Цитоплазматический матрикс (гиалоплазма, цитозоль) – это основное вещество цитоплазмы. Матрикс представляет собой водорастворимую часть цитоплазмы. Содержит около 90 % воды, в которой растворены макромолекулы и молекулярные комплексы (образующие коллоидный раствор), а также малые молекулы и ионы (образующие истинный раствор). В целом матрикс представляет собой жидкий коллоидный раствор – золь. При определенных условиях матрикс переходит в студневидное состояние – гель. Переходы золя в гель и геля в золь – это нормальное состояние физиологически активной клетки; с этими переходами связано движение цитоплазмы, амебоидное движение клеток и изменение их формы.
Функции матрикса: место хранения биологических молекул; среда для протекания биохимических реакций; место хранения включений; транспорт веществ; поддержание постоянства внутриклеточной среды (рН, водно-солевого режима и т.д.).
Цитоплазма эукариотических клеток пронизана трехмерной сеткой из белковых нитей (филаментов), называемой цитоскелетом – это часть цитоплазмы, представленная фибриллярными (волоконными) структурами. В зависимости от диаметра филаменты разделяются на три группы: микрофиламенты (6-8 нм), промежуточные волокна (около 10 нм) и микротрубочки (около 25 нм). Все эти волокна представляют собой полимеры, состоящие из субъединиц особых глобулярных белков.
Микрофиламенты – это нитевидные структуры, образующие сократимые комплексы. Микрофиламенты пронизывают всю клетку и составляют основу цитоскелета. К ним прикрепляются все остальные органоиды клетки. Расположение микрофиламентов в эктоплазме определяет форму клеток. В состав микрофиламентов входят разнообразные белки: актин, миозин и другие. Актин составляет до 10…15% от всех белков клетки. Глобулярный G–актин существует в виде отдельных молекул в форме коллоидного раствора (золь). Но в присутствии АТФ и некоторых белковых факторов образуется нитчатая структура из последовательностей глобул актина (фибриллярный F–актин) в студневидной форме (гель). Миозин всегда существует в виде толстых нитей. Оба белка с участием других белков образуют актин-миозиновый комплекс, способный к сокращению за счет скольжения актиновых и миозиновых микрофиламентов относительно друг друга (при этом затрачивается энергия за счет гидролиза АТФ на определенных участках молекул миозина).
Микротрубочки представляют собой вытянутые полые цилиндры диаметром 25 нм. Микротрубочки сосредоточены в центре клетки и на ее периферии. Они входят в состав центриолей, органоидов движения, веретена деления, образуют цитоскелет в выступающих частях клеток (например, в аксонах нервных клеток). Вдоль микротрубочек могут перемещаться различные структуры (митохондрии и др.). Стенки микротрубочек состоят из белка тубулина. Тубулин (как и актин) может существовать и в виде золя (молекулы α–и β–тубулина, которые соединяются попарно в димеры), и в виде геля. Микротрубочки могут быть одиночными, парными (дублеты) и тройными (триплеты). Одиночные микротрубочки и первые (А) микротрубочки дублетов и триплетов – полные: на поперечном срезе одновременно видны 13 тубулиновых молекул, которые образуют кольцо (точнее, виток спирали). Вторые (В) и третьи (С) микротрубочки дублетов и триплетов – неполные: на поперечном срезе одновременно видны 11 тубулиновых молекул, образующих незамкнутое кольцо. Параллельно расположенные микротрубочки, дублеты и триплеты способны соединяться с помощью белка динеина.
Промежуточные филаменты образованы разнообразными белками: прекератин, виментин, десмин и другие. Их функции разнообразны. В частности, из прекератина образуется кератин – основа рогового вещества.
Включения. В состав цитоплазмы входят включения – структуры, которые не являются ее обязательными компонентами. Включения разнообразны по химическому составу, происхождению и функциям. Эргастические включения содержат энергию для жизнедеятельности клетки. К ним относятся: жировые капли, гранулы гликогена и крахмальные зерна, гранулы белка и алейроновые зерна. Неэргастические включения не служат источниками энергии. К ним относятся: некоторые пигменты (меланин, антоциан), эфирные масла, кристаллы оксалата кальция.