Ποιο είναι το Κυτταροπλασμικό Κίνημα;

Το κυτταροπλασματική κίνηση, που ονομάζεται επίσης πρωτοπλασματική ροή ή κύκλο, είναι η κίνηση της υγρής ουσίας (κυτταρόπλασμα) μέσα σε ένα φυτικό ή ζωικό κύτταρο. Η κίνηση μεταφέρει θρεπτικά συστατικά, πρωτεΐνες και οργανίδια μέσα στα κύτταρα.

Ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στη δεκαετία του 1830, η παρουσία της κυτταροπλασματικής ροής βοήθησε να πείσει τους βιολόγους ότι τα κύτταρα ήταν οι θεμελιώδεις μονάδες της ζωής.

Αν και ο μηχανισμός της κυτταροπλασματικής μετάδοσης δεν έχει πλήρως κατανοηθεί, θεωρείται ότι προκαλείται από πρωτεΐνες "μοτέρ", μόρια που αποτελούνται από δύο πρωτεΐνες που χρησιμοποιούν τριφωσφορική αδενοσίνη για να μετακινήσουν μία πρωτεΐνη σε σχέση με την άλλη.

Εάν μία από τις πρωτεΐνες παραμένει σταθερή σε ένα υπόστρωμα, όπως ένα μικροϊτό ή ένα μικροσωληνίσκο, οι πρωτεΐνες του κινητήρα μπορούν να μεταφέρουν οργανίδια και άλλα μόρια μέσω του κυτταροπλάσματος..

Οι πρωτεΐνες μορίων αποτελούνται συχνά από νημάτια ακτίνης, μακριές πρωτεϊνικές ίνες ευθυγραμμισμένες σε σειρές παράλληλες με το ρεύμα μέσα στην κυτταρική μεμβράνη.

Τα μόρια μυοσίνης που συνδέονται με κυτταρικά οργανίδια κινούνται κατά μήκος των ινών ακτίνης, ρυμουλκώνουν τα οργανίδια και διαβάζουν άλλα κυτταροπλασματικά περιεχόμενα προς την ίδια κατεύθυνση.

Η κυτταροπλασματική μετάδοση ή το cyclosis είναι ένα γεγονός που καταναλώνει ενέργεια σε φυτικά κύτταρα και χρησιμοποιείται για τη διανομή θρεπτικών ουσιών στο κυτταρόπλασμα. Είναι συνηθισμένο σε μεγαλύτερα κύτταρα, όπου η διάχυση δεν είναι επαρκής για τη διανομή της ουσίας.

Στα φυτά, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη διανομή χλωροπλαστών για μέγιστη απορρόφηση φωτός για τη φωτοσύνθεση. Οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην καταλαβαίνουν πώς συμβαίνει αυτή η διαδικασία, μολονότι η υπόθεση είναι ότι οι μικροσωληνίσκοι και τα μικροϊνίδια παίζουν ρόλο, αλληλεπιδρώντας με τις πρωτεΐνες των κινητών οργανιδίων.

Σε ορισμένα φυτικά κύτταρα υπάρχει μια ταχεία περιστρεφόμενη κυτταροπλασματική κίνηση, η οποία περιορίζεται στα περιφερειακά τμήματα του κυττάρου δίπλα στο κυτταρικό τοίχωμα, η οποία φέρει χλωροπλάστες και κόκκους.

Αυτή η κίνηση μπορεί να αυξηθεί από το φως και εξαρτάται από τη θερμοκρασία και το pH. Auxins, ή αυξητικές ορμόνες φυτών, μπορεί επίσης να αυξήσει την ταχύτητα της κίνησης. Σε ορισμένα πρωτόζωα, όπως τα πηνία, οι βραδύτερες κυκλικές κινήσεις μεταφέρουν πεπτικά κενά μέσω του κυτταρικού σώματος.

Η κυτταροπλασματική μετάδοση

Η κυτταροπλασματική μετάδοση στα φυτικά κύτταρα δημιουργείται φυσικά μέσω της αυτο-οργάνωσης του μικροϊνίου

Πολλά κύτταρα παρουσιάζουν μια ενεργή κυκλοφορία μεγάλης κλίμακας του συνόλου της περιεκτικότητάς τους σε υγρό, μια διαδικασία που ονομάζεται κυτταροπλασματική ροή ή κίνηση. Αυτό το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα συχνό στα φυτικά κύτταρα, συχνά παρουσιάζοντας σαφώς ρυθμιζόμενα μοτίβα ροής.

