Citoplasma este un sistem complex, multicomponent, plastic, diferențiat care include un număr de structuri membranare și non-membrane. În citoplasmă apar procesele metabolice de bază. Cu ajutorul centrifugării, citoplasma poate fi împărțită în două părți aproximativ egale. Toate organele, ca cele mai grele, vor fi în sediment. Supernatantul va reprezenta substanța principală a citoplasmei - hialoplasma. Plasma principală, sau hialoplasma, este mediul în care toate organele ale celulei sunt scufundate. În interacțiunea cu și prin aceasta, se efectuează procese de transport intracelular și, în consecință, legătura dintre organele individuale. În acest proces au loc multe procese biochimice importante, fiind localizate numeroase enzime.
Hialoplasma nu este o masă nestructurată. Are o structură complexă, dar ușor reconfigurabilă, pe baza căreia asemenea procese vitale depind de transportul intracelular de vezicule și organele, activitatea proceselor enzimatice, localizarea lor spațială. Structura hialoplasmei se evidențiază prin utilizarea microscopiei imuno-fluorescente. Hialoplasmul include o rețea complexă de proteine (citoschelet), constând din microfilamente și microtubuli. Cytoscheletul joacă un rol important în procesele de mitoză, meioză, mișcare intracelulară a citoplasmei (cyclosis), formarea pereților celulari, transportul apei,
Microfilamentele sunt subțiri de proteine subțiri cu un diametru de 5-7 nm, care sunt lanțuri lungi de proteine actinice globulare. Au fost detectate, de asemenea, proteine specifice care leagă microfilamentele împreună pentru a forma o rețea. Organizarea microfilamentelor depinde de proteinele de legare. Întreaga structură este foarte labilă. Sub influența diferitelor efecte (de mare importanță este concentrația de calciu), microfilamentele se descompun în fragmente separate și se reasamblau. Aceasta determină proprietățile matricei citoplasmatice, cum ar fi schimbările în viscozitate, mobilitate, trecerea de la gel la sol și invers.
Microtubulii sunt organele cilindrice goale cu un diametru de 20-25 nm, ajungând la o lungime de câteva micrometri. Se presupune că pereții microtubulilor cu grosimea de 5-8 nm sunt compuși din lanțuri de tubulină proteică globulară, spiralată. Microtubulii se pot prăbuși și se pot reapari. Microtubulii sunt asociate cu mișcarea citoplasmei, participarea la diverse mișcări ale organelurilor. Microtubulii sunt implicați în construcția pereților celulari.
Ribozomii sunt particule de ribonucleoproteină compacte cu un diametru de aproximativ 20 nm, lipsite de membrane. Acestea constau într-o proteină și un tip special de acid ribonucleic - ribozomal (rRNA). În fiecare celulă există câteva zeci de mii de ribozomi. Ele sunt localizate nu numai în citoplasmă, ci și în nucleu, în mitocondrii, în plastide. În acest sens, se disting două tipuri de ribozomi: 80S-citoplasmatică și 70S-localizată în organele. Ribosomii procariote au, de asemenea, un coeficient de sedimentare de 70S (coeficientul de sedimentare caracterizează viteza de precipitare a particulelor în ultracentrifugare). Funcția principală a ribozomilor este sinteza proteinelor. Ribosomii constau din două subunități: mari și mici. O subunitate mare include un ARN molecular înalt și două molecule cu concentrație moleculară mică, o moleculă de ARN înalt molecular într-o subunitate mică. Ribosomul conține de asemenea câteva zeci de molecule diferite de proteine. ARN-ul și proteinele sunt combinate în ribozomi în catena nucleoproteinică. ARN-ul ribozomal reprezintă o singură catenă de nucleotide, dar ca urmare a interacțiunii dintre legături individuale, lanțul este parțial elicoidal. Porțiunile înfășurate reprezintă aproximativ 70% din întreaga lungime a lanțului, sunt instabile, apar și se prăbușesc. Formarea ribozomilor are loc prin auto-asamblare. Lucrările lui A.S. Spirina a arătat posibilitatea reconstrucției parțiale a particulelor ribozomale din ARN-ul și proteina constituentă. Componentele componente ale ribozomilor se formează în nucleu. Astfel, ARNr este sintetizat în nucleu, folosind un ADN matrice nucleară și proteinele ribozomale sintetizate în nucleol. Sinteza ARN și a proteinei ribozomale este strict coordonată, astfel încât în celulă nu se formează niciodată o cantitate excesivă de acești compuși. Se presupune că firele de ARN sunt pliate într-un anumit mod și moleculele de proteine interacționează cu acestea pe site-uri neacoperite. Practic, legătura dintre moleculele de ARN și proteine se realizează cu ajutorul ionului de Mg + 2. Cationii cationi de magneziu și calciu asigură de asemenea asocierea subunităților de ribozomi. Ribozomii poate fi în stare liberă în citoplasmă, sau pot fi atașate la membranele reticulului endoplasmatic (EPR dur). Când sinteza proteinelor câteva ribozomi poate lega molecula matriță, sau un ARN mesager în polizomilor (poliribozomilor). Aceasta asigură translația simultană a unei molecule mRNA de către mai multe ribozomi.
