Citoplasma: funzioni, parti e caratteristiche
Il citoplasma è la sostanza trovata all'interno delle cellule, che include la matrice citoplasmatica (o citosol) e i compartimenti subcellulari. Il citosol costituisce poco più della metà (circa il 55%) del volume totale della cellula ed è l'area in cui si verifica la sintesi e la degradazione delle proteine, fornendo un mezzo adeguato per le necessarie reazioni metaboliche da effettuare .
Tutti i componenti di una cellula procariota sono nel citoplasma, mentre negli eucarioti ci sono altre divisioni, come il nucleo. Nelle cellule eucariotiche, il restante volume cellulare (45%) è occupato da organelli citoplasmatici, come i mitocondri, reticolo endoplasmatico liscio e ruvido, nucleo, perossisomi, lisosomi ed endosomi.
Caratteristiche generali
Il citoplasma è la sostanza che riempie l'interno delle cellule ed è diviso in due componenti: la frazione liquida nota come citosol o matrice citoplasmatica e gli organuli che sono incorporati in essa - nel caso del lignaggio eucariotico.
Il citosol è la matrice gelatinosa del citoplasma ed è composto da un'immensa varietà di soluti, come ioni, metaboliti intermedi, carboidrati, lipidi, proteine e acidi ribonucleici (RNA). Può avvenire in due fasi interconvertibili: la fase gel e la fase solare.
È costituito da una matrice colloidale simile a un gel acquoso composto principalmente da acqua e da una rete di proteine fibrose corrispondenti al citoscheletro, tra cui actina, microtubuli e filamenti intermedi, nonché una serie di proteine accessorie che contribuiscono a formare un rete.
Questa rete formata da filamenti di proteine si diffonde in tutto il citoplasma, conferendole proprietà di viscoelasticità e caratteristiche di un gel contrattile.
Il citoscheletro è responsabile di fornire supporto e stabilità all'architettura cellulare. Oltre a partecipare al trasporto di sostanze nel citoplasma e contribuire al movimento delle cellule, come nella fagocitosi.
componenti
Il citoplasma è composto da una matrice citoplasmatica o citosol e degli organelli che sono incorporati in questa sostanza gelatinosa. Successivamente, ognuno sarà descritto in profondità:
citosol
Il citosol è la sostanza incolore, talvolta grigiastra, gelatinosa e traslucida che si trova all'esterno degli organelli. È considerata la porzione solubile del citoplasma.
La componente più abbondante di questa matrice è l'acqua, che forma tra il 65 e l'80% della sua composizione totale, tranne nelle cellule ossee, nello smalto dei denti e nei semi.
Per quanto riguarda la sua composizione chimica, il 20% corrisponde a molecole proteiche. Ha più di 46 elementi utilizzati dalla cella. Di questi, solo 24 sono considerati essenziali per la vita.
Tra gli elementi più importanti ci sono carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo.
Allo stesso modo, questa matrice è ricca di ioni e la ritenzione di questi produce un aumento della pressione osmotica della cellula. Questi ioni aiutano a mantenere un equilibrio acido-base ottimale nell'ambiente cellulare.
La diversità di ioni presenti nel citosol varia a seconda del tipo di cellula studiato. Ad esempio, le cellule muscolari e nervose hanno alte concentrazioni di potassio e magnesio, mentre lo ione calcio è particolarmente abbondante nelle cellule del sangue.
Organelli membranosi
Nel caso delle cellule eucariotiche, vi è una varietà di compartimenti subcellulari incorporati nella matrice citoplasmatica. Questi possono essere suddivisi in organelli membranosi e discreti.
Il reticolo endoplasmatico e l'apparato di Golgi appartengono al primo gruppo, entrambi sono sistemi di membrane a forma di sacchetto che sono interconnessi. Per questo motivo, è difficile definire il limite della sua struttura. Inoltre, questi compartimenti presentano continuità spaziale e temporale con la membrana plasmatica.
Il reticolo endoplasmatico è diviso in liscio o ruvido, a seconda della presenza o assenza di ribosomi. Il liscio è responsabile per il metabolismo di piccole molecole, ha meccanismi di disintossicazione e sintesi di lipidi e steroidi.
Al contrario, il reticolo endoplasmatico ruvido ha ribosomi ancorati alla sua membrana ed è principalmente responsabile della sintesi di proteine che saranno espulse dalla cellula.
