Какво е цитоплазменото движение?

на цитоплазмено движение, наричан също протоплазматичен поток или циклоза, е движението на течната субстанция (цитоплазма) в клетка на растение или животно. Движението транспортира хранителни вещества, протеини и органели вътре в клетките.

Открити за първи път през 30-те години на 20-ти век, наличието на цитоплазмен поток помогна да се убедят биолозите, че клетките са основните жизнени елементи на живота.

Въпреки че механизмът на цитоплазмено предаване не е напълно изяснен, се смята, че се медиира от "моторни" протеини, молекули, съставени от два протеина, които използват аденозин трифосфат, за да движат един протеин спрямо другия.

Ако един от протеините остава фиксиран в субстрат, такъв като микрофиламент или микротубула, моторните протеини могат да преместят органелите и другите молекули през цитоплазмата..

Моторните протеини често се състоят от актинови нишки, дълги протеинови влакна, подредени в редове, успоредни на тока в клетъчната мембрана.

Молекулите на миозин, свързани с клетъчните органели, се движат по протеините на актиновите влакна, теглене на органелите и преместване на други цитоплазмени съдържания в същата посока.

Цитоплазменото предаване, или cyclosis, е събитие, което консумира енергия в растителните клетки и се използва за разпределяне на хранителни вещества в цитоплазмата. Той е често срещан в по-големите клетки, където дифузията не е адекватна за разпространението на веществото.

При растенията може да се използва и за разпределяне на хлоропластите за максимална светлинна абсорбция за фотосинтеза. Учените все още не разбират как протича този процес, въпреки че се поставя хипотезата, че микротубулите и микрофиламентите играят роля, взаимодействайки с моторните протеини на органелите..

В някои растителни клетки има бързо въртящо се цитоплазмично движение, ограничено до периферните части на клетката до клетъчната стена, която носи хлоропласти и гранули.

Това движение може да се увеличи със светлина и зависи от температурата и рН. Ауксините или хормоните на растежа на растенията също могат да увеличат скоростта на движение. В някои протозои, като цилиати, по-бавните циклични движения транспортират храносмилателните вакуоли през клетъчното тяло.

Цитоплазменото предаване

Цитоплазменото предаване в растителните клетки възниква естествено чрез самоорганизация на микрофиламента

Много клетки проявяват широкомащабна активна циркулация на цялото си течно съдържание, процес, наречен цитоплазмен поток или движение. Това явление е особено често срещано в растителните клетки, често представляващи ясно регулирани модели на потока.

В задвижващия механизъм в споменатите клетки, органелите, покрити с миозин, захващат цитоплазмата, докато я обработват по снопчета актинови филаменти, фиксирани в периферията. Този процес е процес на разработване, който изгражда подредените конфигурации на актин, необходими за кохерентния поток в клетъчен мащаб.

Наблюдава се, че основната парадигма, която е в основата на моторните протеини, които взаимодействат с полимерните влакна, има много форми на поведение в теоретични и експериментални среди..

Тези изследвания обаче често се извличат от контекста на специфични биологични системи и по-специално не е направена пряка връзка с развитието на цитоплазмено предаване..

За да разберем фундаменталната динамика, която движи формирането на подредени потоци и свързва микроскопичния с макроскопичния, алтернативен подход "отгоре надолу" е оправдан.

За да направим това, подхождаме към проблема чрез специфична прототипна система. Ние приемаме може би най-изненадващия пример - водната водорасло Chara corallina.

Гигантските цилиндрични интернодални клетки на Чара са с диаметър 1 mm и дължина до 10 cm. Неговият въртящ се поток, наречен "ciclosis", се задвижва от везикули (в ендоплазмения ретикулум), покрити с моторния протеин на миозина, който се плъзга по две надлъжни ленти, насочени в противоположни начини от много непрекъснати паралели и актинови филаменти..

Всеки кабел е сноп от много отделни актинови нишки, всеки от които има една и съща вътрешна полярност. Двигателите на миозина се движат върху нишка по насочен начин, от неговия по-малък край, до по-големия му край (с шипове)..

Тези кабели са прикрепени към хлоропластите, кортично фиксирани в периферията на клетката, генерирайки скорости на потока от 50-100 μm / s. Не е ясно как този прост, но впечатляващ модел се формира по време на морфогенезата, въпреки че може да се заключи, че те са резултат от сложни химически модели..

Механизмът на цитоплазмения поток в клетките на чачовите водорасли: плъзгането на ендоплазмения ретикулум по протежение на актиновите филаменти

Електронната микроскопия на директно замразени гигантски клетки на chagasous водорасли показва непрекъсната триизмерна мрежа от анастомозни тръби и цистерни на груб ендоплазмен ретикулум, които проникват в областта на потока на тяхната цитоплазма..

Части от този ендоплазмен ретикулум контактуват с паралелните снопове актинови филаменти на повърхността на стационарната кортикална цитоплазма..

Митохондриите, гликозомите и другите малки цитоплазмени органели, заплетени в мрежата на ендоплазмения ретикулум, показват броуновското движение, тъй като те текат.

Свързването и плъзгането на мембраните на ендоплазмения ретикулум по протежението на актинните води може също да се визуализира директно след като цитоплазмата на тези клетки се дисоциира в буфер, съдържащ АТФ..

