ZYTOPLASMA: FUNKTIONEN, TEILE UND EIGENSCHAFTEN - BIOLOGIE - 2025

Das Zytoplasma ist die Substanz, die sich in den Zellen befindet, einschließlich der zytoplasmatischen Matrix oder des Zytosols und der subzellulären Kompartimente. Das Cytosol macht etwas mehr als die Hälfte (ungefähr 55%) des Gesamtvolumens der Zelle aus und ist der Bereich, in dem die Synthese und der Abbau von Proteinen stattfinden, wodurch ein adäquates Medium für die notwendigen Stoffwechselreaktionen bereitgestellt wird. .

Alle Komponenten einer prokaryotischen Zelle befinden sich im Zytoplasma, während es bei Eukaryoten andere Teilungen gibt, wie beispielsweise den Kern. In eukaryotischen Zellen wird das verbleibende Zellvolumen (45%) von zytoplasmatischen Organellen wie Mitochondrien, dem glatten und rauen endoplasmatischen Retikulum, dem Kern, Peroxisomen, Lysosomen und Endosomen besetzt.

Allgemeine Charakteristiken

Das Zytoplasma ist die Substanz, die das Innere der Zellen ausfüllt und in zwei Komponenten unterteilt ist: die als Cytosol oder cytoplasmatische Matrix bekannte flüssige Fraktion und die darin eingebetteten Organellen - im Fall der eukaryotischen Linie.

Das Cytosol ist die gelatineartige Matrix des Cytoplasmas und besteht aus einer Vielzahl von gelösten Stoffen wie Ionen, Zwischenmetaboliten, Kohlenhydraten, Lipiden, Proteinen und Ribonukleinsäuren (RNA). Es kann in zwei interkonvertierbaren Phasen auftreten: der Gelphase und der Solphase.

Es besteht aus einer kolloidalen Matrix, die einem wässrigen Gel ähnelt, das hauptsächlich aus Wasser besteht, und einem Netzwerk von faserigen Proteinen, die dem Zytoskelett entsprechen, einschließlich Aktin, Mikrotubuli und Zwischenfilamenten, sowie einer Reihe von akzessorischen Proteinen, die zur Bildung von a beitragen Rahmen.

Dieses durch Proteinfilamente gebildete Netzwerk diffundiert durch das Zytoplasma und verleiht ihm viskoelastische Eigenschaften und Eigenschaften eines kontraktilen Gels.

Das Zytoskelett ist für die Unterstützung und Stabilität der Zellarchitektur verantwortlich. Neben der Teilnahme am Transport von Substanzen im Zytoplasma und Beitrag zur Bewegung von Zellen, wie Phagozytose. In der folgenden Animation sehen Sie das Zytoplasma einer tierischen Zelle (Zytoplasma):

Eigenschaften

Das Zytoplasma ist eine Art molekulare Suppe, in der enzymatische Reaktionen stattfinden, die für die Aufrechterhaltung der Zellfunktion wesentlich sind.

Es ist ein ideales Transportmedium für Zellatmungsprozesse und für Biosynthesereaktionen, da die Moleküle im Medium nicht solubilisieren und im Zytoplasma schwimmen und gebrauchsfertig sind.

Dank seiner chemischen Zusammensetzung kann das Zytoplasma auch als Puffer oder Puffer fungieren. Es dient auch als geeignetes Mittel zur Suspension von Organellen und schützt sie - und das im Kern eingeschlossene genetische Material - vor plötzlichen Bewegungen und möglichen Kollisionen.

Das Zytoplasma trägt dank der Erzeugung eines zytoplasmatischen Flusses zur Bewegung von Nährstoffen und zur Zellverdrängung bei. Dieses Phänomen besteht in der Bewegung des Zytoplasmas.

Ströme im Zytoplasma sind besonders wichtig in großen Pflanzenzellen und beschleunigen den Prozess der Materialverteilung.

Komponenten

Zytoplasma, der Raum innerhalb der Zelle

Das Zytoplasma besteht aus einer zytoplasmatischen Matrix oder einem Zytosol und den Organellen, die in diese gallertartige Substanz eingebettet sind. Jeder wird im Folgenden ausführlich beschrieben:

Cytosol

Das Cytosol ist die farblose, manchmal graue, gallertartige und durchscheinende Substanz, die sich an der Außenseite der Organellen befindet. Es wird als löslicher Teil des Zytoplasmas angesehen.

