Поделиться:
Что такое цитоплазматическое движение?
цитоплазматическое движение, также называемый протоплазматическим потоком или циклоисом, является движением жидкого вещества (цитоплазмы) внутри клетки растения или животного. Движение транспортирует питательные вещества, белки и органеллы внутри клеток.
Обнаруженное впервые в 1830-х годах, наличие цитоплазматического потока помогло убедить биологов, что клетки являются фундаментальными единицами жизни.
Хотя механизм цитоплазматической передачи до конца не изучен, считается, что он опосредован «моторными» белками, молекулами, состоящими из двух белков, которые используют аденозинтрифосфат для перемещения одного белка относительно другого..
Если один из белков остается фиксированным в субстрате, таком как микрофиламент или микротрубочка, моторные белки могут перемещать органеллы и другие молекулы через цитоплазму..
Моторные белки часто состоят из актиновых нитей, длинных белковых волокон, выровненных рядами, параллельными току внутри клеточной мембраны..
Молекулы миозина, связанные с клеточными органеллами, движутся вдоль актиновых волокон, буксируя органеллы и перемещая другое цитоплазматическое содержимое в том же направлении.
Цитоплазматическая передача или циклоз - это событие, которое потребляет энергию в растительных клетках и используется для распределения питательных веществ в цитоплазме. Это часто встречается в более крупных клетках, где диффузия не подходит для распределения вещества.
На растениях его также можно использовать для распределения хлоропластов для максимального поглощения света при фотосинтезе. Ученые до сих пор не понимают, как происходит этот процесс, хотя выдвигается гипотеза о том, что микротрубочки и микрофиламенты играют роль, взаимодействуя с моторными белками органелл..
В некоторых растительных клетках происходит быстрое вращательное цитоплазматическое движение, ограниченное периферическими частями клетки рядом с клеточной стенкой, которая несет хлоропласты и гранулы.
Это движение может быть увеличено светом и зависит от температуры и pH. Ауксины, или гормоны роста растений, также могут увеличить скорость движения. У некоторых простейших, таких как инфузории, более медленные циклические движения переносят пищеварительные вакуоли через клеточное тело.
Цитоплазматическая передача
Цитоплазматическая передача в растительных клетках естественным образом возникает в результате самоорганизации микрофиламента
Многие клетки демонстрируют крупномасштабную активную циркуляцию всего содержимого жидкости, процесс, называемый цитоплазматическим потоком или движением. Это явление особенно часто встречается в растительных клетках, часто демонстрируя заметно регулируемые структуры потока.
В приводном механизме в указанных клетках органеллы, покрытые миозином, захватывают цитоплазму, когда они обрабатывают ее вдоль пучков актиновых филаментов, закрепленных на периферии. Этот процесс является процессом разработки, который создает упорядоченные актиновые конфигурации, необходимые для когерентного потока в клеточном масштабе..
Наблюдалось, что основная парадигма, которая лежит в основе моторных белков, которые взаимодействуют с полимерными филаментами, имеет много паттернов, формирующих поведение как в теоретической, так и в экспериментальной среде..
Тем не менее, эти исследования часто извлекаются из контекста конкретных биологических систем, и, в частности, не было установлено прямой связи с развитием цитоплазматической передачи..
Чтобы понять фундаментальную динамику, которая управляет формированием упорядоченных потоков и соединить микроскопическое с макроскопическим, оправдан альтернативный подход «сверху вниз».
Для этого мы подходим к проблеме через конкретную систему-прототип. Мы принимаем, пожалуй, самый удивительный пример, водная водоросль Chara Corallina.
Гигантские цилиндрические междоузлия Чары имеют диаметр 1 мм и длину до 10 см. Его вращающийся поток, называемый «циклозом», управляется пузырьками (в эндоплазматической сети), покрытыми моторным белком миозина, который скользит вдоль двух продольных полос, направленных в противоположных направлениях от множества непрерывных параллелей и нитей актина..
Каждый кабель представляет собой пучок множества отдельных актиновых нитей, каждая из которых имеет одинаковую внутреннюю полярность. Двигатели миозина движутся по филаменту направленным образом, от его меньшего конца к его большему концу (с шипами).
Эти кабели прикреплены к хлоропластам, которые кортикально закреплены на периферии ячейки, создавая скорости потока 50-100 мкм / с. Не ясно, как эта простая, но поразительная картина формируется во время морфогенеза, хотя можно сделать вывод, что они являются результатом сложных химических структур.
Механизм цитоплазматического потока в клетках водорослей chachaceous: скольжение эндоплазматического ретикулума вдоль нитей актина
Электронная микроскопия непосредственно замороженных гигантских клеток чёрных водорослей показывает непрерывную трехмерную сеть анастомозированных трубок и цистерн из грубой эндоплазматической сети, которые проникают в область потока их цитоплазмы..
Части этого эндоплазматического ретикулума контактируют с параллельными пучками актиновых филаментов на границе с неподвижной кортикальной цитоплазмой..
Митохондрии, гликозомы и другие мелкие цитоплазматические органеллы, запутанные в сети эндоплазматического ретикулума, показывают броуновское движение по мере их движения.
Связывание и скольжение мембран эндоплазматического ретикулума вдоль актиновых отведений также можно визуализировать непосредственно после того, как цитоплазма этих клеток диссоциирует в буфер, содержащий АТФ..
