Zytoplasma: Funktionen, Teile und Eigenschaften

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, was ein adäquates Mittel für die Durchführung der notwendigen Stoffwechselreaktionen darstellt .

Alle Bestandteile einer prokaryontischen Zelle befinden sich im Zytoplasma, während es bei Eukaryonten andere Unterteilungen gibt, wie z. B. den Zellkern. In eukaryotischen Zellen wird das verbleibende Zellvolumen (45%) von zytoplasmatischen Organellen wie Mitochondrien, glattem und rauem endoplasmatischem Retikulum, Zellkern, Peroxisomen, Lysosomen und Endosomen besetzt.

Allgemeine Eigenschaften

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

Cytosol ist die gallertartige Matrix des Zytoplasmas und besteht aus einer Vielzahl von gelösten Stoffen wie Ionen, Zwischenmetaboliten, Kohlenhydraten, Lipiden, Proteinen und Ribonukleinsäuren (RNA). Es kann in zwei miteinander umwandelbaren Phasen auftreten: der Gelphase und der Sonnenphase.

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

Dieses durch Proteinfilamente gebildete Netzwerk diffundiert im gesamten Zytoplasma und verleiht ihm die Eigenschaften der Viskoelastizität und die 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 zur Bewegung von Zellen beitragen, wie bei der Phagozytose.

Komponenten

Das Zytoplasma besteht aus einer zytoplasmatischen Matrix oder einem Zytosol und den in diese gallertartige Substanz eingebetteten Organellen. Als nächstes wird jedes im Detail beschrieben:

Citosol

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

Die am häufigsten vorkommende Komponente dieser Matrix ist Wasser, das zwischen 65 und 80% seiner Gesamtzusammensetzung bildet, mit Ausnahme der Knochenzellen, des Zahnschmelzes und der Samen.

20% entsprechen in ihrer chemischen Zusammensetzung Proteinmolekülen. Es hat mehr als 46 Elemente, die von der Zelle verwendet werden. Von diesen gelten nur 24 als lebensnotwendig.

Zu den bekanntesten 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 in der Zelle. Diese Ionen tragen zur Aufrechterhaltung eines optimalen Säure-Base-Gleichgewichts in der zellulären Umgebung bei.

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

Membranorganellen

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

Das endoplasmatische Retikulum und der Golgi-Apparat gehören zur ersten Gruppe, bei denen es sich um Systeme aus beutelförmigen Membranen handelt, die miteinander verbunden sind. Aus diesem Grund ist es schwierig, die Grenze seiner Struktur zu definieren. Zusätzlich 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. Die glatte ist verantwortlich für den Stoffwechsel von kleinen Molekülen, hat Mechanismen der Entgiftung und Synthese von Lipiden und Steroiden.

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

Der Golgi-Apparat ist ein Scheibensatz in Scheibenform, der an der Synthese von Membranen und Proteinen beteiligt ist. Darüber hinaus verfügt es über die enzymatische Maschinerie, die erforderlich ist, um Änderungen an Proteinen und Lipiden, einschließlich Glykosylierung, vorzunehmen. 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 klar 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 sind die Mitochondrien, Organellen, die die notwendigen Enzyme besitzen, um essentielle Stoffwechselwege wie den Zitronensäurezyklus, die Elektronentransportkette, die ATP-Synthese und die Fettsäure-b-Oxidation auszuführen.

Die Lysosomen sind auch diskrete Organellen und für die Speicherung von hydrolytischen Enzymen verantwortlich, die die Reabsorption von Proteinen, die Zerstörung von Bakterien und den Abbau von cytoplasmatischen Organellen unterstützen.

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

Im Fall von Pflanzen gibt es andere Organellen, die Plastiden genannt werden. Diese übernehmen Dutzende von Funktionen in der Pflanzenzelle und die herausragendsten sind die Chloroplasten, bei denen die Photosynthese stattfindet.

Nicht-membranöse Organellen

Die Zelle hat auch Strukturen, die nicht durch biologische Membranen begrenzt sind. Dazu gehören die Bestandteile des Zytoskeletts, zu denen Mikrotubuli, intermittierende Filamente und Actin-Mikrofilamente gehören.

Die Aktinfilamente bestehen aus kugelförmigen Molekülen und sind flexible Ketten, während die Zwischenfilamente resistenter sind und aus verschiedenen Proteinen bestehen. Diese Proteine ​​sind für den Widerstand gegen die Traktion verantwortlich und verleihen der Zelle Festigkeit.