Der am häufigsten vorkommende Bestandteil dieser Matrix ist Wasser, das zwischen 65 und 80% seiner Gesamtzusammensetzung ausmacht, außer in Knochenzellen, im Zahnschmelz und in Samen.

In Bezug auf seine chemische Zusammensetzung entsprechen 20% Proteinmolekülen. Es hat mehr als 46 Elemente, die von der Zelle verwendet werden. Von diesen gelten nur 24 als lebenswichtig.

Zu den wichtigsten Elementen zählen Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel.

In gleicher Weise ist diese Matrix reich an Ionen und deren Beibehaltung führt zu einem Anstieg des osmotischen Drucks der Zelle. Diese Ionen tragen zur Aufrechterhaltung eines optimalen Säure-Base-Gleichgewichts in der zellulären Umgebung bei.

Die Vielfalt der im Cytosol gefundenen Ionen variiert je nach untersuchtem Zelltyp. Beispielsweise weisen Muskel- und Nervenzellen hohe Konzentrationen an Kalium und Magnesium auf, während das Calciumion in Blutzellen besonders häufig vorkommt.

Membranorganellen

Im Fall von eukaryotischen Zellen gibt es eine Vielzahl von subzellulären Kompartimenten, die in die cytoplasmatische Matrix eingebettet sind. Diese können in membranöse und diskrete Organellen unterteilt werden.

Das endoplasmatische Retikulum und der Golgi-Apparat gehören zur ersten Gruppe, beide sind Systeme sackförmiger Membranen, die miteinander verbunden sind. Aus diesem Grund ist es schwierig, die Grenze seiner Struktur zu definieren. Darüber hinaus weisen diese Kompartimente eine räumliche und zeitliche Kontinuität mit der Plasmamembran auf.

Das endoplasmatische Retikulum wird je nach Vorhandensein oder Fehlen von Ribosomen in glatt oder rau unterteilt. Das Glatte ist verantwortlich für den Stoffwechsel kleiner Moleküle, hat Mechanismen der Entgiftung und Synthese von Lipiden und Steroiden.

Im Gegensatz dazu weist das raue endoplasmatische Retikulum Ribosomen auf, die an seiner Membran verankert sind, und ist hauptsächlich für die Synthese von Proteinen verantwortlich, die von der Zelle ausgeschieden werden.

Der Golgi-Apparat besteht aus einer Reihe von scheibenförmigen Säcken und ist an der Membran- und Proteinsynthese beteiligt. Darüber hinaus verfügt es über die enzymatische Maschinerie, die erforderlich ist, um Modifikationen in Proteinen und Lipiden, einschließlich Glykosylierung, durchzuführen. Es ist auch an der Speicherung und Verteilung von Lysosomen und Peroxisomen beteiligt.

Diskrete Organellen

Die zweite Gruppe besteht aus intrazellulären Organellen, die diskret sind und deren Grenzen durch das Vorhandensein von Membranen deutlich beobachtet werden.

Sie sind aus struktureller und physikalischer Sicht von den anderen Organellen isoliert, obwohl es Wechselwirkungen mit anderen Kompartimenten geben kann, beispielsweise können die Mitochondrien mit den Membranorganellen interagieren.

In dieser Gruppe befinden sich die Mitochondrien, Organellen, die die Enzyme besitzen, die zur Durchführung essentieller Stoffwechselwege erforderlich sind, wie den Zitronensäurezyklus, die Elektronentransportkette, die ATP-Synthese und die B-Oxidation von Fettsäuren.

Lysosomen sind ebenfalls diskrete Organellen und für die Speicherung hydrolytischer Enzyme verantwortlich, die die Reabsorption von Proteinen, die Zerstörung von Bakterien und den Abbau zytoplasmatischer Organellen unterstützen.

Mikrokörper (Peroxisomen) sind an oxidativen Reaktionen beteiligt. Diese Strukturen haben das Enzym Katalase, das dabei hilft, Wasserstoffperoxid - einen toxischen Stoffwechsel - in für die Zelle harmlose Substanzen umzuwandeln: Wasser und Sauerstoff. In diesen Körpern findet die b-Oxidation von Fettsäuren statt.

