Cytoplasm: Funcții, componente și caracteristici

Citoplasma este substanța găsită în interiorul celulelor, care include matricea citoplasmatică (sau citozol) și compartimentele subcelulare. Citozolul reprezintă un pic mai mult de jumătate (aproximativ 55%) din volumul total al celulei și este zona în care are loc sinteza și degradarea proteinelor, oferind un mijloc adecvat pentru efectuarea reacțiilor metabolice necesare .

Toate componentele unei celule procariote sunt în citoplasmă, în timp ce în eucariote există și alte diviziuni, cum ar fi nucleul. În celulele eucariote, volumul de celule rămase (45%) este ocupat de organele citoplasmatice, cum ar fi mitocondriile, reticulul endoplasmatic neted și dur, nucleul, peroxizomii, lizozomii și endozomii.

Caracteristici generale

Citoplasma este substanța care umple interiorul celulelor și este împărțită în două componente: fracțiunea lichidă cunoscută sub denumirea de citozol sau matrice citoplasmică și organele care sunt înglobate în ea - în cazul liniei eucariote.

Cytosolul este matricea gelatinoasă a citoplasmei și este compusă dintr-o imensă varietate de substanțe dizolvate, cum ar fi ioni, metaboliți intermediari, carbohidrați, lipide, proteine ​​și acizi ribonucleici (ARN). Se poate întâmpla în două faze interconvertibile: faza de gel și faza soarelui.

Se compune dintr-o matrice coloidală similară unui gel apos compus din apă - în principal - și o rețea de proteine ​​fibroase corespunzătoare citoscheletului, incluzând actina, microtubuli și filamente intermediare, precum și o serie de proteine ​​auxiliare care contribuie la formarea de rețea.

Această rețea formată din filamente proteice difuzează în întreaga citoplasmă, conferindu-i proprietățile de viscoelasticitate și caracteristicile unui gel contractil.

Cytoskeletonul este responsabil pentru asigurarea suportului și stabilității arhitecturii celulare. În plus față de participarea la transportul de substanțe în citoplasmă și de a contribui la mișcarea celulelor, ca în fagocitoză.

componente

Citoplasma este compusă dintr-o matrice citoplasmatică sau citosol și din organele care sunt înglobate în această substanță gelatinoasă. Apoi, fiecare va fi descrisă în profunzime:

citosol

Citozolul este substanța incoloră, uneori cenușie, gelatinoasă și translucidă, găsită în exteriorul organelurilor. Este considerată porțiunea solubilă a citoplasmei.

Componenta cea mai abundentă a acestei matrice este apa, formând între 65 și 80% din compoziția sa totală, cu excepția celulelor osoase, a smalțului dinților și a semințelor.

În ceea ce privește compoziția sa chimică, 20% corespund moleculelor de proteine. Are mai mult de 46 de elemente folosite de celulă. Dintre acestea, numai 24 sunt considerate esențiale pentru viață.

Printre elementele cele mai proeminente sunt carbonul, hidrogenul, azotul, oxigenul, fosforul și sulful.

În același mod, această matrice este bogată în ioni, iar retenția acestora generează o creștere a presiunii osmotice a celulei. Acești ioni ajută la menținerea unui echilibru optim acid-bază în mediul celular.

Diversitatea ionilor găsiți în citozol variază în funcție de tipul celular studiat. De exemplu, celulele musculare și nervoase au concentrații mari de potasiu și magneziu, în timp ce ionul de calciu este deosebit de abundent în celulele sanguine.

Membrane organice

În cazul celulelor eucariote, există o varietate de compartimente subcelulare încorporate în matricea citoplasmatică. Acestea pot fi împărțite în organele membrane și discrete.

Reticulul endoplasmic și aparatul Golgi aparțin primului grup, ambele fiind sisteme de membrane în formă de sac care sunt interconectate. Din acest motiv, este dificil să se definească limita structurii sale. În plus, aceste compartimente prezintă continuitate spațială și temporală cu membrana plasmatică.

Reticulul endoplasmatic este împărțit în netede sau brute, în funcție de prezența sau absența ribozomilor. Neteda este responsabilă pentru metabolismul moleculelor mici, are mecanisme de detoxificare și sinteză a lipidelor și a steroizilor.

