CYTOPLAZMA: FUNKCJE, CZĘŚCI I CECHY - BIOLOGIA - 2025

Cytoplazma jest substancja znajdująca się wewnątrz komórki, który zawiera cytoplazmatyczną matrycy lub cytozolu i kompartmentów subkomórkowych. Cytosol stanowi nieco ponad połowę (około 55%) całkowitej objętości komórki i jest obszarem, w którym zachodzi synteza i degradacja białek, zapewniając odpowiednią pożywkę do zajścia 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 retikulum endoplazmatyczne, jądro, peroksysomy, lizosomy i endosomy.

Charakterystyka ogólna

Cytoplazma jest substancją wypełniającą wnętrze komórek i dzieli się na dwa składniki: ciekłą frakcję zwaną cytozolem lub macierzą cytoplazmatyczną oraz osadzone w niej organelle - w przypadku linii eukariotycznej.

Cytozol jest galaretowatą macierzą cytoplazmy i składa się z wielu różnych substancji rozpuszczonych, takich jak jony, pośrednie metabolity, węglowodany, lipidy, białka i kwasy rybonukleinowe (RNA). Może występować w dwóch fazach wzajemnie przekształcalnych: fazie żelowej i fazie zolu.

Składa się z matrycy koloidalnej podobnej do wodnego żelu złożonego z wody - głównie - i sieci białek włóknistych odpowiadających cytoszkieletowi, w tym aktyny, mikrotubul i włókien pośrednich, a także szeregu białek pomocniczych, które przyczyniają się do tworzenia struktura.

Ta sieć utworzona przez włókna białkowe dyfunduje przez cytoplazmę, nadając jej właściwości lepkosprężyste i właściwości kurczliwego żelu.

Cytoszkielet odpowiada za wsparcie i stabilność architektury komórkowej. Oprócz udziału w transporcie substancji w cytoplazmie i uczestniczenia w ruchu komórek, takich jak fagocytoza. Na poniższej animacji możesz zobaczyć cytoplazmę komórki zwierzęcej (cytoplazmy):

cechy

Cytoplazma to rodzaj molekularnej zupy, w której zachodzą reakcje enzymatyczne niezbędne do utrzymania funkcji komórki.

Jest idealnym medium transportowym w procesach oddychania komórkowego i reakcjach biosyntezy, ponieważ cząsteczki nie rozpuszczają się w podłożu i unoszą się w cytoplazmie, gotowe do użycia.

Również dzięki swojemu składowi chemicznemu cytoplazma może pełnić funkcję bufora lub bufora. Służy również jako odpowiedni środek do zawieszenia organelli, chroniąc je - i materiał genetyczny zamknięty w jądrze - przed nagłymi ruchami i możliwymi zderzeniami.

Cytoplazma przyczynia się do przemieszczania składników odżywczych i przemieszczania 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.

składniki

Cytoplazma, przestrzeń wewnątrz komórki

Cytoplazma składa się z macierzy cytoplazmatycznej lub cytozolu i organelli, które są osadzone w tej galaretowatej substancji. Każdy z nich zostanie szczegółowo opisany poniżej:

Cytosol

Cytozol to bezbarwna, czasem szarawa, galaretowata i półprzezroczysta substancja znajdująca się na zewnątrz organelli. Uważa się, że jest to rozpuszczalna część cytoplazmy.

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

Pod względem składu chemicznego 20% to cząsteczki białka. Ma ponad 46 elementów używanych przez komórkę. Spośród nich tylko 24 są uważane za niezbędne do życia.

Do najważniejszych pierwiastków należą węgiel, wodór, azot, tlen, fosfor i siarka.

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

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

Błoniaste organelle

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

Retikulum endoplazmatyczne i aparat Golgiego należą do pierwszej grupy, oba są systemami połączonych błon w kształcie worka. Z tego powodu trudno jest określić granicę jego struktury. Ponadto te przedziały wykazują przestrzenną i czasową ciągłość z błoną plazmatyczną.

Retikulum endoplazmatyczne dzieli się na gładkie lub szorstkie, w zależności od obecności lub braku rybosomów. Gładka odpowiada za metabolizm drobnych cząsteczek, posiada mechanizmy odtruwania i syntezy lipidów i steroidów.

W przeciwieństwie do tego szorstka siateczka endoplazmatyczna ma rybosomy zakotwiczone w błonie i jest głównie odpowiedzialna za syntezę białek, które będą wydalane przez komórkę.

Aparat Golgiego to zbiór worków w kształcie dysku, biorących udział w syntezie błon i białek. Ponadto posiada maszynerię enzymatyczną niezbędną do przeprowadzania modyfikacji białek i lipidów, w tym glikozylacji. Bierze również udział w magazynowaniu i dystrybucji lizosomów i peroksysomów.

Dyskretne organelle

Druga grupa składa się z wewnątrzkomórkowych organelli, które są dyskretne, a ich granice są wyraźnie widoczne dzięki obecności błon.

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

Do tej grupy należą mitochondria, organelle, które posiadają enzymy niezbędne do przeprowadzenia podstawowych szlaków metabolicznych, takich jak cykl kwasu cytrynowego, łańcuch transportu elektronów, synteza ATP i b-oksydacja kwasów tłuszczowych.

Lizosomy są również odrębnymi organellami i są odpowiedzialne za magazynowanie enzymów hydrolitycznych, które pomagają w ponownym wchłanianiu białek, niszczeniu bakterii i degradacji organelli cytoplazmatycznych.

