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.