Was ist die zytoplasmatische Bewegung?

Die zytoplasmatische Bewegung, auch protoplasmatischer Fluss oder Ciclois genannt, ist die Bewegung der flüssigen Substanz (Zytoplasma) innerhalb einer Pflanzen- oder Tierzelle. Die Bewegung transportiert Nährstoffe, Proteine ​​und Organellen in die Zellen.

Zum ersten Mal in den 1830er Jahren entdeckt, die Anwesenheit von zytoplasmatischen Strömung half Biologen zu überzeugen, dass Zellen die grundlegenden Einheiten des Lebens waren.

Obwohl der Mechanismus der cytoplasmatischen Übertragung nicht vollständig verstanden ist, wird angenommen, durch Protein „Motor“ vermittelt werden, bestehend aus zwei Proteinen, die Adenosintriphosphat verwenden, um ein Protein im Verhältnis zu anderen Molekülen zu bewegen.

Wenn eines der Proteine ​​bleibt fest auf einem Substrat, wie zum Beispiel eines Mikrofilament oder Mikrotubulus-Motorproteine ​​können Organellen und andere Moleküle durch das Cytoplasma bewegen.

Motorproteine ​​bestehen oft aus Aktinfilamenten, langen Proteinfasern, die in Reihen parallel zum Strom in der Zellmembran angeordnet sind.

Myosinmoleküle, die an zelluläre Organellen gebunden sind, bewegen sich entlang der Aktinfasern, ziehen die Organellen und kehren andere zytoplasmatische Inhalte in die gleiche Richtung.

Cytoplasma-Übertragung oder cyclosis, ist ein Ereignis, das Energie in Pflanzenzellen verbraucht und die verwendet wird, Nährstoffe im Zytoplasma zu verteilen. In größeren Zellen ist es üblich, dass die Diffusion für die Verteilung der Substanz nicht ausreicht.

In Pflanzen kann es auch zur Verteilung von Chloroplasten für maximale Lichtabsorption für die Photosynthese verwendet werden. Wissenschaftler immer noch nicht verstehen, wie dieser Prozess stattfindet, obwohl die Hypothese, dass die Mikrotubuli und Mikrofilamente eine Rolle spielen, mit Motorproteinen in Wechselwirkung tritt Organellen.

In einigen Pflanzenzellen gibt es eine schnelle rotierende zytoplasmatische Bewegung, beschränkt auf die peripheren Teile der Zelle neben der Zellwand, die Chloroplasten und Granula trägt.

Diese Bewegung kann durch Licht erhöht werden und hängt von der Temperatur und dem pH-Wert ab. Auxine oder Pflanzenwachstumshormone können auch die Geschwindigkeit der Bewegung erhöhen. In einigen Protozoen, wie Ciliaten, transportieren langsamere zyklische Bewegungen Verdauungsvakuolen durch den Zellkörper.

Die zytoplasmatische Übertragung

Die zytoplasmatische Übertragung in Pflanzenzellen entsteht auf natürliche Weise durch die Selbstorganisation des Mikrofilaments

Viele Zellen weisen eine große aktive Zirkulation ihres gesamten Flüssigkeitsgehalts auf, ein Vorgang, der cytoplasmatische Strömung oder Bewegung genannt wird. Dieses Phänomen tritt besonders häufig in Pflanzenzellen auf, die häufig stark regulierte Strömungsmuster aufweisen.

In dem Antriebsmechanismus in solchen Zellen, beschichtet mit Organellen-Myosin ziehen das Zytoplasma, wie sie es entlang Aktin Filamentbündel befestigt an der Peripherie verarbeiten. Dieser Prozess ist der Entwicklungsprozess, der die geordneten Aktinkonfigurationen aufbaut, die für einen kohärenten Fluss auf zellulärer Ebene notwendig sind.

Es wurde beobachtet, dass das grundlegende Paradigma, das Motorproteinen zugrunde liegt, die mit Polymerfilamenten interagieren, viele Musterbildungsverhalten sowohl in theoretischen als auch in experimentellen Umgebungen aufweist.