În contrast, reticulul endoplasmatic brut are ribozomi ancorați pe membrana sa și este responsabilă în principal de sinteza proteinelor care vor fi excretate de celulă.

Aparatul Golgi este un set de discuri sub formă de discuri și participă la sinteza membranelor și a proteinelor. În plus, are mecanismele enzimatice necesare pentru a face schimbări în proteine ​​și lipide, inclusiv în glicozilare. De asemenea, participă la depozitarea și distribuția lizozomilor și peroxizomilor.

Organeluri discrete

Al doilea grup este alcătuit din organele intracelulare care sunt discrete și limitele lor sunt observate în mod clar prin prezența membranelor.

Ele sunt izolate de celelalte organele din punct de vedere structural și fizic, deși pot exista interacțiuni cu alte compartimente, de exemplu, mitocondriile pot interacționa cu organele membranoase.

În acest grup sunt mitocondriile, organele care posedă enzimele necesare pentru a realiza căi metabolice esențiale, cum ar fi ciclul acidului citric, lanțul de transport al electronilor, sinteza ATP și oxidarea b-acizi grași.

Lizozomii sunt, de asemenea, organele discrete și sunt responsabile pentru stocarea enzimelor hidrolitice care ajută la reabsorbția proteinelor, distrug bacteriile și degradarea organelurilor citoplasmatice.

Microbidele (peroxizomii) participă la reacțiile oxidative. Aceste structuri posedă enzima catalază care ajută la transformarea peroxidului de hidrogen - un metabolism toxic - în substanțe care sunt inofensive pentru celulă: apă și oxigen. În aceste organisme se produce oxidarea b-acizilor grași.

În cazul plantelor, există și alte organele numite plastide. Acestea efectuează zeci de funcții în celula plantelor, iar cele mai remarcabile sunt cloroplastele, în care se produce fotosinteza.

Organeluri non-membranoase

Celula are, de asemenea, structuri care nu sunt legate de membranele biologice. Acestea includ componentele citoscheletului care includ microtubuli, filamente intermitente și microfilamente de actină.

Filamentele actinice sunt compuse din molecule globulare și sunt lanțuri flexibile, în timp ce filamentele intermediare sunt mai rezistente și sunt compuse din proteine ​​diferite. Aceste proteine ​​sunt responsabile pentru asigurarea rezistenței la tracțiune și dau soliditate celulei.

Centriolele sunt duale structurale în formă cilindrică și sunt, de asemenea, organele non-membranoase. Acestea sunt situate în centrozomi sau centre organizate de microtubuli. Aceste structuri dau naștere la organele bazale ale cilia.

În final, există ribozomi, structuri formate din proteine ​​și ARN ribozomal care participă la procesul de translație (sinteza proteinelor). Acestea pot fi libere în citozol sau pot fi ancorate în reticulul endoplasmatic brut.

Cu toate acestea, mai mulți autori nu consideră că ribozomii ar trebui să fie clasificați ca organeli înșiși.

incluziuni

Incluziunile sunt componentele citoplasmei care nu corespund organelilor și în majoritatea cazurilor nu sunt înconjurate de membranele lipidice.

Această categorie include un număr mare de structuri eterogene, cum ar fi granule de pigmenți, cristale, grăsimi, glicogen și unele substanțe reziduale.

Aceste corpuri pot fi înconjurate de enzime care participă la sinteza macromoleculelor din substanța prezentă în incluziune. De exemplu, uneori glicogenul poate fi înconjurat de enzime cum ar fi glicogen sintaza sau glicogen fosforilaza.

Incluziunile sunt frecvente în celulele ficatului și în celulele musculare. În același mod, incluziunile părului și ale pielii au granule de pigmenți care le conferă culoarea caracteristică a acestor structuri.

Proprietățile citoplasmei

Este un coloid

Din punct de vedere chimic, citoplasma este un coloid, de aceea are caracteristicile simultane ale unei soluții și ale unei suspensii. Acesta este compus din molecule cu greutate moleculară scăzută, cum ar fi sărurile și glucoza, precum și moleculele unei mase mai mari, cum ar fi proteinele.

Un sistem coloidal poate fi definit ca un amestec de particule cu un diametru cuprins între 1/1000000 și 1/10000 dispersat într-un mediu lichid. Toată protoplasma celulară, care include citoplasma și nucleoplasma, este o soluție coloidală, deoarece proteinele dispersate prezintă toate caracteristicile acestor sisteme.