Este dificil să se supraestimeze importanța membranelor în viața celulelor și a corpului. Membranele separă mediul intern de cel extern, împărțesc celula în compartimente separate (compartimente). Membranele determină posibilitatea penetrării și ieșirii din celulă și organele individuale ale diferitelor substanțe (permeabilitate). Pe suprafața membranelor sunt localizate diferiți receptori, incluzând receptorii hormonali. Pe membrană sau chiar în membranele în sine sunt localizate complexe de policenzime, trec cele mai importante procese de activitate vitală (transferul de electroni în lanțul respirator, fosforilarea oxidativă și fotosintetică). Astfel, membranele participă la toate manifestările activității vitale, incluzând reglementarea activității organismului și răspunsul său la influențele externe. Majoritatea membranelor au o compoziție chimică similară - cantități aproximativ egale de proteine și lipide (60-40%) și o cantitate mică (mai puțin de 10%) de carbohidrați. În același timp, membranele cu funcție biosintetică, de exemplu, membrana interioară a mitocondriilor, conțin mai puțin lipide și mai multe proteine decât cea exterioară. Printre lipide, o proporție semnificativă aparține fosfolipidelor. Aceste lipide polare sunt esteri ai alcoolului glicerolic trihidric. În fosfolipide, două grupări hidroxil din molecula de glicerină sunt înlocuite cu acizi grași, iar a treia - cu acid fosforic. Diferiți compuși polari pot fi atașați la acidul fosforic, cel mai adesea aminoalcoolii - etanolamina sau colina. Cea mai importantă proprietate a moleculelor de fosfolipide este polaritatea, deoarece acestea conțin un cap hidrofil polar (glicerină, acid fosforic, aminoalcool) și două cavități hidrofobe hidrocarbonate. În membranele unei celule vegetale, fosfatidilglicerolul este important, conținând în compoziție nu un aminoalcool, ci glicerină. Acesta este principalul fosfolipid al aparatului fotosintetic de plante și singurul fosfolipid al cianobacteriilor. Permeabilitatea membranelor depinde în mare măsură de fosfolipide; ei sprijină structura sa. Fosfolipidele afectează activitatea proteinelor - enzimele care alcătuiesc membranele, schimbându-le conformația și, de asemenea, creând un mediu hidrofob care favorizează acțiunea lor. Împreună cu fosfolipide, compoziția membranelor include glico- și sulfo-lipide. Glicolipidele, caracteristice unei celule vegetale, conțin derivați de zaharuri în locul unui reziduu de acid fosforic. Membranele sunt straturi de lipoproteine închise (6-10 nm) închise. Ca o consecință, ele nu au capete libere, iar regiunile hidrofobe ale fosfolipidelor nu vin în contact cu apa. Formarea spontană a diferitelor vezicule (vezicule) este, de asemenea, asociată cu aceasta.
Structura membranelor până în prezent nu poate fi considerată dezvăluită. Puterea de rezolvare a microscopului electronic este insuficientă pentru a vedea dispunerea moleculelor în interiorul membranelor, astfel încât cele mai multe ipoteze despre structura membranelor se bazează pe anumite ipoteze. Aceste ipoteze s-au bazat pe faptul că membranele sub microscopul electronic au o structură în trei straturi. Înapoi în 1935, G. Danielian și G. Dawson au creat un model de membrană cu trei straturi, denumit model "sandwich". Conform acestui model, baza de membrană este formată dintr-un strat dublu de molecule lipidice orientate unul spre celălalt cu zone hidrofobe. Pe ambele părți există un strat solid de proteine. Cu toate acestea, prin utilizarea metodelor moderne de cercetare sa demonstrat că multe proprietăți ale membranelor nu pot fi explicate cu ajutorul acestui model. Astfel, prin prăjirea cu așchiere, s-a arătat că proteinele membranare, constând în principal din aminoacizi hidrofobi, pot fi localizați în interiorul unui strat dublu de lipide în faza de hidrocarbură.
