CYTOPLASMA: FUNCTIES, ONDERDELEN EN KENMERKEN - BIOLOGIE - 2026

Het cytoplasma is de stof die in de cellen wordt aangetroffen, waaronder de cytoplasmatische matrix of cytosol en de subcellulaire compartimenten. Het cytosol vormt iets meer dan de helft (ongeveer 55%) van het totale volume van de cel en is het gebied waar de synthese en afbraak van eiwitten plaatsvindt, waardoor het een geschikt medium is om de noodzakelijke metabole reacties te laten plaatsvinden. .

Alle componenten van een prokaryotische cel bevinden zich in het cytoplasma, terwijl er in eukaryoten andere divisies zijn, zoals de kern. In eukaryote cellen wordt het resterende celvolume (45%) ingenomen door cytoplasmatische organellen, zoals mitochondriën, het gladde en ruwe endoplasmatische reticulum, de kern, peroxisomen, lysosomen en endosomen.

Algemene karakteristieken

Het cytoplasma is de stof die het inwendige van cellen vult en is verdeeld in twee componenten: de vloeibare fractie die bekend staat als cytosol of cytoplasmatische matrix en de organellen die erin zijn ingebed - in het geval van de eukaryote lijn.

Het cytosol is de gelatineuze matrix van het cytoplasma en is samengesteld uit een grote verscheidenheid aan opgeloste stoffen, zoals ionen, intermediaire metabolieten, koolhydraten, lipiden, eiwitten en ribonucleïnezuren (RNA). Het kan in twee onderling omkeerbare fasen verschijnen: de gelfase en de sol-fase.

Het bestaat uit een colloïdale matrix die lijkt op een waterige gel die voornamelijk uit water bestaat en een netwerk van vezelachtige eiwitten die overeenkomen met het cytoskelet, waaronder actine, microtubuli en intermediaire filamenten, naast een reeks bijkomende eiwitten die bijdragen aan de vorming van een kader.

Dit netwerk gevormd door eiwitfilamenten diffundeert door het cytoplasma, waardoor het visco-elastische eigenschappen en kenmerken van een contractiele gel krijgt.

Het cytoskelet is verantwoordelijk voor het bieden van ondersteuning en stabiliteit aan de cellulaire architectuur. Naast het deelnemen aan het transport van stoffen in het cytoplasma en het bijdragen aan de beweging van cellen, zoals fagocytose. In de volgende animatie zie je het cytoplasma van een dierencel (cytoplasma):

Kenmerken

Het cytoplasma is een soort moleculaire soep waarin enzymatische reacties plaatsvinden die essentieel zijn voor het behoud van de celfunctie.

Het is een ideaal transportmedium voor cellulaire ademhalingsprocessen en voor biosynthesereacties, aangezien de moleculen niet oplossen in het medium en in het cytoplasma drijven, klaar voor gebruik.

Dankzij zijn chemische samenstelling kan het cytoplasma ook als buffer of buffer fungeren. Het dient ook als een geschikt medium voor het ophangen van organellen en beschermt ze - en het genetisch materiaal dat zich in de kern bevindt - tegen plotselinge bewegingen en mogelijke botsingen.

Het cytoplasma draagt ​​bij aan de beweging van voedingsstoffen en celverplaatsing, dankzij het genereren van een cytoplasmatische stroom. Dit fenomeen bestaat uit de beweging van het cytoplasma.

Stromen in het cytoplasma zijn vooral belangrijk in grote plantencellen en helpen het proces van materiaalverdeling te versnellen.

Componenten

Cytoplasma, de ruimte in de cel

Het cytoplasma is samengesteld uit een cytoplasmatische matrix of cytosol en uit de organellen die in deze gelatineuze substantie zijn ingebed. Elk zal hieronder uitvoerig worden beschreven:

Cytosol

Het cytosol is de kleurloze, soms grijsachtige, geleiachtige en doorschijnende stof die aan de buitenkant van de organellen wordt aangetroffen. Het wordt beschouwd als het oplosbare deel van het cytoplasma.

Het meest voorkomende bestanddeel van deze matrix is ​​water, dat tussen 65 en 80% van zijn totale samenstelling vormt, behalve in botcellen, in het glazuur van tanden en in zaden.

Wat betreft de chemische samenstelling, komt 20% overeen met eiwitmoleculen. Het heeft meer dan 46 elementen die door de cel worden gebruikt. Hiervan worden er slechts 24 als essentieel voor het leven beschouwd.

Tot de meest prominente elementen behoren koolstof, waterstof, stikstof, zuurstof, fosfor en zwavel.

Op dezelfde manier is deze matrix rijk aan ionen en het vasthouden hiervan zorgt voor een verhoging van de osmotische druk van de cel. Deze ionen helpen bij het handhaven van een optimaal zuur-base-evenwicht in de cellulaire omgeving.

De diversiteit aan ionen die in het cytosol worden aangetroffen, varieert afhankelijk van het bestudeerde celtype. Zo hebben spier- en zenuwcellen hoge concentraties kalium en magnesium, terwijl het calciumion vooral in bloedcellen aanwezig is.

