Λειτουργίες, μέρη και χαρακτηριστικά κυτταροπλάσματος



Το κυτταρόπλασμα είναι η ουσία που βρίσκεται μέσα στα κύτταρα, η οποία περιλαμβάνει τη κυτταροπλασματική μήτρα (ή κυτοσόλη) και τα υποκυτταρικά διαμερίσματα. Το κυτοσόλιο είναι λίγο περισσότερο από το ήμισυ (περίπου 55%) του συνολικού όγκου του κυττάρου και είναι η περιοχή όπου η σύνθεση και αποικοδόμηση των πρωτεϊνών λαμβάνει χώρα, παρέχοντας ένα κατάλληλο μέσο για τη διεξαγωγή μεταβολικές αντιδράσεις που απαιτούνται.

Όλα τα συστατικά ενός προκαρυωτικού κυττάρου βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα, ενώ σε ευκαρυωτικά υπάρχουν και άλλα τμήματα, όπως ο πυρήνας. Σε ευκαρυωτικά κύτταρα, ο υπόλοιπος όγκος κυττάρου (45%) καταλαμβάνεται από τα κυτταροπλασματικά οργανίδια, όπως τα μιτοχόνδρια, λεία και τραχιά ενδοπλασματικό δίκτυο, τον πυρήνα, υπεροξυσωμάτων, λυσοσώματα και ενδοσώματα.

Ευρετήριο

  • 1 Γενικά χαρακτηριστικά
  • 2 Εξαρτήματα
    • 2.1 Citosol
    • 2.2 Μεμβρανώδη οργανίδια
    • 2.3 Διακριτά οργανίδια
    • 2.4 Μη μεμβρανώδη οργανίδια
    • 2.5 Συμπερίληψη
  • 3 Ιδιότητες του κυτταροπλάσματος
    • 3.1 Είναι κολλοειδές
    • 3.2 Θιξοτροπικές ιδιότητες
    • 3.3 Το κυτταρόπλασμα συμπεριφέρεται σαν υδρογέλη
    • 3.4 Κυκλική κίνηση
  • 4 Φάσεις του κυτοσολίου
  • 5 Λειτουργίες
  • 6 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

Το κυτταρόπλασμα είναι η ουσία που γεμίζει το εσωτερικό των κυττάρων και χωρίζεται σε δύο συνιστώσες: το υγρό κλάσμα είναι γνωστή ως κυτοσόλης ή οργανίδια και κυτταροπλασματικά μήτρα που είναι ενσωματωμένα σε αυτό - στην περίπτωση των ευκαρυωτικών γράμμωσης.

Το κυτοσόλιο είναι η ζελατινώδη μήτρα στο κυτταρόπλασμα και αποτελείται από μια τεράστια ποικιλία των διαλυμένων ουσιών, όπως ιόντων, ενδιάμεσοι μεταβολίτες, υδατάνθρακες, λιπίδια, πρωτεΐνες και ριβονουκλεϊκά οξέα (RNA). Μπορεί να συμβεί σε δύο εναλλασσόμενες φάσεις: τη φάση πηκτώματος και τη φάση ηλιοφάνειας.

Είναι μια κολλοειδή μήτρα παρόμοια με ένα υδατικό πήκτωμα αποτελείται από νερό - κυρίως - και ένα δίκτυο ινωδών πρωτεϊνών που αντιστοιχούν στο κυτταροσκελετό, συμπεριλαμβανομένων ακτίνης, μικροσωληνίσκους και ενδιάμεσα νημάτια, και μια σειρά από βοηθητικές πρωτεΐνες που συμβάλλουν για να σχηματίσουν ένα πλέγμα.

Αυτό το δίκτυο που σχηματίζεται από νήματα πρωτεϊνών διαχέεται σε όλο το κυτταρόπλασμα, δίνοντάς του ιδιότητες ιξωδοελαστικότητας και χαρακτηριστικά ενός συσταλτικού πηκτώματος.

Ο κυτταροσκελετός είναι υπεύθυνος για την παροχή στήριξης και σταθερότητας στην κυτταρική αρχιτεκτονική. Εκτός από τη συμμετοχή στη μεταφορά ουσιών στο κυτταρόπλασμα και συμβάλλουν στην κίνηση των κυττάρων, όπως στη φαγοκυττάρωση.

Εξαρτήματα

Το κυτόπλασμα αποτελείται από κυτταροπλασματική μήτρα ή κυτοσόλη και από οργανίδια που είναι ενσωματωμένα σε αυτή τη ζελατινώδη ουσία. Στη συνέχεια, κάθε μία θα περιγραφεί σε βάθος:

Citosol

Το κυτοσόλιο είναι η άχρωμη, μερικές φορές γκρίζα, ζελατινώδη και ημιδιαφανής ουσία που βρίσκεται στο εξωτερικό των οργανιδίων. Θεωρείται το διαλυτό τμήμα του κυτταροπλάσματος.