Cea mai răspândită model de structură-lichid mozaic membrana (S. J. Singer. Nicholson, 1972), prin care un strat dublu de lipide-reprezentare-guvernează cadrul structural polar a membranei nu este continuă. Membrana este, așa cum a fost, cusută cu molecule de proteine. În acest caz, proteinele se disting: 1) integrale, care penetrează întreaga grosime a membranelor; 2) semi-integral, scufundat în membrană aproximativ jumătate; 3) periferice, situate pe suprafața membranelor, dar care nu formează un strat continuu. Globulele proteinelor integrale și semi-integrale sunt legate de lipide prin interacțiuni hidrofile-hidrofobe. Cu toate acestea, multe proteine sunt asociate slab cu lipidele și se pot mișca într-un "lac lipidic" în care par să plutească. Se crede că unele dintre moleculele de enzime pot fi rotite in membrana iar acest lucru ajută schimba conformația lor. Moleculele de lipide își schimbă și locația în interiorul stratului dublu. Aceasta poate fi o schimbare a scaunelor din interiorul stratului (difuzie laterală) și hopping (flip-flop), dintr-o parte în cealaltă membrană. Migrarea atât a proteinelor cât și a lipidelor se realizează atât prin difuzie, cât și printr-un mod activ, folosind energia. Un flip-flop necesită o cheltuială obligatorie pentru energie. Descoperit capacitatea de liberă circulație în membranele confirmă ideea stării membranelor lichide și componente ale membranei localizarea modificărilor - dinamismul lor. Trebuie reamintit faptul că lipidele diferă în funcție de mărime, configurație, încărcare (fosfogliceride, glicolipide etc.). Diferitele membrane pot avea diferite combinații. Proteinele din membrană sunt, de asemenea, diferite. Probabil, în funcție de lipidele și proteinele care formează o membrană, natura structurii sale este diferită. Lipidele sunt în condiții fiziologice în starea lichidă (slăbită), care este asigurată de prezența acizilor grași nesaturați. Studiile recente au relevat o diferență semnificativă în structura suprafețelor interioare și exterioare ale membranelor, asimetria lor. La proteinele de pe suprafața exterioară a membranei, se adaugă carbohidrați pentru a forma glicoproteine. Aceste substanțe sunt importante în formarea țesuturilor și, de asemenea, joacă rolul unei "etichete" a celulei, care participă la interacțiunea lor. Asimetrică poate fi localizarea diferitelor lipide. Asimetria reprezintă faptul că, în cele mai multe cazuri, membranele sunt permeabile la substanțe într-o direcție. Membrana unică de suprafață - plasmalemma - delimitează grosimea citoplasmei din membrana celulozei. Natura schimbului dintre mediul extern și celulă depinde în mare măsură de proprietățile plasmalemei. Întreaga suprafață a membranei plasmatice este acoperită de particule globulare. Se crede că în aceste particule enzimele implicate în formarea membranei celulare sunt concentrate. Plasmalemma are o semipermeabilitate, deși nu este ideală. Este foarte permeabil la apă și mult mai slab pentru soluții. În acest sens, s-a arătat că proteinele plasmalemice sunt adaptate la transportul selectiv al substanțelor individuale și al apei. Proteinele membranare care formează canale în interiorul membranei, permeabile la apă, se numesc aquaporine. Un număr de proteine din plasmalemă au o funcție receptor, în special prin legarea la hormoni. Există date care, în perioadele de creștere activă, suprafața plasmalemului devine ondulată. În procesul de creștere celulară, se observă o creștere rapidă a suprafeței plasmalemiei. Acest lucru se întâmplă prin atașarea la acesta a unor secțiuni formate din membrane care aparțin bulelor aparatului Golgi.
Reticulul endoplasmic (EPR) sau reticulul endoplasmatic este un sistem complex de canale înconjurat de membrane (6-7 nm), care penetrează întreaga grosime a citoplasmei. Canalele au extensii - tancuri care se pot separa în bule mari și se pot uni în vacuole. Canalele și cisternele EPR sunt umplute cu un lichid transparent de electroni care conține proteine solubile și alți compuși. Ribosomii pot fi atașați la membrana EPR. Datorită acestui fapt, suprafața membranelor devine gravă. Astfel de membrane se numesc granulare, spre deosebire de cele netede - agranulare. Membranele EPR sunt conectate la membrana de bază. Există dovezi că reticulul endoplasmatic se datorează creșterilor produse pe membrana nucleară exterioară. Pe de altă parte, plicul nuclear este reconstruit din bulele EPR la etapa telofazelor.
