Существует множество различных теорий, связанных с физической природой цитоплазмы. Согласно золь-гель теории, цитоплазма иногда ведет себя как неупорядоченный и водянистый коллоидный раствор, а иногда как твердый материал, подобный гелю. Нахождение в твердой или жидкой фазе зависит от взаимодействия между компонентами цитоплазмы. Согласно исследованиям, цитоплазма действует как жидкость в меньшем масштабе длины и как твердое вещество в большем масштабе длины.
Согласно недавно предложенной теории, цитоплазма подобна стеклообразующей жидкости. Она ведет себя как твердое вещество при большей концентрации компонентов цитоплазмы и как жидкость при низкой концентрации компонентов цитоплазмы. Пребывание в твердой фазе полезно для цитоплазмы, поскольку предотвращает повреждение за счет замораживания более крупных компонентов цитоплазмы и позволяет переносить только мелкие частицы и белки. Вот как это помогает в возрождении клетки из состояния покоя.
Цитоскелет
В цитоплазме множество нитей образуют динамичную и сложную сеть, которая называется цитоскелетом. Он простирается от ядерной мембраны до плазматической мембраны. Тремя основными компонентами цитоскелета являются микрофиламенты, промежуточные нити и микротрубочки.
Микрофиламенты
Микрофиламенты представляют собой линейные полимеры белка актина. Вот почему они также известны как актиновые нити. Это мельчайшие нити в цитоплазме, имеющие структуру, напоминающую двойную спираль. Их основные функции включают клеточное движение, сокращение мышц и транспорт внутри клетки.
Промежуточные нити
Промежуточные нити крупнее актиновых, но меньше микротрубочек. Они имеют в среднем 10 нм в диаметре. Структура промежуточных нитей подобна двум противопараллельным спиралям, образующим димеры. Эти нити поддерживают и организуют внутреннюю структуру клетки, а также закрепляют клеточные органеллы.
Микротрубочки
Микротрубочки - самые крупные из всех нитей цитоскелета. Они имеют цилиндрическую форму со средним наружным диаметром от 23 до 27 нм и внутренним диаметром около 15 нм. Микротрубочки состоят из полимеров альфа- и бета-тубулина. Они участвуют в поддержании структуры и формы клетки, а также помогают во внутриклеточном транспорте и синтезе клеточной стенки.
Составляющие
Цитоплазма состоит из трех основных компонентов; цитозоль, клеточные органеллы и цитоплазматические включения.
Цитозоль
Цитозоль относится к внутренней жидкой части клетки. Это жидкость вокруг клеточных органелл, в которой протекают различные химические реакции. Цитозоль состоит из воды, ионов, различных микромолекул и макромолекул. Вода, присутствующая в цитозоле, в основном действует как чистая вода. Ядро клетки отделено от цитозоля ядерной мембраной, а внеклеточная жидкость - плазматической мембраной.
Концентрация ионов в цитозоле или внутриклеточной жидкости отличается от внеклеточной жидкости. Концентрация ионов натрия и калия в цитозоле выше, чем во внеклеточной жидкости. Это различие отвечает за осморегуляцию клетки. Цитозоль прокариот отличается тем, что он также содержит ядерный материал.
Цитозоль играет важную роль в передаче сигналов внутри клетки. Он является местом цитокинеза, который происходит после разрыва ядерной мембраны во время митоза. Транспортировка метаболитов от места их образования к месту использования также является важной функцией цитозоля. У прокариот цитозоль является местом, где происходит большинство метаболических процессов.
Органелла
Клеточные органеллы — это субклеточные структуры, выполняющие определённую функцию. Они могут быть мембраносвязанными органеллами (заключёнными в липидный бислой) или немембраносвязанными органеллами (без окружающего липидного бислоя). Прокариотические органеллы не окружены липидными мембранами. К важным клеточным органеллам относятся митохондрии, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, вакуоли и т. д.
Митохондрии
Митохондрии присутствуют почти у всех эукариот. Они имеют двойную мембранную структуру, которая разделяет их на два компартмента. Митохондрии имеют свою собственную ДНК. Функция митохондрий заключается в производстве энергии в форме АТФ (аденозинтрифосфата) в результате окисления молекул глюкозы.
Эндоплазматический ретикулум
Эндоплазматический ретикулум представляет собой единую мембранную структуру, присутствующую у всех эукариот. Она бывает двух типов; грубый эндоплазматический ретикулум, на поверхности которого расположены рибосомы, и гладкий эндоплазматический ретикулум, имеющий трубчатую структуру. Грубый эндоплазматический ретикулум принимает участие в трансляции новых белков, в то время как гладкий эндоплазматический ретикулум играет важную роль в экспрессии липидов.
Аппарат Гольджи
Аппарат Гольджи представляет собой единую мембранную структуру, присутствующую во всех эукариотических клетках. Он имеет цис-грань (выпуклую) и транс-грань (вогнутую). Аппарат Гольджи играет важную роль в сортировке, упаковке, переработке и модификации различных типов белков.
Вакуоли
В клетках животных много маленьких одиночных мембранозных вакуолей, но в растительных клетках одна большая вакуоль. Вакуоли выполняют функцию хранения, транспортировки, а в растительных клетках они придают клетке форму. Вакуоли также помогают в поддержании гомеостаза.
Хлоропласт
Хлоропласт представляет собой структуру с двойной мембраной, которая присутствует только в растениях. У него также есть собственная ДНК, которая, как предполагается, была поглощена родительской клеткой. Основной функцией хлоропласта является выработка глюкозы путем улавливания солнечной энергии, процесс, который называется фотосинтезом.