Funkcje, części i charakterystyka cytoplazmy



The cytoplazma jest substancją znajdującą się wewnątrz komórek, która obejmuje matrycę cytoplazmatyczną (lub cytozol) i przedziały subkomórkowe. Cytozol stanowi nieco ponad połowę (około 55%) całkowitej objętości komórki i jest obszarem, w którym zachodzi synteza i degradacja białek, zapewniając odpowiednie środki do przeprowadzenia niezbędnych reakcji metabolicznych.

Wszystkie składniki komórki prokariotycznej znajdują się w cytoplazmie, podczas gdy u eukariontów istnieją inne podziały, takie jak jądro. W komórkach eukariotycznych pozostałą objętość komórek (45%) zajmują organelle cytoplazmatyczne, takie jak mitochondria, gładka i szorstka siateczka endoplazmatyczna, jądro, peroksysomy, lizosomy i endosomy..

Indeks

  • 1 Ogólna charakterystyka
  • 2 komponenty
    • 2.1 Citosol
    • 2.2 Organelle błoniaste
    • 2.3 Dyskretne organelle
    • 2.4 Organelle nie błoniaste
    • 2.5 Inkluzje
  • 3 Właściwości cytoplazmy
    • 3.1 To jest koloid
    • 3.2 Właściwości tiksotropowe
    • 3.3 Cytoplazma zachowuje się jak hydrożel
    • 3.4 Ruch cykliczny
  • 4 Fazy cytozolu
  • 5 funkcji
  • 6 referencji

Ogólna charakterystyka

Cytoplazma jest substancją wypełniającą wnętrze komórek i jest podzielona na dwa składniki: frakcję ciekłą znaną jako cytozol lub matrycę cytoplazmatyczną i wbudowane w nią organelle - w przypadku linii eukariotycznej.

Cytozol jest galaretowatą matrycą cytoplazmy i składa się z ogromnej różnorodności substancji rozpuszczonych, takich jak jony, metabolity pośrednie, węglowodany, lipidy, białka i kwasy rybonukleinowe (RNA). Może wystąpić w dwóch fazach wzajemnie przemiennych: faza żelu i faza słońca.

Składa się z matrycy koloidalnej podobnej do wodnego żelu składającego się głównie z wody i sieci białek włóknistych odpowiadających cytoszkieletowi, w tym aktyny, mikrotubuli i włókien pośrednich, a także szeregu dodatkowych białek, które przyczyniają się do powstania krata.

Ta sieć utworzona przez filamenty białkowe dyfunduje w cytoplazmie, nadając jej właściwości lepkosprężystości i właściwości żelu kurczliwego.

Cytoszkielet jest odpowiedzialny za zapewnienie wsparcia i stabilności architektury komórkowej. Oprócz uczestniczenia w transporcie substancji w cytoplazmie i przyczyniania się do ruchu komórek, podobnie jak w fagocytozie.

Komponenty

Cytoplazma składa się z matrycy cytoplazmatycznej lub cytozolu i organelli, które są osadzone w tej galaretowatej substancji. Następnie każdy z nich zostanie szczegółowo opisany:

Citosol

Cytozol jest bezbarwną, czasami szarawą, galaretowatą i półprzezroczystą substancją znajdującą się na zewnątrz organelli. Uważany jest za rozpuszczalną część cytoplazmy.

Najliczniejszym składnikiem tej matrycy jest woda, tworząca od 65 do 80% jej całkowitego składu, z wyjątkiem komórek kostnych, szkliwa zębów i nasion.

Jeśli chodzi o skład chemiczny, 20% odpowiada cząsteczkom białka. Ma ponad 46 elementów używanych przez komórkę. Spośród nich tylko 24 uważa się za niezbędne do życia.

Wśród najważniejszych elementów można wymienić węgiel, wodór, azot, tlen, fosfor i siarkę.

W ten sam sposób matryca ta jest bogata w jony, a ich zatrzymanie powoduje wzrost ciśnienia osmotycznego komórki. Jony te pomagają utrzymać optymalną równowagę kwasowo-zasadową w środowisku komórkowym.

Różnorodność jonów występujących w cytozolu zmienia się w zależności od badanego typu komórki. Na przykład komórki mięśniowe i nerwowe mają wysokie stężenia potasu i magnezu, podczas gdy jony wapnia są szczególnie obfite w komórkach krwi..

Organelle błoniaste

W przypadku komórek eukariotycznych w macierzy cytoplazmatycznej osadzonych jest wiele przedziałów subkomórkowych. Można je podzielić na błoniaste i dyskretne organelle.

Siatka endoplazmatyczna i aparat Golgiego należą do pierwszej grupy, z których oba są układami membran w kształcie torebek, które są ze sobą połączone. Z tego powodu trudno jest określić granicę jego struktury. Ponadto przedziały te zapewniają przestrzenną i czasową ciągłość z błoną plazmatyczną.

Siateczkę endoplazmatyczną dzieli się na gładką lub szorstką, w zależności od obecności lub braku rybosomów. Gładka jest odpowiedzialna za metabolizm małych cząsteczek, posiada mechanizmy detoksykacji i syntezy lipidów i steroidów.

