Wat is de Cytoplasmic-beweging?

de cytoplasmatische beweging, ook wel protoplasmatische stroming of ciclois genoemd, is de beweging van de vloeibare substantie (cytoplasma) in een planten- of dierencel. De beweging transporteert voedingsstoffen, eiwitten en organellen in de cellen.

Ontdekt voor de eerste keer in de jaren 1830, hielp de aanwezigheid van cytoplasmatische stroom biologen ervan te overtuigen dat cellen de fundamentele eenheden van het leven waren.

Hoewel het mechanisme van overdracht cytoplasmatische niet volledig wordt begrepen wordt aangenomen dat gemedieerd door eiwit "motor", bestaande uit twee eiwitmoleculen via adenosinetrifosfaat een eiwit bewegen ten opzichte van de andere.

Als één van de eiwitten gefixeerd blijft op een substraat, zoals een microfilament of microtubule motor proteïnen kunnen organellen en andere moleculen bewegen door het cytoplasma.

Motoreiwitten bestaan ​​vaak uit actine-filamenten, lange eiwitvezels uitgelijnd in rijen evenwijdig aan de stroom in het celmembraan.

Myosinemoleculen gebonden aan cellulaire organellen bewegen langs de actinevezels, slepen de organellen en vegen andere cytoplasmatische inhoud in dezelfde richting.

Cytoplasmatische transmissie, of cyclosis, is een gebeurtenis die energie verbruikt in plantencellen en wordt gebruikt om nutriënten in het cytoplasma te verdelen. Het is gebruikelijk in grotere cellen, waar diffusie niet geschikt is voor de verdeling van de stof.

In planten kan het ook worden gebruikt om chloroplasten te verdelen voor maximale lichtabsorptie voor fotosynthese. Wetenschappers begrijpen nog steeds niet hoe dit proces plaatsvindt, hoewel de hypothese is dat microtubuli en microfilamenten een rol spelen, in wisselwerking met de motorische eiwitten van de organellen.

In sommige plantencellen is er een snel roterende cytoplasmatische beweging, beperkt tot de perifere delen van de cel naast de celwand, die chloroplasten en korrels draagt..

Deze beweging kan worden verhoogd door licht en hangt af van temperatuur en pH. Auxins of plantengroeihormonen kunnen ook de bewegingssnelheid verhogen. In sommige protozoa, zoals ciliaten, transporteren langzamere cyclische bewegingen spijsverteringsvacuolen door het cellichaam.

De cytoplasmatische transmissie

Cytoplasmatische transmissie in plantencellen ontstaat op natuurlijke wijze door de zelforganisatie van het microfilament

Veel cellen vertonen een grootschalige actieve circulatie van al hun vochtgehalte, een proces dat cytoplasmatische stroming of beweging wordt genoemd. Dit fenomeen komt vooral veel voor in plantencellen, die vaak duidelijk gereguleerde stromingspatronen vertonen.

In het aandrijfmechanisme in de cellen nemen de organellen bekleed met myosine het cytoplasma mee terwijl ze het verwerken langs bundels actine filamenten gefixeerd in de periferie. Dit proces is het ontwikkelingsproces dat de geordende actine-configuraties bouwt die nodig zijn voor een coherente stroom op cellulaire schaal.

Er is waargenomen dat het fundamentele paradigma dat ten grondslag ligt aan de motorproteïnen die interactie hebben met de polymere filamenten veel patronenvormingsgedrag heeft in zowel theoretische als experimentele omgevingen..

Deze studies worden echter vaak geëxtraheerd uit de context van specifieke biologische systemen en er is met name geen directe verbinding gemaakt met de ontwikkeling van cytoplasmatische transmissie..

Om de fundamentele dynamiek te begrijpen die de vorming van geordende stromingen stuurt en het microscopische met het macroscopische verbindt, is een alternatieve "top-down" -benadering gerechtvaardigd.