Το πλέον άφθονο συστατικό αυτής της μήτρας είναι η διαμόρφωση 65 έως 80% της συνολικής σύνθεσης νερό, με εξαίρεση στα κύτταρα των οστών, το σμάλτο των δοντιών και των σπόρων.

Όσον αφορά τη χημική του σύνθεση, το 20% αντιστοιχεί σε μόρια πρωτεϊνών. Έχει περισσότερα από 46 στοιχεία που χρησιμοποιούνται από το κελί. Από αυτά, μόνο 24 θεωρούνται απαραίτητα για τη ζωή.

Μεταξύ των πιο σημαντικών στοιχείων μπορούν να αναφερθούν άνθρακας, υδρογόνο, άζωτο, οξυγόνο, φώσφορος και θείο.

Κατά τον ίδιο τρόπο, αυτή η μήτρα είναι πλούσια σε ιόντα και η συγκράτηση αυτών προκαλεί αύξηση της ωσμωτικής πίεσης του κυττάρου. Αυτά τα ιόντα συμβάλλουν στη διατήρηση της βέλτιστης ισορροπίας οξέος-βάσης στο κυτταρικό περιβάλλον.

Η ποικιλία των ιόντων που βρίσκονται στο κυτοσόλιο ποικίλει ανάλογα με τον τύπο κυττάρου που μελετήθηκε. Για παράδειγμα, τα μυϊκά και νευρικά κύτταρα έχουν υψηλές συγκεντρώσεις καλίου και μαγνησίου, ενώ το ιόν ασβεστίου είναι ιδιαίτερα άφθονο στα κύτταρα του αίματος..

Μεμβρανώδη οργανίδια

Στην περίπτωση των ευκαρυωτικών κυττάρων, υπάρχει μια ποικιλία υποκυτταρικών διαμερισμάτων ενσωματωμένων στην κυτταροπλασματική μήτρα. Αυτά μπορούν να χωριστούν σε μεμβρανώδη και διακριτά οργανίδια.

Το ενδοπλασματικό δίκτυο και η συσκευή Golgi ανήκουν στην πρώτη ομάδα, αμφότερα τα οποία είναι συστήματα μεμβρανών σχήματος σακουλών που είναι διασυνδεδεμένες. Για το λόγο αυτό είναι δύσκολο να καθοριστεί το όριο της δομής του. Επιπλέον, αυτά τα διαμερίσματα παρουσιάζουν χωρική και χρονική συνέχεια με τη μεμβράνη πλάσματος.

Το ενδοπλασματικό δίκτυο διαιρείται σε ομαλό ή τραχύ, ανάλογα με την παρουσία ή απουσία ριβοσωμάτων. Η ομαλή είναι υπεύθυνη για το μεταβολισμό των μικρών μορίων, έχει μηχανισμούς αποτοξίνωσης και σύνθεσης λιπιδίων και στεροειδών.

Σε αντίθεση, το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο έχει ριβοσώματα αγκυρώνεται στην μεμβράνη και είναι κυρίως υπεύθυνη για τη σύνθεση των πρωτεϊνών που εκκρίνονται από το κύτταρο.

Η συσκευή Golgi είναι ένα σύνολο δίσκων με τη μορφή δίσκων και συμμετέχει στη σύνθεση μεμβρανών και πρωτεϊνών. Επιπλέον, διαθέτει τον ενζυματικό μηχανισμό που είναι απαραίτητος για την πραγματοποίηση αλλαγών σε πρωτεΐνες και λιπίδια, συμπεριλαμβανομένης της γλυκοζυλίωσης. Συμμετέχει επίσης στην αποθήκευση και διανομή λυσοσωμάτων και υπεροξεισών.

Διακριτά οργανίδια

Η δεύτερη ομάδα αποτελείται από ενδοκυτταρικά οργανίδια που είναι διακριτά και τα όριά τους παρατηρούνται σαφώς με την παρουσία μεμβρανών.

Απομονώνονται από τα άλλα οργανίδια από δομικά και σωματικά, αν και μπορεί να υπάρχουν αλληλεπιδράσεις με άλλα τμήματα, για παράδειγμα, τα μιτοχόνδρια μπορούν να αλληλεπιδράσουν με μεμβρανώδη οργανίδια.

