Vad är den cytoplasmiska rörelsen?

den cytoplasmatisk rörelse, även kallat protoplasmatiskt flöde eller ciclois, är flytande substansens (cytoplasmas) rörelse inom en växt- eller djurcell. Förflyttningen transporterar näringsämnen, proteiner och organeller inuti cellerna.

Upptäckt för första gången på 1830-talet bidrog närvaron av cytoplasmatiskt flöde till att övertyga biologer att cellerna var de grundläggande enheterna i livet.

Trots att mekanismen för cytoplasmatisk överföring inte har blivit fullständigt förstådd, antas den vara medierad av "motor" proteiner, molekyler som består av två proteiner som använder adenosintrifosfat för att flytta ett protein relativt det andra.

Om en av de proteiner som förblir fast på ett substrat, såsom en mikrofila eller mikrotubuli motorproteiner kan flytta organeller och andra molekyler genom cytoplasman.

Motorproteiner består ofta av aktinfilament, långa proteinfibrer inriktade i rader parallella med strömmen i cellmembranet.

Myosinmolekyler bundna till cellulära organeller rör sig längs aktinfibrerna, drabbar organellerna och sveper andra cytoplasmatiska innehåll i samma riktning.

Cytoplasmatisk överföring, eller cyklosis, är en händelse som förbrukar energi i växtceller och används för att fördela näringsämnen i cytoplasman. Det är vanligt i större celler, där diffusion inte är tillräcklig för distributionen av substansen.

I växter kan den också användas för att distribuera kloroplaster för maximal ljusabsorption för fotosyntes. Forskare förstår fortfarande inte hur denna process uppstår, även om hypotesen förklaras att mikrotubuli och mikrofilament spelar en roll, interagerar med organens proteiner.

I vissa växtceller finns en snabb roterande cytoplasmisk rörelse, begränsad till cellens periferiella delar bredvid cellväggen, som bär kloroplaster och granuler.

Denna rörelse kan ökas med ljus, och beror på temperatur och pH. Auxiner eller växttillväxthormoner kan också öka rörelsens hastighet. I vissa protozoer, såsom ciliater, transporterar långsammare cykliska rörelser digestiva vakuoler genom cellkroppen.

Den cytoplasmatiska överföringen

Cytoplasmisk överföring i växtceller uppstår naturligt genom mikrofilamentets självorganisering

Många celler uppvisar en storskalig aktiv cirkulation av allt sitt vätskeinnehåll, en process som kallas cytoplasmatiskt flöde eller rörelse. Detta fenomen är särskilt vanligt i växtceller, och presenterar ofta markant reglerade flödesmönster.

I drivmekanismen i cellerna förmedlar de organeller som är belagda med myosin cytoplasma när de bearbetar den längs buntar av aktinfilament fixerade i periferin. Denna process är utvecklingsprocessen som bygger de beställda aktinkonfigurationerna som är nödvändiga för ett koherent flöde i en cellskala.

Det har observerats att det grundläggande paradigmet som ligger till grund för motorproteinerna som interagerar med polymerfilamenten har många mönster som bildar beteende i både teoretiska och experimentella miljöer.

Emellertid extraheras dessa studier ofta ur sammanhanget av specifika biologiska system, och i synnerhet har ingen direkt koppling gjorts med utvecklingen av cytoplasmatisk överföring.

För att förstå den grundläggande dynamiken som driver bildandet av beställda flöden och kopplar den mikroskopiska med makroskopiska, är ett alternativt "top-down" -principer motiverat.

För att göra detta närmar vi oss problemet genom ett specifikt prototypsystem. Vi antar kanske det mest överraskande exemplet, akvatiska algen Chara corallina.

Karaas gigantiska cylindriska internodala celler mäter 1 mm i diameter och upp till 10 cm i längd. Dess rotationsflöde kallas "cyclosis" drivs av vesiklar (endoplasmatiskt retikel) belagda med myosin motorprotein som glider längs två längsgående band med motsatt riktade många parallella kontinuerliga filament och aktin.

Varje kabel är en bunt av många individuella aktinfilament, som alla har samma inneboende polaritet. Myosinmotorerna rör sig på ett glödtråd på ett riktat sätt, från dess mindre ände till dess större ände (med spikar).

Dessa kablar är fästa på kloroplasterna, som är kortiskt fixerade i cellens periferi, vilket alstrar flödeshastigheter av 50-100 pm / s. Det är inte klart hur detta enkla men slående mönster bildas under morfogenesen, fastän det kan utledes att de är resultatet av komplexa kemiska mönster.

Mekanismen för cytoplasmatiskt flöde i cellerna av chachaceous alger: glidning av endoplasmatisk retikulum längs aktinfilament

Elektronmikroskopi av jätteceller direkt frysta alger charáceas visar ett kontinuerligt tredimensionellt nätverk av anastomoserande rör och tankar med kornigt endoplasmatiskt nätverk genomträngande flödesregionen cytoplasman.

Delar av detta endoplasmatiska retikulum kontakt de parallella buntarna av aktinfilament vid gränssnittet till den stationära kortikala cytoplasman.

Mitokondrier, glykosomer och andra små cytoplasmiska organeller inblandade i det endoplasmatiska retikulätet visar brunisk rörelse när de flyter.

Bindning och skjuta det endoplasmatiska retiklet membranen längs aktin kablar kan också visas direkt efter cytoplasman i dessa celler klyvs i en buffert innehållande ATP.

