السيتوبلازم: وظائف ، أجزاء وخصائص

السيتوبلازم هو المادة الموجودة داخل الخلايا ، والتي تشمل المصفوفة السيتوبلازمية (أو السيتوسول) والمقصورات دون الخلوية. يشكل السيتوسول أكثر من النصف بقليل (حوالي 55 ٪) من الحجم الكلي للخلية وهو المنطقة التي يحدث فيها تخليق البروتينات وتدهورها ، مما يوفر وسيلة مناسبة للتفاعلات الأيضية الضرورية التي يتعين القيام بها .

جميع مكونات خلية بدائية النواة موجودة في السيتوبلازم ، بينما في حقيقيات النواة هناك انقسامات أخرى ، مثل النواة. في الخلايا حقيقية النواة ، يشغل حجم الخلية المتبقي (45 ٪) عضيات السيتوبلازم ، مثل الميتوكوندريا ، الشبكة الإندوبلازمية الملساء والخشنة ، النواة ، البيروكسيسومات ، الليزوزومات والاندوسومات.

الخصائص العامة

السيتوبلازم هو المادة التي تملأ داخل الخلايا وتنقسم إلى عنصرين: الكسر السائل المعروف باسم السيتوسول أو المصفوفة السيتوبلازمية والعضيات المتضمنة فيها - في حالة سلالات حقيقيات النواة.

السيتوسول هو المصفوفة الهلامية للسيتوبلازم ويتكون من مجموعة هائلة من المحاليل ، مثل الأيونات والأيضات الوسيطة والكربوهيدرات والدهون والدهون والبروتينات والأحماض النووية. يمكن أن يحدث على مرحلتين قابلتين للتحويل: مرحلة الجل وطور الشمس.

وهو يتألف من مصفوفة غروانية تشبه الهلام المائي المكون من الماء - بشكل أساسي - وشبكة من البروتينات الليفية المقابلة للهيكل الخلوي ، بما في ذلك الأكتين والأنابيب الدقيقة والخيوط الوسيطة ، فضلاً عن سلسلة من البروتينات التبعية التي تساهم في تكوين الشبكة.

هذه الشبكة المكونة من خيوط البروتين تنتشر في جميع أنحاء السيتوبلازم ، مما يعطيها خصائص اللزوجة وخصائص هلام تقلص.

الهيكل الخلوي مسؤول عن توفير الدعم والاستقرار للهندسة الخلوية. بالإضافة إلى المشاركة في نقل المواد في السيتوبلازم والمساهمة في حركة الخلايا ، كما في البلعمة.

المكونات

يتكون السيتوبلازم من مصفوفة السيتوبلازم أو السيتوسول ومن العضيات الموجودة في هذه المادة الهلامية. بعد ذلك ، سيتم وصف كل واحد بعمق:

العصارة الخلوية

السيتوسول هو مادة عديمة اللون ، رمادية في بعض الأحيان ، هلامية وشفافة موجودة على السطح الخارجي للعضيات. يعتبر الجزء القابل للذوبان من السيتوبلازم.

المكون الأكثر وفرة في هذه المصفوفة هو الماء ، والذي يتكون من 65 إلى 80 ٪ من تركيبته الكلية ، باستثناء خلايا العظام ، في مينا الأسنان وفي البذور.

فيما يتعلق بتركيبته الكيميائية ، 20 ٪ يتوافق مع جزيئات البروتين. لديها أكثر من 46 عنصرا تستخدمها الخلية. من هذه ، 24 فقط تعتبر ضرورية للحياة.

من بين أبرز العناصر الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والفوسفور والكبريت.

بالطريقة نفسها ، هذه المصفوفة غنية بالأيونات ويؤدي الاحتفاظ بها إلى زيادة في الضغط الاسموزي للخلية. تساعد هذه الأيونات في الحفاظ على توازن مثالي للحمض في البيئة الخلوية.