Усилия сдвига, возникающие на границе с диссоциированными актиновыми кабелями, перемещают большие скопления эндоплазматического ретикулума и других органелл. Сочетание быстрой замораживающей электронной микроскопии и видеомикроскопии живых клеток и диссоциированной цитоплазмы показывает, что передача цитоплазмы зависит от скольжения мембран эндоплазматического ретикулума вдоль неподвижных актиновых проволок..
Таким образом, непрерывная сеть эндоплазматического ретикулума обеспечивает средство воздействия движущих сил в глубокой цитоплазме внутри отдаленной клетки корковых актиновых отведений, где генерируется движущая сила.
Роль во внутриклеточном транспорте
Хотя большое количество работ было опубликовано на молекулярной основе и гидродинамике цитоплазматического движения, относительно немногие авторы решаются на обсуждение их функции.
Долгое время предполагалось, что этот поток помогает молекулярному транспорту. Тем не менее, конкретные гипотезы относительно механизма, с помощью которого передача ускоряет метаболизм, едва ли были проанализированы.
Диффузия не способна объяснить многие транспортные явления в клетках, и степень гомеостаза вдоль маршрутов не может быть объяснена более, чем если предположить, что они являются формами активного транспорта..
Высокосимметричная топология течения в характерных водорослях, по-видимому, эволюционировала при значительных эволюционных затратах, что также отражается в том факте, что миозин, обнаруженный в этом организме, является самым быстрым из известных в мире..
Основываясь на том, что мы знаем о характерных водорослях, мы видим, что передача играет важную роль в клеточном метаболизме. Это помогает транспортировать между клетками и, следовательно, имеет важное значение для обеспечения постоянного потока клеточных строительных блоков для вновь образованных клеток на кончике почки.
Также представляется важным поддерживать щелочные полосы, которые облегчают поглощение неорганического углерода из окружающей воды. Однако ключевой вопрос, который остается в основном без ответа, заключается именно в том, какую роль может играть цитоплазматическое движение в устранении диффузных узких мест, которые, по-видимому, ограничивают размер клеток в других организмах..
Фактически, поток может помочь гомеостатической регуляции во время быстрого расширения объема клетки, но точные механизмы, с помощью которых он остается, остаются открытой областью исследования..
Несомненно, наиболее важным вкладом в количественном выражении обсуждения влияния цитоплазматического потока на внутриклеточный транспорт является Пикард. Этот ученый говорил об увеличении скорости потока и шкалы времени диффузии с размером ячейки, а также о взаимодействии между застойным слоем периплазмы, окружающей ряды хлоропластов, и подвижным слоем эндоплазмы..
Он указал на возможность того, что адвекция точечного источника может помочь гомеостазу, сглаживая колебания в поле концентрации. Он также поднял идею о том, что цитоплазматический поток как таковой не обязательно должен приносить пользу клетке, если ее реальная цель - транспорт частиц вдоль цитоскелета..
Цитоплазматическое движение позволяет распределять молекулы и везикулы в крупных растительных клетках.
Недавние исследования водных и наземных растений показывают, что подобные явления определяют внутриклеточный транспорт органелл и везикул. Это говорит о том, что аспекты клеточной передачи сигналов, участвующие в развитии и ответе на внешние раздражители, сохраняются у разных видов.
Движение молекулярных моторов вдоль нитей цитоскелета прямо или косвенно увлекает жидкий цитозоль, приводя к циклозу (цитоплазматическому движению) и влияя на градиенты молекулярных частиц в клетке, с потенциально важными метаболическими последствиями, такими как сила двигатель для расширения ячейки.
Исследования показали, что миозин XI функционирует в движении органелл, которые управляют цитоплазматическим потоком у водных и наземных растений. Несмотря на консервативный механизм цитоскелета, который способствует движению органеллы между водными растениями и землей, скорости циклозирования в растительных клетках варьируются в зависимости от типов клеток, стадий развития клеток и видов растений..
ссылки
- Редакция Британской энциклопедии. (2009). цитоплазматический поток. 9-2-2017, Энциклопедия Британника, Inc.
- Дарлинг Д. (2016). Цитоплазматический поток. 9-2-2017, из Миры Дэвида Дарлинга.
- Гольдштейн Р. (2015). Физический взгляд на цитоплазматический поток. 02-10-2017, от Издательства Королевского общества.
- com (2016). Цитоплазматическое течение или циклоз. 10-2-2017, от Microscope.com.
- Верчот, Л. (2010). Цитоплазматический поток обеспечивает распределение молекул и везикул в крупных растительных клетках ... 10-2-2017, из Национальной библиотеки медицины США Веб-сайт Национального института здравоохранения: ncbi.nlm.nih.gov.
- Wolff, K., Marenduzzo, D. & Cates, M.E. (2012). Цитоплазматическое течение в клетках растений: роль скольжения стенки. Журнал Интерфейса Королевского общества, 9 (71), 1398-1408.
- Качар Б. (1988). Механизм цитоплазматического течения в клетках водорослей хараканов: скольжение эндоплазматического ретикулума вдоль нитей актина ... 11-2-2017, из Национального центра биотехнологической информации, США.