Kaj je gibanje citoplazme?



The citoplazemskega gibanja, imenovan tudi protoplazmatski tok ali ciclois, je gibanje tekoče snovi (citoplazme) v rastlinski ali živalski celici. Gibanje prenaša hranila, beljakovine in organele v celice.

Prvič v 1830-ih letih je prisotnost citoplazemskega toka pomagala prepričati biologe, da so celice temeljne življenjske enote življenja..

Čeprav mehanizem citoplazemskega prenosa še ni popolnoma razumljen, se domneva, da ga posredujejo "motorični" proteini, molekule, sestavljene iz dveh beljakovin, ki uporabljajo adenozin trifosfat za premikanje enega proteina v primerjavi z drugim..

Če eden od proteinov ostane fiksiran v substratu, kot je mikrofilament ali mikrotubul, lahko motorni proteini premaknejo organele in druge molekule skozi citoplazmo..

Motorne beljakovine so pogosto sestavljene iz aktin filamentov, dolgih beljakovinskih vlaken, poravnanih v vrstah vzporedno s tokom znotraj celične membrane.

Miozinske molekule, vezane na celične organele, se gibljejo vzdolž aktinih vlaken, vlečejo organele in pometajo druge citoplazmatske vsebine v isto smer.

Citoplazmatski prenos ali cyclosis je dogodek, ki porablja energijo v rastlinskih celicah in se uporablja za distribucijo hranil v citoplazmi. Pogosta je v večjih celicah, kjer difuzija ni primerna za distribucijo snovi.

Pri rastlinah se lahko uporablja tudi za distribucijo kloroplastov za maksimalno absorpcijo svetlobe za fotosintezo. Znanstveniki še vedno ne razumejo, kako se ta proces dogaja, čeprav je postavljena hipoteza, da imajo mikrotubule in mikrofilamenti vlogo, v interakciji z motornimi proteini organelov..

V nekaterih rastlinskih celicah je hitro rotirajoče citoplazmatsko gibanje, omejeno na periferne dele celice poleg celične stene, ki prenaša kloroplaste in granule.

To gibanje se lahko poveča zaradi svetlobe in je odvisno od temperature in pH. Avksini ali rastni hormoni lahko tudi povečajo hitrost gibanja. Pri nekaterih protozojih, kot so ciliati, počasnejša ciklična gibanja prenašajo prebavne vakuole skozi celično telo.

Citoplazmatski prenos

Citoplazmatski prenos v rastlinskih celicah nastane naravno s samoorganizacijo mikrofilamenta

Številne celice kažejo obsežno aktivno cirkulacijo vse svoje vsebine tekočine, proces, imenovan citoplazmatski tok ali gibanje. Ta pojav je še posebej pogost pri rastlinskih celicah, ki pogosto predstavljajo izrazito regulirane vzorce pretoka.

V pogonskem mehanizmu v omenjenih celicah organele, prevlečene z miozinom, prenesejo citoplazmo, ko jo obdelujejo vzdolž svežnjev aktinskih filamentov, pritrjenih na obrobju. Ta proces je razvojni proces, ki gradi urejene aktin konfiguracije, potrebne za koherenten tok v celičnem merilu.

Ugotovljeno je bilo, da ima osnovna paradigma, na kateri temeljijo motorni proteini, ki medsebojno delujejo s polimernimi filamenti, veliko vzorcev oblikovanja obnašanja v teoretičnih in eksperimentalnih okoljih..

Vendar pa so te študije pogosto izvlečene iz konteksta posebnih bioloških sistemov, zlasti pa ni bilo neposredne povezave z razvojem citoplazmatskega prenosa..

Za razumevanje temeljne dinamike, ki poganja nastanek urejenih tokov in poveže mikroskopsko z makroskopsko, je alternativni pristop "od zgoraj navzdol" upravičen.

Pri tem problemu pristopamo skozi specifičen prototipni sistem. Sprejemamo morda najbolj presenetljiv primer, vodno algo Chara corallina.

