ציטופלזמה: פונקציות, חלקים ומאפיינים - ביולוגיה - 2025

הציטופלסמה היא חומר המצוי בתוך תאי, הכולל את מטריקס ציטופלסמית או cytosol ואת תאים subcellular. הציטוזול מהווה קצת יותר ממחצית (כ 55% -) מהנפח הכולל של התא והוא האזור בו מתרחשת הסינתזה והשפלת חלבונים, ומספק מדיום מתאים לתגובות המטבוליות הנחוצות להתרחש. .

כל המרכיבים של תא פרוקריוטי נמצאים בציטופלסמה, ואילו באיקריוטים ישנן חלוקות אחרות, כמו הגרעין. בתאים אוקריוטיים, נפח התא הנותר (45%) תפוס על ידי אברונים ציטופלסמיים, כמו מיטוכונדריה, הרשתון האנדופלמטי החלק והמחוספס, הגרעין, הפרוקסיזומים, הליזוזומים ואנדוזומים.

מאפיינים כלליים

הציטופלזמה היא החומר הממלא את פנים התאים ומחולק לשני מרכיבים: השבר הנוזלי המכונה ציטוזול או מטריצה ​​ציטופלסמטית והאברונים המוטמעים בו - במקרה של השושלת האוקריתית.

הציטוזול הוא המטריצה ​​הג'לטינית של הציטופלסמה ומורכבת ממגוון עצום של מומסים, כגון יונים, מטבוליטים ביניים, פחמימות, ליפידים, חלבונים וחומצות ריבונוקליאיות (RNA). זה יכול להופיע בשני שלבים ניתנים להמרה: שלב הג'ל ושלב הסול.

הוא מורכב ממטריצה ​​קולואידלית הדומה לג'ל מימי המורכב ממים - בעיקר - ורשת של חלבונים סיביים המתאימים לציטוס שלד, כולל אקטין, מיקרו-צינורות וחוטי ביניים, בנוסף לסדרה של חלבונים נלווים התורמים ליצירת מִסגֶרֶת.

רשת זו הנוצרת על ידי חוטי חלבון מתפזרת בכל הציטופלזמה, ומעניקה לה תכונות ויסקו-אלסטיות ותכונות של ג'ל חוזק.

שלד הציטוס אחראי על מתן תמיכה ויציבות לארכיטקטורה הסלולרית. בנוסף להשתתפות בהובלת חומרים בציטופלזמה ותרומה לתנועת התאים, כמו פגוציטוזיס. בהנפשה הבאה תוכלו לראות את הציטופלזמה של תא בעלי חיים (ציטופלזמה):

מאפיינים

הציטופלזמה היא סוג של מרק מולקולרי בו מתרחשות תגובות אנזימטיות החיוניות לשמירה על תפקוד התא.

זהו אמצעי תעבורה אידיאלי לתהליכי הנשימה סלולריים ולתגובות ביוסינתזה, מכיוון שהמולקולות אינן מתמסות במדיום והן צפות בציטופלזמה, מוכנות לשימוש.

כמו כן, הודות להרכבו הכימי, הציטופלזמה יכולה לתפקד כחוצץ או כחוצץ. זה משמש גם כאמצעי מתאים להשעיית האברונים, להגנה עליהם - והחומר הגנטי המוחם בגרעין - מפני תנועות פתאומיות והתנגשויות אפשריות.

הציטופלזמה תורמת לתנועת חומרים מזינים ולעקרת התא, בזכות יצירת זרימה ציטופלסמית. תופעה זו מורכבת מתנועת הציטופלזמה.

זרמים בציטופלזמה חשובים במיוחד בתאי צמחים גדולים ועוזרים להאיץ את תהליך חלוקת החומרים.

רכיבים

ציטופלזמה, החלל שבתא

הציטופלסמה מורכבת ממטריצה ​​ציטופלסמית או ציטוזול ומהאיברים המוטבעים בחומר ג'לטיני זה. כל אחד מהם יתואר לעומק להלן:

ציטוזול

הציטוזול הוא החומר חסר הצבע, לעיתים אפרפר, ג'לטי ושקוף שנמצא בחלק החיצוני של האברונים. זה נחשב לחלק המסיס של הציטופלזמה.