يختلف تنوع الأيونات الموجودة في العصارة الخلوية باختلاف نوع الخلية المدروسة. على سبيل المثال ، تحتوي الخلايا العضلية والعصبية على تركيزات عالية من البوتاسيوم والمغنيسيوم ، في حين أن أيونات الكالسيوم وفيرة بشكل خاص في خلايا الدم.

عضيات غشائية

في حالة الخلايا حقيقية النواة ، هناك مجموعة متنوعة من الأجزاء الخلوية المدمجة في المصفوفة السيتوبلازمية. يمكن تقسيمها إلى عضيات غشائية ومنفصلة.

تنتمي الشبكة الإندوبلازمية وجهاز جولجي إلى المجموعة الأولى ، وكلاهما من أنظمة الأغشية على شكل أكياس مترابطة. لهذا السبب ، من الصعب تحديد حد بنيتها. بالإضافة إلى ذلك ، هذه المقصورات تقدم الاستمرارية المكانية والزمانية مع غشاء البلازما.

تنقسم الشبكة الإندوبلازمية إلى ناعمة أو خشنة ، وهذا يتوقف على وجود أو عدم وجود الريبوسومات. السلس هو المسؤول عن عملية التمثيل الغذائي للجزيئات الصغيرة ، لديه آليات لإزالة السموم وتوليف الدهون والمنشطات.

في المقابل ، تحتوي الشبكة الإندوبلازمية الخشنة على ريبوسومات مثبتة على غشاءها وهي مسؤولة بشكل أساسي عن تخليق البروتينات التي ستفرزها الخلية.

جهاز Golgi عبارة عن مجموعة من الأقراص في شكل أقراص وتشارك في تخليق الأغشية والبروتينات. بالإضافة إلى ذلك ، لديها الآلية الأنزيمية اللازمة لإجراء تغييرات في البروتينات والدهون ، بما في ذلك الجليكوزيل. وتشارك أيضًا في تخزين وتوزيع الليزوزومات والبيروكسيسومات.

عضيات منفصلة

تتكون المجموعة الثانية من عضيات داخل الخلايا منفصلة عن بعضها البعض ويتم ملاحظة حدودها بوضوح من خلال وجود أغشية.

يتم عزلها عن العضيات الأخرى من الناحية الهيكلية والمادية ، على الرغم من أنه قد يكون هناك تفاعلات مع مقصورات أخرى ، على سبيل المثال ، قد تتفاعل الميتوكوندريا مع العضيات الغشائية.

في هذه المجموعة هي الميتوكوندريا ، العضيات التي تمتلك الإنزيمات اللازمة لتنفيذ مسارات التمثيل الغذائي الأساسية ، مثل دورة حامض الستريك وسلسلة نقل الإلكترون وتوليف ATP والحمض الدهني للأكسدة ب.

الليزوزومات هي أيضا عضيات منفصلة وهي مسؤولة عن تخزين الإنزيمات المائية التي تساعد على إعادة امتصاص البروتينات وتدمير البكتيريا وتدهور العضيات السيتوبلازمية.

تشارك الميكروبات (البيروكسيسومات) في تفاعلات الأكسدة. تمتلك هذه الهياكل إنزيم الكاتلاز الذي يساعد على تحويل بيروكسيد الهيدروجين - وهو أيض سامة - إلى مواد غير ضارة بالخلية: الماء والأكسجين. في هذه الهيئات يحدث ب أكسدة الأحماض الدهنية.

في حالة النباتات ، هناك عضيات أخرى تسمى البلاستيدات. تقوم هذه العشرات من الوظائف في الخلية النباتية وأبرزها هي البلاستيدات الخضراء ، حيث يحدث التمثيل الضوئي.

عضيات غير غشائية

تحتوي الخلية أيضًا على هياكل لا تحدها أغشية بيولوجية. وتشمل هذه مكونات الهيكل الخلوي التي تشمل الأنابيب المجهرية ، وخيوط متقطعة ، والألياف الدقيقة أكتين.