Σε αυτή την ομάδα είναι τα μιτοχόνδρια, οργανίδια που διαθέτουν την απαραίτητη να πραγματοποιηθούν ουσιαστικές μεταβολικές οδούς όπως η ένζυμα κύκλο του κιτρικού οξέος, αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, η σύνθεση ΑΤΡ και β-οξείδωση των λιπαρών οξέων.

Τα λυσοσώματα είναι οργανίδια επίσης διακριτές και είναι υπεύθυνοι για την αποθήκευση υδρολυτικά ένζυμα που βοηθούν την επαναρρόφηση των πρωτεϊνών, για να καταστρέψει τα βακτήρια και την υποβάθμιση των κυτταροπλασματικών οργανιδίων.

Τα μικροσωμάτια (υπεροξυσώματα) συμμετέχουν σε οξειδωτικές αντιδράσεις. Οι δομές αυτές διαθέτουν το ένζυμο καταλάση που βοηθά στη μετατροπή του υπεροξειδίου του υδρογόνου - ενός τοξικού μεταβολισμού - σε ουσίες που είναι αβλαβείς για το κύτταρο: νερό και οξυγόνο. Β-οξείδωση των λιπαρών οξέων συμβαίνει σε αυτά τα σώματα.

Στην περίπτωση των φυτών, υπάρχουν και άλλα οργανίδια που ονομάζονται πλαστίδια. Αυτά εκτελούν δεκάδες λειτουργίες στο φυτικό κύτταρο και οι πιο σημαντικοί είναι οι χλωροπλάστες, όπου συμβαίνει φωτοσύνθεση.

Μη μεμβρανώδη οργανίδια

Το κύτταρο έχει επίσης δομές που δεν περιορίζονται από βιολογικές μεμβράνες. Αυτά περιλαμβάνουν τα κυτταροσκελετικά συστατικά που περιλαμβάνουν μικροσωληνάρια, διαλείποντα νημάτια και μικροϊνίδια ακτίνης..

Τα νημάτια ακτίνης αποτελούνται από σφαιρικά μόρια και είναι εύκαμπτες αλυσίδες, ενώ τα ενδιάμεσα νημάτια είναι πιο ανθεκτικά και αποτελούνται από διαφορετικές πρωτεΐνες. Αυτές οι πρωτεΐνες είναι υπεύθυνες για την παροχή αντίστασης στην έλξη και παρέχουν δύναμη στο κύτταρο.

Τα centrioles είναι ένα δομικό δίδυμο σε κυλινδρική μορφή και είναι επίσης μη-μεμβρανώδη οργανίδια. Βρίσκονται σε κεντροσώματα ή οργανωμένα κέντρα μικροσωληναρίων. Αυτές οι δομές δημιουργούν τα βασικά σώματα των κροσσών.

Τέλος, υπάρχουν τα ριβοσώματα, οι δομές που σχηματίζονται από τις πρωτεΐνες και το ριβοσωμικό RNA που συμμετέχουν στη διαδικασία μετάφρασης (πρωτεϊνική σύνθεση). Μπορούν να είναι ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα ή να αγκιστρωθούν στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο.

Ωστόσο, αρκετοί συγγραφείς δεν θεωρούν ότι τα ριβοσώματα πρέπει να ταξινομηθούν ως οργανίδια..

Συμπερίληψη

Τα εγκλείσματα είναι τα συστατικά του κυτταροπλάσματος που δεν αντιστοιχούν σε οργανίδια και στην πλειονότητα των περιπτώσεων δεν περιβάλλουν λιπιδικές μεμβράνες.

Η κατηγορία αυτή περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό ετερογενών δομών, όπως κόκκους χρωστικών ουσιών, κρυστάλλων, λιπών, γλυκογόνου και ορισμένων αποβλήτων..

Αυτά τα σώματα μπορούν να περιβληθούν από ένζυμα που συμμετέχουν στη σύνθεση μακρομορίων από την ουσία που υπάρχει στην ένταξη. Για παράδειγμα, μερικές φορές το γλυκογόνο μπορεί να περιβάλλεται από ένζυμα όπως συνθάση γλυκογόνου ή φωσφορυλάση γλυκογόνου.

Τα εγκλείσματα είναι κοινά στα κύτταρα του ήπατος και στα μυϊκά κύτταρα. Με τον ίδιο τρόπο, οι εγκλείσεις των μαλλιών και του δέρματος έχουν κόκκους χρωστικών που τους δίνουν τον χαρακτηριστικό χρωματισμό αυτών των δομών.