המרכיב השכיח ביותר במטריקס זה הם מים היוצרים בין 65 ל- 80% מכלל הרכבם, למעט בתאי עצם, באמייל השיניים ובזרעים.

לגבי ההרכב הכימי שלה, 20% תואמים את מולקולות החלבון. יש בו יותר מ 46 אלמנטים המשמשים את התא. מתוכם, רק 24 נחשבים חיוניים לחיים.

בין היסודות הבולטים הם פחמן, מימן, חנקן, חמצן, זרחן וגופרית.

באותו אופן, מטריצה ​​זו עשירה ביונים ושמירה על אלה מייצרת עלייה בלחץ האוסמוטי של התא. יונים אלו מסייעים לשמור על איזון בסיסי בין חומצות לסביבה התאית.

מגוון היונים הנמצאים בציטוזול משתנה בהתאם לסוג התא שנחקר. לדוגמא, לתאי שריר ועצב יש ריכוזים גבוהים של אשלגן ומגנזיום, בעוד שיון הסידן שופע במיוחד בתאי הדם.

אברונים ממברניים

במקרה של תאים אוקריוטיים, ישנם מגוון תאים תת-תאים המשובצים במטריקס הציטופלסמי. ניתן לחלק את אלה לאברונים ממברניים ודיסקרטיים.

הרקמה האנדופלסמית ומנגנון גולגי שייכים לקבוצה הראשונה, שתיהן מערכות של ממברנות בצורת שק המחוברות זו לזו. מסיבה זו קשה להגדיר את גבול המבנה שלה. יתר על כן, תאים אלה מציגים המשכיות מרחבית וזמנית עם קרום הפלזמה.

הרקמה האנדופלסמית מחולקת לחלקה או מחוספסת, תלוי בנוכחותם או בהיעדרם של ריבוזומים. החלק אחראי על חילוף החומרים של מולקולות קטנות, יש מנגנונים של ניקוי רעלים וסינתזה של ליפידים וסטרואידים.

לעומת זאת, לתכנית הרשת האנדופלמומית הגסה יש ריבוזומים המעוגנים לממברנה שלו והיא אחראית בעיקר לסינתזה של חלבונים שיופרשו על ידי התא.

מכשיר הגולגי הוא קבוצה של שקיות בצורת דיסק ומשתתף בסינתזת קרום וחלבון. בנוסף, יש לו את המכונות האנזימטיות הנחוצות לביצוע שינויים בחלבונים ובליפידים, כולל גליקוזילציה. זה גם משתתף באחסון והפצה של ליזוזומים ופרוקסיסומים.

אברונים דיסקרטיים

הקבוצה השנייה מורכבת מאורגנות תוך-תאיות שהן דיסקרטיות והמגבלות שלהם נצפות בבירור על ידי נוכחות של קרומים.

הם מבודדים מהאברונים האחרים מנקודת המבט המבנית והפיזית, אם כי יתכנו אינטראקציות עם תאים אחרים, למשל, המיטוכונדריות יכולות לקיים אינטראקציה עם האברונים הממברניים.

בקבוצה זו נמצאים המיטוכונדריה, אברונים שיש להם את האנזימים הנחוצים לביצוע מסלולי מטבוליות חיוניים, כמו מחזור חומצות לימון, שרשרת הובלת האלקטרונים, סינתזת ATP וחמצון b חומצות שומן.

הליזוזומים הם גם אברונים נפרדים ואחראים על אגירת אנזימים הידרוליטיים המסייעים לספיגתם מחדש של חלבונים, השמדת חיידקים והשפלת האברונים הציטופלסמיים.

מיקרובודיות (פרוקסיזומים) משתתפות בתגובות חמצוניות. למבנים אלה יש את האנזים קטלז המסייע להמיר מי חמצן - מטבוליזם רעיל - לחומרים שאינם מזיקים לתא: מים וחמצן. בגופים אלה מתרחשת חמצון b של חומצות שומן.

