки. Жиры, поступающие в пищеварительный тракт, подвергаются расщеплению и всасыванию. Жиры и липоиды являются непременной составными частями клеточных тел, в которые они входят как в виде включений в цитоплазму, так и в виде составных частей клеточных структур.
Общее количество жира в организме в зависимости от упитанности, составляет 10-20%. Но при ожирении его может быть значительно больше.
Основное значение жиров:
1, Жиры играют роль запасного питательного материала.
2.Жировая клетчатка является ложем для ряда внутренних органов и способствует из фиксированию.
Подкожно-жировая клетчатка играет как защитную роль, так и роль теплоизоляционного материала.
Некоторые ненасыщенные жирные кислоты (линолевая, арахидоновая) не синтезируются организмами высших животных и являются незаменимыми в питании человека и животных.
Углеводы или сахара.
Углеводы состоят из воды и углерода. Общая их формула: Сп (Н20)п . При сжигании углеводы разлагаются на воду и углерод, при этом выделяется энергия, направленная на поддержание жизненно-важных процессов в цитоплазме клеток. Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы состоят только из одной сахарной группы. Они называются моносахаридами.
Сложные сахара представляет собой соединение нескольких простых Сахаров. При воздействии слабых кислот они расщепляются на простые сахара. В зависимости от того сколько простых групп Сахаров входит в молекулу сложных Сахаров, их называют ди-, три-, тетрамоносахариды. Те углеводы, которые при гидролизе дают больше четырех групп, называют полисахаридами.
К моносахаридам принадлежит:
глюкоза (СбН12Об), являющаяся источником энергии; рибоза (С5Н10О5), входящая в состав нуклепротеинов.
К дисахаридам относятся:
лактоза или молочный сахар; мальтоза или солодовый сахар.
Лактоза — основной углевод молока и молочных продуктов, расщепляется под влиянием фермента лактозы до глюкозы и галактозы.
Мальтоза — промежуточный продукт расщепления крахмала и гликогена. Мальтоза расщепляется ферментом мальтазой кишечного сока до двух остатков глюкозы. Встречается в мёде, солоде, пиве, патоке.
К полисахаридам относятся: растительная клетчатка (целлюлоза), крахмал растительных клеток и гликоген (крахмал животных клеток).
Целлюлоза, крахмал, гликоген — полимеры глюкозы. Целлюлоза широко распространена в растительных тканях. Она входит в состав клеточных оболочек и выполняет опорную функцию. Крахмал входит в состав растительных клеток, являясь прежде всего энергетическим материалом данных тканей. Гликоген представляет углеводные запасы животных клеток.
Значение Сахаров.
Наибольшее значение во всей биодинамике организма, а следовательно и цитоплазмы имеет глюкоза — основной энергетический материал. При его сгорании (окислении) выделяется тепло. Огромное значение для биодинамики цитоплазмы животных клеток имеет и полисахарид гликоген. Образуясь из глюкозы, он откладывается в клетках как запасной энергетический материал. Расщепляясь на глюкозу, гликоген тем самым снабжает организм глюкозой по мере потребления ее тканями.
Большинство слизистых секретов (муцины) пищеварительных желез или желез полового тракта имеют в своем составе простой сахар галактозу. В составе основного вещества хряща мы тоже находим простые сахара. Простой сахар рибоза входит в состав нуклеиновой кислоты, играющей огромное значение в структуре и функции ядер клеток.
Вода и минеральные вещества цитоплазмы.
На 85-90% клетки организма человека состоят из воды.
Минеральные вещества цитоплазмы представлены различными солями (хлориды, фосфаты, сульфаты, соли аммония и т.д.).
Растворяясь в воде, соли образуют как молекулярные, так и ионные растворы. Наиболее важные ионы следующие: катионы натрия, калия, кальция, магния, железа и анионы хлора, серы, фосфора.
Включения в цитоплазме клеток.
Эндоплазматическая сеть или эндоплазматический ретикулум
Это — единая непрерывная полость, ограниченная мембраной, толщиной около 60 нм, которая образует множество выпячиваний и складок (рис. 1). Различают два типа эндоплазматической сети - шероховатый и гладкий. Шероховатый обращен к цитоплазме, представлен рибосомами (рис. 1). Гладкий лишен рибосом. На электроннограмме выглядит в виде множества мелких трубочек, диаметр просвета которых около 50 нм. Функция шероховатого эндоплазматического ретикулума или рибосом состоит в синтезе и транспорте белков. Функция гладкого — синтез и метаболизм углеводов и липидов. Эндоплазматическая сеть обеспечивает мембранными белками и липидами все клеточные органеллы.
Внутренний сетчатый аппарат Гольджи.