Skjuvkrafterna som produceras vid gränssnittet med de dissocierade aktinkablarna rör stora aggregat av endoplasmatisk retikulum och andra organeller. Kombinationen av snabb frysning elektronmikroskopi och video mikroskopi av levande celler och cytoplasma dissocierade visar att överföringen är beroende av de cytoplasmatiska endoplasmatiskt retikulum membran glider längs de stationära aktin kablar.

Därför tillhandahåller det kontinuerliga nätverket av endoplasmatisk retikulum ett sätt att utöva motivkrafter i den djupa cytoplasman i den avlägsna cellen hos de kortikala aktinledningarna där motivkraften genereras.

Roll i intracellulär transport

Även om ett stort antal verk har publicerats på molekylär basis och hydrodynamiken hos den cytoplasmatiska rörelsen, väntar relativt få författare i en diskussion om deras funktion.

Under lång tid har det föreslagits att detta flöde hjälper till molekylär transport. De specifika hypoteserna om den mekanism genom vilken överföring accelererar metaboliska satser har knappt analyserats.

Diffusionen kan inte förklara många transportfenomen i cellerna och graden av homeostas kan inte förklaras mer än antagande att de är aktiva transporter.

Den starkt symmetriska topologin hos strömmen i chargenalgerna verkar ha utvecklats till en betydande evolutionskostnad, vilket också återspeglas i det faktum att myosinet som finns i denna organism är den snabbast kända som finns..

Baserat på vad vi vet om karaktärala alger ser vi att överföringen är involverad i en mängd roller i cellulär metabolism. Det hjälper till att transportera mellan celler och därför är det viktigt att leverera ett konstant flöde av cellulära byggstenar till nybildade celler vid toppen av knoppen.

Det verkar också viktigt att bibehålla de alkaliska banden som underlättar absorptionen av oorganiskt kol från det omgivande vattnet. En nyckelfråga som förblir i stort sett obesvarad är emellertid precis vad den cytoplasmatiska rörelsens roll kan spela vid eliminering av diffusionsflaskhalsar som verkar begränsa cellens storlek i andra organismer.

I själva verket kan flödet hjälpa hemostatisk reglering vid snabb expansion av cellvolymen, men de exakta mekanismerna genom vilka det förblir ett öppet forskningsområde.

De viktigaste bidragen när det gäller en kvantifierad diskussion av effekten av cytoplasmatiskt flöde på intracellulär transport är utan tvekan Pickard. Denna vetenskapsman diskuterade eskalerande flödeshastigheten och diffusion tidsskalor med storleken på cellen, och samspelet mellan periplasman stagnerande skikt runt raderna av kloroplast, och det rörliga skiktet endoplasma.

Han påpekade möjligheten att advektion av en punktkälla kan hjälpa homeostas genom att stryka fluktuationer i koncentrationsfältet. Han höjde också uppfattningen att det cytoplasmatiska flödet som sådant inte nödvändigtvis måste ge en fördel för cellen om dess verkliga syfte är transporten av partiklar längs cytoskeletten..

Cytoplasmisk rörelse möjliggör fördelningen av molekyler och vesiklar i stora växtceller

Nya studier av vattenlevande och jordbruksväxter visar att liknande fenomen bestämmer intracellulär transport av organeller och vesiklar. Detta tyder på att aspekter av cellulär signalering som är inblandade i utvecklingen och svaret på yttre stimuli är bevarade över arten.

Rörelsen av molekylära motorer längs cytoskelettala filament direkt eller indirekt drar vätska cytosolen, vilket leder till cyclosis (cytoplasmatisk rörelse) och som påverkar gradienter molekylslag inom cellen, med potentiellt viktiga metaboliska konsekvenser som hållfasthet motor för cell expansion.

Forskning har visat att myosin XI fungerar i rörelsen av organeller som driver cytoplasmatiskt flöde i vattenlevande och jordbruksväxter. Trots cytoskelets konserverade maskiner, som driver organets rörelse mellan vattenlevande växter och jorden, varierar cyklosernas hastigheter i växtceller beroende på celltyper, stadier av cellutveckling och växtarter..

referenser

1. Editors of Encyclopædia Britannica. (2009). cytoplasmatisk strömmande. 9-2-2017, av Encyclopædia Britannica, inc.
2. Darling, D. (2016). Cytoplasmisk strömning. 9-2-2017, från The Worlds of David Darling.
3. Goldstein, R. (2015). Ett fysiskt perspektiv på cytoplasmatisk strömmande. 02-10-2017, från The Royal Society Publishing.
4. com (2016). Cytoplasmisk strömning, eller cyclosis,. 10-2-2017, från Microscope.com.
5. Verchot, L. (2010). Cytoplasmisk strömning möjliggör fördelningen av molekyler och vesiklar i stora växtceller ... 10-2-2017, från National Library of Medicine National Institutes of Health Website: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Wolff, K., Marenduzzo, D., & Cates, M.E. (2012). Cytoplasmisk strömning i växtceller: rollen av väggglidning. Journal of the Royal Society Interface, 9 (71), 1398-1408. 
7. Kachar, B. (1988). Mekanismen för cytoplasmatisk strömning i karaktärala algceller: glidning av endoplasmatisk retikulum längs aktinfilamenten ... 11-2-2017, från National Center for Biotechnology Information, U.S.A..