ЦИТОПЛАЗМА: ФУНКЦИИ, СОСТАВ И ХАРАКТЕРИСТИКА - БИОЛОГИЯ - 2025

Цитоплазма является веществом , найденным внутри клеток, который включает в себя цитоплазматическую матрицу или цитозоль и субклеточные отсеки. Цитозоль составляет немногим более половины (примерно 55%) от общего объема клетки и является областью, где происходит синтез и распад белков, обеспечивая адекватную среду для необходимых метаболических реакций. ,

Все компоненты прокариотической клетки находятся в цитоплазме, тогда как у эукариот есть другие подразделения, такие как ядро. В эукариотических клетках оставшийся клеточный объем (45%) занят цитоплазматическими органеллами, такими как митохондрии, гладкая и шероховатая эндоплазматическая сеть, ядро, пероксисомы, лизосомы и эндосомы.

Общие характеристики

Цитоплазма - это вещество, которое заполняет внутреннюю часть клеток и делится на два компонента: жидкую фракцию, известную как цитозоль или цитоплазматический матрикс, и органеллы, которые встроены в нее - в случае эукариотического происхождения.

Цитозоль представляет собой студенистую матрицу цитоплазмы и состоит из огромного количества растворенных веществ, таких как ионы, промежуточные метаболиты, углеводы, липиды, белки и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Он может появляться в двух взаимопревращаемых фазах: фазе геля и фазе золя.

Он состоит из коллоидной матрицы, похожей на водный гель, состоящий в основном из воды, и сети волокнистых белков, соответствующих цитоскелету, включая актин, микротрубочки и промежуточные филаменты, а также ряд дополнительных белков, которые способствуют формированию фреймворк.

Эта сеть, образованная белковыми филаментами, распространяется по цитоплазме, придавая ей вязкоупругие свойства и характеристики сократительного геля.

Цитоскелет отвечает за поддержку и стабильность клеточной архитектуры. Помимо участия в транспорте веществ в цитоплазме и содействия движению клеток, например, к фагоцитозу. На следующей анимации вы можете увидеть цитоплазму животной клетки (цитоплазму):

Характеристики

Цитоплазма - это своего рода молекулярный суп, в котором происходят ферментативные реакции, необходимые для поддержания функции клеток.

Это идеальная транспортная среда для процессов клеточного дыхания и реакций биосинтеза, поскольку молекулы не растворяются в среде и плавают в цитоплазме, готовые к использованию.

Кроме того, благодаря своему химическому составу цитоплазма может функционировать как буфер или буфер. Он также служит подходящим средством для приостановки органелл, защищая их - и генетический материал, заключенный в ядре - от внезапных движений и возможных столкновений.

Цитоплазма способствует перемещению питательных веществ и перемещению клеток благодаря генерации цитоплазматического потока. Это явление заключается в движении цитоплазмы.

Токи в цитоплазме особенно важны для крупных растительных клеток и помогают ускорить процесс распределения материала.

Составные части

Цитоплазма, пространство внутри клетки

Цитоплазма состоит из цитоплазматического матрикса или цитозоля и органелл, встроенных в это студенистое вещество. Каждый из них будет подробно описан ниже:

цитозоль

Цитозоль - это бесцветное, иногда сероватое, студенистое и полупрозрачное вещество, находящееся на внешней стороне органелл. Считается растворимой частью цитоплазмы.

Самым распространенным компонентом этого матрикса является вода, составляющая от 65 до 80% его общего состава, за исключением костных клеток, эмали зубов и семян.

По химическому составу 20% соответствует молекулам белка. В нем более 46 элементов, используемых ячейкой. Из них только 24 считаются необходимыми для жизни.

Среди наиболее известных элементов - углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера.

Точно так же эта матрица богата ионами, и их удержание приводит к увеличению осмотического давления клетки. Эти ионы помогают поддерживать оптимальный кислотно-щелочной баланс в клеточной среде.

Разнообразие ионов, обнаруженных в цитозоле, варьируется в зависимости от исследуемого типа клеток. Например, мышечные и нервные клетки имеют высокие концентрации калия и магния, тогда как иона кальция особенно много в клетках крови.

Мембранозные органеллы

В случае эукариотических клеток существует множество субклеточных компартментов, встроенных в цитоплазматический матрикс. Их можно разделить на мембранные и дискретные органеллы.

Эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи относятся к первой группе, оба представляют собой системы мешковидных мембран, которые связаны между собой. По этой причине трудно определить пределы его структуры. Кроме того, эти компартменты представляют собой пространственную и временную целостность плазматической мембраны.

Эндоплазматическая сеть делится на гладкую и шероховатую, в зависимости от наличия или отсутствия рибосом. Гладкая отвечает за метаболизм малых молекул, имеет механизмы детоксикации и синтеза липидов и стероидов.

Напротив, грубый эндоплазматический ретикулум имеет рибосомы, прикрепленные к его мембране, и в основном отвечает за синтез белков, которые будут выводиться клеткой.

Аппарат Гольджи представляет собой набор дискообразных мешочков и участвует в синтезе мембран и белков. Кроме того, он обладает ферментативным механизмом, необходимым для модификации белков и липидов, включая гликозилирование. Он также участвует в хранении и распределении лизосом и пероксисом.

Незаметные органеллы

Вторая группа состоит из внутриклеточных органелл, которые являются дискретными, и их пределы четко наблюдаются благодаря наличию мембран.

Они изолированы от других органелл со структурной и физической точки зрения, хотя могут быть взаимодействия с другими компартментами, например, митохондрии могут взаимодействовать с мембранными органеллами.

В эту группу входят митохондрии, органеллы, которые обладают ферментами, необходимыми для осуществления основных метаболических путей, таких как цикл лимонной кислоты, цепь переноса электронов, синтез АТФ и b-окисление жирных кислот.

Лизосомы также представляют собой дискретные органеллы и отвечают за хранение гидролитических ферментов, которые помогают реабсорбции белков, уничтожают бактерии и деградацию цитоплазматических органелл.

Микротела (пероксисомы) участвуют в окислительных реакциях. Эти структуры содержат фермент каталазу, который помогает преобразовывать перекись водорода - токсичный метаболизм - в вещества, безвредные для клетки: воду и кислород. В этих телах происходит b-окисление жирных кислот.

В случае растений есть и другие органеллы, называемые пластами. Они выполняют множество функций в растительной клетке, и наиболее выдающимися являются хлоропласты, в которых происходит фотосинтез.

Немембранозные органеллы

Клетка также имеет структуры, не ограниченные биологическими мембранами. К ним относятся компоненты цитоскелета, которые включают микротрубочки, промежуточные филаменты и актиновые микрофиламенты.

Актиновые филаменты состоят из глобулярных молекул и представляют собой гибкие цепи, тогда как промежуточные филаменты более устойчивы и состоят из разных белков. Эти белки отвечают за обеспечение прочности на разрыв и прочности клеток.

Центриоли представляют собой структурный дуэт цилиндрической формы и также немембранозные органеллы. Они расположены в центросомах или организованных центрах микротрубочек. Эти структуры дают начало базальным телам ресничек.

Наконец, существуют рибосомы, структуры, состоящие из белков и рибосомальной РНК, которые участвуют в процессе трансляции (синтез белка). Они могут быть свободными в цитозоле или прикрепленными к грубому эндоплазматическому ретикулуму.

Однако некоторые авторы не считают, что рибосомы следует относить к органеллам.

Включения

Включения представляют собой компоненты цитоплазмы, которые не соответствуют органеллам и в большинстве случаев не окружены липидными мембранами.

В эту категорию входит большое количество разнородных структур, таких как гранулы пигмента, кристаллы, жиры, гликоген и некоторые отходы.

Эти тела могут окружать себя ферментами, которые участвуют в синтезе макромолекул из вещества, присутствующего во включении. Например, гликоген иногда может быть окружен ферментами, такими как синтез гликогена или гликогенфосфорилаза.

Включения часто встречаются в клетках печени и мышечных клетках. Точно так же включения волос и кожи имеют пигментные гранулы, которые придают им характерную окраску этих структур.

Свойства цитоплазмы

Это коллоид

По химическому составу цитоплазма представляет собой коллоид, поэтому имеет характеристики раствора и суспензии одновременно. Он состоит из молекул с низкой молекулярной массой, таких как соли и глюкоза, а также из молекул большей массы, таких как белки.