Силите на срязване, произведени на повърхността с дисоциираните актинови кабели, преместват големи агрегати на ендоплазмения ретикулум и други органели. Комбинацията от бързо замразяваща електронна микроскопия и жива клетъчна микроскопия и дисоциирана цитоплазма показва, че цитоплазменото предаване зависи от мембраните на ендоплазмения ретикулум, плъзгащ се по стационарните актинови проводници..

Следователно, непрекъснатата мрежа на ендоплазмения ретикулум осигурява средство за упражняване на движещи сили в дълбоката цитоплазма в отдалечената клетка на корковите актини, където се генерира двигателната сила..

Роля в вътреклетъчния транспорт

Въпреки че са публикувани голям брой произведения на молекулярна основа и хидродинамиката на цитоплазменото движение, сравнително малко автори се впускат в дискусия за тяхната функция.

Дълго време се предполага, че този поток спомага за молекулярния транспорт. Въпреки това, специфичните хипотези относно механизма, чрез който предаването ускорява скоростта на метаболизма, едва са анализирани.

Дифузията не е в състояние да обясни много транспортни явления в клетките и степента на хомеостаза по маршрутите не може да се обясни повече, отколкото да се приеме, че те са форми на активен транспорт..

Високосиметричната топология на тока в благородните водорасли изглежда се е развила със значителни еволюционни разходи, както се вижда и от факта, че намиращият се в този организъм миозин е най-бързо известният в съществуването..

На базата на това, което знаем за харизмите водорасли, виждаме, че предаването е свързано с множество роли в клетъчния метаболизъм. Той помага за транспортирането между клетките и следователно е от съществено значение за осигуряване на постоянен поток от клетъчни строителни блокове към новообразувани клетки на върха на пъпката..

Също така е важно да се поддържат алкалните ленти, които улесняват абсорбирането на неорганичен въглерод от заобикалящата вода. Въпреки това, ключов въпрос, който остава до голяма степен без отговор, е точно каква роля може да играе цитоплазменото движение при елиминирането на дифузионните пречки, които изглежда ограничават размера на клетките в други организми..

В действителност, потокът може да помогне за хомеостатично регулиране по време на бързото разширяване на клетъчния обем, но точните механизми, чрез които той остава открита област на изследване.

Най-важният принос от гледна точка на количествено обсъждане на ефекта на цитоплазмения поток върху вътреклетъчния транспорт несъмнено е Pickard. Този учен говори за ескалацията на скоростта на потока и на времето за дифузия с размера на клетката, както и за взаимодействието между застоялия слой на периплазмата, обграждащ редовете на хлоропласта, и мобилния слой на ендоплазма..

Той посочи възможността адвекцията на точков източник да помогне на хомеостазата чрез изглаждане на колебанията в областта на концентрация. Той също така повдига идеята, че цитоплазменият поток като такъв не трябва непременно да дава полза на клетката, ако истинската му цел е транспортирането на частици по протежение на цитоскелета..

Цитоплазменото движение позволява разпределението на молекули и везикули в големи растителни клетки

Последните изследвания на водни и сухоземни растения показват, че подобни явления определят вътреклетъчния транспорт на органели и везикули. Това предполага, че аспектите на клетъчното сигнализиране, включени в развитието и отговора на външните стимули, са запазени при видовете.

Движението на молекулярните мотори по протежението на цитоскелета директно или индиректно изтегля течния цитозол, водещо до циклоза (цитоплазмено движение) и засягайки градиентите на молекулните видове в клетката, с потенциално важни метаболитни последствия като сила двигател за разширяване на клетките.

Изследванията показват, че миозин XI функционира в движението на органелите, които задвижват цитоплазмения поток във водни и сухоземни растения. Въпреки запазената машина на цитоскелета, която задвижва движението на органелите между водните растения и земята, скоростите на cyclosis в растителните клетки варират в зависимост от клетъчните типове, етапите на развитие на клетките и растителните видове..

препратки

1. Редакторите на Енциклопедия Британика. (2009 г.). цитоплазмена струя. 9-2-2017, от Encyclopædia Britannica, inc.
2. Дарлинг, Д. (2016). Цитоплазмена струя. 9-2-2017, от The Worlds of David Darling.
3. Goldstein, R. (2015). Физическа гледна точка на цитоплазменото стрийминг. 02-10-2017, от The Royal Society Publishing.
4. com (2016). Цитоплазмена струя, или циклоза,. 10-2-2017, от Microscope.com.
5. Verchot, L. (2010). Цитоплазменото стрийминг дава възможност за разпределение на молекули и везикули в големи растителни клетки ... 10-2-2017, от Националната медицинска библиотека на САЩ Национални здравни сайтове: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Wolff, K., Marenduzzo, D., & Cates, М. E. (2012). Цитоплазмена струя в растителните клетки: ролята на стеновия плъзгащ се елемент. Вестник на интерфейса на Royal Society, 9 (71), 1398-1408. 
7. Kachar, B. (1988). Механизмът на цитоплазменото стриймиране в клетки от водорасли: плъзгане на ендоплазмения ретикулум по протежение на актин ... 11-2-2017, от Национален център за биотехнологична информация, САЩ.