Bei Pflanzen gibt es andere Organellen, die Plastos genannt werden. Diese erfüllen Dutzende von Funktionen in der Pflanzenzelle und die herausragendsten sind die Chloroplasten, in denen die Photosynthese stattfindet.

Nichtmembranöse Organellen

Die Zelle hat auch Strukturen, die nicht durch biologische Membranen begrenzt sind. Dazu gehören die Komponenten des Zytoskeletts, zu denen Mikrotubuli, Zwischenfilamente und Aktin-Mikrofilamente gehören.

Aktinfilamente bestehen aus kugelförmigen Molekülen und sind flexible Ketten, während Zwischenfilamente resistenter sind und aus verschiedenen Proteinen bestehen. Diese Proteine ​​sind für die Bereitstellung der Zugfestigkeit verantwortlich und geben der Zelle Festigkeit.

Die Zentriolen sind ein zylinderförmiges Strukturduo und auch nichtmembranöse Organellen. Sie befinden sich in den Zentrosomen oder organisierten Zentren von Mikrotubuli. Aus diesen Strukturen entstehen die Basalkörper der Zilien.

Schließlich gibt es Ribosomen, Strukturen aus Proteinen und ribosomaler RNA, die am Translationsprozess (Proteinsynthese) beteiligt sind. Sie können im Cytosol frei sein oder im rauen endoplasmatischen Retikulum verankert sein.

Einige Autoren sind jedoch nicht der Ansicht, dass Ribosomen selbst als Organellen klassifiziert werden sollten.

Einschlüsse

Die Einschlüsse sind die Bestandteile des Zytoplasmas, die nicht den Organellen entsprechen und in den meisten Fällen nicht von Lipidmembranen umgeben sind.

Diese Kategorie umfasst eine große Anzahl heterogener Strukturen wie Pigmentkörnchen, Kristalle, Fette, Glykogen und einige Abfallstoffe.

Diese Körper können sich mit Enzymen umgeben, die an der Synthese von Makromolekülen aus der im Einschluss vorhandenen Substanz beteiligt sind. Beispielsweise kann Glykogen manchmal von Enzymen wie Glykogensynthese oder Glykogenphosphorylase umgeben sein.

Einschlüsse sind in Leber- und Muskelzellen häufig. Ebenso haben Haar- und Hauteinschlüsse Pigmentkörnchen, die ihnen die charakteristische Färbung dieser Strukturen verleihen.

Zytoplasmaeigenschaften

Es ist ein Kolloid

Chemisch gesehen ist das Zytoplasma ein Kolloid, daher weist es gleichzeitig die Eigenschaften einer Lösung und einer Suspension auf. Es besteht aus niedermolekularen Molekülen wie Salzen und Glucose sowie Molekülen mit größerer Masse wie Proteinen.

Ein kolloidales System kann als eine Mischung von Partikeln mit einem Durchmesser zwischen 1 / 1.000.000 bis 1 / 10.000 definiert werden, die in einem flüssigen Medium dispergiert sind. Das gesamte zelluläre Protoplasma, das sowohl das Zytoplasma als auch das Nucleoplasma umfasst, ist eine kolloidale Lösung, da dispergierte Proteine ​​alle Eigenschaften dieser Systeme aufweisen.

Proteine ​​sind in der Lage, stabile kolloidale Systeme zu bilden, da sie sich in Lösung wie geladene Ionen verhalten und entsprechend ihrer Ladungen interagieren. Zweitens können sie Wassermoleküle anziehen. Wie alle Kolloide hat es die Eigenschaft, diesen Suspensionszustand aufrechtzuerhalten, der den Zellen Stabilität verleiht.

Das Erscheinungsbild des Zytoplasmas ist trüb, da die Moleküle, aus denen es besteht, groß sind und Licht brechen. Dieses Phänomen wird als Tyndall-Effekt bezeichnet.

Andererseits erhöht die Brownsche Bewegung der Partikel die Begegnung der Partikel und begünstigt enzymatische Reaktionen im Zellzytoplasma.