Natomiast szorstka retikulum endoplazmatyczne ma rybosomy zakotwiczone do swojej błony i jest głównie odpowiedzialne za syntezę białek, które będą wydalane przez komórkę.

Aparat Golgiego jest zestawem dysków w postaci dysków i bierze udział w syntezie błon i białek. Ponadto posiada maszynerię enzymatyczną niezbędną do zmiany białek i lipidów, w tym glikozylacji. Bierze również udział w przechowywaniu i dystrybucji lizosomów i peroksysomów.

Dyskretne organelle

Druga grupa składa się z organelli wewnątrzkomórkowych, które są dyskretne i ich granice są wyraźnie obserwowane przez obecność błon.

Są izolowane od innych organelli z strukturalnego i fizycznego punktu widzenia, chociaż mogą występować interakcje z innymi przedziałami, na przykład mitochondria mogą oddziaływać z błoniastymi organellami.

W tej grupie znajdują się mitochondria, organelle, które posiadają niezbędne enzymy do przeprowadzenia niezbędnych szlaków metabolicznych, takie jak cykl kwasu cytrynowego, łańcuch transportu elektronów, synteza ATP i b-utlenianie kwasów tłuszczowych.

Lizosomy są także odrębnymi organellami i są odpowiedzialne za przechowywanie enzymów hydrolitycznych, które pomagają w reabsorpcji białek, niszczą bakterie i degradację organelli cytoplazmatycznych.

Mikroorganizmy (peroksysomy) uczestniczą w reakcjach utleniania. Struktury te posiadają enzymatyczną katalazę, która pomaga przekształcać nadtlenek wodoru - toksyczny metabolizm - w substancje nieszkodliwe dla komórki: wodę i tlen. B-utlenianie kwasów tłuszczowych występuje w tych ciałach.

W przypadku roślin istnieją inne organelle zwane plastydami. Wykonują one dziesiątki funkcji w komórce roślinnej, a najwybitniejsze są chloroplasty, w których zachodzi fotosynteza.

Nie błoniaste organelle

Komórka ma również struktury, które nie są ograniczone błonami biologicznymi. Należą do nich składniki cytoszkieletu, które obejmują mikrotubule, przerywane włókna i mikrowłókna aktyny..

Włókna aktynowe składają się z cząsteczek globularnych i są elastycznymi łańcuchami, podczas gdy włókna pośrednie są bardziej odporne i składają się z różnych białek. Białka te są odpowiedzialne za zapewnienie odporności na trakcję i dają siłę komórce.

Centriole są strukturalnym duetem w kształcie cylindra i są również organellami nie-błoniastymi. Znajdują się one w centrosomach lub zorganizowanych centrach mikrotubul. Struktury te powodują powstanie podstawowych ciał rzęsek.

Wreszcie istnieją rybosomy, struktury utworzone przez białka i rybosomalny RNA, które uczestniczą w procesie translacji (synteza białek). Mogą być wolne w cytozolu lub zakotwiczone w szorstkiej retikulum endoplazmatycznym.

Jednak kilku autorów nie uważa, że ​​rybosomy powinny być klasyfikowane jako same organelle..

Inkluzje

Wtrącenia są składnikami cytoplazmy, które nie odpowiadają organellom, aw większości przypadków nie są otoczone błonami lipidowymi.

Ta kategoria obejmuje dużą liczbę heterogenicznych struktur, takich jak granulki pigmentów, kryształów, tłuszczów, glikogenu i niektórych substancji odpadowych..

Ciała te mogą być otoczone przez enzymy, które uczestniczą w syntezie makrocząsteczek z substancji obecnej w inkluzji. Na przykład czasami glikogen może być otoczony przez enzymy, takie jak syntaza glikogenu lub fosforylaza glikogenu.

Wtrącenia są powszechne w komórkach wątroby i komórkach mięśniowych. W ten sam sposób wtrącenia włosów i skóry mają granulki pigmentów, które nadają im charakterystyczne zabarwienie tych struktur.

Właściwości cytoplazmy

To jest koloid

Chemicznie cytoplazma jest koloidem, dlatego ma jednocześnie właściwości roztworu i zawiesiny. Składa się z cząsteczek o niskiej masie cząsteczkowej, takich jak sole i glukoza, a także cząsteczek o większej masie, takich jak białka.

System koloidalny można zdefiniować jako mieszaninę cząstek o średnicy od 1/1 000 000 do 1/10 000 rozproszonych w ciekłym ośrodku. Cała protoplazma komórkowa, która obejmuje zarówno cytoplazmę, jak i nukleoplazmę, jest roztworem koloidalnym, ponieważ rozproszone białka wykazują wszystkie cechy tych systemów.

Białka są w stanie tworzyć stabilne układy koloidalne, ponieważ zachowują się jak naładowane jony w roztworze i oddziałują zgodnie z ich ładunkami, a po drugie, są w stanie przyciągać cząsteczki wody. Jak każdy koloid ma właściwość utrzymania tego stanu zawieszenia, co zapewnia stabilność komórkom.