Semnificația fiziologică a reticulului endoplasmatic este variată. Membranele EPR împart celula în compartimente separate (compartimente) și celula în întreaga citoplasmă. Aparatul Golgi are două capete, doi poli: la formarea unui pol, se formează noi rezervoare, la cel de-al doilea pol secretor, se formează bule. Ambele procese se desfășoară în mod continuu: deoarece un rezervor formează bule și, prin urmare, se dezintegrează, un alt tanc ia locul. Distanța dintre rezervoarele individuale este constantă (20-25 nm). Una dintre funcțiile principale ale aparatului Golgi este acumularea și secreția de substanțe și, în primul rând, de carbohidrați, care se manifestă prin participarea sa la formarea membranei celulare și a plasmalemului. În același timp, cisternele cu aparatură Golgi pot servi la îndepărtarea unora dintre substanțele produse de celulă.
Vacuol - o cavitate umplută cu miez de celule și înconjurată de o membrană (tonoplast). Într-o celulă tânără, există de obicei câteva vacuole mici (provakuoles). În procesul de creștere a celulelor, se formează un vacuol central care poate ocupa până la 90% din volumul celulei. În formarea vacuolului, se pot participa veziculele care se separă de aparatul Golgi. Este posibil să se formeze vacuole "secundare" din zonele citoplasmatice izolate de membrana reticulului endoplasmatic, în care sa produs digestia substanțelor cu ajutorul enzimelor hidrolitice. Dintre membranele reticulului endoplasmatic apare aparent un tonoplast. Tonoplast are permeabilitate selectivă, conține un sistem de transport activ de substanțe. În multe cazuri, substanțele care penetrează plasmalemma nu penetrează tonoplastia și nu intră în vacuol. Vacuol conține un suc de celuloză în care se dizolvă săruri, acizi organici, zaharuri, enzime, metaboliți (alcaloizi, fenoli) și alți compuși. În acest sens, determină absorbția osmotică a apei, care este deosebit de importantă cu creșterea întinderii și menținerea turgorului celulei. În vacuolele unui număr de celule, este conținut un pigment (antocian), care determină culoarea florilor, fructelor și, de asemenea, culoarea autumnală a frunzelor.
Vacuolele sunt locuri în care nutrienții de schimb (zaharoză, săruri minerale etc.) se pot acumula și persista dacă în momentul în care celula nu are nevoie de ele. Vacuolele conțin numeroase enzime proteolitice, cum ar fi proteaze, ribonucleaze, glicozidaze etc. Se presupune participarea acestor enzime la formarea substanțelor de perete celular. Sa demonstrat că vacuolele semințelor germinative bogate în proteine (așa-numitele proteine care conțin vacuole) asigură hidroliza proteinelor la aminoacizi și sinteza de noi proteine necesare pentru formarea răsadului. Vacuarul excreta de asemenea diferite resturi celulare, care pot fi prelucrate si facute inofensive. Tonoplast poate forma invaginări. În același timp, o parte din citoplasmă este inclusă în vacuol și acolo este expusă acțiunii diferitelor enzime (digerate).
Lizozomii - organele cu diametrul de până la 2 μm - sunt înconjurate de o membrană care a apărut din membranele reticulului endoplasmatic sau din aparatul Golgi. Cavitatea internă a lizozomilor este umplută cu un lichid care conține enzime, în principal hidrolitice (proteaze, nucleaze, lipaze etc.). Enzimele care catalizează procesele de dezintegrare și sunt concentrate în lizozomi, datorită membranei, sunt izolate de restul conținutului celulelor. Acest lucru are o importanță deosebită, deoarece împiedică dezintegrarea substanțelor, în special a proteinelor care se află în afara lizozomilor. Cu toate acestea, în lizozomi, poate să apară distrugerea substanțelor străine care intră în celulă.
Microorganismele sunt bule de formă sferică, înconjurate de o singură membrană, mai mică decât lizozomii. Diametrul lor este de 0,5-1,5 microni. Microbidele apar din EPR. Funcția principală este acumularea și izolarea enzimelor. Peroxizomii conțin un număr de enzime oxidante (catalază, glicol oxidază etc.) și oxidează diferiți compuși pentru a forma peroxidul de hidrogen H2O2. În peroxisomi, au loc etape separate ale procesului fotorespirației. Un alt tip de microelement al glioxizomilor se găsește în semințele de ulei și în alte țesuturi de plante care acumulează uleiuri. Conține aceleași enzime ca și peroxizomii, precum și enzimele din ciclul glicoxalat care participă la împărțirea grăsimilor de la Sahar. În varză, acest proces este folosit ca furnizor de energie pentru creștere. Într-o celulă de plantă, uleiurile sunt colectate în organele speciale, uneori numite corpuri lipidice sau oleosomi. Acestea sunt înconjurate de o membrană cu un singur strat, constând din fosfolipide care sunt întoarse spre interiorul cavității organelor prin partea hidrofobă. În membrană există proteine speciale de oleozină. Lipidele oleosomilor în timpul germinării semințelor sunt distruse și cu ajutorul enzimelor glyoxos suferă modificări.