Mikrociała (peroksysomy) uczestniczą w reakcjach utleniania. Struktury te zawierają enzym katalazę, który pomaga przekształcić nadtlenek wodoru - toksyczny metabolizm - w substancje nieszkodliwe dla komórki: wodę i tlen. W tych ciałach zachodzi b-utlenianie kwasów tłuszczowych.

W przypadku roślin istnieją inne organelle zwane plastos. Pełnią one w komórce roślinnej dziesiątki funkcji, a do najwybitniejszych należą chloroplasty, w których zachodzi fotosynteza.

Niemembranowe organelle

Komórka ma również struktury, które nie są ograniczone błonami biologicznymi. Należą do nich składniki cytoszkieletu, które obejmują mikrotubule, włókna pośrednie i mikrofilamenty 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 wytrzymałość na rozciąganie i siłę komórki.

Centriole są strukturalnym duetem w kształcie walca i są również niemembranowymi organellami. Znajdują się w centrosomach lub zorganizowanych centrach mikrotubul. Struktury te powodują powstawanie ciał podstawowych rzęsek.

Wreszcie istnieją rybosomy, struktury zbudowane z białek i rybosomalnego RNA, które uczestniczą w procesie translacji (syntezie białek). Mogą być wolne w cytozolu lub zakotwiczone w szorstkiej siateczce endoplazmatycznej.

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

Włączenia

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

Ta kategoria obejmuje dużą liczbę heterogenicznych struktur, takich jak granulki pigmentu, kryształy, tłuszcze, glikogen i niektóre substancje odpadowe.

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

Wtrącenia są powszechne w komórkach wątroby i komórkach mięśniowych. Podobnie wtrącenia włosów i skóry mają granulki pigmentu, które nadają im charakterystyczny kolor tych struktur.

Właściwości cytoplazmy

To jest koloid

Pod względem chemicznym 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 z cząsteczek o większej masie, takich jak białka.

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

Białka są zdolne do tworzenia stabilnych układów koloidalnych, ponieważ zachowują się jak jony naładowane w roztworze i oddziałują zgodnie ze swoimi ładunkami, a po drugie są zdolne do przyciągania cząsteczek wody. Jak wszystkie koloidy ma właściwość utrzymywania takiego stanu zawiesiny, co zapewnia komórkom stabilność.

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

Z drugiej strony ruchy Browna cząstek zwiększają zbieranie się cząstek, sprzyjając reakcjom enzymatycznym w cytoplazmie komórki.

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 naprężeniom, jego lepkość spada.

Substancje tiksotropowe wykazują stabilność w stanie spoczynku, a zaburzone uzyskują płynność. Na co dzień mamy kontakt z tego typu materiałami, jak np. Sos pomidorowy czy jogurt.

Cytoplazma zachowuje się jak hydrożel

Hydrożel to naturalna lub syntetyczna substancja, która może być porowata lub nie i ma zdolność pochłaniania dużych ilości wody. Jego rozciągliwość zależy od takich czynników, jak osmolarność ośrodka, siła jonowa i temperatura.

Cytoplazma ma właściwości hydrożelu, ponieważ może absorbować znaczne ilości wody, a jej objętość zmienia się w zależności od warunków zewnętrznych. Właściwości te zostały potwierdzone w cytoplazmie ssaków.

Ruchy cyklozy

Macierz cytoplazmatyczna jest zdolna do wykonywania ruchów, które tworzą prąd lub przepływ cytoplazmatyczny. Ruch ten jest ogólnie obserwowany w bardziej płynnej fazie cytozolu i jest przyczyną przemieszczania się przedziałów komórkowych, takich jak między innymi pinosomy, fagosomy, lizosomy, mitochondria, centriole.

Zjawisko to zaobserwowano w większości komórek zwierzęcych i roślinnych. Ruchy ameboidalne pierwotniaków, leukocytów, komórek nabłonka i innych struktur zależą od ruchu cyklozy w cytoplazmie.

Fazy ​​cytosolu

Lepkość tej macierzy zmienia się jako funkcja stężenia cząsteczek w komórce. Dzięki koloidalnemu charakterowi w cytoplazmie można wyróżnić dwie fazy lub stany: fazę zolową i fazę żelową. Pierwsza przypomina ciecz, druga przypomina ciało stałe dzięki wyższemu stężeniu makrocząsteczek.

Na przykład przy przygotowywaniu żelatyny możemy rozróżnić oba stany. W fazie zolu cząsteczki mogą swobodnie poruszać się w wodzie, jednak po schłodzeniu roztwór twardnieje i staje się rodzajem półstałego żelu.

W stanie żelowym cząsteczki mogą być utrzymywane razem przez różne typy wiązań chemicznych, w tym HH, CH lub CN. Gdy tylko ciepło zostanie przyłożone do roztworu, powróci on do fazy słonecznej.

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

Bibliografia

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. i Walter, P. (2008). Biologia molekularna komórki. Garland Science.
2. Campbell, NA i Reece, JB (2007). Biologia. Panamerican Medical Ed.
3. Fels, J., Orlov, SN i Grygorczyk, R. (2009). Hydrożelowy charakter cytoplazmy ssaków przyczynia się do wyczuwania osmosu i pozakomórkowego wykrywania pH. Biophysical Journal, 96 (10), 4276-4285.
4. Luby-Phelps, K., Taylor, DL i Lanni, F. (1986). Badanie struktury cytoplazmy. The Journal of Cell Biology, 102 (6), 2015–2022.
5. Ross, MH i Pawlina, W. (2007). Histologia. Text and Color Atlas with Cellular and Molecular Biology, 5aed. Panamerican Medical Ed.
6. Tortora, GJ, Funke, BR i Case, CL (2007). Wprowadzenie do mikrobiologii. Panamerican Medical Ed.