Ιστορικό του πρωτοπλάσματος, γενικά χαρακτηριστικά, στοιχεία, λειτουργίες

Το πρωτόπλασμα είναι το ζωντανό υλικό του κυττάρου. Αυτή η δομή αναγνωρίστηκε για πρώτη φορά το 1839 ως ένα διακριτό υγρό του τοίχου. Θεωρήθηκε ότι είναι μια διαφανής, ιξώδης και επεκτάσιμη ουσία. Έχει ερμηνευτεί ως μια δομή χωρίς εμφανή οργάνωση και με πολυάριθμα οργανίδια.

Έχει θεωρηθεί ότι το πρωτόπλασμα είναι ολόκληρο το τμήμα του κυττάρου το οποίο βρίσκεται εντός της μεμβράνης πλάσματος. Ωστόσο, ορισμένοι συγγραφείς συμπεριέλαβαν στο πρωτόπλασμα την κυτταρική μεμβράνη, τον πυρήνα και το κυτταρόπλασμα.

Επί του παρόντος, ο όρος πρωτόπλασμα δεν χρησιμοποιείται ευρέως. Αντ 'αυτού, οι επιστήμονες προτιμούσαν να αναφερθούν άμεσα σε κυτταρικά συστατικά.

Ευρετήριο

• 1 Ιστορία
  • 1.1 Πρωτοπλασμική θεωρία
• 2 Γενικά χαρακτηριστικά
• 3 Εξαρτήματα
  • 3.1 Μεμβράνη πλάσματος
  • 3.2 Κυτταρόπλασμα
  • 3.3 Citosol
  • 3.4 Κυτταροσκελετός
  • 3.5 Organelles
  • 3.6 Νουκλεοπλάσματα
• 4 Λειτουργίες
  • 4.1 Φυσιολογικές ιδιότητες
• 5 Αναφορές

Ιστορία

Ο όρος πρωτόπλασμα αποδίδεται στο Σουηδικό ανατομικό Jan Purkyne το 1839. Χρησιμοποιήθηκε για να αναφερθεί στο εκπαιδευτικό υλικό των ζωικών εμβρύων.

Ωστόσο, ήδη το 1835 ο ζωολόγος Felix Dujardin περιγράφει την ουσία μέσα στα ριζόποδα. Δίνει το όνομα sarcoda και δηλώνει ότι έχει φυσικές και χημικές ιδιότητες.

Αργότερα, το 1846 ο Γερμανός βοτανολόγος Hugo von Mohl επανέφερε τον όρο protoplasm για να αναφερθεί στην ουσία που υπάρχει μέσα στα φυτικά κύτταρα.

Το 1850 ο βοτανολόγος Ferdinand Cohn ενοποιεί τους όρους, υποδεικνύοντας ότι στα φυτά και στα ζώα υπάρχει και πρωτόπλασμα. Ο ερευνητής επισημαίνει ότι και στους δύο οργανισμούς η ουσία που γεμίζει τα κύτταρα είναι παρόμοια.

Το 1872, η Beale εισήγαγε τον όρο βιοπλάσμα. Το 1880, ο Hanstein πρότεινε τη λέξη πρωτοπλάστη, ένας νέος όρος που αναφέρεται σε ολόκληρο το κελί, εξαιρουμένου του κυτταρικού τοιχώματος. Αυτός ο όρος χρησιμοποιήθηκε από ορισμένους συντάκτες για να αντικαταστήσει το κελί.

Το 1965, ο Lardy εισήγαγε τον όρο κυτοσόλης, που στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε για να ονομάσει το υγρό μέσα στο κελί.

Πρωτοπλασματική θεωρία

Ο ανατόμος Max Schultze πρότεινε στα τέλη του 19ου αιώνα ότι η θεμελιώδης βάση της ζωής είναι το πρωτόπλασμα. Ο Schultze πρότεινε ότι το πρωτόπλασμα είναι η ουσία που ρυθμίζει τις ζωτικές δραστηριότητες των ιστών σε ζωντανά όντα.

Θεωρείται ότι τα έργα του Schultze είναι το σημείο εκκίνησης της πρωτοπλασματικής θεωρίας. Αυτή η θεωρία υποστηρίχθηκε από τις προτάσεις του Thomas Huxley το 1868 και από άλλους επιστήμονες της εποχής.