Στον κινητήριο μηχανισμό στα εν λόγω κύτταρα, τα οργανίδια που είναι επικαλυμμένα με μυοσίνη παρασύρουν το κυτταρόπλασμα καθώς το επεξεργάζονται κατά μήκος δεσμών ακτίνης που είναι στερεωμένοι στην περιφέρεια. Αυτή η διαδικασία είναι η διαδικασία ανάπτυξης που κατασκευάζει τις διατεταγμένες διαμορφώσεις ακτίνης που είναι απαραίτητες για μια συνεκτική ροή σε κυτταρική κλίμακα.

Έχει παρατηρηθεί ότι το βασικό πρότυπο που υποκρύπτει τις κινητικές πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν με τα πολυμερή νημάτια έχει πολλά πρότυπα που διαμορφώνουν τη συμπεριφορά τόσο σε θεωρητικό όσο και σε πειραματικό περιβάλλον.

Ωστόσο, οι μελέτες αυτές συχνά εξάγονται από το πλαίσιο συγκεκριμένων βιολογικών συστημάτων και, ειδικότερα, δεν έχει γίνει άμεση σύνδεση με την ανάπτυξη της κυτταροπλασματικής μετάδοσης.

Για να κατανοήσουμε τη θεμελιώδη δυναμική που οδηγεί στη διαμόρφωση των διαταγμένων ροών και τη σύνδεση του μικροσκοπικού με τη μακροσκοπική, δικαιολογείται μια εναλλακτική προσέγγιση "από την κορυφή προς τη βάση".

Για να γίνει αυτό, προσεγγίζουμε το πρόβλημα μέσω ενός συγκεκριμένου συστήματος πρωτοτύπου. Θεωρούμε ίσως το πιο εκπληκτικό παράδειγμα, η υδρόβια φύκια Chara corallina.

Τα γιγάντια κυλινδρικά εσωτερικά κύτταρα του Chara έχουν διάμετρο 1 mm και μήκος έως 10 cm. περιστροφική ροή του που ονομάζεται «CYCLOSIS» οδηγείται από κυστίδια (ενδοπλασματικό δίκτυο) επικαλυμμένα με πρωτεΐνη κινητήρα μυοσίνης που ολισθαίνει κατά μήκος δύο διαμήκεις λωρίδες των αντιθέτως κατευθυνομένων πολλές παράλληλες συνεχείς ίνες και ακτίνης.

Κάθε καλώδιο είναι μια δέσμη πολλών επιμέρους ινών ακτίνης, καθένα από τα οποία έχει την ίδια εγγενή πολικότητα. Οι κινητήρες της μυοσίνης κινούνται σε ένα νήμα κατά ένα κατευθυνόμενο τρόπο, από το μικρότερο άκρο του, έως το μεγαλύτερο άκρο του (με αιχμές).

Αυτά τα καλώδια συνδέονται με τους χλωροπλάστες που είναι φλοιωτικά στερεωμένοι στην περιφέρεια του κυττάρου, δημιουργώντας ταχύτητες ροής 50-100 μm / s. Δεν είναι σαφές πώς σχηματίζεται αυτό το απλό αλλά εντυπωσιακό μοτίβο κατά τη διάρκεια της μορφογένεσης, αν και μπορεί να συναχθεί ότι είναι αποτέλεσμα σύνθετων χημικών προτύπων.

Ο μηχανισμός της κυτταροπλασματικής ροής στα κύτταρα των καταθλιπτικών φυκών: η ολίσθηση του ενδοπλασμικού δικτύου κατά μήκος των ινών ακτίνης

Η ηλεκτρονική μικροσκοπία των γιγαντιαίων κυττάρων άμεσα κατεψυγμένα charáceas άλγη δείχνει μια συνεχή τρισδιάστατο δίκτυο των αναστόμωση σωλήνων και των δεξαμενών του αδρού ενδοπλασματικού δικτύου διαπερνά το κυτταρόπλασμα περιοχή ροής.

Τμήματα αυτού του ενδοπλασμικού δικτυώματος έρχονται σε επαφή με τις παράλληλες δεσμίδες νηματίων ακτίνης στη διεπαφή με το στατικό φλοιώδες κυτταρόπλασμα.

Τα μιτοχόνδρια, τα γλυκοσώματα και άλλα μικρά κυτταροπλασμικά οργανίδια που εμπλέκονται στο δίκτυο ενδοπλασματικών δικτυωμάτων δείχνουν την κίνηση Brownian καθώς ρέουν.