Proteinele sunt capabile să formeze sisteme coloidale stabile, deoarece se comportă ca ioni încărcați în soluție și interacționează în funcție de încărcăturile lor și, în al doilea rând, sunt capabili să atragă molecule de apă. Ca toate coloizii, are proprietatea de a menține această stare de suspensie, care dă stabilitate celulelor.

Apariția citoplasmei este tulbure deoarece moleculele care o compun sunt mari și refracția luminii, acest fenomen se numește efectul Tyndall.

Pe de altă parte, mișcarea Browniană a particulelor mărește întâlnirea particulelor, favorizând reacțiile enzimatice în citoplasma celulară.

Proprietăți tixotropice

Citoplasma prezintă proprietăți tixotropice, la fel ca unele fluide non-newtoniene și pseudoplastice. Tixotropia se referă la modificări ale vâscozității în timp: când fluidul este supus unui efort, viscozitatea fluidului scade.

Substanțele tixotropice au stabilitate în starea de repaus și, atunci când sunt deranjate, obțin fluiditate. În mediul de zi cu zi, suntem în contact cu acest tip de material, cum ar fi sosul de roșii și iaurtul.

Citoplasma se comportă ca un hidrogel

Un hidrogel este o substanță naturală sau sintetică care poate fi poroasă sau nu și are capacitatea de a absorbi cantități mari de apă. Capacitatea de extindere depinde de factori precum osmolaritatea mediului, rezistența ionică și temperatura.

Citoplasma are caracteristica unui hidrogel, deoarece poate absorbi cantități semnificative de apă, iar volumul variază ca răspuns la exterior. Aceste proprietăți au fost coroborate în citoplasma mamiferelor.

Miscari ale ciclului

Matricea citoplasmatică este capabilă să realizeze mișcări care creează un flux curent sau citoplasmatic. Această mișcare este în general observată în faza cea mai lichidă a citozolului și este cauza deplasării compartimentelor celulare, cum ar fi pinozomii, fagozomii, lizozomii, mitocondriile, centriolii, printre altele.

Acest fenomen a fost observat la cele mai multe celule animale și de plante. Mișcările amoeboide ale protozoarelor, leucocitelor, celulelor epiteliale și ale altor structuri depind de mișcarea citomei în citoplasmă.

Fazele citosolului

Viscozitatea acestei matrice variază în funcție de concentrația moleculelor din celulă. Datorită naturii sale coloidale, două faze sau stări pot fi distinse în citoplasmă: faza soarelui și faza de gel. Primul seamănă cu un lichid, în timp ce al doilea este similar cu un solid datorită unei concentrații mai mari de macromolecule.

De exemplu, în prepararea unei gelatine putem distinge ambele stări. În faza soarelui particulele se pot mișca liber în apă, însă când soluția este răcită, se întărește și devine un fel de gel semi-solid.

În starea gelului, moleculele pot reține împreună diferite tipuri de legături chimice, incluzând HH, CH sau CN. În momentul în care se aplică căldură soluției, se va reveni la faza soarelui.

În condiții naturale, inversarea fazelor în această matrice depinde de o varietate de factori fiziologici, mecanici și biochimici în mediul celular.

funcții

Citoplasma este un fel de supă moleculară în care au loc reacțiile enzimatice care sunt esențiale pentru menținerea funcției celulare.

Este un mijloc de transport ideal pentru procesele de respirație celulară și pentru reacțiile de biosinteză, deoarece moleculele nu se solubilizează în mediu și plutesc în citoplasmă, gata de utilizare.

În plus, datorită compoziției sale chimice, citoplasma poate funcționa ca un tampon sau un tampon. De asemenea, servește ca mijloc adecvat pentru suspendarea organelor, protejându-le - și materialul genetic limitat în nucleu - de mișcări bruște și eventuale coliziuni.

Citoplasma contribuie la mișcarea nutrienților și deplasării celulelor, datorită generării unui flux citoplasmatic. Acest fenomen constă în mișcarea citoplasmei.

Curenții din citoplasmă sunt deosebit de importanți în celulele mari de plante și ajută la accelerarea procesului de distribuție a materialului.