Определение цитоплазмы

Цитоплазма относится к жидкости, которая заполняет клетка, который включает в себя цитозоль наряду с филаментами, белками, ионами и макромолекулярными структурами, а также органеллами, взвешенными в цитозоле.

В эукариотических клетках цитоплазма относится к содержимому клетки, за исключением ядра. Эукариоты имеют тщательно продуманные механизмы для поддержания отдельного ядерного компартмента отдельно от цитоплазмы. Активный транспорт участвует в создании этих субклеточных структур и для поддержания гомеостаз с цитоплазмой. Для прокариотических клеток, так как они не имеют определенного ядерная мембрана цитоплазма также содержит первичный генетический материал клетки. Эти клетки обычно меньше по сравнению с эукариотами и имеют более простую внутреннюю организацию цитоплазмы.

Структура цитоплазмы

Цитоплазма необычна, потому что она не похожа ни на одну другую жидкость в физическом мире. Жидкости, которые изучают, чтобы понять диффузия обычно содержат несколько растворенных веществ в водной среде. Однако цитоплазма представляет собой сложную и многолюдную систему, содержащую широкий спектр частиц – от ионов и небольших молекул до белков, а также гигантских мультипротеиновых комплексов и органелл. Эти составляющие перемещаются через ячейку в зависимости от требований ячейки вдоль сложного цитоскелет с помощью специализированных моторных белков. Движение таких крупных частиц также меняет физические свойства цитозоля.

Физическая природа цитоплазмы является переменной. Иногда происходит быстрая диффузия через клетку, что делает цитоплазму похожей на коллоидную решение, В других случаях он приобретает свойства гелеобразного или стеклоподобного вещества. Говорят, что он обладает свойствами как вязких, так и упругих материалов, способных медленно деформироваться под действием внешней силы в дополнение к восстановлению своей первоначальной формы с минимальными потерями энергии. Части цитоплазмы близко к плазматическая мембрана также “более жесткие”, в то время как области рядом с внутренним пространством напоминают свободнотекучие жидкости. Эти изменения в цитоплазме, по-видимому, зависят от метаболических процессов в клетке и играют важную роль в выполнении определенных функций и защите клетки от стрессоров.

Цитоплазма может быть разделена на три компонента:

  • Цитоскелет со связанными с ним моторными белками
  • Органеллы и другие крупные мультибелковые комплексы
  • Цитоплазматические включения и растворенные вещества
  • Цитоскелет и моторные белки

    Основная форма клетки обеспечивается ее цитоскелетом, образованным в основном тремя типами полимеров – актиновыми нитями, микротрубочками и промежуточными нитями.

    Актиновые филаменты или микрофиламенты имеют ширину 7 нм и изготовлены из двухцепочечных полимеров F-актина. Эти филаменты связаны с рядом других белков, которые помогают в сборке филаментов, а также участвуют в их закреплении вблизи плазматической мембраны. Это цитоплазматическое положение помогает микрофиламентам участвовать в быстрых реакциях на сигнальные молекулы из внеклеточной среды и вызывать клеточные ответы через передача сигнала или хемотаксис. Кроме того, миозин, моторный белок на основе АТФ, переносит грузы и везикулы вдоль микрофиламентных и также участвует в мускул сокращение.

    Микротрубочки представляют собой полимеры α и β тубулина, которые образуют полую трубку за счет латеральной ассоциации 13 протофиламентов. Каждый протофиламент представляет собой полимер чередующихся молекул α и β тубулина. Внутренний диаметр микротрубочек составляет 12 нм, а его внешний диаметр составляет 24 нм.

    Микротрубочки участвуют в цитоплазматическом транспорте, хромосома сегрегация и в формировании структур, таких как реснички и жгутики для клеточного движения.

    Промежуточные филаменты больше, чем микрофиламенты, но меньше, чем микротрубочки, и образованы группой белков, которые имеют общие структурные особенности. Хотя они не участвуют в клетке подвижность они важны для того, чтобы клетки объединялись в ткани и оставались привязанными к внеклеточный матрикс.

