Cytoplazma - Cytoplasm

Buněčná biologie
The zvířecí buňka
Animal Cell.svg

v buněčná biologie, cytoplazma je veškerý materiál uvnitř a buňka, uzavřený buněčná membrána, s výjimkou buněčné jádro. Materiál uvnitř jádra a obsažený uvnitř jaderná membrána se nazývá nukleoplazma. Hlavní složky cytoplazmy jsou cytosol (látka podobná gelu), organely (vnitřní substruktury buňky) a různé cytoplazmatické inkluze. Cytoplazma je asi 80% vody a obvykle bezbarvá.[1]

Submikroskopická pozemní buněčná látka nebo cytoplazmatická matrice, která zůstává po vyloučení buňky organely a částice je přízemní plazma. To je hyaloplazma světelného mikroskopu a vysoce komplexního polyfázického systému, ve kterém jsou suspendovány všechny rozlišitelné cytoplazmatické prvky, včetně větších organel, jako je ribozomy, mitochondrie, Rostlina plastidy, lipid kapičky a vakuoly.

Většina buněčných aktivit probíhá v cytoplazmě, například mnoho metabolické cesty počítaje v to glykolýza a procesy jako buněčné dělení. Koncentrovaná vnitřní oblast se nazývá endoplazma a vnější vrstva se nazývá buněčná kůra nebo ektoplazma.

Pohyb ionty vápníku dovnitř a ven z cytoplazmy je a signalizace aktivita pro metabolické procesy.[2]

v rostliny, je pohyb cytoplazmy kolem vakuol znám jako cytoplazmatické proudění.

Dějiny

Termín zavedl Rudolf von Kölliker v roce 1863, původně jako synonymum pro protoplazma, ale později to začalo znamenat buněčnou látku a organely mimo jádro.[3][4]

Existují určité neshody ohledně definice cytoplazmy, protože někteří autoři z ní raději vylučují některé organely, zejména vakuoly[5] a někdy plastidy.[6]

Fyzická podstata

Fyzikální vlastnosti cytoplazmy byly v posledních letech zpochybňovány.[Citace je zapotřebí ] Zůstává nejisté, jak různé složky cytoplazmy interagují, aby umožnily pohyb částic[je zapotřebí objasnění ] a organely při zachování struktury buňky. Tok cytoplazmatických složek hraje důležitou roli v mnoha buněčných funkcích, které jsou závislé na propustnost cytoplazmy.[7] Příkladem takové funkce je buněčná signalizace, proces, který je závislý na způsobu, jakým jsou povoleny signální molekuly šířit přes buňku.[8] Zatímco malé signální molekuly jako ionty vápníku jsou schopné snadno difundovat, větší molekuly a subcelulární struktury často vyžadují pomoc při pohybu cytoplazmou.[9] Nepravidelná dynamika takových částic vedla k různým teoriím o povaze cytoplazmy.

Jako sol-gel

Již dlouho existují důkazy, že cytoplazma se chová jako a sol-gel.[10] Předpokládá se, že molekuly a struktury cytoplazmy se chovají občas jako neuspořádané koloidní roztok (sol) a jindy jako integrovaná síť, tvořící pevnou hmotu (gel). Tato teorie tedy navrhuje, aby cytoplazma existovala v různých tekutých a pevných fázích v závislosti na úrovni interakce mezi cytoplazmatickými složkami, což může vysvětlovat rozdílnou dynamiku různých částic pozorovaných při pohybu skrz cytoplazmu. Noviny naznačovaly, že v stupnice délky menší než 100nm, cytoplazma působí jako kapalina, zatímco ve větším měřítku působí jako gel.[11]

Jako sklenice

Nedávno bylo navrženo, aby se cytoplazma chovala jako a sklenka -formující se kapalina blížící se k skleněný přechod.[9] V této teorii platí, že čím vyšší je koncentrace cytoplazmatických složek, tím méně se cytoplazma chová jako kapalina a tím více se chová jako pevná sklenice, která na místě zmrazuje větší cytoplazmatické složky (předpokládá se, že metabolická aktivita buňky je schopna fluidizovat cytoplazma umožňující pohyb takových větších cytoplazmatických složek).[9] Schopnost buňky vitrifikovat při absenci metabolické aktivity, stejně jako v období spánku, může být prospěšná jako obranná strategie. Pevná skleněná cytoplazma by zmrazila subcelulární struktury na místě, zabránila poškození a zároveň umožnila přenos velmi malých proteinů a metabolitů, což by pomohlo nastartovat růst po probuzení buňky z klidu.[9]

Další perspektivy

Byl proveden výzkum zkoumající pohyb cytoplazmatických částic nezávisle na povaze cytoplazmy. V takovém alternativním přístupu agregované náhodné síly v buňce způsobené motorické proteiny vysvětlitBrownův pohyb cytoplazmatických složek.[12]

Složky

Tři hlavní prvky cytoplazmy jsou: cytosol, organely a inkluze.

