CITOPLASMA: FUNZIONI, PARTI E CARATTERISTICHE - BIOLOGIA - 2025

Il citoplasma è la sostanza che si trova all'interno delle cellule, che comprende 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 avviene la sintesi e la degradazione delle proteine, fornendo un mezzo adeguato affinché avvengano le necessarie reazioni metaboliche. .

Tutti i componenti di una cellula procariotica sono nel citoplasma, mentre negli eucarioti ci sono altre divisioni, come il nucleo. Nelle cellule eucariotiche, il volume cellulare rimanente (45%) è occupato da organelli citoplasmatici, come i mitocondri, il reticolo endoplasmatico liscio e ruvido, il nucleo, i perossisomi, i lisosomi e gli 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 organelli che sono incorporati in essa - nel caso della stirpe eucariotica.

Il citosol è la matrice gelatinosa del citoplasma ed è composto da un'ampia varietà di soluti, come ioni, metaboliti intermedi, carboidrati, lipidi, proteine ​​e acidi ribonucleici (RNA). Può presentarsi in due fasi interconvertibili: la fase gel e la fase sol.

È costituito da una matrice colloidale simile a un gel acquoso composto da acqua - principalmente - e da una rete di proteine ​​fibrose corrispondenti al citoscheletro, tra cui actina, microtubuli e filamenti intermedi, oltre a una serie di proteine ​​accessorie che contribuiscono a formare un struttura.

Questa rete formata da filamenti proteici si diffonde in tutto il citoplasma, conferendogli proprietà viscoelastiche 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 la fagocitosi. Nella seguente animazione puoi vedere il citoplasma di una cellula animale (citoplasma):

Caratteristiche

Il citoplasma è una sorta di brodo molecolare in cui avvengono 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, pronte per essere utilizzate.

Inoltre, grazie alla sua composizione chimica, il citoplasma può funzionare come tampone o tampone. 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 cellulare, 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.

componenti

Citoplasma, lo spazio all'interno della cellula

Il citoplasma è composto da una matrice citoplasmatica o citosol e dagli organelli che sono incorporati in questa sostanza gelatinosa. Ciascuno verrà descritto in profondità di seguito:

citosol

Il citosol è la sostanza incolore, a volte grigiastra, gelatinosa e traslucida che si trova all'esterno degli organelli. È considerata la porzione solubile del citoplasma.

Il componente più abbondante di questa matrice è l'acqua, che costituisce tra il 65 e l'80% della sua composizione totale, tranne che 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 degli ioni presenti nel citosol varia a seconda del tipo di cellula studiata. 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, c'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 sacco che sono interconnesse. 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 dell'assenza di ribosomi. Il liscio è responsabile del metabolismo di piccole molecole, possiede 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 delle proteine ​​che saranno escrete dalla cellula.

L'apparato di Golgi è un insieme di sacche a forma di disco e partecipa alla sintesi di membrana e proteine. Inoltre, possiede il macchinario enzimatico necessario per effettuare modificazioni di proteine ​​e 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 discreti i cui 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 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 la b-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 microcorpi (perossisomi) partecipano alle reazioni ossidative. Queste strutture hanno 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 plastos. Questi svolgono dozzine 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 delimitate da membrane biologiche. Questi includono i componenti del citoscheletro, che includono microtubuli, filamenti intermedi e microfilamenti di actina.

I filamenti di actina sono costituiti da molecole globulari e sono catene flessibili, mentre i filamenti intermedi sono più resistenti e sono costituiti da diverse proteine. Queste proteine ​​sono responsabili della resistenza alla trazione e della forza cellulare.

I centrioli sono un duo strutturale a forma di cilindro e sono anche organelli non membranosi. Si trovano nei centrosomi o centri organizzati dei microtubuli. Queste strutture danno origine ai corpi basali delle ciglia.

Infine, ci sono i ribosomi, strutture costituite da proteine ​​e RNA ribosomiale che partecipano al processo di traduzione (sintesi proteica). Possono essere liberi nel citosol o ancorati al reticolo endoplasmatico ruvido.

Tuttavia, diversi autori non ritengono che i ribosomi debbano essere classificati come organelli stessi.

inclusioni

Le inclusioni sono i componenti del citoplasma che non corrispondono agli organelli e nella maggior parte dei casi non sono circondati da membrane lipidiche.