تتكون خيوط الأكتين من جزيئات كروية وسلاسل مرنة ، في حين أن خيوط الوسيط أكثر مقاومة وتتكون من بروتينات مختلفة. هذه البروتينات هي المسؤولة عن توفير مقاومة للجر و تعطي صلابة للخلية.

الوحدات المركزية عبارة عن الثنائي الهيكلي في شكل أسطوانة وهي أيضًا عضيات غير غشائية. تقع في المراكز المركزية أو المراكز المنظمة للأنابيب الدقيقة. هذه الهياكل تعطي أصلًا إلى الأجسام القاعدية للأهداب.

أخيرًا ، توجد الريبوزومات ، الهياكل التي يتكون منها البروتينات والريبوسوم RNA والتي تشارك في عملية الترجمة (تخليق البروتين). قد تكون خالية في العصارة الخلوية أو تكون مثبتة على الشبكة الإندوبلازمية الخشنة.

ومع ذلك ، فإن العديد من المؤلفين لا يعتبرون أن الريبوسومات يجب أن تصنف على أنها عضيات بنفسها.

شوائب

الادراج هي مكونات السيتوبلازم التي لا تتوافق مع العضيات وفي معظم الحالات لا تكون محاطة بأغشية الدهون.

تشمل هذه الفئة عددًا كبيرًا من الهياكل غير المتجانسة ، مثل حبيبات الأصباغ والبلورات والدهون والجليكوجين وبعض النفايات.

يمكن أن تكون هذه الأجسام محاطة بالأنزيمات التي تشارك في تخليق الجزيئات الكبيرة من المادة الموجودة في التضمين. على سبيل المثال ، في بعض الأحيان يمكن أن يحيط الجليكوجين بأنزيمات مثل الجليكوجين سينسيز أو فسفوريلاز الجليكوجين.

الادراج شائعة في خلايا الكبد والخلايا العضلية. بالطريقة نفسها ، تحتوي شوائب الشعر والجلد على حبيبات من أصباغ تمنحها الصبغة المميزة لهذه الهياكل.

خصائص السيتوبلازم

إنه غرواني

كيميائيا ، السيتوبلازم غرواني ، لذلك لديه خصائص الحل وتعليق في وقت واحد. وهو يتألف من جزيئات ذات وزن جزيئي منخفض مثل الأملاح والجلوكوز وأيضًا جزيئات ذات كتلة أكبر مثل البروتينات.

يمكن تعريف النظام الغروي على أنه خليط من الجزيئات التي يتراوح قطرها بين 1،000،000 و 1/10000 موزعة في وسط سائل. جميع البروتوبلازم الخلوي ، الذي يشمل كلا من السيتوبلازم والنيوكليوبلاز ، هو محلول غرواني ، لأن البروتينات المشتتة تظهر جميع خصائص هذه الأنظمة.

تكون البروتينات قادرة على تكوين أنظمة غروانية مستقرة ، حيث إنها تتصرف كأيونات مشحونة في المحلول وتتفاعل وفقًا لشحناتها والثانية ، فهي قادرة على جذب جزيئات الماء. مثل كل الغرويات ، لها خاصية الحفاظ على حالة التعليق هذه ، والتي تعطي الاستقرار للخلايا.

يكون ظهور السيتوبلازم غائمًا لأن الجزيئات التي يتكون منها تكون كبيرة وينكسر الضوء ، وتسمى هذه الظاهرة تأثير تيندال.

من ناحية أخرى ، فإن الحركة البراونية للجسيمات تزيد من مواجهة الجسيمات ، مفضلة التفاعلات الأنزيمية في السيتوبلازم الخلوي.

خصائص متغيرة الانسيابية

يعرض السيتوبلازم خواص متغيرة الانسيابية ، وكذلك بعض السوائل غير النيوتونية والمواد الكاذبة. تشير المتغيرة الانسيابية إلى التغيرات في اللزوجة بمرور الوقت: عندما يتعرض السائل لجهد ما ، تتناقص لزوجة السائل.