Cytosol

Hlavní článek: Cytosol

Cytosol je část cytoplazmy, která není obsažena v membránově vázaných organelách. Cytosol tvoří asi 70% objemu buněk a je to komplexní směs cytoskelet vlákna, rozpuštěné molekuly a voda. Mezi vlákna cytosolu patří proteinová vlákna jako aktinová vlákna a mikrotubuly které tvoří cytoskelet, stejně jako rozpustné bílkoviny a malé stavby jako např ribozomy, proteazomy a tajemné komplexy trezoru.[13] Vnitřní, zrnitá a tekutější část cytoplazmy se označuje jako endoplazma.

Proteiny v různých buněčné oddíly a struktury označeno s zelený fluorescenční protein

Díky této síti vláken a vysokým koncentracím rozpuštěných látek makromolekuly, jako bílkoviny, efekt zvaný makromolekulární shlukování dochází a cytosol nepůsobí jako ideální řešení. Tento efekt stlačení mění způsob, jakým komponenty cytosolu vzájemně reagují.

Organely

Hlavní článek: Organelle

Organely (doslova „malé orgány“), jsou obvykle membránou vázané struktury uvnitř buňky, které mají specifické funkce. Některé hlavní organely, které jsou suspendovány v cytosolu, jsou mitochondrie, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, vakuoly, lysozomy a v rostlinných buňkách, chloroplasty.

Cytoplazmatické inkluze

Hlavní článek: Cytoplazmatická inkluze

Inkluze jsou malé částice nerozpustných látek suspendovaných v cytosolu. Obrovská škála inkluzí existuje v různých typech buněk a pohybuje se od krystalů oxalát vápenatý nebo oxid křemičitý v rostlinách,[14][15] ke granulím materiálů pro skladování energie, jako jsou škrob,[16] glykogen,[17] nebo polyhydroxybutyrát.[18] Obzvláště rozšířeným příkladem jsou lipidové kapičky, což jsou sférické kapičky složené z lipidů a proteinů, které se používají jak u prokaryot, tak u eukaryot jako způsob ukládání lipidů, jako jsou mastné kyseliny a steroly.[19] Kapky lipidů tvoří velkou část objemu adipocyty, což jsou specializované buňky pro ukládání lipidů, ale nacházejí se také v řadě jiných typů buněk.

Kontroverze a výzkum

Cytoplazma, mitochondrie a většina organel jsou příspěvky do buňky z mateřské gamety. Na rozdíl od starších informací, které ignorují jakoukoli představu o aktivní cytoplazmě, nový výzkum ukázal, že má kontrolu nad pohybem a tokem živin dovnitř a ven z buňky viskoplastické chování a míra vzájemné rychlosti rozbití vazby v cytoplazmatické síti.[20]

Materiálové vlastnosti cytoplazmy zůstávají v neustálém výzkumu. Způsob stanovení mechanického chování savčí cytoplazmy živých buněk pomocí optická pinzeta bylo popsáno.[21]

