Наряду с ядром, в цитоплазме эукариотической клетки содержатся другие мембранно-связанные органеллы. Иногда для описания водного окружения компартментов в цитоплазме используют термин цитозоль. Цитозоль можно рассматривать как единый компартмент, ограниченный плазматической мембраной и находящийся в контакте с наружной поверхностью мембран всех внутриклеточных органелл.
Это специфический компартмент, одной из основных функций которого является синтез белков как для собственных нужд, так и предназначенных для импорта в органеллы.
Находящиеся в клетке мембраны построены также, как и окружающая клетку плазматическая мембрана, т. е. имеют структуру липидного бислоя. Для каждой мембраны индивидуальные липиды могут различаться, однако их общие свойства остаются одинаковыми.
Так же как непроницаемая плазматическая мембрана отделяет внутреннюю часть клетки от внешней среды, непроницаемая мембрана органелл отделяет их внутреннее содержимое от окружающего цитозоля. Свободного обмена ионами через мембраны не происходит. Это важнейшее свойство мембран, благодаря которому внутри органелл создается специфическая среда. (Ядро составляет исключение, поскольку в его оболочке имеются поры.)
Транспорт небольших молекул и макромолекул через мембраны компартментов контролируется белками, интегрированными в мембрану (подобно тому, как белковые комплексы плазматической мембраны контролируют импорт в клетку веществ и экспорт из нее). Внутренняя полость независимого компартмента называется люмен. Состав водной среды люмена может отличаться от состава окружающей цитоплазмы.
В цитоплазме эукариотической клетки содержится несколько компартментов, ограниченных мембранами.
В люмене каждой органеллы происходят специфические процессы. Для их протекания необходимы специальные белки, находящиеся в органелле. За исключением митохондрий и протопластов (которые синтезируют часть собственных белков), органеллы не образуют белки, и поэтому они импортируют их из цитозоля, где происходит синтез белка.
На представлена локализация наиболее типичных органелл в цитоплазме эукариотической клетки. Состав среды в люмене каждой органеллы соответствует функции, которую она выполняет.
Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) представляет собой разветвленную сеть внутренних мембран, которая связана с наружной мембраной ядерной оболочки. В люмене ЭПР поддерживается окислительная среда (такая же, как существует вне клетки). Это важно для осуществления одной из его функций: укладки белков и сборки мультибелковых комплексов.
В типичной эукариотической клетке компартменты, ограниченные мембранами, связаны между собой и взаимодействуют друг с другом за счет разделения и слияния своих мембран. Эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи (представляющий собой набор «стопок» плоских дисков, окруженных мембраной) и транс-Гольджи сеть представляют собой основные компоненты секреторного аппарата: их мембраны участвуют в отпочковывании и слиянии секреторных везикул, при этом содержимое везикул и мембранные белки транспортируются из компартмента в компартмент. Секреторные везикулы отпочковываются от транс-Гольджи сети и сливаются с плазматической мембраной.
В компартментах эукариотической клетки среда имеет различный ионный состав
В ЭПР и аппарате Гольджи происходит ковалентная модификация белков, включая добавление к ним остатков небольших сахаров. К числу других органелл, составляющих часть транспортной сети, относятся также эндосомы и лизосомы, в которых происходит деградация белков.
Митохондрии (обнаруженные во всех клетках эукариот) и хлоропласта (присутствующие в клетках растений) участвуют в энергетических процессах. В митохондриях происходят основные реакции, посредством которых в клетке запасается промежуточный макроэргический метаболит, АТФ. В хлоропластах происходят процессы фотосинтеза из углекислого газа и воды, позволяющие зеленым растениям синтезировать небольшие углеродсодержащие молекулы, которые они используют в качестве питательных соединений.
Наличие хлоропластов служит одним из основных признаков отличия клеток царства растений от клеток представителей царства животных, а также других царств.
Обычно концентрация ионов или небольших молекул в каждом цитоплазматическом компартменте различна. Наиболее сильные отличия касаются эндоплазматического ретикулума, для которого характерна очень высокая концентрация ионов кальция. Величина pH внутри лизосом и эндосом существенно ниже, чем в цитозоле. Эндосомы подразделяются на две большие группы: для группы ранних эндосом величина pH находится в пределах 6,5-6,8, а в поздних достигает 4,5. Напротив, величина pH матрикса митохондрий выше, чем в цитозоле.