Ogromne cilindrične internodalne celice Chare merijo 1 mm v premeru in do 10 cm v dolžino. Njen rotirajoči tok, imenovan "ciclosis", poganjajo vezikli (v endoplazmičnem retikulumu), prekriti z miozinskim motornim proteinom, ki drsi vzdolž dveh vzdolžnih pasov, usmerjenih na nasprotne načine od mnogih kontinuiranih paralel in aktinskih filamentov..

Vsak kabel je snop številnih posameznih aktin filamentov, od katerih ima vsaka enako notranjo polarnost. Motorji miozina se premikajo po žarilni nitki na usmerjen način, od njegovega manjšega konca, do njegovega večjega konca (s konicami)..

Ti kabli so pritrjeni na kloroplaste, kortikalno pritrjene na obodu celice, kar ustvarja hitrosti toka 50-100 μm / s. Ni jasno, kako se ta preprost, a presenetljiv vzorec oblikuje med morfogenezo, čeprav je mogoče sklepati, da so rezultat kompleksnih kemijskih vzorcev..

Mehanizem citoplazmatskega toka v celicah chachacealnih alg: drsenje endoplazmatskega retikuluma vzdolž aktinskih filamentov

Elektronska mikroskopija neposredno zamrznjenih velikanskih celic chagasous alga kaže kontinuirano tridimenzionalno mrežo anastomoznih cevi in ​​cisterne grobega endoplazmatskega retikuluma, ki prodrejo v pretočno območje njihove citoplazme..

Deli tega endoplazmatskega retikuluma se dotikajo vzporednih snopov aktinskih filamentov na vmesniku s stacionarno kortikalno citoplazmo.

Mitohondriji, glikozomi in druge majhne citoplazmatske organele, zapletene v mrežo endoplazmatskega retikuluma, kažejo Brownovsko gibanje, ko tečejo.

Vezavo in drsenje membran endoplazmatskega retikuluma vzdolž aktinskih vodnikov lahko tudi vizualiziramo neposredno po disociaciji citoplazme teh celic v pufer, ki vsebuje ATP..

Strižne sile, ki nastanejo na vmesniku z ločenimi aktinskimi kabli, premikajo velike agregate endoplazmatskega retikuluma in drugih organelov. Kombinacija hitre zamrznitve z elektronsko mikroskopijo in video mikroskopijo v živih celicah in disociirano citoplazmo kaže, da je prenos citoplazme odvisen od membran endoplazmatskega retikuluma, ki drsi vzdolž stacionarnih aktin žic.

Zato kontinuirana mreža endoplazmatskega retikuluma zagotavlja sredstvo za gibanje v globoki citoplazmi znotraj oddaljene celice kortikalnih aktinov, kjer se generira gibalna sila..

Vloga v medceličnem transportu

Čeprav je na molekularni osnovi objavljeno veliko število del in hidrodinamika citoplazemskega gibanja, razmeroma malo avtorjev vstopa v razpravo o svoji funkciji..

Dolgo časa je bilo predlagano, da ta tok pomaga molekularnemu transportu. Vendar so specifične hipoteze o mehanizmu, s katerim pospeševanje prenosa pospešuje presnovo, komaj analizirane.

Razpršenost ne more razložiti številnih transportnih pojavov v celicah, stopnja homeostaze vzdolž poti pa ni mogoče pojasniti več kot domnevo, da gre za oblike aktivnega transporta..

Zdi se, da se je zelo simetrična topologija toka v samoljubnih algah razvila s precejšnjimi evolucijskimi stroški, kar se odraža tudi v dejstvu, da je miozin, ki ga najdemo v tem organizmu, najhitreje znan..

Glede na to, kar vemo o ličnih algah, vidimo, da je prenos vključen v številne vloge v celičnem metabolizmu. Pomaga pri transportu med celicami in je zato bistvenega pomena za zagotovitev stalnega pretoka celičnih gradnikov na novo nastalih celicah na konici pupka..

