CYTOPLAZMA: FUNKCE, ČÁSTI A VLASTNOSTI - BIOLOGIE - 2025

Cytoplazma je našel uvnitř buněk látka, která obsahuje matrici nebo cytoplazmatickou cytosolu a subcelulární kompartmenty. Cytosol představuje o něco více než polovinu (přibližně 55%) celkového objemu buňky a je oblastí, kde dochází k syntéze a degradaci proteinů, což poskytuje vhodné médium pro uskutečnění nezbytných metabolických reakcí..

Všechny složky prokaryotické buňky jsou v cytoplazmě, zatímco v eukaryotech existují další divize, například jádro. V eukaryotických buňkách je zbývající objem buněk (45%) obsazen cytoplazmatickými organely, jako jsou mitochondrie, hladké a drsné endoplazmatické retikulum, jádro, peroxisomy, lysozomy a endozomy.

Obecné vlastnosti

Cytoplazma je látka, která vyplňuje vnitřek buněk a je rozdělena do dvou složek: kapalná frakce známá jako cytosol nebo cytoplazmatická matrice a organely, které jsou do ní zabudovány - v případě eukaryotické linie.

Cytosol je želatinová matrice cytoplazmy a je složen z velkého množství solutů, jako jsou ionty, intermediární metabolity, uhlohydráty, lipidy, proteiny a ribonukleové kyseliny (RNA). Může se objevit ve dvou vzájemně zaměnitelných fázích: gelové fázi a solové fázi.

Skládá se z koloidní matrice podobné vodnému gelu složenému z vody - hlavně - a ze sítě vláknitých proteinů odpovídajících cytoskeletu, včetně aktinu, mikrotubulů a intermediálních vláken, kromě řady pomocných proteinů, které přispívají k vytvoření rámec.

Tato síť tvořená proteinovými vlákny difunduje po cytoplazmě, což jí poskytuje viskoelastické vlastnosti a vlastnosti kontraktilního gelu.

Cytoskelet je zodpovědný za poskytování podpory a stability buněčné architektury. Kromě účasti na transportu látek v cytoplazmě a přispívání k pohybu buněk, jako je fagocytóza. V následující animaci můžete vidět cytoplazmu zvířecí buňky (cytoplazma):

Funkce

Cytoplazma je druh molekulární polévky, kde dochází k enzymatickým reakcím, které jsou nezbytné pro udržení funkce buněk.

Je to ideální transportní médium pro buněčné dýchací procesy a pro biosyntetické reakce, protože molekuly se nerozpouštějí v médiu a plují v cytoplazmě a jsou připraveny k použití.

Cytoplazma může také díky svému chemickému složení fungovat jako pufr nebo pufr. Slouží také jako vhodné médium pro pozastavení organel, které je chrání - a genetický materiál uvězněný v jádru - před náhlými pohyby a možnými srážkami.

Cytoplazma přispívá k pohybu živin a přemísťování buněk díky vytváření cytoplazmatického toku. Tento jev spočívá v pohybu cytoplazmy.

Proudy v cytoplazmě jsou zvláště důležité ve velkých rostlinných buňkách a pomáhají urychlit proces distribuce materiálu.

Komponenty

Cytoplazma, prostor uvnitř buňky

Cytoplazma se skládá z cytoplazmatické matrice nebo cytosolu a organel, které jsou zabudovány do této želatinové látky. Každý z nich bude podrobně popsán níže:

Cytosol

Cytosol je bezbarvá, někdy šedivá, želatinová a průsvitná látka nacházející se na vnější straně organel. Považuje se za rozpustnou část cytoplazmy.

Nejhojnější složkou této matrice je voda, která tvoří mezi 65 a 80% jejího celkového složení, s výjimkou kostních buněk, v zubní sklovině a v semenech.

Pokud jde o chemické složení, odpovídá 20% proteinovým molekulám. Má více než 46 prvků používaných buňkou. Z nich je pouze 24 považováno za nezbytné pro život.

Mezi nejvýznamnější prvky patří uhlík, vodík, dusík, kyslík, fosfor a síra.

Stejně tak je tato matrice bohatá na ionty a jejich retence vede ke zvýšení osmotického tlaku buňky. Tyto ionty pomáhají udržovat optimální buněčnou rovnováhu v buněčném prostředí.

Rozmanitost iontů nalezených v cytosolu se liší podle studovaného typu buněk. Například svalové a nervové buňky mají vysoké koncentrace draslíku a hořčíku, zatímco iont vápníku je obzvláště hojný v krevních buňkách.