В 1898 г. Гольджи впервые описал цитоплазматическое образование, которое назвал внутренний сетчатый аппарат (рис. 1, 4). Аппарат Гольджи представляет собой расположенное в цитоплазме сетчатое строение, корзинку, окружающую ядро со всех сторон. Аппарат Гольджи состоит из системы плоских и уплощенных цистерн, трубочек, а так же больших и малых пузырьков диаметром 20-60 нм.
Функция аппарата Гольджи состоит в накоплении и синтезе протеинов, полисахаридов, липидов, участвующих в обменных процессах в клетке, а так же образование мембранного материала клетки.
Рисунок 4. Аппарат Гольджи в различных клетках
Рисунок 5. Митохондрия. 1. Наружная мембрана. 2. Внутренняя мембрана. 3. Кристы.
Лизосомы
Лизосомы были открыты в 1955 году. Это — мембранные органеллы диаметром 0,4 0,5 мкм, содержащие около 50 видов различных гидролитических ферментов: протазу, фосфолипазу, нуклеазу, ликозидазу, фосфотазу (рис. 1). Лизосомальные ферменты синтезируются на рибосомах гранулярного эндоплазмотического ретикулума, откуда переностяся граспортными пузырьками в аппарат Гольджи, где и превращаются в лизосомы.
Функция лизосом: расщепление (переваривание) биополимеров (белков, жиров, углеводов) до мономеров (аминокислот, нейтральных жиров и жирных кислот, моносахаридов).
Митахондрии или хондриосомы.
При детальном изучении цитоплазмы различных клеток уже первые исследователи описали присутствие в ней каких-то тончайших нитей и зерен. Позже предложили называть их митохондриями (от греческих слов mitos — нить, chondros - зерно). В последствии митохондриям давали названия хондриосомы (зернышковидные тельца) и пластосомы (от греч. plastos — образователь) (рис. 1).
Количество митохондрий в клетке может достигать 3 тыс., причем количество хондриосом прямо пропорционально функциональной активности клетки. Диаметр митохондрий колеблется от 0.2 до 1 мкм. Хондриосома имеет наружную и внутреннюю мембрану, которая образует выпячивания, направленные внутрь органеллы, называющиеся гребнями или кристами (рис, 5). В содержимом митохондрий много белков, липидов, углеводов, ферментов.
Функция митохондрий — расщепление белков, жиров и углеводов, превращение энергии их химических связей в макроэнергические соединения типа АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) — универсального клеточного горючего. Синтезированная митохондриями АТФ обеспечивает все энергетические процессы жизнедеятельности клетки.
Клеточный центр или диплосома.
Клеточный центр был открыт в 1875 году Гертвигом.
Он состоит из одного или двух тел удлиненной формы — центриолей, окруженных плотным веществом цитолазмы — центросферой. Центросфера окружена плотным ободком. Обе центриоли расположены под углом друг к другу, представляют собой цилиндр, стенка которого состоит из микротрубочек (рис. 1).
Функции клеточного центра: образование мембранного материала клетки, участие в делении ядра.
Непостоянные включения в цитоплазме клеток.
Наряду с органоидными включениями в клеточном теле всегда имеются вещества, представляющие продукты ее жизненного обмена. Образуясь в результате жизнедеятельности цитоплазмы и непосредственно в результате превращения ее основных составных частей, ни продукты обособляются и, накапливаясь, могут достигать размеров, хорошо видимых в микроскоп. Наиболее характерным их признаком можно считать их непостоянство: они могут то появляться в клетке, то исчезать. Во многих случаях удается довольно точно определить их функциональное значение в жизни клетки, а значит и в жизни всего организма. В большем или меньшем количестве включения встречаются во всех клетках организма, располагаясь как правило, в цитоплазме. Внутри ядра они наблюдаются в очень редких случаях. По своему составу, величине и значению в обмене веществ они могут носить весьма различный характер. Жидкие включения принято называть вакуолями, более или менее плотные — гранулами (рис. 1). Во многих случаях включения имеют сложный состав, т.е. внутри жидкой вакуоли могут быть заключены в разном количестве и плотные части. Наконец, сравнительно редко, клеточные включения могут представлять собой и совершенно твердые кристаллические образования более или менее правильной формы.
Классификация включений.
Как по составу, так и по своей физической роли все микроскопически видимые и гистохимически определяемые непостоянные включения можно разделить на несколько хорошо характеризующиеся группы.
Наиболее простая классификация их такова:
Трофические включения (от греч. trophe — пища)
Включения неопределенного химического состава;
Включения, хорошо характеризующиеся химически, представляющие по большей части запасные вещества в клетке:
а) белковые вещества,
б) жировые вещества,
в) гликоген (углеводные вещества).
Пигментные включения.
Витамины.
IY. Продукты, обособившиеся в цитоплазме и подлежащие выведению из клеток: 1. экскреторные включения. 2. секреторные продукты.
I. Трофические включения.