Prav tako se zdi pomembno ohraniti alkalne pasove, ki omogočajo absorpcijo anorganskega ogljika iz okoliške vode. Toda ključno vprašanje, ki ostaja v veliki meri neodgovorjeno, je, kakšna je lahko vloga citoplazmatskega gibanja pri odpravljanju difuzijskih ozkih grl, ki očitno omejujejo velikost celic v drugih organizmih..

Pravzaprav lahko tok pomaga pri homeostatični regulaciji med hitrim širjenjem celičnega volumna, vendar natančni mehanizmi, s katerimi ostane odprto področje raziskav.

Najpomembnejši prispevki v smislu kvantificirane razprave o vplivu citoplazmatskega toka na znotrajcelični transport so nedvomno Pickard. Ta znanstvenik je govoril o eskalaciji hitrosti pretoka in časovnem razponu difuzije z velikostjo celice, kot tudi interakcijo med stagnirno plastjo periplazme, ki obkroža kloroplastne vrste, in mobilno plastjo endoplazme..

Opozoril je na možnost, da advekcija točkovnega vira lahko pomaga pri homeostazi z glajenjem nihanj v polju koncentracije. Prav tako je izpostavil idejo, da citoplazmatski tok kot tak ni nujno, da daje celici korist, če je njen pravi namen transport delcev vzdolž citoskeleta..

Citoplazmatsko gibanje omogoča distribucijo molekul in veziklov v velikih rastlinskih celicah

Nedavne študije vodnih in kopenskih rastlin kažejo, da podobni pojavi določajo znotrajcelični transport organelov in mehurčkov. To kaže, da se vidiki celične signalizacije, ki sodelujejo pri razvoju in odzivu na zunanje dražljaje, ohranijo med vrstami.

Gibanje molekularnih motorjev vzdolž filamentov citoskeleta neposredno ali posredno vleče tekočinski citosol, kar vodi do ciklosis (citoplazemskega gibanja) in vpliva na gradijente molekularnih vrst v celici, s potencialno pomembnimi presnovnimi posledicami, kot je sila \ t motor za razširitev celic.

Raziskave so pokazale, da miozin XI deluje v gibanju organelov, ki poganjajo citoplazmatski tok v vodnih in kopenskih rastlinah. Kljub ohranjenim strojem citoskeleta, ki poganja gibanje organelov med vodnimi rastlinami in zemljo, se hitrosti ciklosov v rastlinskih celicah razlikujejo glede na vrste celic, stopnje razvoja celic in rastlinske vrste..

Reference

  1. Uredniki enciklopedije Britannica. (2009). citoplazemsko struženje. 9-2-2017, avtor: Encyclopædia Britannica, inc.
  2. Darling, D. (2016). Citoplazmatski tok. 9-2-2017, iz svetov Davida Darlinga.
  3. Goldstein, R. (2015). Fizična perspektiva citoplazmatskega pretoka. 02-10-2017, iz založbe The Royal Society Publishing.
  4. com (2016). Citoplazmatski pretok ali ciklosis,. \ T 10-2-2017, od Microscope.com.
  5. Verchot, L. (2010). Citoplazmatski tok omogoča distribucijo molekul in veziklov v velikih rastlinskih celicah ... 10-2-2017, iz Nacionalne medicinske knjižnice ZDA Nacionalni inštituti za zdravje Spletna stran: ncbi.nlm.nih.gov.
  6. Wolff, K., Marenduzzo, D., & Cates, M. E. (2012). Citoplazmatski tok v rastlinskih celicah: vloga zdrsa sten. Journal of Royal Society Interface, 9 (71), 1398-1408. 
  7. Kachar, B. (1988). Mehanizem citoplazmatskega pretakanja v celicah alg: drsenje endoplazmatskega retikuluma vzdolž aktinskih filamentov ... 11-2-2017, iz Nacionalnega centra za biotehnološke informacije, U.S..