Questa categoria include un gran numero di strutture eterogenee, come granuli di pigmento, cristalli, grassi, glicogeno e alcune sostanze di scarto.

Questi corpi possono circondarsi di enzimi che partecipano alla sintesi delle macromolecole dalla sostanza presente nell'inclusione. Ad esempio, il glicogeno a volte può essere circondato da enzimi come glicogeno sintetico o glicogeno fosforilasi.

Le inclusioni sono comuni nelle cellule del fegato e nelle cellule muscolari. Allo stesso modo, i capelli e le inclusioni della pelle hanno granuli di pigmento che conferiscono loro la caratteristica colorazione di queste strutture.

Proprietà del citoplasma

È un colloide

Chimicamente, il citoplasma è un colloide, quindi ha caratteristiche di soluzione e sospensione contemporaneamente. È costituito da molecole a basso peso molecolare come sali e glucosio, nonché da molecole di massa più grande come le proteine.

Un sistema colloidale può essere definito come una miscela di particelle con un diametro compreso tra 1 / 1.000.000 e 1 / 10.000 disperse in un mezzo liquido. Tutto il protoplasma cellulare, che include sia il citoplasma che il 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 carichi in soluzione e interagiscono secondo le 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 conferisce 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 delle particelle, favorendo reazioni enzimatiche nel citoplasma cellulare.

Proprietà tixotropiche

Il citoplasma mostra proprietà tissotropiche, così come alcuni fluidi e pseudoplastici non newtoniani. La tixotropia si riferisce ai cambiamenti di viscosità nel tempo: quando il fluido è sottoposto a stress, la sua viscosità diminuisce.

Le sostanze tixotropiche mostrano stabilità a riposo e, se disturbate, acquistano fluidità. Nell'ambiente quotidiano siamo a contatto con queste tipologie di materiali, come la salsa di pomodoro e lo yogurt.

Il citoplasma si comporta come un idrogel

Un idrogel è una sostanza naturale o sintetica che può o non può essere porosa e ha la capacità di assorbire grandi quantità di acqua. La sua estensibilità dipende da fattori quali l'osmolarità del mezzo, la forza ionica e la temperatura.

Il citoplasma ha le caratteristiche 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 ciclosi

La matrice citoplasmatica è in grado di compiere movimenti che creano una corrente o flusso citoplasmatico. Questo movimento è generalmente osservato nella fase più liquida del citosol ed è la causa dello spostamento di compartimenti cellulari come 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 ciclosi nel citoplasma.

Fasi del citosol

La viscosità di questa matrice varia in funzione della concentrazione di molecole nella cellula. Grazie alla sua natura colloidale, si possono distinguere due fasi o stati nel citoplasma: la fase sol 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 sol le particelle possono muoversi liberamente nell'acqua, tuttavia quando la soluzione viene raffreddata si indurisce e diventa una sorta di gel semisolido.

Nello stato gel, le molecole sono in grado di essere tenute insieme da diversi tipi di legami chimici, tra cui HH, CH o CN. Non appena il calore viene applicato alla soluzione, tornerà alla fase solare.

In condizioni naturali, l'inversione di fase in questa matrice dipende da una varietà di fattori fisiologici, meccanici e biochimici nell'ambiente cellulare.

Riferimenti

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. e Walter, P. (2008). Biologia molecolare della cellula. Garland Science.
2. Campbell, NA e Reece, JB (2007). Biologia. Ed. Medica panamericana
3. Fels, J., Orlov, SN e Grygorczyk, R. (2009). La natura idrogel del citoplasma dei mammiferi contribuisce all'osmosensibilità e al rilevamento extracellulare del pH. Giornale biofisico, 96 (10), 4276-4285.
4. Luby-Phelps, K., Taylor, DL e Lanni, F. (1986). Sondare la struttura del citoplasma. The Journal of Cell Biology, 102 (6), 2015-2022.
5. Ross, MH e Pawlina, W. (2007). Istologia. Atlante di testo e colore con biologia cellulare e molecolare, 5aed. Ed. Medica panamericana
6. Tortora, GJ, Funke, BR e Case, CL (2007). Introduzione alla microbiologia. Ed. Medica panamericana