L'apparato di Golgi è un insieme di dischi sotto forma di dischi e partecipa alla sintesi di membrane e proteine. Inoltre, ha il meccanismo enzimatico necessario per apportare modifiche alle proteine e ai lipidi, compresa la glicosilazione. Partecipa anche alla conservazione e alla distribuzione di lisosomi e perossisomi.
Organelli discreti
Il secondo gruppo è costituito da organelli intracellulari che sono discreti e i loro limiti sono chiaramente osservati dalla presenza di membrane.
Sono isolati dagli altri organelli dal punto di vista strutturale e fisico, sebbene possano esserci interazioni con altri compartimenti, ad esempio i mitocondri possono interagire con gli organelli membranosi.
In questo gruppo ci sono i mitocondri, organelli che possiedono gli enzimi necessari per svolgere le vie metaboliche essenziali, come il ciclo dell'acido citrico, la catena di trasporto degli elettroni, la sintesi di ATP e l'ossidazione degli acidi grassi.
I lisosomi sono anche organelli discreti e sono responsabili della conservazione degli enzimi idrolitici che aiutano il riassorbimento delle proteine, distruggono i batteri e la degradazione degli organelli citoplasmatici.
I microorganismi (perossisomi) partecipano alle reazioni ossidative. Queste strutture possiedono l'enzima catalasi che aiuta a convertire il perossido di idrogeno - un metabolismo tossico - in sostanze innocue per la cellula: acqua e ossigeno. In questi corpi si verifica la b-ossidazione degli acidi grassi.
Nel caso delle piante, ci sono altri organelli chiamati plastidi. Eseguono decine di funzioni nella cellula vegetale e le più importanti sono i cloroplasti, dove avviene la fotosintesi.
Organelli non membranosi
La cellula ha anche strutture che non sono limitate da membrane biologiche. Questi includono i componenti del citoscheletro che includono microtubuli, filamenti intermittenti e microfilamenti di actina.
I filamenti di actina sono composti da molecole globulari e sono catene flessibili, mentre i filamenti intermedi sono più resistenti e sono composti da diverse proteine. Queste proteine sono responsabili di fornire resistenza alla trazione e conferiscono solidità alla cellula.
I centrioli sono un duo strutturale in forma di cilindro e sono anche organelli non-membranosi. Si trovano in centrosomi o centri organizzati di microtubuli. Queste strutture danno origine ai corpi basali delle ciglia.
Infine, ci sono i ribosomi, strutture formate da proteine e RNA ribosomiale che partecipa al processo di traduzione (sintesi proteica). Possono essere liberi nel citosol o essere ancorati al reticolo endoplasmatico ruvido.
Tuttavia, diversi autori non ritengono che i ribosomi debbano essere classificati come organelli stessi.
inclusioni
Le inclusioni sono le componenti del citoplasma che non corrispondono agli organelli e nella maggior parte dei casi non sono circondate da membrane lipidiche.
Questa categoria comprende un gran numero di strutture eterogenee, come granuli di pigmenti, cristalli, grassi, glicogeno e alcune sostanze di scarto.
Questi corpi possono essere circondati da enzimi che partecipano alla sintesi di macromolecole dalla sostanza presente nell'inclusione. Ad esempio, a volte il glicogeno può essere circondato da enzimi come glicogeno sintasi o glicogeno fosforilasi.
Le inclusioni sono comuni nelle cellule del fegato e nelle cellule muscolari. Allo stesso modo, le inclusioni dei capelli e della pelle hanno granuli di pigmenti che danno loro la caratteristica colorazione di queste strutture.
Proprietà del citoplasma
È un colloide
Chimicamente, il citoplasma è un colloide, quindi ha le caratteristiche di una soluzione e una sospensione simultaneamente. È composto da molecole a basso peso molecolare come sali e glucosio e anche da molecole di una massa più grande come le proteine.
Un sistema colloidale può essere definito come una miscela di particelle di un diametro compreso tra 1 / 1.000.000 e 1 / 10.000 disperse in un mezzo liquido. Tutto il protoplasma cellulare, che comprende sia citoplasma che nucleoplasma, è una soluzione colloidale, poiché le proteine disperse mostrano tutte le caratteristiche di questi sistemi.