Om dit te doen, benaderen we het probleem via een specifiek prototypesysteem. We nemen misschien het meest verrassende voorbeeld, de aquatische alg Chara corallina.

De gigantische cilindrische internodale cellen van Chara meten 1 mm in diameter en tot 10 cm lang. De roterende stroming genaamd "cyclosis" wordt aangedreven door blaasjes (endoplasmatisch reticulum) bekleed met myosine motor eiwit dat schuift langs twee longitudinale stroken tegengesteld gerichte vele parallelle continue filamenten en actine.

Elke kabel is een bundel van vele individuele actinefilamenten, die elk dezelfde intrinsieke polariteit hebben. De motoren van de myosine bewegen op een gerichte manier van een filament, van het kleinere uiteinde naar het grotere uiteinde (met spikes).

Deze kabels zijn bevestigd aan de chloroplasten corticaal gefixeerd in de periferie van de cel, waardoor stroomsnelheden van 50-100 μm / s worden gegenereerd. Het is niet duidelijk hoe dit eenvoudige maar opvallende patroon wordt gevormd tijdens morfogenese, hoewel daaruit kan worden afgeleid dat ze het resultaat zijn van complexe chemische patronen..

Het mechanisme van cytoplasmatische stroming in de cellen van chachaceuze algen: het glijden van het endoplasmatisch reticulum langs actine filamenten

Elektronenmicroscopie van reuzencellen direct ingevroren algen charáceas toont een continu driedimensionaal netwerk van anastomose buizen en tanks ruw endoplasmatisch reticulum penetreren van de stromingsgebied cytoplasma.

Delen van dit endoplasmatisch reticulum komen in contact met de parallelle bundels actine filamenten op het grensvlak van het stationaire corticale cytoplasma.

Mitochondriën, glycosomen en andere kleine cytoplasmatische organellen die verstrikt zijn in het endoplasmatisch reticulumnetwerk tonen Brownse beweging terwijl ze stromen.

Het binden en glijden van de membranen van het endoplasmatisch reticulum langs de actineleads kan ook worden gevisualiseerd direct nadat het cytoplasma van deze cellen dissocieert in een buffer die ATP bevat.

De afschuifkrachten die worden geproduceerd op het grensvlak met de gedissocieerde actinekabels verplaatsen grote aggregaten van endoplasmatisch reticulum en andere organellen. De combinatie van invriezen elektronenmicroscopie en video microscopie van levende cellen en cytoplasma gedissocieerd blijkt dat de transmissie is afhankelijk van de cytoplasmatische endoplasmatisch reticulum membranen schuiven langs de stationaire actine kabels.

Daarom is het continu netwerk van endoplasmatisch reticulum een ​​middel voor het uitoefenen van aandrijfkrachten in het cytoplasma diep in distale cel corticale actine kabels waar de drijvende kracht opgewekt.

Rol in intracellulair transport

Hoewel een groot aantal werken is gepubliceerd op moleculaire basis en de hydrodynamica van de cytoplasmatische beweging, gaan relatief weinig auteurs op zoek naar hun functie.

Lange tijd is gesuggereerd dat deze stroom moleculair transport helpt. De specifieke hypotheses met betrekking tot het mechanisme waarmee de transmissie de metabole snelheden versnelt, zijn echter nauwelijks geanalyseerd.

De diffusie is niet in staat om veel transportverschijnselen in de cellen te verklaren en de mate van homeostase langs de routes kan niet meer worden verklaard dan te veronderstellen dat het vormen van actief transport zijn.

De zeer symmetrische topologie van de stroom in de charáceas algen lijkt een aanzienlijke evolutionaire kosten, zoals verder uit het feit dat myosine in dit organisme de snelste bekend bestaan ​​te zijn geëvolueerd.

Gebaseerd op wat we weten over koolalgen, zien we dat transmissie betrokken is bij een veelvoud aan rollen in cellulair metabolisme. Het helpt transport tussen cellen en is daarom essentieel om een ​​constante stroom van cellulaire bouwstenen te leveren aan nieuw gevormde cellen aan het uiteinde van de knop.