تتمتع المواد المتغيرة الانسيابية بثبات في حالة الراحة ، وعندما تزعجها ، تكتسب سيولة. في البيئة اليومية ، نحن على اتصال بهذا النوع من المواد ، مثل صلصة الطماطم واللبن.

السيتوبلازم يتصرف مثل هيدروجيل

هيدروجيل هو مادة طبيعية أو تركيبية يمكن أن تكون مسامية أم لا ، ولها القدرة على امتصاص كميات كبيرة من الماء. تعتمد قدرة الامتداد على عوامل مثل الأسمولية المتوسطة والقوة الأيونية ودرجة الحرارة.

يتميز السيتوبلازم بخاصية الهيدروجيل ، حيث يمكنه امتصاص كميات كبيرة من الماء ويختلف الحجم استجابةً للخارج. وقد تم تأكيد هذه الخصائص في السيتوبلازم من الثدييات.

حركات دورات

المصفوفة السيتوبلازمية قادرة على صنع حركات تخلق تدفقًا حاليًا أو سيتوبلازميًا. تتم ملاحظة هذه الحركة بشكل عام في المرحلة الأكثر سيولة من السيتوسول وهي سبب نزوح الأجزاء الخلوية مثل البينوصوم ، البلغومات ، الليزوزومات ، الميتوكوندريا ، السنترول ، من بين أشياء أخرى.

وقد لوحظت هذه الظاهرة في معظم الخلايا الحيوانية والنباتية. تعتمد الحركات الأميبية للبروتوزوا وخلايا الكريات البيض والخلايا الظهارية وهياكل أخرى على حركة الخلايا الخلوية في السيتوبلازم.

مراحل السيتوسول

تختلف لزوجة هذه المصفوفة اعتمادًا على تركيز الجزيئات في الخلية. بفضل طبيعته الغروية ، يمكن تمييز مرحلتين أو حالات في السيتوبلازم: مرحلة الشمس ومرحلة الهلام. الأول يشبه السائل ، في حين أن الثاني يشبه الصلبة بفضل التركيز العالي للجزيئات الكبيرة.

على سبيل المثال ، في تحضير الجيلاتين يمكننا التمييز بين كلتا الحالتين. في طور الشمس ، يمكن للجزيئات أن تتحرك بحرية في الماء ، ولكن عندما يبرد المحلول يصبح أكثر صلابة ويصبح نوعًا من الجل شبه الصلب.

في حالة الهلام ، تكون الجزيئات قادرة على التماسك بواسطة أنواع مختلفة من الروابط الكيميائية ، بما في ذلك HH أو CH أو CN. في الوقت الذي يتم فيه تطبيق الحرارة على المحلول ، ستعود إلى مرحلة الشمس.

في الظروف الطبيعية ، يعتمد انعكاس المراحل في هذه المصفوفة على مجموعة متنوعة من العوامل الفسيولوجية والميكانيكية والكيميائية الحيوية في البيئة الخلوية.

وظائف

السيتوبلازم هو نوع من الحساء الجزيئي حيث تحدث التفاعلات الأنزيمية الضرورية للحفاظ على الوظيفة الخلوية.

إنها وسيلة مثالية لنقل عمليات التنفس الخلوي ولتفاعلات التخليق الحيوي ، حيث إن الجزيئات لا تذوب في الوسط وتطفو في السيتوبلازم ، جاهزة للاستخدام.

بالإضافة إلى ذلك ، بفضل تركيبته الكيميائية ، يمكن أن يعمل السيتوبلازم كحاجز مؤقت أو مؤقت. كما أنه بمثابة وسيلة مناسبة لتعليق العضيات ، وحمايتها - والمواد الوراثية المحصورة في النواة - من الحركات المفاجئة والاصطدامات المحتملة.

يساهم السيتوبلازم في حركة المواد الغذائية وتهجير الخلايا ، وذلك بفضل توليد تدفق السيتوبلازم. هذه الظاهرة تتكون في حركة السيتوبلازم.

تيارات السيتوبلازم مهمة بشكل خاص في الخلايا النباتية الكبيرة وتساعد في تسريع عملية توزيع المواد.