Viz také

Reference

  1. ^ Shepherd VA (2006). Cytomatrix jako kooperativní systém makromolekulárních a vodních sítí. Aktuální témata ve vývojové biologii. 75. 171–223. doi:10.1016 / S0070-2153 (06) 75006-2. ISBN  9780121531751. PMID  16984813.
  2. ^ Hogan CM (2010). "Vápník". V Jorgensen A, Cleveland C (eds.). Encyklopedie Země. Národní rada pro vědu a životní prostředí. Archivovány od originál dne 12. června 2012.
  3. ^ von Kölliker R (1863). "4. Auflage". Handbuch der Gewebelehre des Menschen. Lipsko: Wilhelm Engelmann.
  4. ^ Bynum WF, Browne EJ, Porter R (1981). Slovník dějin vědy. Princeton University Press. ISBN  9781400853410.
  5. ^ Parker J (1972). „Protoplazmatická odolnost vůči deficitům vody“. V Kozlowski TT (ed.). Vodní deficity a růst rostlin. III. Reakce rostlin a kontrola vodní bilance. New York: Academic Press. 125–176. ISBN  9780323153010.
  6. ^ Strasburger E (1882). „Ueber den Theilungsvorgang der Zellkerne und das Verhältnis der Kernteilung zur Zellteilung“. Arch Mikr Anat. 21: 476–590. doi:10.1007 / BF02952628. hdl:2027 / hvd.32044106199177. S2CID  85233009. Archivováno z původního dne 27. srpna 2017.
  7. ^ Cowan AE, Moraru II, Schaff JC, Slepchenko BM, Loew LM (2012). "Prostorové modelování buněčných signalizačních sítí". Výpočetní metody v buněčné biologii. Metody v buněčné biologii. 110. str. 195–221. doi:10.1016 / B978-0-12-388403-9.00008-4. ISBN  9780123884039. PMC  3519356. PMID  22482950.
  8. ^ Holcman D, Korenbrot JI (duben 2004). „Podélná difúze v cytoplazmě vnějšího segmentu sítnice a kužele: důsledek buněčné struktury“. Biofyzikální deník. 86 (4): 2566–82. Bibcode:2004BpJ .... 86,2566H. doi:10.1016 / S0006-3495 (04) 74312-X. PMC  1304104. PMID  15041693.
  9. ^ A b C d Parry BR, Surovtsev IV, Cabeen MT, O'Hern CS, Dufresne ER, Jacobs-Wagner C (leden 2014). „Bakteriální cytoplazma má vlastnosti podobné sklu a je fluidizována metabolickou aktivitou“. Buňka. 156 (1–2): 183–94. doi:10.1016 / j.cell.2013.11.028. PMC  3956598. PMID  24361104.
  10. ^ Taylor CV (1923). „Kontraktilní vakuola v Euplotes: Příklad reverzibility sol-gelu cytoplazmy“. Journal of Experimental Zoology. 37 (3): 259–289. doi:10.1002 / jez.1400370302.
  11. ^ Kwapiszewska, Karina; et al. (31. července 2020). "Viskozita cytoplazmy v nanoměřítku je zachována v lidských buněčných liniích". The Journal of Physical Chemistry Letters. 11 (16): 6914–6920. doi:10.1021 / acs.jpclett.0c01748. PMID  32787203.
  12. ^ Guo M, Ehrlicher AJ, Jensen MH, Renz M, Moore JR, Goldman RD, Lippincott-Schwartz J, Mackintosh FC, Weitz DA (srpen 2014). „Sondování stochastických, motorem poháněných vlastností cytoplazmy pomocí silového spektra mikroskopie“. Buňka. 158 (4): 822–832. doi:10.1016 / j.cell.2014.06.051. PMC  4183065. PMID  25126787.
  13. ^ van Zon A, Mossink MH, Scheper RJ, Sonneveld P, Wiemer EA (září 2003). "Trezorový komplex". Buněčné a molekulární biologické vědy. 60 (9): 1828–37. doi:10.1007 / s00018-003-3030 let. PMID  14523546. S2CID  21196262.
  14. ^ Prychid, Christina J .; Rudall, Paula J. (1999). „Krystaly oxalátu vápenatého v jednoděložných rostlinách: přehled jejich struktury a systematiky“ (PDF). Annals of Botany. 84 (6): 725–739. doi:10.1006 / anbo.1999.0975.
  15. ^ Prychid CJ, Rudall PJ (2004). "Systematika a biologie křemičitých těl v jednoděložných rostlinách". The Botanical Review. 69 (4): 377–440. doi:10.1663 / 0006-8101 (2004) 069 [0377: SABOSB] 2.0.CO; 2. JSTOR  4354467.
  16. ^ Ball SG, Morell MK (2003). „Od bakteriálního glykogenu po škrob: porozumění biogenezi rostlinných škrobových granulí“. Roční přehled biologie rostlin. 54: 207–33. doi:10.1146 / annurev.arplant.54.031902.134927. PMID  14502990.
  17. ^ Shearer J, Graham TE (duben 2002). „Nové pohledy na skladování a organizaci svalového glykogenu“. Kanadský žurnál aplikované fyziologie. 27 (2): 179–203. doi:10.1139 / h02-012. PMID  12179957.
  18. ^ Anderson AJ, Dawes EA (prosinec 1990). „Výskyt, metabolismus, metabolická role a průmyslové využití bakteriálních polyhydroxyalkanoátů“. Mikrobiologické recenze. 54 (4): 450–72. doi:10.1128 / MMBR.54.4.450-472.1990. PMC  372789. PMID  2087222.
  19. ^ Murphy DJ (září 2001). "Biogeneze a funkce lipidových těl u zvířat, rostlin a mikroorganismů". Pokrok ve výzkumu lipidů. 40 (5): 325–438. doi:10.1016 / S0163-7827 (01) 00013-3. PMID  11470496.
  20. ^ Feneberg W, Westphal M, Sackmann E (srpen 2001). "Cytoplazma buněk dictyostelia jako aktivní viskoplastické tělo". Evropský biofyzikální časopis. 30 (4): 284–94. doi:10,1007 / s002490100135. PMID  11548131. S2CID  9782043.
  21. ^ Hu J, Jafari S, Han Y, Grodzinsky AJ, Cai S, Guo M (září 2017). „Mechanické chování závislé na velikosti a rychlosti v živé savčí cytoplazmě“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 114 (36): 9529–9534. doi:10.1073 / pnas.1702488114. PMC  5594647. PMID  28827333.

externí odkazy