Thixotrope Eigenschaften

Das Zytoplasma zeigt thixotrope Eigenschaften, ebenso wie einige nicht-Newtonsche Flüssigkeiten und Pseudokunststoffe. Thixotropie bezieht sich auf Änderungen der Viskosität im Laufe der Zeit: Wenn die Flüssigkeit einer Belastung ausgesetzt wird, nimmt ihre Viskosität ab.

Thixotrope Substanzen zeigen im Ruhezustand Stabilität und gewinnen bei Störung an Fließfähigkeit. Im Alltag stehen wir mit solchen Materialien wie Tomatensauce und Joghurt in Kontakt.

Das Zytoplasma verhält sich wie ein Hydrogel

Ein Hydrogel ist eine natürliche oder synthetische Substanz, die porös sein kann oder nicht und die Fähigkeit besitzt, große Mengen Wasser aufzunehmen. Seine Dehnbarkeit hängt von Faktoren wie der Osmolarität des Mediums, der Ionenstärke und der Temperatur ab.

Das Zytoplasma hat die Eigenschaften eines Hydrogels, da es erhebliche Mengen Wasser aufnehmen kann und das Volumen in Reaktion auf das Äußere variiert. Diese Eigenschaften wurden im Zytoplasma von Säugetieren bestätigt.

Zyklosebewegungen

Die zytoplasmatische Matrix kann Bewegungen ausführen, die einen zytoplasmatischen Strom oder Fluss erzeugen. Diese Bewegung wird im Allgemeinen in der flüssigeren Phase des Cytosols beobachtet und ist die Ursache für die Verschiebung von Zellkompartimenten wie Pinosomen, Phagosomen, Lysosomen, Mitochondrien, Zentriolen unter anderem.

Dieses Phänomen wurde in den meisten tierischen und pflanzlichen Zellen beobachtet. Die amöboidalen Bewegungen von Protozoen, Leukozyten, Epithelzellen und anderen Strukturen hängen von der Bewegung der Zyklose im Zytoplasma ab.

Cytosolphasen

Die Viskosität dieser Matrix variiert in Abhängigkeit von der Konzentration der Moleküle in der Zelle. Aufgrund seiner kolloidalen Natur können im Zytoplasma zwei Phasen oder Zustände unterschieden werden: die Sol-Phase und die Gel-Phase. Das erste ähnelt einer Flüssigkeit, während das zweite dank der höheren Konzentration an Makromolekülen einem Feststoff ähnelt.

Zum Beispiel können wir bei der Herstellung einer Gelatine beide Zustände unterscheiden. In der Sol-Phase können sich die Partikel im Wasser frei bewegen. Wenn die Lösung jedoch abgekühlt wird, härtet sie aus und wird zu einer Art halbfestem Gel.

Im Gelzustand können die Moleküle durch verschiedene Arten chemischer Bindungen, einschließlich HH, CH oder CN, zusammengehalten werden. Sobald die Lösung erwärmt wird, kehrt sie in die Sonnenphase zurück.

Unter natürlichen Bedingungen hängt die Phaseninversion in dieser Matrix von einer Vielzahl physiologischer, mechanischer und biochemischer Faktoren in der zellulären Umgebung ab.

Verweise

1. B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts & P. ​​Walter (2008). Molekularbiologie der Zelle. Garland Science.
2. Campbell, NA & Reece, JB (2007). Biologie . Panamerican Medical Ed.
3. Fels, J., Orlov, SN & Grygorczyk, R. (2009). Die Hydrogel-Natur des Zytoplasmas von Säugetieren trägt zur Osmosensierung und extrazellulären pH-Messung bei. Biophysical Journal, 96 (10), 4276 & ndash; 4285.
4. K. Luby-Phelps, DL Taylor & F. Lanni (1986). Untersuchung der Struktur des Zytoplasmas. The Journal of Cell Biology, 102 (6), 2015-2022.
5. Ross, MH & Pawlina, W. (2007). Histologie. Text- und Farbatlas mit Zell- und Molekularbiologie, 5aed. Panamerican Medical Ed.
6. Tortora, GJ, Funke, BR & Case, CL (2007). Einführung in die Mikrobiologie. Panamerican Medical Ed.