Membránové organely

V případě eukaryotických buněk je v cytoplazmatické matrici zabudováno množství subcelulárních kompartmentů. Lze je rozdělit na membránové a diskrétní organely.

Endoplazmatické retikulum a Golgiho aparát patří do první skupiny, oba jsou systémy membrán ve tvaru pytlů, které jsou vzájemně propojeny. Z tohoto důvodu je obtížné definovat hranici své struktury. Kromě toho tyto kompartmenty představují prostorovou a časovou kontinuitu s plazmovou membránou.

Endoplazmatické retikulum je rozděleno na hladké nebo drsné, v závislosti na přítomnosti nebo nepřítomnosti ribozomů. Hladina je zodpovědná za metabolismus malých molekul, má mechanismy detoxikace a syntézy lipidů a steroidů.

Naproti tomu hrubé endoplazmatické retikulum má ribozomy ukotvené k jeho membráně a je hlavně zodpovědné za syntézu proteinů, které budou vylučovány buňkou.

Přístroj Golgi je sada vaků ve tvaru disku a podílí se na syntéze membrán a proteinů. Kromě toho má enzymatický aparát nezbytný k provedení modifikací v proteinech a lipidech, včetně glykosylace. Podílí se také na skladování a distribuci lysozomů a peroxisomů.

Diskrétní organely

Druhá skupina je tvořena intracelulárními organely, které jsou diskrétní a jejich limity jsou jasně pozorovány přítomností membrán.

Jsou izolovány od ostatních organel ze strukturního a fyzického hlediska, ačkoli mohou existovat interakce s jinými kompartmenty, například mitochondrie může interagovat s membránovými organely.

V této skupině jsou mitochondrie, organely, které mají enzymy nezbytné k provádění základních metabolických drah, jako je cyklus kyseliny citronové, řetězec přenosu elektronů, syntéza ATP a b-oxidace mastných kyselin.

Lysozomy jsou také diskrétní organely a jsou zodpovědné za ukládání hydrolytických enzymů, které pomáhají reabsorpci proteinů, ničí bakterie a degradují cytoplazmatické organely.

Mikrobody (peroxisomy) se účastní oxidačních reakcí. Tyto struktury mají enzym katalázu, která pomáhá přeměnit peroxid vodíku - toxický metabolismus - na látky, které jsou pro buňku neškodné: voda a kyslík. V těchto tělech dochází k b-oxidaci mastných kyselin.

V případě rostlin existují další organely zvané plastos. Ty provádějí desítky funkcí v rostlinné buňce a nejvýznamnější jsou chloroplasty, kde dochází k fotosyntéze.

Nepochopné organely

Buňka má také struktury, které nejsou omezeny biologickými membránami. Patří sem složky cytoskeletu, které zahrnují mikrotubuly, intermediární filamenty a aktinová mikrofilamenty.

Aktinová vlákna jsou tvořena globulárními molekulami a jsou pružnými řetězci, zatímco střední vlákna jsou odolnější a jsou tvořena různými proteiny. Tyto proteiny jsou zodpovědné za zajištění pevnosti v tahu a dávají sílu buněk.

Středy jsou strukturální duo ve tvaru válce a jsou také nepodobnými organely. Jsou umístěny v centrosomech nebo organizovaných centrech mikrotubulů. Tyto struktury dávají vzniknout základním tělům řasinek.

Nakonec existují ribozomy, struktury tvořené proteiny a ribozomální RNA, které se podílejí na translačním procesu (syntéza proteinů). Mohou být zdarma v cytosolu nebo zakotveny v hrubém endoplazmatickém retikulu.

Několik autorů se však nedomnívá, že by ribozomy měly být klasifikovány jako organely samotné.

Zahrnutí

Inkluze jsou složky cytoplazmy, které neodpovídají organelám a ve většině případů nejsou obklopeny lipidovými membránami.

Tato kategorie zahrnuje velké množství heterogenních struktur, jako jsou pigmentové granule, krystaly, tuky, glykogen a některé odpadní látky.

Tato těla se mohou obklopovat enzymy, které se podílejí na syntéze makromolekul z látky přítomné v inkluzi. Například glykogen může být někdy obklopen enzymy, jako je glykogen syntéza nebo glykogen fosforyláza.

Inkluze jsou běžné v jaterních a svalových buňkách. Stejně tak inkluze na vlasy a kůži mají pigmentové granule, které jim dávají charakteristické zbarvení těchto struktur.