Le proteine sono in grado di formare sistemi colloidali stabili, poiché si comportano come ioni caricati nella soluzione e interagiscono in base alle loro cariche e, in secondo luogo, sono in grado di attrarre molecole d'acqua. Come tutti i colloidi, ha la proprietà di mantenere questo stato di sospensione, che dà stabilità alle cellule.
L'aspetto del citoplasma è torbido perché le molecole che lo compongono sono grandi e rifrangono la luce, questo fenomeno è chiamato effetto Tyndall.
D'altra parte, il movimento browniano delle particelle aumenta l'incontro di particelle, favorendo le reazioni enzimatiche nel citoplasma cellulare.
Proprietà tixotropiche
Il citoplasma esibisce proprietà tixotropiche, così come alcuni fluidi non newtoniani e pseudoplastiche. La tixotropia si riferisce alle variazioni di viscosità nel tempo: quando il fluido viene sottoposto a uno sforzo, la viscosità del fluido diminuisce.
Le sostanze tixotropiche hanno stabilità nello stato di riposo e, quando disturbate, acquisiscono fluidità. Nell'ambiente quotidiano, siamo in contatto con questo tipo di materiale, come salsa di pomodoro e yogurt.
Il citoplasma si comporta come un idrogel
Un idrogel è una sostanza naturale o sintetica che può essere porosa o meno e ha la capacità di assorbire elevate quantità di acqua. La sua capacità di estensione dipende da fattori quali l'osmolarità del mezzo, la forza ionica e la temperatura.
Il citoplasma ha la caratteristica di un idrogel, poiché può assorbire quantità significative di acqua e il volume varia in risposta all'esterno. Queste proprietà sono state confermate nel citoplasma dei mammiferi.
Movimenti di cicli
La matrice citoplasmatica è in grado di eseguire movimenti che creano un flusso corrente o citoplasmatico. Questo movimento è generalmente osservato nella fase più liquida del citosol ed è la causa dello spostamento di compartimenti cellulari quali pinosomi, fagosomi, lisosomi, mitocondri, centrioli, tra gli altri.
Questo fenomeno è stato osservato nella maggior parte delle cellule animali e vegetali. I movimenti ameboidi di protozoi, leucociti, cellule epiteliali e altre strutture dipendono dal movimento della citosi nel citoplasma.
Fasi del citosol
La viscosità di questa matrice varia a seconda della concentrazione di molecole nella cellula. Grazie alla sua natura colloidale, due fasi o stati possono essere distinti nel citoplasma: la fase solare e la fase gel. Il primo assomiglia a un liquido, mentre il secondo è simile a un solido grazie alla maggiore concentrazione di macromolecole.
Ad esempio, nella preparazione di una gelatina possiamo distinguere entrambi gli stati. Nella fase solare le particelle possono muoversi liberamente nell'acqua, tuttavia quando la soluzione viene raffreddata si indurisce e diventa una specie di gel semisolido.
Nello stato di gel, le molecole sono in grado di tenere insieme diversi tipi di legami chimici, tra cui HH, CH o CN. Nel momento in cui il calore viene applicato alla soluzione, esso ritornerà alla fase solare.
In condizioni naturali, l'inversione delle fasi in questa matrice dipende da una varietà di fattori fisiologici, meccanici e biochimici nell'ambiente cellulare.
funzioni
Il citoplasma è una specie di zuppa molecolare in cui avvengono le reazioni enzimatiche essenziali per il mantenimento della funzione cellulare.
È un mezzo di trasporto ideale per i processi di respirazione cellulare e per le reazioni di biosintesi, poiché le molecole non si solubilizzano nel mezzo e galleggiano nel citoplasma, pronto per essere utilizzato.
Inoltre, grazie alla sua composizione chimica, il citoplasma può funzionare come un buffer o un buffer. Serve anche come mezzo adatto per la sospensione degli organelli, proteggendoli - e il materiale genetico confinato nel nucleo - da movimenti improvvisi e possibili collisioni.
Il citoplasma contribuisce al movimento dei nutrienti e allo spostamento delle cellule, grazie alla generazione di un flusso citoplasmatico. Questo fenomeno consiste nel movimento del citoplasma.
Le correnti nel citoplasma sono particolarmente importanti nelle grandi cellule vegetali e aiutano ad accelerare il processo di distribuzione del materiale.