Η πρωτοπλασματική θεωρία θεώρησε ότι το πρωτόπλασμα ήταν η φυσική βάση της ζωής. Με τέτοιο τρόπο ώστε η μελέτη αυτής της ουσίας να επιτρέπει την κατανόηση της λειτουργίας των ζώντων όντων, συμπεριλαμβανομένων των μηχανισμών κληρονομιάς.

Με την καλύτερη κατανόηση της κυτταρικής δομής και λειτουργίας, η πρωτοπλασματική θεωρία έχει χάσει την εγκυρότητά της.

Γενικά χαρακτηριστικά

Το πρωτοπλάσμα αποτελείται από διάφορες οργανικές και ανόργανες ενώσεις. Το πιο άφθονο ουσία είναι το νερό, το οποίο είναι σχεδόν το 70% του συνολικού βάρους και των λειτουργιών του ως στοιχείου φορέα, διαλύτη, θερμορυθμιστή, λιπαντικό και διαρθρωτικές.

Επιπλέον, το 26% του πρωτοπλάσματος αποτελείται από γενικά οργανικά μακρομόρια. Αυτά είναι μεγάλα μόρια που σχηματίζονται από τον πολυμερισμό μικρότερων υπομονάδων.

Μεταξύ αυτών είναι οι υδατάνθρακες, τα μακρομόρια που αποτελούνται από άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο, τα οποία αποθηκεύουν ενέργεια για το κύτταρο. Χρησιμοποιούνται στις διάφορες μεταβολικές και δομικές λειτουργίες του πρωτοπλάσματος.

Υπάρχουν επίσης διάφοροι τύποι λιπιδίων (ουδέτερα λίπη, χοληστερόλη και φωσφολιπίδια), τα οποία χρησιμεύουν επίσης ως πηγή ενέργειας για το κύτταρο. Επιπλέον, αποτελούν συστατικό μέρος των μεμβρανών που ρυθμίζουν τις διάφορες πρωτοπλασμικές λειτουργίες.

Οι πρωτεΐνες αποτελούν σχεδόν το 15% της σύνθεσης του πρωτοπλάσματος. Μεταξύ αυτών έχουμε τις δομικές πρωτεΐνες. Αυτές οι πρωτεΐνες σχηματίζουν το πρωτοπλασματικό πλαίσιο, συμβάλλοντας στην οργάνωση και την κυτταρική μεταφορά τους.

Άλλες πρωτεΐνες που υπάρχουν στο πρωτόπλασμα είναι τα ένζυμα. Δρουν ως καταλύτες (ουσίες που τροποποιούν την ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης) όλων των μεταβολικών διεργασιών.

διάφορα ανόργανα ιόντα που αντιστοιχεί μόνο στο 1% της σύνθεσης (κάλιο, μαγνήσιο, φώσφορο, θείο, νάτριο και χλωριούχο) είναι επίσης παρούσες. Αυτά συμβάλλουν στη διατήρηση του ρΗ του πρωτοπλάσματος.

Εξαρτήματα

Το πρωτόπλασμα αποτελείται από τη μεμβράνη πλάσματος, το κυτταρόπλασμα και το νουκλεοπλάστη. Ωστόσο, σήμερα, χάρη στις προόδους της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, είναι γνωστό ότι η κυτταρική δομή είναι ακόμη πιο περίπλοκη.

Υπάρχει επίσης ένας μεγάλος αριθμός υποκυτταρικών διαμερισμάτων και δομικά πολύ περίπλοκα κυτταρικά περιεχόμενα. Εκτός από τα οργανίδια, τα οποία περιλαμβάνονται εδώ ως μέρος του κυτταροπλάσματος.

Μεμβράνη πλάσματος

Η μεμβράνη πλάσματος ή το πλασμαλίμμα αποτελείται από περίπου 60% πρωτεΐνες και 40% λιπίδια. Η δομική του διάταξη εξηγείται από το υγρό μοντέλο μωσαϊκού. Σε αυτό, η μεμβράνη παρουσιάζει μία διπλή στιβάδα φωσφολιπιδίων όπου ενσωματώνονται πρωτεΐνες.

Θεωρείται ότι όλες οι κυτταρικές μεμβράνες έχουν αυτή την ίδια δομή. Ωστόσο, το πλασμαλίμμα είναι η παχύτερη μεμβράνη στο κύτταρο.

