Co je to cytoplazmatické hnutí?

cytoplazmatický pohyb, také nazývaný protoplazmatický tok nebo ciclois, je pohyb tekuté látky (cytoplazmy) v rostlinné nebo živočišné buňce. Pohyb přenáší živiny, proteiny a organely uvnitř buněk.

Přítomnost cytoplazmatického toku, objevená poprvé ve 30. letech 19. století, pomohla přesvědčit biology, že buňky jsou základními jednotkami života..

Ačkoliv mechanismus cytoplazmatického přenosu nebyl zcela pochopen, předpokládá se, že je zprostředkován "motorickými" proteiny, molekuly tvořené dvěma proteiny, které používají adenosintrifosfát k přemísťování jednoho proteinu vzhledem k druhému..

Pokud jeden z proteinů zůstane fixován v substrátu, jako je mikrovlákno nebo mikrotubulu, motorické proteiny mohou přesouvat organely a jiné molekuly přes cytoplazmu..

Motorové proteiny se často skládají z aktinových filamentů, dlouhých proteinových vláken uspořádaných v řadách paralelně k proudu uvnitř buněčné membrány.

Molekuly myosinu vázané na buněčné organely se pohybují podél aktinových vláken, tažením organel a zametáním dalších cytoplazmatických obsahů ve stejném směru.

Cytoplazmatický přenos nebo cyklosóza je událost, která spotřebovává energii v rostlinných buňkách a používá se k distribuci živin v cytoplazmě. To je obyčejné ve větších buňkách, kde difúze není vhodná pro distribuci substance.

V rostlinách může být také použit k distribuci chloroplastů pro maximální absorpci světla pro fotosyntézu. Vědci stále nechápou, jak k tomuto procesu dochází, i když hypotéza předpokládá, že mikrotubuly a mikrovlákna hrají roli při interakci s motorovými proteiny organel.

V některých rostlinných buňkách je rychlý rotující cytoplazmatický pohyb, omezený na periferní části buňky vedle buněčné stěny, která nese chloroplasty a granule.

Tento pohyb může být zvýšen světlem a závisí na teplotě a pH. Auxiny nebo růstové hormony rostlin mohou také zvýšit rychlost pohybu. V některých prvocích, jako jsou nálevníky, pomalejší cyklické pohyby transportují zažívací vakuoly přes tělo buňky.

Cytoplazmatický přenos

Cytoplazmatický přenos v rostlinných buňkách vzniká přirozeně prostřednictvím samoorganizace mikrofilamentu

Mnoho buněk vykazuje rozsáhlou aktivní cirkulaci veškerého obsahu tekutin, což je proces nazývaný cytoplazmatický tok nebo pohyb. Tento jev je zvláště častý v rostlinných buňkách, které často vykazují výrazně regulované tokové vzorce.

V mechanismu pohonu v uvedených buňkách organely potažené myosinem strhávají cytoplazmu, když ji zpracovávají podél svazků aktinových vláken fixovaných na periferii. Tento proces je vývojový proces, který staví uspořádané aktinové konfigurace nezbytné pro koherentní tok v buněčném měřítku.

Bylo pozorováno, že základní paradigma, která je základem motorických proteinů, které interagují s polymerními filamenty, má mnoho vzorců tvořících chování v teoretickém i experimentálním prostředí..

Tyto studie jsou však často extrahovány z kontextu specifických biologických systémů, a zejména nebylo vytvořeno přímé spojení s rozvojem cytoplazmatického přenosu..

Abychom pochopili základní dynamiku, která řídí formování uspořádaných toků a propojuje mikroskop s makroskopickým, je odůvodněný alternativní přístup „shora dolů“.

K tomuto problému přistupujeme prostřednictvím specifického prototypového systému. Přijímáme snad nejpřekvapivější příklad vodní řasy Chara corallina.

Obří cylindrické internodální buňky Chara měří průměr 1 mm a délku až 10 cm. Její rotační tok nazývaný "cyklosóza" je poháněn vesikuly (v endoplazmatickém retikulu) potaženým myosinovým motorickým proteinem, který klouže po dvou podélných pásech orientovaných opačně od mnoha kontinuálních paralel a aktinových vláken..

Každý kabel je svazek mnoha jednotlivých aktinových vláken, z nichž každá má stejnou vnitřní polaritu. Motory myosinu se pohybují na vláknu v orientovaném směru, od jeho menšího konce, k jeho většímu konci (s hroty)..

Tyto kabely jsou připojeny k chloroplastům kortikálně upevněným v obvodu buňky, což vytváří rychlosti proudění 50-100 μm / s. Není jasné, jak tento jednoduchý, ale nápadný vzor vzniká během morfogeneze, i když lze vyvodit, že jsou výsledkem složitých chemických vzorců..

Mechanismus cytoplazmatického proudění v buňkách chachaceózních řas: klouzání endoplazmatického retikula podél aktinových filamentů

Elektronová mikroskopie přímo zmrazených obřích buněk chasovitých řas ukazuje spojitou trojrozměrnou síť anastomozovaných zkumavek a cisterny hrubého endoplazmatického retikula, které pronikají průtokovou oblastí jejich cytoplazmy..

Části tohoto endoplazmatického retikula se dotýkají paralelních svazků aktinových filamentů na rozhraní stacionární kortikální cytoplazmy..

Mitochondrie, glykosomy a další malé cytoplazmatické organely zapletené do endoplazmatické retikulární sítě vykazují Brownianův pohyb při proudění.

