Čo je cytoplazmatické hnutie?

cytoplazmatický pohyb, tiež nazývaný protoplazmatický tok alebo ciclois, je pohyb tekutej látky (cytoplazmy) v rastlinnej alebo živočíšnej bunke. Pohyb prenáša živiny, proteíny a organely vo vnútri buniek.

Prítomnosť cytoplazmatického toku, objavená prvýkrát v 30. rokoch 19. storočia, pomohla presvedčiť biológov, že bunky sú základnými jednotkami života..

Hoci mechanizmus cytoplazmatickej transmisie nebol úplne pochopený, predpokladá sa, že je sprostredkovaný "motorickými" proteínmi, molekuly vytvorené z dvoch proteínov, ktoré používajú adenozíntrifosfát na premiestnenie jedného proteínu voči druhému..

Ak jeden z proteínov zostáva fixovaný v substráte, ako je mikrovlákno alebo mikrotubuly, motorické proteíny môžu pohybovať organelami a inými molekulami cez cytoplazmu..

Motorické proteíny sa často skladajú z aktínových vlákien, dlhých proteínových vlákien usporiadaných v radoch paralelne s prúdom v bunkovej membráne.

Molekuly myozínu viazané na bunkové organely sa pohybujú pozdĺž aktínových vlákien, ťahajú organely a zametajú ďalší obsah cytoplazmy v rovnakom smere.

Cytoplazmatický prenos alebo cyklosóza je udalosť, ktorá spotrebuje energiu v rastlinných bunkách a používa sa na distribúciu živín v cytoplazme. Je bežný vo väčších bunkách, kde difúzia nie je dostatočná na distribúciu látky.

V rastlinách môže byť tiež použitý na distribúciu chloroplastov pre maximálnu absorpciu svetla pre fotosyntézu. Vedci stále nechápu, ako sa tento proces vyskytuje, aj keď hypotéza predstavuje, že mikrotubuly a mikrovlákna zohrávajú určitú úlohu pri interakcii s motorickými proteínmi organel.

V niektorých rastlinných bunkách dochádza k rýchlemu rotačnému cytoplazmatickému pohybu obmedzenému na periférne časti bunky vedľa bunkovej steny, ktorá nesie chloroplasty a granule.

Tento pohyb sa môže zvýšiť svetlom a závisí od teploty a pH. Auxíny alebo rastové hormóny rastlín môžu tiež zvýšiť rýchlosť pohybu. V niektorých prvokoch, ako sú nálevníky, pomalšie cyklické pohyby prenášajú tráviace vakuoly cez bunkové telo.

Cytoplazmatický prenos

Cytoplazmatický prenos v rastlinných bunkách vzniká prirodzene prostredníctvom samoorganizácie mikrofilamentu

Mnohé bunky vykazujú rozsiahlu aktívnu cirkuláciu všetkého svojho obsahu tekutín, čo je proces nazývaný cytoplazmatický tok alebo pohyb. Tento jav je obzvlášť častý v rastlinných bunkách, ktoré často vykazujú výrazne regulované vzorce prúdenia.

V mechanizme pohonu v uvedených bunkách organely potiahnuté myozínom strhávajú cytoplazmu, keď ju spracúvajú pozdĺž zväzkov aktínových vlákien fixovaných na periférii. Tento proces je vývojový proces, ktorý stavia usporiadané usporiadania aktínov potrebné pre koherentný tok v bunkovej škále.

Bolo pozorované, že základná paradigma, ktorá je základom motorických proteínov, ktoré interagujú s polymérnymi filamentmi, má mnoho vzorov, ktoré vytvárajú správanie v teoretickom aj experimentálnom prostredí..

Tieto štúdie sú však často extrahované z kontextu špecifických biologických systémov a najmä nie je vytvorené priame spojenie s rozvojom cytoplazmatickej transmisie..

Na pochopenie základnej dynamiky, ktorá riadi formovanie usporiadaných tokov a napojenie mikroskopu na makroskopický, je opodstatnený alternatívny prístup „zhora nadol“.

