Hvad er den cytoplasmiske bevægelse?

den cytoplasmatisk bevægelse, også kaldet protoplasmatisk strømning eller ciclois, er væskesubstansets bevægelse (cytoplasma) inden for en plante eller dyrecelle. Bevægelsen transporterer næringsstoffer, proteiner og organeller inde i cellerne.

Opdaget for første gang i 1830'erne hjalp tilstedeværelsen af ​​cytoplasmatisk strøm til at overbevise biologer om, at cellerne var de grundlæggende enheder i livet.

Selv om mekanismen for overførsel cytoplasmatisk ikke fuldstændigt forstået, menes det at være medieret af protein "motor", som består af to proteinmolekyler ved hjælp adenosintriphosphat at flytte et protein i forhold til den anden.

Hvis et af proteinerne forbliver fikseret i et substrat, såsom et mikrofilament eller en mikrotubul, kan motorproteinerne bevæge organeller og andre molekyler gennem cytoplasmaet..

Motorproteiner består ofte af actinfilamenter, lange proteinfibre justeret i rækker parallelt med strømmen i cellemembranen.

Myosinmolekyler bundet til cellulære organeller bevæger sig langs aktinfibrene, trækker organellerne og fejer andre cytoplasmatiske indhold i samme retning.

Cytoplasmatisk transmission, eller cyclosis, er en begivenhed, der bruger energi i planteceller og bruges til at fordele næringsstoffer i cytoplasmaet. Det er almindeligt i større celler, hvor diffusion ikke er tilstrækkelig til fordelingen af ​​stoffet.

I planter kan det også bruges til at distribuere chloroplaster for maksimal lysabsorption til fotosyntese. Videnskabsmænd forstår stadig ikke, hvordan denne proces opstår, selvom hypotesen er udtalt, at mikrotubuli og mikrofilamenter spiller en rolle, der interagerer med organernes motoriske proteiner.

I nogle planteceller er der en hurtig roterende cytoplasmisk bevægelse, begrænset til de perifere dele af cellen ved siden af ​​cellevæggen, som bærer chloroplaster og granulater.

Denne bevægelse kan øges med lys og afhænger af temperatur og pH. Auxiner, eller plantevæksthormoner, kan også øge bevægelsens hastighed. I nogle protozoer, såsom ciliater, transporterer langsommere cykliske bevægelser fordøjelsesvakuoler gennem cellelegemet.

Den cytoplasmatiske transmission

Cytoplasmatisk transmission i planteceller opstår naturligt gennem mikrofilmens selvorganisering

Mange celler udviser en storskala aktiv cirkulation af alt deres væskeindhold, en proces kaldet cytoplasmatisk strømning eller bevægelse. Dette fænomen er særligt hyppigt i planteceller, der ofte præsenterer markant regulerede flowmønstre.

I drivmekanismen i sådanne celler, organeller overtrukket med myosin trække cytoplasmaet, som de behandler den langs actin filamentbundter fastsat ved periferien. Denne proces er udviklingsprocessen, som bygger de ordnede actinkonfigurationer, der er nødvendige for en sammenhængende strømning i en cellulær skala.

Det er blevet observeret, at det grundlæggende paradigme, der ligger til grund for de motoriske proteiner, der interagerer med de polymere filamenter, har mange mønstre, der danner adfærd i både teoretiske og eksperimentelle miljøer.

Disse undersøgelser udvindes imidlertid ofte fra konteksten af ​​specifikke biologiske systemer, og der er især ikke sket nogen direkte forbindelse med udviklingen af ​​cytoplasmatisk transmission.

For at forstå den grundlæggende dynamik, der danner dannelsen af ​​bestilte strømme og forbinde den mikroskopiske med makroskopiske, er en alternativ "top-down" -tilgang berettiget.

For at gøre dette, nærmer vi problemet gennem et specifikt prototypesystem. Vi vedtager måske det mest overraskende eksempel, vandalgen Chara corallina.

De kæmpeceller chara internodal cylindrisk måler 1 mm i diameter og op til 10 cm lange. Dens roterende strømning kaldes "cyclosis" drives af vesikler (endoplasmatisk reticulum) overtrukket med myosin motor protein, der glider langs to langsgående bånd af modsat rettede mange parallelle kontinuerlige filamenter og actin.

Hvert kabel er et bundt af mange individuelle actinfilamenter, der hver har samme indre polaritet. Myosins motorer bevæger sig på en filament på en rettet måde, fra dens mindre ende til dens større ende (med spidser).

Disse kabler er fastgjort til kloroplasterne kortisk fikseret i periferien af ​​cellen, hvilket frembringer strømningshastigheder på 50-100 μm / s. Det er ikke klart, hvordan dette simple men slående mønster dannes under morfogenese, selvom det kan udledes, at de er resultatet af komplekse kemiske mønstre.

Mekanismen for cytoplasmatisk strømning i celler af chachaceous alger: glidning af endoplasmatisk retikulum langs aktinfilamenter

Elektronmikroskopi af kæmpeceller direkte frosne alger charáceas viser en kontinuert tredimensionalt netværk af anastomosering rør og tanke til ru endoplasmatiske reticulum gennemtrængende flydeområdet cytoplasma.

Dele af dette endoplasmatiske retikulum berører parallelle bundter af actinfilamenter ved grænsefladen til den stationære kortikale cytoplasma.

Mitokondrier, glykosomer og andre små cytoplasmatiske organeller indviklet i det endoplasmatiske retikulumnetværk viser brunisk bevægelse som de flyder.

Binding og glidende det endoplasmatiske reticulum membraner langs actin kabler kan også vises direkte efter cytoplasmaet i disse celler spaltes i en puffer indeholdende ATP.

Forskydningskræfterne fremstillet i grænsefladen med aktin kabler dissocieret, store aggregater bevæger endoplasmatiske reticulum og andre organeller. Kombinationen af ​​hurtig frysning elektronmikroskopi og video mikroskopi af levende celler og cytoplasma dissocieret viser, at en transmission afhænger af de cytoplasmatiske endoplasmatisk reticulum membraner glider langs de stationære aktin kabler.

Derfor, det kontinuerlige net af endoplasmatiske reticulum tilvejebringer et middel til at lægge drivkræfter i cytoplasmaet dybt i distale celle corticale actin kabler hvor drivkraften frembringes.

Rolle i intracellulær transport

Selv om et stort antal værker er blevet offentliggjort på molekylær basis og hydrodynamikken af ​​den cytoplasmatiske bevægelse, går relativt få forfattere ind i en diskussion af deres funktion.

I lang tid er det blevet foreslået, at denne strømning hjælper molekylær transport. Imidlertid er de specifikke hypoteser vedrørende den mekanisme, hvormed transmissionen accelererer metaboliske satser, næppe blevet analyseret.

Diffusionen er ikke i stand til at forklare mange transportfænomener i cellerne, og graden af ​​homeostase langs ruterne kan ikke forklares mere end antages at være former for aktiv transport.

Den meget symmetrisk topologi strømmen i charáceas alger synes at have udviklet sig en betydelig evolutionær omkostning, som yderligere afspejles i det faktum, at myosin findes i denne organisme er den hurtigste kendte eksisteret.

Baseret på det, vi kender til charmerende alger, ser vi, at transmission er involveret i en lang række roller i cellulær metabolisme. Det hjælper transport mellem celler, og derfor er det vigtigt at levere en konstant strøm af cellulære byggesten til nydannede celler ved toppen af ​​budet.

Det forekommer også vigtigt at opretholde de alkaliske bånd, der letter absorptionen af ​​uorganisk carbon fra det omgivende vand. Men et centralt spørgsmål er stort set ubesvarede er lige, hvad den rolle den cytoplasmatiske bevægelse kan spille i at eliminere flaskehalse diffusion synes at begrænse størrelsen af ​​celler i andre organismer.

Faktisk kan strømmen hjælpe homøostatisk regulering under hurtig ekspansion af cellevolumen, men de præcise mekanismer, hvormed det forbliver et åbent forskningsområde.

De væsentligste bidrag i form af en kvantiseret diskussion af effekten af ​​flow på intracellulær cytoplasmatisk transport er absolut Pickard. Denne videnskabsmand diskuterede eskalerende strømningshastighed og diffusion tidsskalaer med størrelsen af ​​cellen, og vekselvirkningen mellem periplasmaet stillestående lag omkring rækkerne af chloroplast, og den bevægelige lag endoplasma.

Han påpegede muligheden for, at advektion af en punktkilde kan hjælpe homeostase ved at udjævne svingninger i koncentrationsfeltet. Han hævede også forestillingen om, at den cytoplasmatiske strømning som sådan ikke nødvendigvis skal give en fordel til cellen, hvis dets virkelige formål er transport af partikler langs cytoskeletten..

Cytoplasmisk bevægelse tillader fordelingen af ​​molekyler og vesikler i store planteceller

Nylige undersøgelser af akvatiske og terrestriske planter viser, at lignende fænomener bestemmer intracellulær transport af organeller og vesikler. Dette antyder, at aspekter af cellulær signalering involveret i udvikling og respons på eksterne stimuli bevares på tværs af arter.

Bevægelsen af ​​molekylære motorer langs cytoskeletale filamenter direkte eller indirekte trækker fluid cytosol, hvilket fører til cyclosis (cytoplasmatisk bevægelse) og påvirker gradienter molekylspecies i cellen, med potentielt vigtige metaboliske konsekvenser såsom styrke motor til celleudvidelse.

Forskning har vist, at myosin XI virker i bevægelsen af ​​organeller, der driver cytoplasmatisk strømning i vandlevende og jordbaserede planter. På trods af cytoskelets konserverede maskiner, der fremmer organelbevægelsen mellem vandplanter og jorden, varierer cyklosishastighederne i planteceller afhængigt af celletyper, stadier af celleudvikling og plantearter..

referencer

1. Editors of Encyclopædia Britannica. (2009). cytoplasmatisk streaming. 9-2-2017, af Encyclopædia Britannica, inc.
2. Darling, D. (2016). Cytoplasmatisk streaming. 9-2-2017, fra The Worlds of David Darling.
3. Goldstein, R. (2015). Et fysisk perspektiv på cytoplasmatisk streaming. 02-10-2017, fra The Royal Society Publishing.
4. com (2016). Cytoplasmatisk streaming, eller cyclosis,. 10-2-2017, fra Microscope.com.
5. Verchot, L. (2010). Cytoplasmisk streaming muliggør distribution af molekyler og vesikler i store planteceller ... 10-2-2017, fra US National Library of Medicine National Institutes of Health Website: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Wolff, K., Marenduzzo, D., & Cates, M.E. (2012). Cytoplasmatisk streaming i planteceller: rollen af ​​væggennemgang. Journal of the Royal Society Interface, 9 (71), 1398-1408. 
7. Kachar, B. (1988). Mekanismen for cytoplasmatisk streaming i characelle algerceller: glidning af endoplasmatisk retikulum langs aktinfilamenter ... 11-2-2017, fra National Center for Biotechnology Information, USA..