במקרה של צמחים ישנם אברונים אחרים הנקראים פלסטוסים. אלה מבצעים עשרות פונקציות בתא הצמח והמצטיינים ביותר הם הכלורופלסטים, בהם מתרחשת פוטוסינתזה.

אברונים לא ממברניים

לתא יש גם מבנים שאינם מוגבלים על ידי ממברנות ביולוגיות. אלה כוללים את המרכיבים של שלד הציטוס, הכוללים מיקרו-צינורות, חוטי ביניים ומיקרופילמנטים של אקטין.

חוטי אקטין מורכבים ממולקולות כדוריות ומהווים שרשראות גמישות, ואילו חוטי ביניים עמידים יותר ומורכבים מחלבונים שונים. חלבונים אלה אחראים לספק כוח מתיחה ומעניקים לתא כוח.

הצנטרולים הם צמד מבני בצורת גליל והם גם אברונים לא ממברניים. הם ממוקמים במרכזים או במרכזים המאורגנים של צינורות מיקרו. מבנים אלה מולידים את גופי הבסיס של הצינה.

לבסוף ישנם ריבוזומים, מבנים המורכבים מחלבונים ו- RNA ריבוזומלי שמשתתפים בתהליך התרגום (סינתזת חלבון). הם יכולים להיות חופשיים בציטוזול או מעוגנים לתכנית הרשת האנדופלמטית הגסה.

עם זאת, כמה מחברים אינם רואים שיש לסווג את הריבוזומים כאיברונים עצמם.

תכלילים

התכלילים הם רכיבי הציטופלזמה שאינם תואמים את האברונים וברוב המקרים אינם מוקפים בקרומי שומנים.

קטגוריה זו כוללת מספר רב של מבנים הטרוגניים, כמו גרגרי פיגמנט, גבישים, שומנים, גליקוגן וכמה חומרי פסולת.

גופים אלה יכולים להקיף את עצמם באנזימים המשתתפים בסינתזה של מקרומולקולות מהחומר הקיים בהכללה. לדוגמה, לעיתים ניתן להקיף את הגליקוגן באנזימים כמו סינתזה גליקוגן או זרקון זרחן.

תכלילים נפוצים בתאי כבד ותאי שריר. באותו אופן, בתרכובות שיער ועור יש גרגירי פיגמנט המעניקים להם את הצבע האופייני של מבנים אלה.

תכונות ציטופלזמה

זה קולואיד

מבחינה כימית הציטופלזמה היא קולואיד, ולכן יש לה מאפיינים של תמיסה והשעיה בו זמנית. זה מורכב ממולקולות בעלות משקל מולקולרי נמוך כמו מלחים וגלוקוזה, כמו גם מולקולות מסתיות גדולות יותר כמו חלבונים.

ניתן להגדיר מערכת קולואידלית כתערובת של חלקיקים בקוטר בין 1 / 1,000,000 ל- 1 / 10,000 המפוזרים במדיום נוזלי. כל הפרוטופלזמה התאית, הכוללת גם את הציטופלזמה וגם את הגרעין, היא פיתרון קולואידי, שכן החלבונים המפוזרים מציגים את כל המאפיינים של מערכות אלו.

חלבונים מסוגלים ליצור מערכות קולואידליות יציבות, מכיוון שהם מתנהגים כיונים טעונים בתמיסה ומתקשרים על פי המטענים שלהם ושנית, הם מסוגלים למשוך מולקולות מים. כמו כל הקולואידים, יש לו את המאפיין לשמור על מצב ההשעיה הזה, המעניק לתאים יציבות.

המראה של הציטופלזמה מעונן מכיוון שהמולקולות המרכיבות אותו גדולות ומפרקות אור, תופעה זו נקראת אפקט Tyndall.

מצד שני, התנועה הברונית של החלקיקים מגדילה את מפגש החלקיקים, ומעדיפה תגובות אנזימטיות בציטופלסמה של התא.