Die Centriolen sind ein Strukturduo in Zylinderform und auch nicht-membranöse Organellen. Sie befinden sich in Zentrosomen oder organisierten Zentren von Mikrotubuli. Diese Strukturen geben den Grundkörpern der Zilien Ursprung.

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

Einige Autoren sind jedoch nicht der Meinung, dass Ribosomen selbst als Organellen eingestuft 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 Vielzahl heterogener Strukturen wie Pigmentgranulate, Kristalle, Fette, Glykogene und einige Abfallstoffe.

Diese Körper können von Enzymen umgeben sein, die an der Synthese von Makromolekülen aus der im Einschluss enthaltenen Substanz beteiligt sind. Zum Beispiel kann Glykogen manchmal von Enzymen wie Glykogensynthase oder Glykogenphosphorylase umgeben sein.

Die Einschlüsse sind häufig in den Zellen der Leber und in den Muskelzellen. Ebenso weisen die Einschlüsse von Haar und Haut ein Pigmentgranulat auf, das ihnen die charakteristische Färbung dieser Strukturen verleiht.

Eigenschaften des Zytoplasmas

Es ist ein Kolloid

Chemisch gesehen ist das Zytoplasma ein Kolloid und hat daher die Eigenschaften einer Lösung und einer Suspension gleichzeitig. Es setzt sich aus niedermolekularen Molekülen wie Salzen und Glucose sowie aus Molekülen größerer Masse wie Proteinen zusammen.

Ein kolloidales System kann als eine Mischung von Partikeln mit einem Durchmesser zwischen 1 / 1.000.000 und 1 / 10.000 definiert werden, die in einem flüssigen Medium dispergiert sind. Jedes Zellprotoplasma, das sowohl Zytoplasma als auch Nucleoplasma enthält, 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 der Lösung wie geladene Ionen verhalten und entsprechend ihrer Ladung interagieren und zweitens Wassermoleküle anziehen können. Wie alle Kolloide hat es die Eigenschaft, diesen Suspensionszustand beizubehalten, 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 von Partikeln, was die enzymatischen Reaktionen im zellulären Zytoplasma begünstigt.

Thixotrope Eigenschaften

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

Thixotrope Substanzen sind im Ruhezustand stabil und gewinnen bei Störung an Fließfähigkeit. Im alltäglichen Umfeld sind wir in Kontakt mit dieser Art von Material wie Tomatensauce und Joghurt.

Das Zytoplasma verhält sich wie ein Hydrogel

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

Das Zytoplasma hat die Eigenschaft eines Hydrogels, da es erhebliche Mengen Wasser aufnehmen kann und das Volumen nach außen variiert. Diese Eigenschaften wurden im Zytoplasma von Säugetieren bestätigt.

Zyklen Bewegungen

Die zytoplasmatische Matrix kann Bewegungen ausführen, die einen aktuellen oder zytoplasmatischen Fluss erzeugen. Diese Bewegung wird im Allgemeinen in der flüssigsten Phase des Cytosols beobachtet und ist die Ursache für die Verschiebung von Zellkompartimenten, wie z. B. Pinosomen, Phagosomen, Lysosomen, Mitochondrien und Centriolen.

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 Zytose im Zytoplasma ab.

Phasen des Zytosols

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 Sonnenphase und die Gelphase. Der erste ähnelt einer Flüssigkeit, während der zweite dank der höheren Konzentration von Makromolekülen einem Feststoff ähnelt.

Beispielsweise können wir bei der Herstellung einer Gelatine beide Zustände unterscheiden. In der Sonnenphase können sich die Partikel im Wasser frei bewegen, aber wenn die Lösung abgekühlt wird, härtet sie aus und wird zu einer Art halbfesten Gels.

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

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

Funktionen

Das Zytoplasma ist eine Art molekulare Suppe, in der die für die Aufrechterhaltung der Zellfunktion wesentlichen enzymatischen Reaktionen stattfinden.

Es ist ein ideales Transportmittel für Zellatmungsprozesse und für Biosynthesereaktionen, da die Moleküle nicht im Medium solubilisieren und im Zytoplasma schweben und zur Verwendung bereit sind.

Darüber hinaus kann das Zytoplasma aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung als Puffer oder Puffer fungieren. Es dient auch als geeignetes Mittel zur Suspension der Organellen, um sie - und das im Zellkern eingeschlossene Erbgut - vor plötzlichen Bewegungen und möglichen Kollisionen zu schützen.

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.