Cytoplazma: funkcje, części i charakterystyka

Cytoplazma to substancja znajdująca się w komórkach, która zawiera 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 eukariotów 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.

Ogólna charakterystyka

Cytoplazma jest substancją, która wypełnia wnętrze komórek i dzieli się na dwa składniki: frakcję ciekłą znaną jako cytozol lub macierz cytoplazmatyczną i organelle, które są w niej osadzone - 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 białek pomocniczych, które przyczyniają się do utworzenia kratownica.

Ta sieć utworzona przez włókna 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 zostanie szczegółowo opisany:

Citosol

Cytozol jest bezbarwną, czasami szarawą, galaretowatą i półprzezroczystą substancją znajdującą się na zewnątrz organelli. Uważa się, że jest to rozpuszczalna część cytoplazmy.

Najliczniejszym składnikiem tej matrycy jest woda, tworząca od 65 do 80% jej całkowitej kompozycji, z wyjątkiem komórek kostnych, w szkliwie zębów i nasionach.

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.

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

W ten sam sposób macierz 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.

W przeciwieństwie do tego, szorstka siateczka endoplazmatyczna ma rybosomy zakotwiczone do swojej błony i jest głównie odpowiedzialne za syntezę białek, które będą wydalane przez komórkę.

Aparat Golgiego to zestaw 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. W tych ciałach następuje b-utlenianie kwasów tłuszczowych.

W przypadku roślin istnieją inne organelle zwane plastydami. Wykonują 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. Obejmują one 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 zapewniają solidność 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 dają początek ciałom podstawowym 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 iw 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. Podobnie jak wszystkie koloidy, ma właściwość utrzymania tego stanu zawieszenia, który 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 płynu zmniejsza się.

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 na ogół 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 cząstki 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 rodzaje wiązań chemicznych, w tym HH, CH lub CN. W czasie, gdy ciepło jest doprowadzane do roztworu, powróci do fazy słonecznej.

W warunkach naturalnych odwrócenie faz w tej matrycy 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 zamknięty w jądrze - przed nagłymi ruchami i możliwymi kolizjami.

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.