Δεσμευτική και συρόμενη ενδοπλασματικό δίκτυο μεμβρανών κατά μήκος καλώδια ακτίνη μπορεί επίσης να εμφανίζεται αμέσως μετά την κυτταρόπλασμα αυτών των κυττάρων διασπάται σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει ΑΤΡ.

Οι δυνάμεις διάτμησης που παράγονται στη διεπαφή με τα διαχωρισμένα καλώδια ακτίνης μετακινούν μεγάλα συσσωματώματα ενδοπλασματικού δικτύου και άλλων οργανιδίων. Ο συνδυασμός της ταχείας κατάψυξης ηλεκτρονίου μικροσκοπία και βίντεο μικροσκοπία των ζωντανών κυττάρων και το κυτταρόπλασμα διαχωριστεί δείχνει ότι η μετάδοση εξαρτάται από τις κυτταροπλασματικές μεμβράνες ενδοπλασματικό δικτύωμα ολίσθηση κατά μήκος των καλωδίων στάσει ακτίνης.

Συνεπώς, το συνεχές δίκτυο ενδοπλασματικών δικτύων παρέχει ένα μέσο για την άσκηση κινητήριων δυνάμεων στο βαθύ κυτταρόπλασμα μέσα στο μακρινό κύτταρο των αγωγών της φλοιώδους ακτίνης όπου δημιουργείται η κινητήρια δύναμη.

Ρόλος στην ενδοκυτταρική μεταφορά

Αν και έχει δημοσιευθεί μεγάλος αριθμός έργων στη μοριακή βάση και στην υδροδυναμική του κυτταροπλασματικού κινήματος, σχετικά λίγοι συντάκτες επιχειρούν να συζητήσουν τη λειτουργία τους.

Για μεγάλο χρονικό διάστημα έχει προταθεί ότι αυτή η ροή βοηθάει τη μοριακή μεταφορά. Ωστόσο, οι συγκεκριμένες υποθέσεις σχετικά με το μηχανισμό με τον οποίο η μετάδοση επιταχύνει τους μεταβολικούς ρυθμούς έχει μόλις αναλυθεί.

Η διάχυση δεν είναι σε θέση να εξηγήσει πολλά φαινόμενα μεταφοράς στα κύτταρα και ο βαθμός ομοιοστασίας κατά μήκος των διαδρομών δεν μπορεί να εξηγηθεί περισσότερο από το να υποθέσουμε ότι πρόκειται για μορφές ενεργητικής μεταφοράς.

Η εξαιρετικά συμμετρική τοπολογία του ρεύματος στα φύκια της φύσης φαίνεται να έχει εξελιχθεί σε σημαντικό εξελικτικό κόστος, όπως αντικατοπτρίζεται επίσης στο γεγονός ότι η μυοσίνη που βρίσκεται σε αυτόν τον οργανισμό είναι η ταχύτερα γνωστή ύπαρξη..

Με βάση αυτό που γνωρίζουμε για τα θαλάσσια φύκια, βλέπουμε ότι η μετάδοση εμπλέκεται σε ένα πλήθος ρόλων στον κυτταρικό μεταβολισμό. Βοηθά τη μεταφορά μεταξύ των κυττάρων και, ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να παρέχεται μια σταθερή ροή κυτταρικών δομικών λίθων σε νεοσχηματισμένα κύτταρα στην άκρη του μπουμπουκιού.

Φαίνεται επίσης σημαντικό να διατηρηθούν οι αλκαλικές ταινίες που διευκολύνουν την απορρόφηση ανόργανου άνθρακα από το περιβάλλον νερό. Ωστόσο, ένα βασικό ερώτημα που παραμένει σε μεγάλο βαθμό αναπάντητο είναι ακριβώς αυτό που μπορεί να διαδραματίσει ο ρόλος της κυτταροπλασματικής κίνησης στην εξάλειψη των σημείων συμφόρησης που φαίνεται να περιορίζουν το μέγεθος των κυττάρων σε άλλους οργανισμούς.

Στην πραγματικότητα, η ροή μπορεί να βοηθήσει στην ομοιοστατική ρύθμιση κατά τη διάρκεια της ταχείας επέκτασης του όγκου των κυττάρων, αλλά οι ακριβείς μηχανισμοί με τους οποίους παραμένει ένα ανοικτό πεδίο έρευνας.