Vazba a klouzání membrán endoplazmatického retikula podél vedení aktinu může být také vizualizováno přímo po disociaci cytoplazmy těchto buněk do pufru obsahujícího ATP..

Smykové síly vytvořené na rozhraní s disociovanými aktinovými kabely přemísťují velké agregáty endoplazmatického retikula a dalších organel. Kombinace rychlého zmrazování elektronové mikroskopie a živé mikroskopie živých buněk a disociované cytoplazmy ukazuje, že cytoplazmatická transmise závisí na membránách endoplazmatického retikula, které se posouvají podél stacionárních aktinových drátů..

Kontinuální síť endoplazmatického retikula tedy poskytuje prostředek k vyvíjení hybných sil v hluboké cytoplazmě uvnitř vzdálené buňky kortikálních aktinových vodičů, kde je generována hybná síla..

Role v intracelulárním transportu

I když bylo na molekulárním základě publikováno velké množství prací a hydrodynamika cytoplazmatického hnutí, poměrně málo autorů se pustí do diskuse o své funkci..

Po dlouhou dobu bylo navrženo, že tento tok pomáhá molekulární dopravě. Specifické hypotézy týkající se mechanismu, kterým přenos urychluje metabolické rychlosti, však byly sotva analyzovány.

Difúze není schopna vysvětlit mnoho transportních jevů v buňkách a stupeň homeostázy podél cest nelze vysvětlit více, než předpokládat, že se jedná o formy aktivního transportu..

Zdá se, že vysoce symetrická topologie proudu v řasovitých řasách se vyvinula při značných evolučních nákladech, což se také odráží ve skutečnosti, že myosin nalezený v tomto organismu je nejrychleji známý v existenci..

Na základě toho, co víme o řasách, vidíme, že přenos je zapojen do mnoha rolí v buněčném metabolismu. Pomáhá transportu mezi buňkami, a proto je nezbytné dodávat konstantní tok buněčných stavebních bloků do nově vytvořených buněk na špičce pupku..

Také se zdá důležité udržovat alkalické pásy, které usnadňují absorpci anorganického uhlíku z okolní vody. Klíčovou otázkou, která zůstává do značné míry nezodpovězena, je však přesně to, jakou úlohu může hrát cytoplazmatický pohyb v eliminaci úzkých míst, která zřejmě omezují velikost buněk v jiných organismech..

Ve skutečnosti může tok napomoci homeostatické regulaci během rychlé expanze buněčného objemu, ale přesný mechanismus, kterým zůstává otevřenou oblastí výzkumu.

Nejdůležitějším příspěvkem z hlediska kvantifikované diskuse o vlivu cytoplazmatického toku na intracelulární transport je nepochybně Pickard. Tento vědec hovořil o eskalaci rychlosti proudění a časové škály difúze s velikostí buňky, stejně jako interakce mezi stagnující vrstvou periplazmy obklopující řady chloroplastů a mobilní vrstvou endoplazmy..

Poukázal na možnost, že vyšetření bodového zdroje může pomoci homeostáze vyhlazením výkyvů v koncentračním poli. On také zvýšil názor, že cytoplazmatický tok jako takový, nemusí nutně udělit prospěch pro buňku, pokud její skutečný účel je transport částic podél cytoskeletu..

Cytoplazmatický pohyb umožňuje distribuci molekul a váčků ve velkých rostlinných buňkách

Nedávné studie vodních a suchozemských rostlin ukazují, že podobné jevy určují intracelulární transport organel a váčků. To naznačuje, že aspekty buněčné signalizace zapojené do vývoje a reakce na vnější podněty jsou zachovány napříč druhy.

Pohyb molekulárních motorů podél vláken cytoskeletu přímo nebo nepřímo táhne tekutý cytosol, což vede k cyklosóze (cytoplazmatickému pohybu) a ovlivňuje gradienty molekulárních druhů uvnitř buňky, s potenciálně důležitými metabolickými důsledky, jako je síla motor pro expanzi buněk.

Výzkum ukázal, že myosin XI funguje v pohybu organel, které řídí cytoplazmatický tok ve vodních a suchozemských rostlinách. Navzdory konzervovanému mechanismu cytoskeletu, který pohání pohyb organel mezi vodními rostlinami a zemí, se rychlosti cyklosis v rostlinných buňkách liší podle typů buněk, stadií vývoje buněk a rostlinných druhů..

Odkazy

1. Editoři Encyclopædia Britannica. (2009). cytoplazmatické proudění. 9-2-2017, Encyclopædia Britannica, inc.
2. Darling, D. (2016). Cytoplazmatické proudění. 9-2-2017, z The Worlds of David Darling.
3. Goldstein, R. (2015). Fyzikální pohled na cytoplazmatický streaming. 02-10-2017, z nakladatelství Royal Society Publishing.
4. com (2016). Cytoplazmatické proudění nebo cyklosis. 10-2-2017, od společnosti Microscope.com.
5. Verchot, L. (2010). Cytoplazmatické proudění umožňuje distribuci molekul a váčků ve velkých rostlinných buňkách ... 10-2-2017, z National National Library of Medicine National Institutes of Health Website: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Wolff, K., Marenduzzo, D., & Cates, M.E. (2012). Cytoplazmatické proudění v rostlinných buňkách: úloha skluzu stěny. Journal of Royal Society Interface, 9 (71), 1398-1408. 
7. Kachar, B. (1988). Mechanismus cytoplazmatického proudění v buňkách karakalských řas: klouzání endoplazmatického retikula podél aktinových filamentů ... 11-2-2017, z National Center for Biotechnology Information, U.S..