    Органеллы и мультипротеиновые комплексы

    Большинство эукариотических клеток имеют ряд органелл, которые обеспечивают компартменты в цитоплазме для специализированных микроокружений. Например, лизосомы содержат ряд гидролаз в кислой среде, которая идеально подходит для их ферментативной активности. Эти гидролазы активно транспортируются в лизосома после синтеза в цитоплазме. Митохондрии Хотя они содержат собственный геном, им также необходимо много ферментов, синтезируемых в цитозоле, которые затем селективно перемещаются в органеллы, Эти органеллы располагаются в определенных местах благодаря физической гелеобразной природе цитоплазмы и привязке к цитоскелету.

    Кроме того, цитоплазма также является хозяином мультибелковых комплексов, таких как протеасома и рибосомы. Рибосомы – это большие комплексы РНК и белка, которые важны для перевод из мРНК код в аминокислотные последовательности белков. Протеасомы представляют собой гигантские молекулярные структуры массой около 20 000 килодальтон и диаметром 15 нм. Протеасомы важны для целенаправленного уничтожения белков, которые больше не нужны клетке.

    Цитоплазматические включения

    Цитоплазматические включения могут включать широкий спектр биохимических веществ – от небольших кристаллов белков до пигментов, углеводов и жиров. Все клетки, особенно в ткань подобно жировой ткани, содержат капли липидов в форме триглицеридов. Они используются для создания клеточных мембран и являются отличным накопителем энергии. Липиды могут генерировать вдвое больше молекул АТФ на грамм по сравнению с углеводами. Однако процесс выделения этой энергии из триглицеридов при интенсивном потреблении кислорода и, следовательно, клетке также содержит запасы гликоген как цитоплазматические включения. Включения гликогена особенно важны в клетках, таких как скелет и сердечная мышца клетки, где может быть внезапное увеличение спроса на глюкозу. Гликоген можно быстро разложить на отдельные молекулы глюкозы и использовать в клеточное дыхание прежде чем клетка сможет получить больше запасов глюкозы из организма.

    Кристаллы являются другим типом цитоплазматического включения, обнаруженного во многих клетках, и имеют особую функцию в клетках внутреннего уха (поддержание баланса). Наличие кристаллов в клетках яичка, по-видимому, связано с заболеваемостью и бесплодием. Наконец, цитоплазма также содержит пигменты, такие как меланин, которые приводят к пигментированным клеткам кожа, Эти пигменты защищают клетки и внутренние структуры организма от вредного воздействия ультрафиолетового излучения. Пигменты также видны в клетках радужной оболочки, которые окружают зрачок глаза.

    Каждый из этих компонентов по-разному влияет на функционирование цитоплазмы, превращая ее в динамический регион, который играет определенную роль и находится под влиянием общей метаболической активности клетки.

    Функции цитоплазмы

    Цитоплазма является местом для большинства ферментативных реакций и метаболической активности клетки. Клеточное дыхание начинается в цитоплазме с анаэробное дыхание или гликолиз. Эта реакция дает промежуточные продукты, которые используются митохондриями для генерации АТФ. Кроме того, трансляция мРНК в белки на рибосомах также происходит в основном в цитоплазме. Часть этого происходит на свободных рибосомах, подвешенных в цитозоле, а остальное происходит на рибосомах, закрепленных на эндоплазматическая сеть.

    Цитоплазма также содержит мономеры, которые продолжают генерировать цитоскелет. Цитоскелет, помимо того, что важен для нормальной деятельности клетки, имеет решающее значение для клеток, которые имеют специализированную форму. Например, нейроны с их длинными аксонами нуждаются в наличии промежуточных нитей, микротрубочек и актиновых нитей, чтобы обеспечить жесткую основу для потенциала действия, который будет передан следующей клетке. Кроме того, некоторые эпителиальные клетки содержат маленькие реснички или жгутики для перемещения клетки или удаления инородных частиц посредством скоординированной активности цитоплазматических экструзий, образованных через цитоскелет.