תכונות Thixotropic

הציטופלסמה מציגה תכונות ת'יקסוטרופיות, כמו גם כמה נוזלים ופסאודופלסטים שאינם ניוטוניים. Thixotropy מתייחס לשינויים בצמיגות לאורך זמן: כאשר הנוזל נתון במתח, צמיגותו פוחתת.

חומרים תיקסוטרופיים מראים יציבות במצב המנוחה וכאשר הם מופרעים הם צוברים נזילות. בסביבה היומיומית אנו בקשר עם חומרים מסוג זה, כמו רוטב עגבניות ויוגורט.

הציטופלזמה מתנהגת כמו הידרוג'ל

הידרוג'ל הוא חומר טבעי או סינטטי שעשוי להיות נקבובי ובעל יכולתו לספוג כמויות גדולות של מים. ההרחבה שלו תלויה בגורמים כמו האוסמולולריות של המדיום, חוזק היונים והטמפרטורה.

לציטופלסמה מאפיינים של הידרוג'ל, מכיוון שהוא יכול לספוג כמויות משמעותיות של מים והנפח משתנה בתגובה כלפי חוץ. מאפיינים אלה אוששו בציטופלזמה של יונקים.

תנועות ציקלוזיס

המטריצה ​​הציטופלסמטית מסוגלת לבצע תנועות שיוצרות זרם או זרימה ציטופלסמטית. תנועה זו נצפתה בדרך כלל בשלב הנוזלי יותר של הציטוזול והיא הגורם לעקירה של תאים תאיים כמו פינוזומים, פגוזומים, ליזוזומים, מיטוכונדריה, צנטריולים, בין היתר.

תופעה זו נצפתה ברוב תאי החי והצמחים. התנועות האמבודיות של פרוטוזואה, לויקוציטים, תאי אפיתל ומבנים אחרים תלויים בתנועת ציקלוזיס בציטופלזמה.

שלבי ציטוזול

הצמיגות של מטריצה ​​זו משתנה כפונקציה של ריכוז המולקולות בתא. בזכות אופיו הקולואידלי, ניתן להבחין בשני שלבים או מצבים בציטופלזמה: שלב הסול ושלב הג'ל. הראשון דומה לנוזל, ואילו השני דומה למוצק בזכות הריכוז הגבוה יותר של מקרומולקולות.

לדוגמא, בהכנת ג'לטין אנו יכולים להבחין בשני המצבים. בשלב הסול החלקיקים יכולים לנוע בחופשיות במים, אולם כאשר התמיסה מתקררת היא מתקשה והופכת לסוג של ג'ל-מוצק למחצה.

במצב הג'ל, המולקולות מסוגלות להיות מוחזקות על ידי סוגים שונים של קשרים כימיים, כולל HH, CH או CN. ברגע שמורחים חום על הפתרון, הוא יחזור לשלב השמש.

בתנאים טבעיים, היפוך שלבים במטריקס זה תלוי במגוון גורמים פיזיולוגיים, מכניים וביוכימיים בסביבה התאית.

הפניות

1. אלברטס, ב., ג'ונסון, א., לואיס, ג'יי, רף, מ., רוברטס, ק., וולטר, פ. (2008). ביולוגיה מולקולרית של התא. גרלנד מדע.
2. קמפבל, NA, ו- Reece, JB (2007). ביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
3. Fels, J., Orlov, SN, and Grygorczyk, R. (2009). טבע ההידרוג'ל של ציטופלזמה של יונקים תורם לאוסמוסנסינג ולחישה pH החוץ תאית. ביומן ביולוגי, 96 (10), 4276-4285.
4. לובי-פלפס, ק., טיילור, ד.ל., ולני, פ. (1986). בדיקת מבנה הציטופלזמה. כתב העת לביולוגיה של תאים, 102 (6), 2015-2022.
5. רוס, MH ופאולינה, וו. (2007). היסטולוגיה. אטלס טקסט וצבע עם ביולוגיה תאית ומולקולרית, 5aed. פנמריקנית רפואית אד.
6. טורטורה, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). מבוא למיקרוביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.