Membraneuze organellen

In het geval van eukaryote cellen is er een verscheidenheid aan subcellulaire compartimenten ingebed in de cytoplasmatische matrix. Deze kunnen worden onderverdeeld in vliezige en discrete organellen.

Het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat behoren tot de eerste groep, beide zijn systemen van zakvormige membranen die met elkaar zijn verbonden. Om deze reden is het moeilijk om de limiet van de structuur te definiëren. Bovendien bieden deze compartimenten ruimtelijke en temporele continuïteit met het plasmamembraan.

Het endoplasmatisch reticulum is verdeeld in glad of ruw, afhankelijk van de aan- of afwezigheid van ribosomen. Het gladde is verantwoordelijk voor het metabolisme van kleine moleculen, heeft mechanismen voor ontgifting en synthese van lipiden en steroïden.

Daarentegen heeft het ruwe endoplasmatisch reticulum ribosomen die aan het membraan zijn verankerd en is voornamelijk verantwoordelijk voor de synthese van eiwitten die door de cel worden uitgescheiden.

Het Golgi-apparaat is een reeks schijfvormige zakjes en neemt deel aan de membraan- en eiwitsynthese. Bovendien beschikt het over de enzymatische machinerie die nodig is om modificaties in eiwitten en lipiden uit te voeren, waaronder glycosylering. Het neemt ook deel aan de opslag en distributie van lysosomen en peroxisomen.

Discrete organellen

De tweede groep bestaat uit intracellulaire organellen die discreet zijn en hun grenzen worden duidelijk waargenomen door de aanwezigheid van membranen.

Ze zijn geïsoleerd van de andere organellen vanuit structureel en fysiek oogpunt, hoewel er interacties kunnen zijn met andere compartimenten, de mitochondriën kunnen bijvoorbeeld interageren met de vliezige organellen.

In deze groep bevinden zich de mitochondria, organellen die de enzymen hebben die nodig zijn om essentiële metabolische routes uit te voeren, zoals de citroenzuurcyclus, de elektronentransportketen, ATP-synthese en vetzuur-b-oxidatie.

Lysosomen zijn ook afzonderlijke organellen en zijn verantwoordelijk voor de opslag van hydrolytische enzymen die helpen bij de reabsorptie van eiwitten, bacteriën vernietigen en de afbraak van cytoplasmatische organellen.

Microbodies (peroxisomen) nemen deel aan oxidatieve reacties. Deze structuren hebben het enzym catalase dat helpt om waterstofperoxide - een giftige stofwisseling - om te zetten in stoffen die onschadelijk zijn voor de cel: water en zuurstof. In deze lichamen vindt de b-oxidatie van vetzuren plaats.

In het geval van planten zijn er andere organellen die plastos worden genoemd. Deze vervullen tientallen functies in de plantencel en de meest opvallende zijn de chloroplasten, waar fotosynthese plaatsvindt.

Niet-membraane organellen

De cel heeft ook structuren die niet worden begrensd door biologische membranen. Deze omvatten de componenten van het cytoskelet, waaronder microtubuli, intermediaire filamenten en actine-microfilamenten.

Actinefilamenten bestaan ​​uit bolvormige moleculen en zijn flexibele ketens, terwijl tussenliggende filamenten resistenter zijn en uit verschillende eiwitten bestaan. Deze eiwitten zorgen voor treksterkte en geven de cel kracht.

De centriolen zijn een cilindervormig structureel duo en zijn ook niet-membraane organellen. Ze bevinden zich in de centrosomen of georganiseerde centra van microtubuli. Deze structuren geven aanleiding tot de basale lichamen van de trilharen.

Ten slotte zijn er ribosomen, structuren bestaande uit eiwitten en ribosomaal RNA die deelnemen aan het translatieproces (eiwitsynthese). Ze kunnen vrij zijn in het cytosol of verankerd zijn in het ruwe endoplasmatisch reticulum.

Verschillende auteurs zijn echter niet van mening dat ribosomen zelf als organellen moeten worden geclassificeerd.

Inclusies

De insluitsels zijn de componenten van het cytoplasma die niet overeenkomen met organellen en in de meeste gevallen niet omgeven zijn door lipidemembranen.

Deze categorie omvat een groot aantal heterogene structuren, zoals pigmentkorrels, kristallen, vetten, glycogeen en enkele afvalstoffen.

Deze lichamen kunnen zich omringen met enzymen die deelnemen aan de synthese van macromoleculen uit de stof die in de opname aanwezig is. Glycogeen kan bijvoorbeeld soms worden omgeven door enzymen zoals glycogeensynthese of glycogeenfosforylase.

Insluitingen komen vaak voor in levercellen en spiercellen. Op dezelfde manier hebben haar- en huidinsluitsels pigmentkorrels die hen de karakteristieke kleuring van deze structuren geven.

Cytoplasma-eigenschappen

Het is een colloïde

Chemisch gezien is het cytoplasma een colloïde, daarom heeft het kenmerken van een oplossing en een suspensie tegelijkertijd. Het bestaat uit moleculen met een laag molecuulgewicht zoals zouten en glucose, maar ook uit grotere massamoleculen zoals eiwitten.