Ιδιότητες του κυτταροπλάσματος

Είναι ένα κολλοειδές

Χημικώς, το κυτόπλασμα είναι ένα κολλοειδές, επομένως έχει ταυτόχρονα τα χαρακτηριστικά ενός διαλύματος και ενός εναιωρήματος. Αποτελείται από μόρια χαμηλού μοριακού βάρους όπως άλατα και γλυκόζη και επίσης από μόρια μεγαλύτερης μάζας όπως πρωτεΐνες.

Ένα κολλοειδές σύστημα μπορεί να οριστεί ως ένα μίγμα σωματιδίων με διάμετρο μεταξύ 1 / 1,000,000 έως 1 / 10,000 διασκορπισμένο σε ένα υγρό μέσο. Όλες οι κυτταρικές πρωτόπλασμα, συμπεριλαμβανομένων τόσο κυτταρόπλασμα και πυρηνόπλασμα, είναι ένα κολλοειδές διάλυμα, όπως τα διεσπαρμένα πρωτεΐνες εμφανίζουν όλα τα χαρακτηριστικά των εν λόγω συστημάτων.

Οι πρωτεΐνες είναι ικανές να σχηματίζουν σταθερή κολλοειδή συστήματα, δεδομένου ότι συμπεριφέρονται ως φορτισμένα ιόντα σε διάλυμα και να αλληλεπιδρούν σύμφωνα με χρεώσεις και το δεύτερο τους, είναι σε θέση να προσελκύσουν τα μόρια του νερού. Όπως και κάθε κολλοειδές, έχει την ιδιότητα να διατηρεί αυτή την κατάσταση της εναιώρησης, η οποία δίνει σταθερότητα στα κύτταρα.

Η εμφάνιση του κυτταροπλάσματος είναι συννεφιασμένη επειδή τα μόρια που το συνθέτουν είναι μεγάλα και διαθλαστικά φως, το φαινόμενο αυτό ονομάζεται φαινόμενο Tyndall.

Από την άλλη πλευρά, η κίνηση των Brownian στα σωματίδια αυξάνει τη συνάντηση σωματιδίων, ευνοώντας τις ενζυματικές αντιδράσεις στο κυτταρικό κυτταρόπλασμα.

Θιξοτροπικές ιδιότητες

Το κυτταρόπλασμα εμφανίζει θιξοτροπικές ιδιότητες, ως μη-Νευτώνεια ρευστά και κάποια ψευδοπλαστικά. Θιξοτροπία αναφέρεται σε αλλαγές ιξώδους στο χρόνο: όταν το ρευστό υποβάλλεται σε στρες, το ιξώδες του να μειώνεται.

Οι θιξοτροπικές ουσίες έχουν σταθερότητα στην κατάσταση ηρεμίας και, όταν διαταράσσονται, επιτυγχάνουν ρευστότητα. Στο καθημερινό περιβάλλον, είμαστε σε επαφή με αυτό το είδος υλικού, όπως σάλτσα ντομάτας και γιαούρτι.

Το κυτταρόπλασμα συμπεριφέρεται σαν υδρογέλη

Μια υδρογέλη είναι μια φυσική ή συνθετική ουσία που μπορεί να είναι πορώδης ή όχι και έχει την ικανότητα να απορροφά μεγάλες ποσότητες νερού. Η ικανότητά του επέκτασης εξαρτάται από παράγοντες όπως η ωσμωτικότητα του μέσου, η ιοντική ισχύς και η θερμοκρασία.

Το κυτταρόπλασμα έχει το χαρακτηριστικό γνώρισμα μιας υδρογέλης, αφού μπορεί να απορροφήσει σημαντικές ποσότητες νερού και ο όγκος ποικίλει ανάλογα με το εξωτερικό. Αυτές οι ιδιότητες επιβεβαιώθηκαν στο κυτταρόπλασμα των θηλαστικών.

Κυκλοφορεί κινήσεις

Κυτταροπλασματικά μήτρα είναι σε θέση να εκτελέσει κινήσεις που δημιουργούν ένα ρεύμα ή κυτταροπλασματική ροής. Αυτή η κίνηση γενικά παρατηρείται στο κυτοσόλιο υγρή φάση και είναι η αιτία της μετατόπισης των κυτταρικών διαμερισμάτων, όπως pinosomas, φαγοσώματα, λυσοσώματα, μιτοχόνδρια, κεντριόλια, κ.λπ..

Αυτό το φαινόμενο έχει παρατηρηθεί στα περισσότερα ζωικά και φυτικά κύτταρα. Οι αιοειδείς κινήσεις πρωτοζώων, λευκοκυττάρων, επιθηλιακών κυττάρων και άλλων δομών εξαρτώνται από την κίνηση κυτταροπλάσματος στο κυτταρόπλασμα.