Het lijkt ook belangrijk om de alkalinebanden te behouden die de absorptie van anorganische koolstof uit het omringende water mogelijk maken. Een belangrijke vraag die grotendeels onbeantwoord blijft, is echter precies wat de rol van cytoplasmatische beweging kan spelen in het wegwerken van diffusie-knelpunten die de grootte van cellen in andere organismen lijken te beperken..

In feite kan de stroom homeostatische regulatie helpen tijdens een snelle uitbreiding van het celvolume, maar de precieze mechanismen waardoor het blijft een open onderzoeksgebied.

De belangrijkste bijdragen in termen van een gekwantificeerde discussie over het effect van cytoplasmatische stroming op intracellulair transport zijn ongetwijfeld Pickard. Dit wetenschapper besproken toenemende stroomsnelheid en diffusie tijdschalen de grootte van de cel, en de interactie tussen het periplasma stagnante laag rond de rijen chloroplast en de bewegende laag endoplasma.

Hij wees op de mogelijkheid dat de advectie van een puntbron homeostase kan helpen door fluctuaties in het concentratieveld glad te strijken. Hij hief ook het idee op dat de cytoplasmatische stroom als zodanig niet noodzakelijk een voordeel aan de cel hoeft te verlenen als het werkelijke doel het transport van deeltjes langs het cytoskelet is..

Cytoplasmische beweging maakt de verdeling van moleculen en blaasjes in grote plantencellen mogelijk

Recente studies van waterplanten en terrestrische planten laten zien dat vergelijkbare verschijnselen het intracellulaire transport van organellen en vesicles bepalen. Dit suggereert dat aspecten van cellulaire signalering die betrokken zijn bij de ontwikkeling en respons op externe stimuli over verschillende soorten worden bewaard.

De beweging van moleculaire motoren langs cytoskelet filamenten rechtstreeks trekt fluïdum cytosol, wat leidt tot cyclosis (cytoplasmatisch beweging) en beïnvloeden gradiënten moleculaire species in de cel, met potentieel belangrijke metabolische implicaties sterkte motor voor celuitbreiding.

Onderzoek heeft aangetoond dat myosine XI functioneert in de beweging van organellen die de cytoplasmatische stroming in aquatische en landplanten stimuleert. Ondanks de geconserveerde machinerie van het cytoskelet, die de beweging van het organel tussen waterplanten en de aarde voortstuwt, variëren de snelheden van cycli in plantencellen afhankelijk van celtypen, stadia van celontwikkeling en plantensoorten..

referenties

1. De redacteuren van Encyclopædia Britannica. (2009). cytoplasmatische streaming. 9-2-2017, door Encyclopædia Britannica, inc.
2. Darling, D. (2016). Cytoplasmische streaming. 9-2-2017, van The Worlds of David Darling.
3. Goldstein, R. (2015). Een fysiek perspectief op cytoplasmatische streaming. 02-10-2017, van The Royal Society Publishing.
4. com (2016). Cytoplasmatische streaming of cyclosis,. 10-2-2017, van Microscope.com.
5. Verchot, L. (2010). Cytoplasmische streaming maakt de verspreiding van moleculen en vesicles in grote plantencellen mogelijk ... 10-2-2017, van de National National National Medicine of Health Website: ncbi.nlm.nih.gov.
6. Wolff, K., Marenduzzo, D., & Cates, M.E. (2012). Cytoplasmische stroming in plantencellen: de rol van wandverschuiving. Journal of the Royal Society Interface, 9 (71), 1398-1408. 
7. Kachar, B. (1988). Het mechanisme van cytoplasmatische streaming in characean-algencellen: glijden van endoplasmatisch reticulum langs actinefilamenten ... 11-2-2017, van National Center for Biotechnology Information, US..