Wygląd cytoplazmy jest mętny, ponieważ tworzące ją cząsteczki są duże i załamują światło, zjawisko to nazywa się efektem Tyndalla.

Z drugiej strony, ruchy Browna cząstek zwiększają spotkanie cząstek, sprzyjając reakcjom enzymatycznym w cytoplazmie komórkowej.

Właściwości tiksotropowe

Cytoplazma wykazuje właściwości tiksotropowe, podobnie jak niektóre płyny nienewtonowskie i pseudoplasty. Tiksotropia odnosi się do zmian lepkości w czasie: gdy płyn jest poddawany wysiłkowi, lepkość tych samych spadków.

Substancje tiksotropowe mają stabilność w stanie spoczynku, a po zaburzeniu zyskują płynność. W codziennym otoczeniu mamy kontakt z tego rodzaju materiałami, takimi jak sos pomidorowy i jogurt.

Cytoplazma zachowuje się jak hydrożel

Hydrożel jest naturalną lub syntetyczną substancją, która może być porowata lub nie i ma zdolność pochłaniania dużych ilości wody. Jego zdolność wydłużania zależy od takich czynników, jak osmolarność medium, siła jonowa i temperatura.

Cytoplazma ma charakter hydrożelu, ponieważ może absorbować znaczne ilości wody, a objętość zmienia się w odpowiedzi na zewnątrz. Właściwości te zostały potwierdzone w cytoplazmie ssaków.

Ruchy cykli

Matryca cytoplazmatyczna jest zdolna do wykonywania ruchów, które tworzą przepływ prądu lub cytoplazmy. Ten ruch jest zwykle obserwowany w najbardziej ciekłej fazie cytozolu i jest przyczyną przemieszczania się przedziałów komórkowych, takich jak między innymi pinosomy, fagosomy, lizosomy, mitochondria, centriole..

Zjawisko to obserwowano w większości komórek zwierzęcych i roślinnych. Ruchy ameboidalne pierwotniaków, leukocytów, komórek nabłonkowych i innych struktur zależą od ruchu cytozy w cytoplazmie.

Fazy ​​cytozolu

Lepkość tej matrycy zmienia się w zależności od stężenia cząsteczek w komórce. Dzięki swej koloidalnej naturze można wyróżnić dwie fazy lub stany w cytoplazmie: fazę słoneczną i fazę żelową. Pierwszy przypomina ciecz, a drugi jest podobny do ciała stałego dzięki wyższej koncentracji makrocząsteczek.

Na przykład w przygotowaniu żelatyny możemy rozróżnić oba stany. W fazie słońca cząsteczki mogą swobodnie poruszać się w wodzie, jednak gdy roztwór jest chłodzony, twardnieje i staje się rodzajem półstałego żelu.

W stanie żelu cząsteczki są w stanie utrzymać razem różne typy wiązań chemicznych, w tym H-H, C-H lub C-N. W momencie przyłożenia ciepła do roztworu powróci do fazy słonecznej.

W warunkach naturalnych odwrócenie faz w tej macierzy zależy od wielu czynników fizjologicznych, mechanicznych i biochemicznych w środowisku komórkowym.

Funkcje

Cytoplazma jest rodzajem molekularnej zupy, w której zachodzą reakcje enzymatyczne niezbędne do utrzymania funkcji komórkowej.

Jest idealnym środkiem transportu dla procesów oddychania komórek i reakcji biosyntezy, ponieważ cząsteczki nie rozpuszczają się w podłożu i pływają w cytoplazmie, gotowe do użycia.

Ponadto dzięki składowi chemicznemu cytoplazma może działać jako bufor lub bufor. Służy również jako odpowiedni środek do zawieszania organelli, chroniąc je - i materiał genetyczny ograniczony do jądra - od nagłych ruchów i możliwych kolizji.

Cytoplazma przyczynia się do przemieszczania składników odżywczych i przemieszczania się komórek, dzięki wytwarzaniu przepływu cytoplazmatycznego. Zjawisko to polega na ruchu cytoplazmy.  

Prądy w cytoplazmie są szczególnie ważne w dużych komórkach roślinnych i pomagają przyspieszyć proces dystrybucji materiału.

Referencje

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., i Walter, P. (2008). Molekularna biologia komórki. Garland Science.
  2. Campbell, N. A., i Reece, J. B. (2007). Biologia. Ed. Panamericana Medical.
  3. Fels, J., Orlov, S. N. i Grygorczyk, R. (2009). Hydrożelowa natura cytoplazmy ssaków przyczynia się do osmosensingu i pozakomórkowego wykrywania pH. Biophysical Journal, 96(10), 4276-4285.
  4. Luby-Phelps, K., Taylor, D.L. i Lanni, F. (1986). Badanie struktury cytoplazmy. The Journal of Cell Biology, 102(6), 2015-2022.
  5. Ross, M. H., i Pawlina, W. (2007). Histologia Tekst i Atlas Color z Cellular and Molecular Biology, 5aed. Ed. Panamericana Medical.
  6. Tortora, G. J., Funke, B. R. i Case, C. L. (2007). Wprowadzenie do mikrobiologii. Ed. Panamericana Medical.