Φάσεις του κυτοσολίου

Το ιξώδες αυτής της μήτρας ποικίλει ανάλογα με τη συγκέντρωση μορίων στο κύτταρο. Χάρη στη κολλοειδή φύση του, στο κυτταρόπλασμα διακρίνονται δύο φάσεις ή καταστάσεις: η ηλιακή φάση και η φάση γέλης. Το πρώτο μοιάζει με ένα υγρό, ενώ το δεύτερο είναι παρόμοιο με ένα στερεό, χάρη στην υψηλότερη συγκέντρωση μακρομορίων.

Για παράδειγμα, στην παρασκευή μιας ζελατίνης μπορούμε να διακρίνουμε και τις δύο καταστάσεις. Στην ηλιόλουστη φάση τα σωματίδια μπορούν να κινούνται ελεύθερα στο νερό, ωστόσο όταν το διάλυμα είναι ψυγμένο σκληραίνει και γίνεται ένα είδος ημιστερεάς γέλης.

Στην κατάσταση γέλης, τα μόρια είναι ικανά να κατέχουν μεταξύ τους με διάφορους τύπους χημικών δεσμών, περιλαμβανομένων Η-Η, Ο-Η ή C-N. Κατά τον χρόνο εφαρμόζεται θερμότητα στο διάλυμα, επιστρέφουν στον ήλιο στάδιο.

Υπό φυσικές συνθήκες, η αντιστροφή των φάσεων σε αυτή τη μήτρα εξαρτάται από μια ποικιλία φυσιολογικών, μηχανικών και βιοχημικών παραγόντων στο κυτταρικό περιβάλλον.

Λειτουργίες

Το κυτταρόπλασμα είναι ένα είδος μοριακής σούπας όπου λαμβάνουν χώρα οι ενζυματικές αντιδράσεις που είναι απαραίτητες για τη διατήρηση της κυτταρικής λειτουργίας.

Είναι ένας ιδανικός τρόπος σε διεργασίες για την κυτταρική αναπνοή και βιοσυνθετικών αντιδράσεων μεταφοράς, δεδομένου ότι τα μόρια δεν διαλυτοποιούνται στη μέση και στο κυτόπλασμα επιπλέουν, έτοιμα για χρήση.

Επιπλέον, χάρη στη χημική του σύνθεση, το κυτταρόπλασμα μπορεί να λειτουργήσει ως ρυθμιστικό ή ρυθμιστικό. Χρησιμεύει επίσης ως κατάλληλο μέσο για την αναστολή των οργανιδίων, την προστασία τους - και το γενετικό υλικό που περιορίζεται στον πυρήνα - από αιφνίδιες κινήσεις και πιθανές συγκρούσεις.

Το κυτταρόπλασμα συμβάλλει στην κίνηση των θρεπτικών συστατικών και της κυτταρικής μετατόπισης, χάρη στη δημιουργία κυτταροπλασματικής ροής. Αυτό το φαινόμενο συνίσταται στην κίνηση του κυτταροπλάσματος.  

Τα ρεύματα στο κυτταρόπλασμα είναι ιδιαίτερα σημαντικά στα μεγάλα φυτικά κύτταρα και συμβάλλουν στην επιτάχυνση της διαδικασίας διανομής του υλικού.

Αναφορές

  1. Οι Alberts, Β., Johnson, Α., Lewis, J., Raff, Μ., Roberts, Κ., & Walter, Ρ. (2008). Μοριακή Βιολογία του Κυττάρου. Garland Science.
  2. Campbell, Ν.Α., & Reece, J. Β. (2007). Βιολογία. Ed. Panamericana Medical.
  3. Fels, J., Orlov, S. Ν., & Grygorczyk, R. (2009). Η φύση υδρογέλης του κυτταροπλάσματος των θηλαστικών συμβάλλει στην οσμωτική και την εξωκυτταρική ανίχνευση του pH. Biophysical Journal, 96(10), 4276-4285.
  4. Luby-Phelps, Κ., Taylor, D.L., & Lanni, F. (1986). Δοκιμάζοντας τη δομή του κυτταροπλάσματος. Η Εφημερίδα της Κυτταρικής Βιολογίας, 102(6), 2015-2022.
  5. Ross, Μ. Η., & Pawlina, W. (2007). Ιστολογία Κείμενο και χρώμα Atlas με κυτταρική και μοριακή βιολογία, 5α. Ed. Panamericana Medical.
  6. Tortora, G.J., Funke, Β. R., & Case, C.L. (2007). Εισαγωγή στη μικροβιολογία. Ed. Panamericana Medical.