Το πλάσμαμα δεν παρατηρείται με το οπτικό μικροσκόπιο. Μόνο μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του '50 του εικοστού αιώνα η δομή της θα μπορούσε να είναι λεπτομερής.

Κυτταρόπλασμα

Το κυτταρόπλασμα ορίζεται ως όλο το υλικό του κυττάρου που βρίσκεται μέσα στο πλασμαλίμμα, χωρίς τον πυρήνα. Όλα τα οργανίδια συμπεριλαμβάνονται στο κυτταρόπλασμα (κυτταρικές δομές με καθορισμένη μορφή και λειτουργία). Επίσης, η ουσία στην οποία βυθίζονται τα διαφορετικά κυτταρικά συστατικά.

Citosol

Το κυτταρόπλασμα είναι η υγρή φάση του κυτταροπλάσματος. Είναι σχεδόν υγρό τζελ ότι περισσότερο από το 20% των πρωτεϊνών του κυττάρου. Η πλειονότητα αυτών είναι ένζυμα.

Κυτταροσκελετός

Ο κυτταροσκελετός αποτελεί ένα πρωτεϊνικό πλαίσιο που διαμορφώνει το κυτταρικό πλαίσιο. Αποτελείται από μικροϊνες και μικροσωληνίσκους. Τα μικροτίδια αποτελούνται κυρίως από ακτίνη, αν και υπάρχουν και άλλες πρωτεΐνες.

Αυτά τα νήματα έχουν διαφορετική χημική σύνθεση σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων. Οι μικροσωληνίσκοι είναι σωληνοειδείς δομές που σχηματίζονται βασικά από τουμπουλίνη.

Organelles

Τα οργανίδια είναι κυτταρικές δομές που πληρούν μια συγκεκριμένη λειτουργία. Ο καθένας οριοθετείται από μεμβράνες. Μερικά οργανίδια έχουν μόνο μία μεμβράνη (κενοτόπιο, dictyosomes), ενώ άλλα οριοθετείται από δύο μεμβράνες (μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες).

Οι μεμβράνες των οργανιδίων έχουν την ίδια δομή με το πλασμαλίμμα. Είναι λεπτότερες και η χημική τους σύνθεση είναι διαφορετική ανάλογα με τη λειτουργία που πληρούν.

Εντός των οργανιδίων εμφανίζονται διάφορες χημικές αντιδράσεις που καταλύονται από συγκεκριμένα ένζυμα. Από την άλλη πλευρά, είναι σε θέση να μετακινούνται στην υδατική φάση του κυτταροπλάσματος.

Στα οργανίδια υπάρχουν διάφορες αντιδράσεις μεγάλης σημασίας για τη λειτουργία του κυττάρου. Η έκκριση των ουσιών, η φωτοσύνθεση και η αερόβια αναπνοή, μεταξύ άλλων, συμβαίνουν σε αυτά

Νουκλεοπλασμός

Ο πυρήνας είναι το κυτταρικό οργανίδιο που περιέχει τις γενετικές πληροφορίες του κυττάρου. Στην ίδια διαδικασία κυτταρικής διαίρεσης συμβαίνουν.

Τρία συστατικά του πυρήνα αναγνωρίζονται: πυρηνικός φάκελος, νουκλεοπλασμός και πυρήνας. Ο πυρηνικός φάκελος διαχωρίζει τον πυρήνα από το κυτταρόπλασμα και σχηματίζεται από δύο μονάδες μεμβράνης. 

Το νουκλεοπλάσμα είναι η εσωτερική ουσία που εσωτερικά δεσμεύεται από τον πυρηνικό φάκελο. Είναι μια υδατική φάση που περιέχει μεγάλο αριθμό πρωτεϊνών. Πρόκειται κυρίως για ένζυμα που ρυθμίζουν το μεταβολισμό των νουκλεϊνικών οξέων.

Η χρωματοτίνη (DNA στην διασκορπισμένη φάση της) περιέχεται στο νουκλεοπλάσμα. Επιπλέον, παρουσιάζεται ο πυρήνας, ο οποίος είναι μια δομή που σχηματίζεται από πρωτεΐνες και RNA.

Λειτουργίες

Όλες οι διαδικασίες που συμβαίνουν στο κύτταρο σχετίζονται με το πρωτόπλασμα, μέσω των διαφόρων συστατικών του.