Een colloïdaal systeem kan worden gedefinieerd als een mengsel van deeltjes met een diameter tussen 1 / 1.000.000 tot 1 / 10.000 gedispergeerd in een vloeibaar medium. Al het cellulaire protoplasma, dat zowel het cytoplasma als het nucleoplasma omvat, is een colloïdale oplossing, aangezien de gedispergeerde eiwitten alle kenmerken van deze systemen vertonen.

Eiwitten zijn in staat stabiele colloïdale systemen te vormen, omdat ze zich gedragen als geladen ionen in oplossing en een wisselwerking hebben op basis van hun ladingen, en ten tweede zijn ze in staat watermoleculen aan te trekken. Zoals alle colloïden heeft het de eigenschap deze toestand van suspensie te behouden, wat de cel stabiliteit geeft.

Het uiterlijk van het cytoplasma is troebel omdat de moleculen waaruit het bestaat groot zijn en licht breken, dit fenomeen wordt het Tyndall-effect genoemd.

Aan de andere kant verhoogt de Brownse beweging van de deeltjes de ontmoeting van deeltjes, waardoor enzymatische reacties in het celcytoplasma worden bevorderd.

Thixotrope eigenschappen

Het cytoplasma vertoont thixotrope eigenschappen, evenals sommige niet-Newtoniaanse vloeistoffen en pseudoplastics. Thixotropie verwijst naar veranderingen in viscositeit in de loop van de tijd: wanneer de vloeistof wordt blootgesteld aan spanning, neemt de viscositeit af.

Thixotrope stoffen vertonen stabiliteit in de rusttoestand en worden bij verstoring vloeibaar. In de dagelijkse omgeving komen we in aanraking met dit soort materialen, zoals tomatensaus en yoghurt.

Het cytoplasma gedraagt ​​zich als een hydrogel

Een hydrogel is een natuurlijke of synthetische stof die al dan niet poreus is en het vermogen heeft om grote hoeveelheden water op te nemen. De rekbaarheid hangt af van factoren zoals de osmolariteit van het medium, de ionsterkte en de temperatuur.

Het cytoplasma heeft de kenmerken van een hydrogel, aangezien het aanzienlijke hoeveelheden water kan absorberen en het volume varieert als reactie op de buitenkant. Deze eigenschappen zijn bevestigd in het cytoplasma van zoogdieren.

Cyclose bewegingen

De cytoplasmatische matrix is ​​in staat bewegingen te maken die een cytoplasmatische stroom of stroming creëren. Deze beweging wordt over het algemeen waargenomen in de meer vloeibare fase van het cytosol en is de oorzaak van de verplaatsing van cellulaire compartimenten zoals pinosomen, phagosomen, lysosomen, mitochondria, centriolen, onder anderen.

Dit fenomeen is waargenomen in de meeste dieren- en plantencellen. De amoeboïde bewegingen van protozoa, leukocyten, epitheelcellen en andere structuren zijn afhankelijk van de beweging van cyclose in het cytoplasma.

Cytosol fasen

De viscositeit van deze matrix varieert als functie van de concentratie van moleculen in de cel. Dankzij het colloïdale karakter kunnen in het cytoplasma twee fasen of toestanden worden onderscheiden: de sol-fase en de gelfase. De eerste lijkt op een vloeistof, terwijl de tweede op een vaste stof lijkt dankzij de hogere concentratie macromoleculen.

Bij de bereiding van een gelatine kunnen we bijvoorbeeld beide toestanden onderscheiden. In de sol-fase kunnen de deeltjes vrij in het water bewegen, maar als de oplossing wordt afgekoeld, hardt het uit en wordt het een soort halfvaste gel.

In de gel-toestand kunnen de moleculen bij elkaar worden gehouden door verschillende soorten chemische bindingen, waaronder HH, CH of CN. Zodra er warmte op de oplossing wordt toegepast, keert deze terug naar de zonnefase.

Onder natuurlijke omstandigheden is fase-inversie in deze matrix afhankelijk van een verscheidenheid aan fysiologische, mechanische en biochemische factoren in de cellulaire omgeving.

Referenties

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2008). Moleculaire biologie van de cel. Garland Science.
2. Campbell, NA en Reece, JB (2007). Biologie. Panamerican Medical Ed.
3. Fels, J., Orlov, SN, en Grygorczyk, R. (2009). De hydrogel-aard van zoogdiercytoplasma draagt ​​bij tot osmosensing en extracellulaire pH-detectie. Biophysical Journal, 96 (10), 4276-4285.
4. Luby-Phelps, K., Taylor, DL, en Lanni, F. (1986). De structuur van cytoplasma onderzoeken. The Journal of Cell Biology, 102 (6), 2015-2022.
5. Ross, MH en Pawlina, W. (2007). Histologie. Tekst- en kleurenatlas met cellulaire en moleculaire biologie, 5aed. Panamerican Medical Ed.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Inleiding tot microbiologie. Panamerican Medical Ed.