Na tento účel pristupujeme k problému prostredníctvom špecifického prototypového systému. Prijímame snáď najprekvapujúcejší príklad vodného vodného raja Chara corallina.

Obrovské valcové internodálne bunky Chara merajú priemer 1 mm a dĺžku až 10 cm. Jeho rotačný tok nazývaný "cyklosóza" je poháňaný vezikulami (v endoplazmatickom retikule) potiahnutým myozínovým motorickým proteínom, ktorý sa posúva pozdĺž dvoch pozdĺžnych pásov nasmerovaných opačným spôsobom z mnohých kontinuálnych paralel a aktínových vlákien..

Každý kábel je zväzok mnohých jednotlivých aktínových vlákien, z ktorých každé má rovnakú vnútornú polaritu. Motory myozínu sa pohybujú na vlákne cieleným spôsobom, od svojho menšieho konca až po jeho väčší koniec (s hrotmi).

Tieto káble sú pripojené k chloroplastom, ktoré sú kortikálne fixované v obvode bunky, pričom generujú rýchlosti prúdenia 50-100 μm / s. Nie je jasné, ako sa tento jednoduchý, ale nápadný vzor vytvára počas morfogenézy, hoci sa dá usúdiť, že sú výsledkom zložitých chemických vzorcov..

Mechanizmus cytoplazmatického toku v bunkách chachaceóznych rias: kĺzanie endoplazmatického retikula pozdĺž aktínových vlákien

Elektrónová mikroskopia priamo zmrazených obrovských buniek chagasóznych rias ukazuje spojitú trojrozmernú sieť anastomóznych trubíc a cisterny hrubého endoplazmatického retikula, ktoré prenikajú prietokovou oblasťou ich cytoplazmy..

Časti tohto endoplazmatického retikula sú v kontakte s paralelnými zväzkami aktínových vlákien na rozhraní so stacionárnou kortikálnou cytoplazmou..

Mitochondrie, glykozómy a iné malé cytoplazmatické organely zapletené do siete endoplazmatického retikula vykazujú Brownianov pohyb pri prúdení.

Viazanie a kĺzanie membrán endoplazmatického retikula pozdĺž aktínových elektród sa môže tiež vizualizovať bezprostredne po disociácii cytoplazmy týchto buniek do pufra obsahujúceho ATP..

Šmykové sily vytvorené na rozhraní s disociovanými aktínovými káblami pohybujú veľkými agregátmi endoplazmatického retikula a ďalších organel. Kombinácia elektrónovej mikroskopie s rýchlym zmrazením a video mikroskopie so živými bunkami a disociovanej cytoplazmy ukazuje, že cytoplazmatický prenos závisí od membrán endoplazmatického retikula, ktoré sa posúvajú pozdĺž stacionárnych aktínových drôtov..

Kontinuálna sieť endoplazmatického retikula teda poskytuje prostriedok na vyvíjanie hybných síl v hlbokej cytoplazme vo vzdialenej bunke kortikálnych aktínových elektród, kde sa vytvára hybná sila..

Úloha v intracelulárnom transporte

Hoci na molekulárnej báze a hydrodynamike cytoplazmatického pohybu bolo publikovaných veľké množstvo prác, relatívne málo autorov sa pustí do diskusie o ich funkcii..

Už dlho sa navrhuje, aby tento tok pomáhal molekulárnej doprave. Špecifické hypotézy týkajúce sa mechanizmu, ktorým prenos zrýchľuje metabolizmus, sa však sotva analyzovali.

Difúzia nie je schopná vysvetliť mnohé transportné javy v bunkách a stupeň homeostázy pozdĺž ciest nie je možné vysvetliť viac ako predpoklad, že ide o formy aktívneho transportu..

Zdá sa, že vysoko symetrická topológia prúdu v charakóznych riasach sa vyvinula pri značných evolučných nákladoch, čo sa tiež odráža v skutočnosti, že myozín v tomto organizme je najrýchlejšie známy..