    Цитоплазма также играет роль в создании порядка в клетке с определенными местоположениями для различных органелл. Например, ядро ​​обычно видно по направлению к центру клетки, с центросома рядом, поблизости. Обширный эндоплазматический ретикулум и сеть Гольджи также расположены по отношению к ядру, причем везикулы распространяются к плазматической мембране.

    Цитоплазматический поток

    Движение внутри цитоплазмы также происходит в объеме, через направленное движение цитозоля вокруг ядра или вакуоль, Это особенно важно для крупных одноклеточных организмов, таких как некоторые вид зеленых водоросли длиной около 10 см. Цитоплазматический поток также важен для размещения хлоропластов вблизи плазматической мембраны для оптимизации фотосинтез и для распределения питательных веществ через всю клетку. Ожидается, что в некоторых клетках, таких как ооциты мыши, цитоплазматическое течение играет роль в формировании клеточных субкомпартментов, а также в позиционировании органелл.

    Цитоплазматическое наследование

    Цитоплазма играет хозяев двух органелл, которые содержат свои собственные геномы – хлоропласт и митохондрии. Эти органеллы наследуются непосредственно от матери через ооцит и поэтому составляют гены, которые наследуются вне ядра. Эти органеллы реплицируются независимо от ядра и отвечают потребностям клетки. Таким образом, цитоплазматическое или экстрануклеарное наследование образует непрерывную генетическую линию, которая не подвергалась смешиванию или рекомбинации с мужским родителем.

    • хемотаксис – Движение клетки в ответ на химический сигнал.
    • Промежуточные нити – Компоненты цитоскелета, образованные семейством белков, имеющих структурные и функциональные особенности, большие, чем волокна актина, и меньше, чем микротрубочки.
    • Kinesin – группа моторных белков, которые могут путешествовать по микротрубочкам и важны для движения клеточных компонентов, особенно во время деления клетки.
    • синцития – Многоядерная клетка, образованная слиянием плазматической мембраны множества клеток. Синцития также может быть сформирована через соединения между ячейками, содержащими специализированные щелевые контакты, что позволяет ячейкам вести себя синхронно как единое целое.

    викторина

    1. Какие из этих биомолекул НЕ присутствуют в виде цитоплазматических включений?A. ЛипидыB. углеводыC. Нуклеиновые кислотыD. Кристаллы

    Ответ на вопрос № 1

    С верно. Цитоплазматические включения могут иметь кристаллы неорганических соединений или белков. Они могут содержать углеводы, такие как гликоген и триглицериды и другие липиды. Однако в цитоплазматических включениях нуклеиновые кислоты еще не зарегистрированы.

    2. Из чего сделаны микротрубочки?A. Полимеры G- и F-актинаB. Полимеры динеинаC. Полимеры α и β тубулинаD. Полимеры кинезина

    Ответ на вопрос № 2

    С верно. G- и F-актин способствуют образованию актинового цитоскелета, тогда как динеин и кинезин являются моторными белками, которые пересекают длину микротрубочек. Однако микротрубочки представляют собой крупные трубчатые структуры, образованные 13 протофиламентами, состоящими из чередующихся мономеров α и β тубулина.

    3. Какое из этих утверждений верно в отношении нуклеиновых кислот в цитоплазме?A. Все клетки содержат цитоплазматические нуклеиновые кислотыB. Только некоторые органеллы в цитоплазме, такие как митохондрии или хлоропласты, содержат нуклеиновые кислотыC. Нуклеиновые кислоты никогда не обнаруживаются в цитоплазмеD. Ни одно из этих утверждений не всегда верно

    Ответ на вопрос № 3

    верно. Нуклеиновые кислоты включают РНК в дополнение к ДНК, и поэтому каждая клетка содержит нуклеиновые кислоты в своей цитоплазме. Многие белки, необходимые для нормального функционирования клетки, синтезируются путем трансляции молекул РНК в цитоплазме. Митохондрии и хлоропласты являются особыми, потому что они содержат свою собственную геномную ДНК, однако, даже красный кровь клетки, которые потеряли все свои органеллы, содержат РНК и продолжают продуцировать белки в своей цитоплазме.

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *