- Característiques generals
- funcions
- components
- citosol
- organelos membranosos
- organelos discrets
- Organelos no membranosos
- inclusions
- Propietats de l'citoplasma
- És un col·loide
- propietats tixotrópicas
- El citoplasma es comporta com un hidrogel
- Moviments de ciclosi
- Fases de l'citosol
- referències
El citoplasma és la substància trobada a l'interior de les cèl·lules, que inclou a la matriu citoplasmàtica o citosol i als compartiments subcel·lulars. El citosol constitueix una mica més de la meitat (aproximadament un 55%) de l'volum total de la cèl·lula i és la zona on ocorre la síntesi i la degradació de les proteïnes, proporcionant un mitjà adequat perquè es duguin a terme les reaccions metabòliques necessàries.
Tots els components d'una cèl·lula procariota són al citoplasma, mentre que en els eucariotes existeixen altres divisions, com el nucli. En les cèl·lules eucariotes, el volum cel·lular restant (45%) està ocupat pels orgànuls citoplasmàtics, com la mitocòndria, el reticle endoplasmàtic llis i rugós, el nucli, els peroxisomes, els lisosomes i els endosomes.
Característiques generals
El citoplasma és la substància que omple l'interior de les cèl·lules i es divideix en dos components: la fracció líquida coneguda com citosol o matriu citoplasmàtica i els orgànuls que estan embeguts en ella - en el cas de l'llinatge eucariota.
El citosol és la matriu gelatinosa de l'citoplasma i es compon d'una immensa varietat de soluts, com ions, metabòlits intermedis, hidrats de carboni, lípids, proteïnes i àcids ribonucleicos (ARN). Pot presentar-se en dues fases interconvertibles: la fase gel i la fase sol.
Consisteix en una matriu col·loïdal semblant a un gel aquós composta d'aigua - principalment - i una xarxa de proteïnes fibroses corresponent a l'citoesquelet, entre elles l'actina, els microtúbuls i els filaments intermedis, a més d'una sèrie de proteïnes accessòries que contribueixen a formar un entramat.
Aquesta xarxa formada per filaments proteics es difon per tot el citoplasma, atorgant-li propietats de viscoelasticitat i característiques d'un gel contràctil.
El citoesquelet és el responsable de proporcionar sustentació i estabilitat a l'arquitectura cel·lular. A més de participar en el transport de substàncies en el citoplasma i contribuir en el moviment de les cèl·lules, com en la fagocitosi. En la següent animació es pot observar el citoplasma d'una cèl·lula animal (cytoplasm):
funcions
El citoplasma és una espècie de sopa molecular on tenen lloc les reaccions enzimàtiques que són indispensables per al mantenint de la funció cel·lular.
És un mitjà de transport ideal per als processos de respiració cel·lular i per a les reaccions de biosíntesi, ja que les molècules no es solubilitzen en el medi i estan surant en el citoplasma, a punt per ser utilitzades.
A més, gràcies a la seva composició química, el citoplasma pot funcionar com un buffer o un amortidor. També serveix com a mitjà adequat per a la suspensió dels orgànuls, protegint-- i a el material genètic confinat en el nucli - de moviments bruscos i de possibles col·lisions.
El citoplasma contribueix a el moviment dels nutrients i a el desplaçament cel·lular, gràcies a la generació d'un flux citoplasmàtic. Aquest fenomen consisteix en el moviment de l'citoplasma.
Els corrents en el citoplasma són particularment importants en les cèl·lules vegetals grans i ajuda a accelerar el procés de distribució de materials.
components
Citoplasma, l'espai interior de la cèl·lula
El citoplasma està compost d'una matriu citoplasmàtica o citosol i dels orgànuls que estan embeguts en aquesta substància gelatinosa. A continuació es descriuran cadascun a profunditat:
citosol
El citosol és la substància incolora, de vegades grisenca, gelatinosa i translúcida que es troba a l'exterior dels orgànuls. És considerada la porció soluble de l'citoplasma.
El component més abundant d'aquesta matriu és l'aigua, formant entre 65 i 80% de la seva composició total, excepte en les cèl·lules òssies, al enamel de les dents i en les llavors.
Quant a la seva composició química, un 20% correspon a molècules proteiques. Té més de 46 elements usats per la cèl·lula. D'aquests, només 24 són considerats essencials per a la vida.
Entre els elements més destacats es poden esmentar el carboni, l'hidrogen, el nitrogen, el óxigeno, el fòsfor i el sofre.
De la mateixa manera, aquesta matriu és rica en ions i la retenció d'aquests produeix un augment en la pressió osmòtica de la cèl·lula. Aquests ions ajuden a mantenir un equilibri àcid-base òptim en l'ambient cel·lular.
La diversitat d'ions trobats en el citosol varia d'acord amb el tipus cel·lular estudiat. Per exemple, les cèl·lules musculars i nervioses tenen altes concentracions de potassi i magnesi, mentre que l'ió calci és particularment abundant en les cèl·lules sanguínies.
organelos membranosos
En el cas de les cèl·lules eucariotes, hi ha tota una varietat de compartiments subcel·lulars embeguts en la matriu citoplasmàtica. Aquestes poden dividir-se en organelos membranosos i discrets.
A el primer grup pertanyen el reticle endoplasmàtic i l'aparell de Golgi, tots dos són sistemes de membranes amb forma de sac que estan interconnectats. Per aquesta raó, és difícil definir el límit de la seva estructura. A més, aquests compartiments presenten continuïtat espacial i temporal amb la membrana plasmàtica.
El reticle endoplasmàtic es divideix en llis o rugós, depenent de la presència o no de ribosomes. El llis s'encarrega de el metabolisme de petites molècules, posseeix mecanismes de detoxificació i síntesi de lípids i esteroides.
En contrast, el reticle endoplasmàtic rugós posseeix ribosomes ancorats a la seva membrana i s'encarrega principalment de la síntesi de proteïnes que seran excretades per la cèl·lula.
L'aparell de Golgi és un conjunt de sacs en forma de discos i participa en la síntesi membranes i de proteïnes. A més, posseeix la maquinària enzimàtica necessària per a realitzar modificacions en les proteïnes i lípids, entre elles la glicosilació. Participa també en l'emmagatzematge i distribució dels lisosomes i peroxisomes.
organelos discrets
El segon grup està conformat per organelos intracel·lulars que són discrets i els seus límits s'observen clarament per la presència de membranes.
Es troben aïllades de les altres orgànuls des del punt de vista estructural i físic, encara que poden existir interaccions amb altres compartiments, per exemple, el mitocondri pot interaccionar amb els orgànuls membranosos.
En aquest grup hi ha les mitocòndries, orgànuls que posseeixen els enzims necessàries per dur a terme rutes metabòliques indispensables, com el cicle de l'àcid cítric, la cadena transportadora d'electrons, síntesi d'ATP i b-oxidació d'àcids grassos.
Els lisosomes també són orgànuls discrets i s'encarreguen d'emmagatzemar enzims hidrolítics que ajuden a la reabsorció de proteïnes, a destruir bacteris i la degradació de organelos citoplasmàtics.
Els microcuerpos (peroxisomes) participen és reaccions oxidatives. Aquestes estructures posseeixen l'enzim catalasa que ajuda a convertir el peròxid d'hidrogen - un metabolisme tòxic - en substàncies innòcues per a la cèl·lula: aigua i oxigen. En aquests cossos ocorre la b-oxidació dels àcids grassos.
En el cas de les plantes, hi ha altres orgànuls anomenats plastidis. Aquests duen a terme desenes de funcions en la cèl·lula vegetal i els més resaltantes són els cloroplasts, on ocorre la fotosíntesi.
Organelos no membranosos
La cèl·lula també posseeix estructures que no estan delimitades per membranes biològiques. Entre elles destaquen els components de l'citoesquelet que inclouen els microtúbuls, els filaments intermendios i els microfilaments d'actina.
Els filaments d'actina estan compostos de molècules globulars i són cadenes flexibles, mentre que els filaments intermedis són més resistents i estan compostos per diferents proteïnes. Aquestes proteïnes s'encarreguen de proveir resistència a la tracció i li atorga solidesa a la cèl·lula.
Els centríols són un duo estructural en forma de cilindre i també són orgànuls no membranosos. Estan localitzades en els centrosomes o centre organitzats de microtúbuls. Aquestes estructures donen origen als cossos basals dels cilis.
Finalment hi ha els ribosomes, estructures formades per proteïnes i ARN ribosomal que participa en el procés de traducció (síntesi de proteïnes). Poden estar lliure al citosol o estar ancorades a l'reticle endoplasmàtic rugós.
No obstant això, diversos autors no consideren que els ribosomes hagin de ser catalogats com orgànuls pròpiament dits.
inclusions
Les inclusions són els components de l'citoplasma que no corresponen a organelos i en la majoria dels casos no es troben envoltades per membranes lipídiques.
En aquesta categoria s'inclouen un nombre elevat d'estructures heterogènies, com grànuls de pigments, vidres, greixos, glicogen i algunes substàncies de rebuig.
Aquests cossos poden envoltar d'enzims que participen en la síntesi de macromolècules a partir de la substància present a la inclusió. Per exemple, en algunes ocasions el glucogen pot envoltar d'enzims com la glicogen Sintesa o glucogen fosforilasa.
Les inclusions són comuns en les cèl·lules de fetge i en les cèl·lules musculars. De la mateixa manera, les inclusions de cabells i de la pell posseeixen grànuls de pigments que els atorguen la coloració característica d'aquestes estructures.
Propietats de l'citoplasma
És un col·loide
Químicament, el citoplasma és un col·loide, per això té característiques d'una solució i d'una suspensió simultàniament. Està compost de molècules de baix pes molecular com sals i glucosa i també per molècules d'una massa gran com les proteïnes.
Un sistema col·loïdal es pot definir com una barreja de partícules d'un diàmetre entre 1 / 1.000.000 fins a 1 / 10.000 disperses en un medi líquid. Tot el protoplasma cel·lular, que inclou tant de citoplasma com el nucleoplasma, és una solució col·loïdal, ja que les proteïnes disperses exhibeixen totes les característiques d'aquests sistemes.
Les proteïnes són capaços de formar sistemes col·loïdals estables, ja que es comporten com ions carregats en la solució i interaccionen segons les seves càrregues i segon, són capaços d'atreure molècules d'aigua. Com tot col·loide, té la propietat de mantenir aquesta estat de suspensió, el que atorga estabilitat a les cèl·lules.
L'aspecte d'citoplasma és tèrbol perquè les molècules que el componen són grans i refracten la llum, aquest fenomen s'anomena efecte Tyndall.
D'altra banda, el moviment brownià de les partícules incrementa la trobada de partícules, afavorint les reaccions enzimàtiques en el citoplasma cel·lular.
propietats tixotrópicas
El citoplasma exhibeix propietats tixotròpiques, a l'igual que alguns fluids no newtonians i els pseudoplásticos. La tixotropia es refereix a canvis de viscositat en el temps: quan se sotmet el fluid a un esforç, la viscositat de la mateixa disminueix.
Les substàncies tixotrópicas presenten estabilitat en l'estat de repòs i, a l'ésser pertorbats guanyen fluïdesa. En l'ambient quotidià, estem en contacte amb aquest tipus de materials, com ara la salsa de tomàquet i el iogurt.
El citoplasma es comporta com un hidrogel
Un hidrogel és una substància natural o sintètica que pot ser porosa o no i té la capacitat d'absorbir altes quantitats d'aigua. La seva capacitat d'extensió depèn de factors com l'osmolaritat de l'mig, la força iònica i la temperatura.
El citoplasma posseeix característica d'un hidrogel, ja que pot absorbir quantitats importants d'aigua i el volum varia en resposta a l'exterior. Aquestes propietats han estat corroborades en el citoplasma de mamífers.
Moviments de ciclosi
La matriu citoplasmàtica és capaç de realitzar moviments que creen un corrent o flux citoplasmàtic. Aquest moviment és observat generalment en la fase més líquida d'citosol i és el causant de l'desplaçament de compartiments cel·lulars com pinosomas, fagosomas, lisosomes, mitocondris, centríols, entre d'altres.
Aquest fenomen ha estat observat en la majoria de les cèl·lules animals i vegetals. Els moviments ameboides que presenten els protozoaris, leucòcits, cèl·lules de l'epiteli i altres estructures depenen de el moviment de ciclosi en el citoplasma.
Fases de l'citosol
La viscositat d'aquesta matriu varia en funció de la concentració de molècules en la cèl·lula. Gràcies a la seva naturalesa col·loïdal, en el citoplasma es poden distingir dues fases o estats: la fase sol i la fase gel. La primera recorda a un líquid, mentre que la segona és similar a un sòlid gràcies a la major concentració de macromolècules.
Per exemple, en la preparació d'una gelatina podem distingir dos estats. En la fase sol les partícules es poden moure lliurement en l'aigua, però quan la solució és refredada s'endureix i es converteix en una espècie de gel semisòlid.
En l'estat gel, les molècules són capaços de mantenir unida per diferents tipus d'enllaços químics, entre ells HH, CH o CN. En el moment en què s'apliqui calor a la solució, retornés a la fase de sol.
En les condicions naturals, la inversió de fases en aquesta matriu depèn d'una varietat de factors fisiològics, mecànics i bioquímics en l'ambient cel·lular.
referències
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2008). Molecular Biology of the Cell. Garland Science.
- Campbell, NA, & Reece, JB (2007). Biologia. Ed. Mèdica Panamericana.
- Fels, J., Orlov, SN, & Grygorczyk, R. (2009). The Hydrogel Nature of Mammalian Cytoplasm Contributes to Osmosensing and extracel·lular pH Sensing. Biophysical Journal, 96 (10), 4276-4285.
- Luby-Phelps, K., Taylor, DL, & Lanni, F. (1986). Probing the structure of cytoplasm. The Journal of Cell Biology, 102 (6), 2015-2022.
- Ross, MH, & Pawlina, W. (2007). Histologia. Text i Atlas Color amb Biologia Cel·lular i Molecular, 5aed. Ed. Mèdica Panamericana.
- Tortora, GJ, Funke, BR, & Casi, CL (2007). Introducció a la microbiologia. Ed. Mèdica Panamericana.