Allerdings sind diese Studien in der Regel aus dem Kontext der spezifischen biologischen Systemen gemacht, insbesondere hat keine direkte Verbindung mit der Entwicklung der Cytoplasma-Übertragung gemacht.

Um die fundamentale Dynamik zu verstehen, die die Bildung von geordneten Strömungen antreibt und das Mikroskopische mit dem Makroskopischen verbindet, ist ein alternativer "Top-Down" -Ansatz gerechtfertigt.

Dazu nähern wir uns dem Problem durch ein spezifisches Prototypsystem. Wir übernehmen vielleicht das überraschendste Beispiel, die Wasseralge Chara corallina.

Die riesigen zylindrischen Internodalzellen von Chara haben einen Durchmesser von 1 mm und eine Länge von bis zu 10 cm. Seine Rotationsströmung genannt „cyclosis“ wird von Vesikeln (endoplasmatisches Retikulum), beschichtet mit Myosin-Motor angetrieben, der Protein von entgegengesetzt gerichteten viele parallele kontinuierliche und Aktinfilamente entlang zwei Längsbänder gleitet.

Jedes Kabel ist ein Bündel aus vielen einzelnen Aktinfilamenten, von denen jede die gleiche intrinsische Polarität aufweist. Die Motoren des Myosins bewegen sich auf einem Filament in einer gerichteten Weise von seinem kleineren Ende zu seinem größeren Ende (mit Spikes).

Diese Kabel sind an den Chloroplasten befestigt, die kortikal in der Peripherie der Zelle befestigt sind und Strömungsgeschwindigkeiten von 50 bis 100 um / s erzeugen. Es ist unklar, wie diese einfachen, aber auffällige Muster während der Morphogenese gebildet werden, obwohl es geschlossen werden kann, dass das Ergebnis von komplexen chemischen Mustern sind.

Der Mechanismus der cytoplasmatischen Strömungszellen von Algen charáceas: endoplasmatischen Retikulum Gleiten entlang Aktinfilamente

Elektronenmikroskopie von Riesenzellen direkt gefrorenen Algen charáceas zeigt ein kontinuierliches dreidimensionales Netzwerk von Rohren und Tanks des rauen endoplasmatischen Retikulum anastomosirenden Strömungsbereich des Zytoplasma einzudringen.

Teile dieser endoplasmatischen Retikulums sind mit den parallelen Bündel von Aktin-Filamenten an der Schnittstelle mit dem stationären kortikalen Zytoplasma in Kontakt gebracht.

Zytoplasmen Glykosomen und andere kleine verstrickt in das Netz des endoplasmatischen Reticulum zeigen Brownsche Bewegung Mitochondrien, wie sie fließen.

Die Bindung und Schiebe endoplasmatischen Retikulum Membranen entlang Aktin Kabel können auch direkt angezeigt werden, nachdem das Zytoplasma dieser Zellen in einem Puffer, ATP abgespalten wird.

Die Scherkräfte in der Grenzfläche erzeugt mit Actin Kabel dissoziiert, große Aggregate bewegen endoplasmatischen Retikulum und anderen Organellen. Die Kombination des schnellen Einfrierens Elektronenmikroskopie und Video-Mikroskopie lebender Zellen und Zytoplasma dissoziiert zeigt, dass die Übertragung auf der cytoplasmatischen Membranen des endoplasmatischen Retikulums hängt entlang der stationären Aktin Kabel gleitet.

Daher stellt das kontinuierliche Netzwerk des endoplasmatischen Reticulum ein Mittel auszuüben Kräfte im Zytoplasma tief in distalen Zelle kortikale Aktin Kabel fahren, in dem die Antriebskraft erzeugt wird.

Rolle im intrazellulären Transport

Obwohl es eine Menge Arbeit auf molekularer Basis zytoplasmatischen und Dynamik der Bewegung gewesen, relativ wenige Autoren in eine Diskussion über ihre Rolle wagen.