Η μεμβράνη πλάσματος είναι ένα επιλεκτικό δομικό φράγμα που ελέγχει τη σχέση μεταξύ ενός κυττάρου και του περιβάλλοντος που το περιβάλλει. Τα λιπίδια αποτρέπουν τη διέλευση υδρόφιλων ουσιών. Οι πρωτεΐνες ελέγχουν τις ουσίες που μπορούν να διασχίσουν τη μεμβράνη, ρυθμίζοντας την είσοδο και την έξοδο του ίδιου στο κύτταρο.

Αρκετές χημικές αντιδράσεις εμφανίζονται στο κυτοσόλιο, όπως η γλυκόλυση. Αυτός παρεμβαίνει άμεσα στις τροποποιήσεις του κυτταρικού ιξώδους, της αμοιβαίας κίνησης και των κύκλων. Ομοίως, έχει μεγάλη σημασία στο σχηματισμό της μιτωτικής ατράκτου κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης.

Στον κυτταροσκελετό, τα μικροϊντίδια συνδέονται με κυτταρική συστολή και κίνηση. Ενώ οι μικροσωληνίσκοι παρεμβαίνουν στην κυτταρική μεταφορά και συμβάλλουν στη διαμόρφωση του κυττάρου. Συμμετέχουν επίσης στο σχηματισμό centrioles, cilia και flagella.

Η ενδοκυτταρική μεταφορά, καθώς και ο μετασχηματισμός, η συναρμολόγηση και η έκκριση ουσιών, είναι ευθύνη του ενδοπλασματικού δικτύου και των δικυτοσωμάτων..

Οι διαδικασίες μετασχηματισμού και συσσώρευσης ενέργειας εμφανίζονται σε φωτοσυνθετικούς οργανισμούς που έχουν χλωροπλάστες. Η λήψη του ΑΤΡ μέσω της κυτταρικής αναπνοής συμβαίνει στα μιτοχόνδρια.

Φυσιολογικές ιδιότητες

Έχουν περιγραφεί τρεις φυσιολογικές ιδιότητες που σχετίζονται με το πρωτόπλασμα. Πρόκειται για μεταβολισμό, αναπαραγωγή και ευερεθιστότητα.

Όλες οι μεταβολικές διαδικασίες του κυττάρου εμφανίζονται στο πρωτόπλασμα. Ορισμένες διαδικασίες είναι αναβολικές και σχετίζονται με τη σύνθεση του πρωτοπλάσματος. Άλλοι είναι καταβολικοί και παρεμβαίνουν στην αποσύνθεσή τους. Ο μεταβολισμός περιλαμβάνει διεργασίες όπως η πέψη, η αναπνοή, η απορρόφηση και η απέκκριση.

Όλες οι διαδικασίες που σχετίζονται με την αναπαραγωγή από την κυτταρική διαίρεση και κωδικοποίησης για τη σύνθεση των πρωτεϊνών που απαιτούνται σε όλες τις αντιδράσεις των κυττάρων συμβαίνουν στον πυρήνα του κυττάρου, που περιέχεται εντός του πρωτόπλασμα.

Ευερεθιστότητα είναι η αντίδραση του πρωτοπλάσματος σε ένα εξωτερικό ερέθισμα. Αυτό μπορεί να προκαλέσει μια φυσιολογική απόκριση που επιτρέπει στο κύτταρο να προσαρμοστεί στο περιβάλλον που το περιβάλλει.

Αναφορές

1. Liu D (2017) Το κύτταρο και το πρωτόπλασμα ως δοχείο, αντικείμενο και ουσία: 1835-1861. Εφημερίδα της ιστορίας της βιολογίας 50: 889-925.
2. Paniagua R, Μ Nistal, Ρ Sesma, Μ Alvarez-Uría, Β Friar, R Anadón FJ Miguel Saez και το Μ (1997) κυτταρολογία και ιστολογία φυτών και των ζώων. Βιολογία των κυττάρων και ιστών ζώων και των φυτών. Δεύτερη έκδοση. McGraw-Hill Interamericana de Ισπανία. Μαδρίτη, Ισπανία 960 p.
3. Welch GR και J Clegg (2010) Από την πρωτοπλασματική θεωρία έως την κυτταρική βιολογία συστημάτων: 150ετή σκέψη. Am J. Physiol. Cell Physiol. 298: 1280-1290.
4. Welch GR και J Clegg (2012) Κυψέλη έναντι πρωτοπλάσματος: ρεβιζιονιστική ιστορία. Cell Biol, Int., 36: 643-647.