Na základe toho, čo vieme o charakóznych riasach, vidíme, že prenos je zapojený do množstva úloh v bunkovom metabolizme. Pomáha transportu medzi bunkami, a preto je nevyhnutné dodať konštantný tok bunkových stavebných blokov do novo vytvorených buniek na špičke pupku..

Tiež sa zdá dôležité udržiavať alkalické pásy, ktoré uľahčujú absorpciu anorganického uhlíka z okolitej vody. Kľúčovou otázkou, ktorá zostáva do značnej miery nezodpovedaná, je však presne to, akú úlohu môže hrať cytoplazmatický pohyb pri odstraňovaní úzkych miest difúzie, ktoré zrejme obmedzujú veľkosť buniek v iných organizmoch..

Prietok môže v skutočnosti pomôcť homeostatickej regulácii pri rýchlej expanzii bunkového objemu, ale presný mechanizmus, ktorým zostáva otvorenou oblasťou výskumu.

Najdôležitejším príspevkom z hľadiska kvantifikovanej diskusie o vplyve cytoplazmatického toku na intracelulárny transport je nepochybne Pickard. Tento vedec hovoril o eskalácii rýchlosti prúdenia a časovej škály difúzie s veľkosťou bunky, ako aj interakcie medzi stagnujúcou vrstvou periplazmy obklopujúcej rady chloroplastov a pohyblivou vrstvou endoplazmy..

Poukázal na možnosť, že pomoc bodového zdroja môže pomôcť homeostáze vyhladením výkyvov v koncentračnom poli. Povedal tiež, že cytoplazmatický tok ako taký nemusí nevyhnutne znamenať prínos pre bunku, ak jej skutočným účelom je transport častíc pozdĺž cytoskeletu..

Cytoplazmatický pohyb umožňuje distribúciu molekúl a vezikúl vo veľkých rastlinných bunkách

Nedávne štúdie vodných a suchozemských rastlín ukazujú, že podobné javy určujú intracelulárny transport organel a vezikúl. To naznačuje, že aspekty bunkovej signalizácie zapojenej do vývoja a odozvy na vonkajšie stimuly sú zachované naprieč druhmi.

Pohyb molekulových motorov pozdĺž filamentov cytoskeletu priamo alebo nepriamo ťahá tekutý cytozol, čo vedie k cyklóze (cytoplazmatický pohyb) a ovplyvňuje gradienty molekulárnych druhov v bunke, s potenciálne dôležitými metabolickými dôsledkami, ako je sila motor pre expanziu buniek.

Výskum ukázal, že myozín XI funguje v pohybe organel, ktoré riadia cytoplazmatický tok vo vodných a suchozemských rastlinách. Napriek konzervatívnemu mechanizmu cytoskeletu, ktorý poháňa pohyb organel medzi vodnými rastlinami a zemou, sa rýchlosti cyklosisu v rastlinných bunkách líšia podľa typov buniek, štádií vývoja buniek a rastlinných druhov..

referencie

1. Redakcia Encyclopædia Britannica. (2009). cytoplazmatický prúd. 9-2-2017, Encyclopædia Britannica, inc.
2. Darling, D. (2016). Cytoplazmatický prúd. 9-2-2017, z The Worlds of David Darling.
3. Goldstein, R. (2015). Fyzikálny pohľad na cytoplazmatický prúd. 02-10-2017, z The Royal Society Publishing.
4. com (2016). Cytoplazmatický prúd alebo cyklosóza. 10-2-2017, z Microscope.com.
5. Verchot, L. (2010). Cytoplazmatické prúdenie umožňuje distribúciu molekúl a vezikúl vo veľkých rastlinných bunkách ... 10-2-2017, z National Library of Health National Institutions of Health Website: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Wolff, K., Marenduzzo, D., & Cates, M.E. (2012). Cytoplazmatické prúdenie v rastlinných bunkách: úloha stenového sklzu. Journal of Royal Society Interface, 9 (71), 1398-1408. 
7. Kachar, B. (1988). Mechanizmus cytoplazmatického prúdenia v bunkách rodu Characean: posúvanie endoplazmatického retikula pozdĺž aktínových vlákien ... 11-2-2017, z National Center for Biotechnology Information, U.S..