Коллоидная система может быть определена как смесь частиц с диаметром от 1/1 000 000 до 1/10 000, диспергированных в жидкой среде. Вся клеточная протоплазма, которая включает как цитоплазму, так и нуклеоплазму, представляет собой коллоидный раствор, поскольку диспергированные белки обладают всеми характеристиками этих систем.

Белки способны образовывать стабильные коллоидные системы, поскольку они ведут себя как заряженные ионы в растворе и взаимодействуют в соответствии со своими зарядами, а во-вторых, они способны притягивать молекулы воды. Как и все коллоиды, он имеет свойство поддерживать это состояние суспензии, что придает клеткам стабильность.

Внешний вид цитоплазмы мутный, потому что молекулы, составляющие ее, большие и преломляют свет, это явление называется эффектом Тиндаля.

С другой стороны, броуновское движение частиц увеличивает встречу частиц, способствуя ферментативным реакциям в цитоплазме клетки.

Тиксотропные свойства

Цитоплазма проявляет тиксотропные свойства, как и некоторые неньютоновские жидкости и псевдопластики. Тиксотропия относится к изменениям вязкости с течением времени: когда жидкость подвергается нагрузке, ее вязкость уменьшается.

Тиксотропные вещества проявляют стабильность в состоянии покоя, а при нарушении - текучесть. В повседневной жизни мы контактируем с такими материалами, как томатный соус и йогурт.

Цитоплазма ведет себя как гидрогель.

Гидрогель - это натуральное или синтетическое вещество, которое может быть или не быть пористым и обладать способностью поглощать большие количества воды. Его растяжимость зависит от таких факторов, как осмолярность среды, ионная сила и температура.

Цитоплазма имеет характеристики гидрогеля, так как она может абсорбировать значительное количество воды, а ее объем изменяется в зависимости от внешнего вида. Эти свойства были подтверждены в цитоплазме млекопитающих.

Циклозные движения

Цитоплазматический матрикс способен совершать движения, которые создают цитоплазматический ток или поток. Это движение обычно наблюдается в более жидкой фазе цитозоля и является причиной смещения клеточных компартментов, таких как пиносомы, фагосомы, лизосомы, митохондрии, центриоли и другие.

Это явление наблюдается в большинстве клеток животных и растений. Амебоидные движения простейших, лейкоцитов, эпителиальных клеток и других структур зависят от движения циклоза в цитоплазме.

Фазы цитозоля

Вязкость этой матрицы меняется в зависимости от концентрации молекул в клетке. Благодаря его коллоидной природе в цитоплазме можно выделить две фазы или состояния: фазу золя и фазу геля. Первый напоминает жидкость, а второй - твердое тело благодаря более высокой концентрации макромолекул.

Например, при приготовлении желатина мы можем различить оба состояния. В зольной фазе частицы могут свободно перемещаться в воде, однако, когда раствор охлаждается, он затвердевает и становится своего рода полутвердым гелем.

В гелеобразном состоянии молекулы способны удерживаться вместе с помощью различных типов химических связей, включая HH, CH или CN. Как только раствор нагреется, он вернется в солнечную фазу.

В естественных условиях фазовая инверсия в этой матрице зависит от множества физиологических, механических и биохимических факторов клеточной среды.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Джонсон, А., Льюис, Дж., Рафф, М., Робертс, К., и Уолтер, П. (2008). Молекулярная биология клетки. Наука о гирляндах.
2. Кэмпбелл, Северная Каролина, и Рис, Дж. Б. (2007). Биология. Panamerican Medical Ed.
3. Фелс, Дж., Орлов, С.Н., и Григорчик, Р. (2009). Гидрогелевый характер цитоплазмы млекопитающих способствует восприятию осмоса и внеклеточного pH. Биофизический журнал, 96 (10), 4276-4285.
4. Луби-Фелпс, К., Тейлор, Д.Л., и Ланни, Ф. (1986). Зондирование структуры цитоплазмы. Журнал клеточной биологии, 102 (6), 2015-2022.
5. Росс, М.Х., и Павлина, В. (2007). Гистологии. Атлас текста и цвета по клеточной и молекулярной биологии, 5аед. Panamerican Medical Ed.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, и Case, CL (2007). Введение в микробиологию. Panamerican Medical Ed.