Οι σημαντικότερες συνεισφορές όσον αφορά μια ποσοτικοποιημένη συζήτηση της επίδρασης της κυτταροπλασματικής ροής στην ενδοκυτταρική μεταφορά είναι αναμφισβήτητα η Pickard. Αυτό επιστήμονας συζητήθηκε κλιμάκωση ρυθμός ροής και ο χρόνος διάχυσης κλίμακες με το μέγεθος του κυττάρου, και την αλληλεπίδραση μεταξύ του περίπλασμα στάσιμη στρώση γύρω από τις σειρές των χλωροπλάστη, και το endoplasma κινούμενο στρώμα.

Επισήμανε την πιθανότητα ότι η προσθήκη μιας σημειακής πηγής μπορεί να βοηθήσει στην ομοιόσταση με την εξομάλυνση των διακυμάνσεων στο πεδίο της συγκέντρωσης. Επέτεινε επίσης την ιδέα ότι η κυτταροπλασματική ροή καθαυτή, δεν πρέπει απαραιτήτως να προσφέρει ένα πλεονέκτημα στο κύτταρο εάν ο πραγματικός σκοπός του είναι η μεταφορά σωματιδίων κατά μήκος του κυτταροσκελετού..

Η κυτταροπλασματική κίνηση επιτρέπει τη διανομή μορίων και κυστιδίων σε μεγάλα φυτικά κύτταρα

Πρόσφατες μελέτες των υδρόβιων και χερσαίων φυτών δείχνουν ότι παρόμοια φαινόμενα καθορίζουν την ενδοκυτταρική μεταφορά οργανιδίων και κυστιδίων. Αυτό υποδηλώνει ότι οι πτυχές της κυτταρικής σηματοδότησης που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και την ανταπόκριση σε εξωτερικά ερεθίσματα διατηρούνται μεταξύ των ειδών.

Η κίνηση των μοριακών κινητήρων κατά μήκος κυτταροσκελετική νημάτια άμεσα ή έμμεσα αντλεί κυτοσόλιο ρευστό, οδηγώντας σε CYCLOSIS (κυτταροπλασματική κίνηση) και επηρεάζουν κλίσεις μοριακών ειδών εντός του κυττάρου, με δυνητικά σημαντικές μεταβολικές επιπτώσεις όπως αντοχή κινητήρα για επέκταση κυψελών.

Έρευνες έχουν δείξει ότι η μυοσίνη XI λειτουργεί στη μετακίνηση οργανιδίων που οδηγούν στην κυτταροπλασματική ροή σε υδρόβια και χερσαία φυτά. Αν και μηχανήματα συντηρημένη κυτταροσκελετική κίνηση πρόωσης οργανίδιο μεταξύ νερού και της γης φυτά ταχύτητες CYCLOSIS σε φυτικά κύτταρα ποικίλλουν τύπους κυττάρων, τα στάδια της ανάπτυξης των κυττάρων, και φυτικά είδη.

Αναφορές

1. Οι συντάκτες της Encyclopædia Britannica. (2009). κυτταροπλασματική ροή. 9-2-2017, από Encyclopædia Britannica, inc.
2. Darling, D. (2016). Κυτταροπλασματική ροή. 9-2-2017, από τους Κόσμους του Δαβίδ Darling.
3. Goldstein, R. (2015). Μια φυσική προοπτική στην κυτταροπλασματική ροή. 02-10-2017, από την Royal Society Publishing.
4. com (2016). Κυτταροπλασματική ροή, ή κυκλισμός,. 10-2-2017, από την Microscope.com.
5. Verchot, L. (2010). Κυτταροπλασματική ροή Επιτρέπει τη διανομή μεγάλων μορίων και φλύκταινες στα φυτικά κύτταρα ... 02.10.2017, Εθνική Βιβλιοθήκη Ιατρικής των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας των ΗΠΑ Website: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Wolff, Κ., Marenduzzo, D., & Cates, Μ. Ε. (2012). Κυτταροπλασματική ροή σε φυτικά κύτταρα: ο ρόλος της ολίσθησης του τοιχώματος. Εφημερίδα της Βασιλικής Κοινωνικής Διεπαφής, 9 (71), 1398-1408. 
7. Kachar, Β. (1988). Ο μηχανισμός της κυτταροπλασματικής ροής σε κύτταρα φυκιών του Characean: ολίσθηση του ενδοπλασμικού δικτύου κατά μήκος των ινών ακτίνης ... 11-2-2017, από το Εθνικό Κέντρο Βιοτεχνολογικών Πληροφοριών,.