Vlastnosti cytoplazmy

Je to koloid

Chemicky je cytoplazma koloid, proto má současně vlastnosti roztoku i suspenze. Skládá se z molekul s nízkou molekulovou hmotností, jako jsou soli a glukóza, jakož i z větších molekul, jako jsou proteiny.

Koloidní systém lze definovat jako směs částic o průměru mezi 1/1 000 000 až 1/10 000 dispergovaných v kapalném médiu. Celulární buněčná protoplazma, která zahrnuje jak cytoplazmu, tak nukleoplasmu, je koloidním roztokem, protože dispergované proteiny vykazují všechny vlastnosti těchto systémů.

Proteiny jsou schopné vytvářet stabilní koloidní systémy, protože se chovají jako nabité ionty v roztoku a interagují podle svých nábojů a zadruhé jsou schopné přitahovat molekuly vody. Stejně jako všechny koloidy má vlastnost udržovat tento stav suspenze, což dává buňkám stabilitu.

Vzhled cytoplazmy je zakalený, protože molekuly, které jej tvoří, jsou velké a lámají světlo, tento jev se nazývá Tyndallův efekt.

Na druhé straně, Brownův pohyb částic zvyšuje setkávání částic, což podporuje enzymatické reakce v buněčné cytoplazmě.

Tixotropní vlastnosti

Cytoplazma vykazuje thixotropní vlastnosti, stejně jako některé nenewtonské tekutiny a pseudoplastika. Thixotropie označuje změny viskozity v čase: když je tekutina vystavena stresu, její viskozita klesá.

Tixotropní látky vykazují stabilitu v klidovém stavu a při narušení získávají tekutost. V každodenním prostředí jsme v kontaktu s těmito druhy materiálů, jako je rajčatová omáčka a jogurt.

Cytoplazma se chová jako hydrogel

Hydrogel je přírodní nebo syntetická látka, která může nebo nemusí být porézní a má schopnost absorbovat velké množství vody. Jeho roztažitelnost závisí na faktorech, jako je osmolarita média, iontová síla a teplota.

Cytoplazma má vlastnosti hydrogelu, protože může absorbovat značné množství vody a objem se mění v závislosti na vnějším povrchu. Tyto vlastnosti byly potvrzeny v cytoplazmě savců.

Pohyby cyklosy

Cytoplazmatická matrice je schopna provádět pohyby, které vytvářejí cytoplazmatický proud nebo tok. Tento pohyb je obecně pozorován v tekutější fázi cytosolu a je mimo jiné příčinou přemístění buněčných kompartmentů, jako jsou pinosomy, fagosomy, lysosomy, mitochondrie, centrioly.

Tento jev byl pozorován ve většině živočišných a rostlinných buněk. Amoeboidní pohyby prvoků, leukocytů, epiteliálních buněk a dalších struktur závisí na pohybu cyklosy v cytoplazmě.

Cytosolové fáze

Viskozita této matrice se mění v závislosti na koncentraci molekul v buňce. Díky své koloidní povaze lze v cytoplazmě rozlišovat dvě fáze nebo stavy: sol fázi a gelovou fázi. První se podobá kapalině, zatímco druhá je podobná pevné látce díky vyšší koncentraci makromolekul.

Například při přípravě želatiny můžeme rozlišit oba stavy. Ve fázi sol se částice mohou volně pohybovat ve vodě, ale když se roztok ochladí, ztvrdne a stává se jakýmsi polotuhým gelem.

V gelovém stavu jsou molekuly schopny držet pohromadě různými typy chemických vazeb, včetně HH, CH nebo CN. Jakmile se na roztok aplikuje teplo, vrátí se do sluneční fáze.

Za přirozených podmínek závisí fázová inverze v této matrici na řadě fyziologických, mechanických a biochemických faktorů v buněčném prostředí.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. a Walter, P. (2008). Molekulární biologie buňky. Věnec věnec.
2. Campbell, NA, a Reece, JB (2007). Biologie. Panamerican Medical Ed.
3. Fels, J., Orlov, SN a Grygorczyk, R. (2009). Hydrogenová povaha savčí cytoplazmy přispívá k osmosensingu a extracelulárnímu pH senzoru. Biophysical Journal, 96 (10), 4276-4285.
4. Luby-Phelps, K., Taylor, DL, & Lanni, F. (1986). Testování struktury cytoplazmy. The Journal of Cell Biology, 102 (6), 2015-2022.
5. Ross, MH, a Pawlina, W. (2007). Histologie. Textový a barevný atlas s buněčnou a molekulární biologií, 5a. Panamerican Medical Ed.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, a Case, CL (2007). Úvod do mikrobiologie. Panamerican Medical Ed.