Seit langem wird vorgeschlagen, dass dieser Fluss den molekularen Transport unterstützt. Allerdings, durch die die spezifische Hypothesen über den Mechanismus Übertragung bis metabolischen Raten beschleunigt haben kaum analysiert.

Diffusion ist nicht in der Lage viele Transportphänomene in den Zellen und der Grad der Homöostase entlang der Spuren nur durch die Annahme erklärt werden kann, zu erklären, dass Formen des aktiven Transports sind.

Die hochsymmetrische Topologie des Stroms in den charáceas Algen scheint ein beträchtlich Entwicklungskosten entwickelt zu haben, wie es weiter in der Tatsache, dass in diesem Organismus gefunden Myosin ist in der Existenz des schnellsten bekannt.

Nach allem, was wir wissen, über Algen charáceas, sehen wir, dass sich das Getriebe in einer Vielzahl von Rollen in den Zellstoffwechsel beteiligt ist. Transportunterlage zwischen den Zellen, und daher ist es wichtig, einen stetigen Fluss Zellenblock an der neu gebildeten Zellen Sprossspitze Konstruktion zu liefern.

Es scheint auch wichtig, die alkalischen Banden zu halten, die die Absorption von anorganischem Kohlenstoff aus dem umgebenden Wasser erleichtern. Allerdings bleibt eine Schlüsselfrage weitgehend offen ist genau das, was die Rolle der zytoplasmatischen Bewegung kann bei der Beseitigung von Engpässen Diffusion spielen scheinen die Größe der Zellen in anderen Organismen zu begrenzen.

In der Tat kann die Strömung homöostatische Regulation während der schnellen Expansion des Zellvolumens helfen, aber die genauen Mechanismen, mit denen macht es ein offenes Forschungsgebiet bleiben.

Die wichtigsten Beiträge im Sinne einer quantisiert Diskussion über die Wirkung der Strömung auf dem intrazellulären zytoplasmatischen Transport sind auf jeden Fall Pickard. Diese Wissenschaftler diskutiert eskalierenden Strömungsgeschwindigkeit und Zeitskalen der Diffusion mit der Zellgröße und der Wechselwirkung zwischen der stagnierende Schicht Periplasma Reihen von Chloroplasten umgibt, und der sich bewegenden Schicht endoplasma.

Er wies auf die Möglichkeit, dass die Advektion einer Punktquelle Homöostase Glättung Schwankungen im Konzentrationslager helfen kann. Es erhöht auch die Vorstellung, dass die zytoplasmatische Strömung als solche müssen keinen Nutzen für die Zelle zu verleihen, wenn sein eigentlicher Zweck ist Partikel entlang des Zytoskeletts zu transportieren.

Cytoplasmatische Bewegung ermöglicht die Verteilung von Molekülen und Vesikeln in großen Pflanzenzellen

Jüngste Studien von Wasser- und Landpflanzen zeigen, dass ähnliche Phänomene, die die intrazellulären Transport von Organellen und Vesikeln bestimmen. Dies deutet darauf hin, dass Aspekte der zellulären Signal beteiligt bei der Entwicklung und Reaktion auf äußere Reize werden über Spezies konserviert.

Die Bewegung der molekularen Motoren entlang Zytoskelett-Filamente direkt oder indirekt zieht Fluid Cytosol, was zu cyclosis (zytoplasmatische Bewegung) und beeinflusst Gradienten molekulare Spezies innerhalb der Zelle, mit potenziell wichtigen metabolischen Auswirkungen wie Stärke Motor für die Zellausdehnung.

Die Forschung hat gezeigt, dass Myosin XI arbeitet in der Bewegung der cytoplasmatischen Organellen, die Strömung in Wasser- und Landpflanzen antreibt.Trotz der konservierten Maschinerie des Zytoskeletts, die die Bewegung der Organellen zwischen Wasserpflanzen und der Erde antreibt, variieren die Geschwindigkeiten der Zyklose in Pflanzenzellen je nach Zelltypen, Stadien der Zellentwicklung und Pflanzenarten. .

Referenzen

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