سیتوپلاسم چیست؟ – بررسی ساختار، اجزای تشکیل دهنده و وظیفه سیتوپلاسم در سلول

به مایعی که تمام فضای داخل سلول را پر می کند، سیتوپلاسم می گویند که داخل آن اندامک های مختلفی وجود دارد. مایع داخل سیتو پلاسم به نام سیتوزول یا هیالوپلاسم است. هر کدام از این اندامک ها وظیفه به خصوصی را در سلول داشته و حیات سلول به عملکرد این اندامک ها وابسته است. این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک ما را با سیتوپلاسم سلول، اندامک های آن و عملکردهای مختلف این اندامک ها آشنا می کند. در کتب علوم چهارم، ششم، هفتم و هشتم به این بحث مهم پرداخته شده است.

سلول چیست؟

به بنیادی ترین و کوچک ترین واحد حیاتی سازنده بدن موجودات زنده، سلول گفته می شود. به علم مطالعه سلول و اندامک های داخل آن، زیست شناسی سلولی گفته شده و رابرت هوک برای اولین بار این واحد را کشف کرد. موجودات زنده یا به صورت تک سلولی هستند و یا از چندین سلول تشکیل شده و به نام موجودات چند سلولی نامیده می شوند. کار اصلی سلول ها در بدن، تبدیل مواد مغذی به انرژی مورد نیاز برای انجام اعمال حیاتی جانداران است. دو نوع سلول به نام های پروکاریوتی و یوکاریوتی وجود دارد. مهمترین اجزای تشکیل دهنده هر سلول، غشا، هسته و سیتو پلاسم است. در این مقاله به بررسی سیتو پلاسم و اجزای آن می پردازیم.

سیتوپلاسم چیست؟

بین هسته و غشای پلاسمایی سلول را ماده ای نیمه چسبناک پر می کند که به حالت فیزیکی مایع است و سیتو پلاسم نامیده می شود. در پروکاریوت ها، کل اجزای سلول ها در این بخش سلول وجود دارد، ولی در سلول های یوکاریوتی، هسته از این قسمت سلول جدا می شود. به دلیل وجود اندامک های مختلف سلول در این بخش، نام سوپ سلولی را گرفته و کشف آن در سال ۱۸۳۵ توسط رابرت براون و برخی از دانشمندان دیگر صورت گرفت. سیتوپلاسم سلول ها بی رنگ بوده و ۷۰ تا ۸۰ درصد آن را آب تشکیل می دهد. مواد تشکیل دهنده آن ها نیز پروتئین ها، نمک، قند، کربوهیدرات، اسیدهای آمینه و نوکلئوتیدها هستند.

بخش های مختلف سیتوپلاسم

سیتو پلاسم را به عنوان مایعی متفاوت با مایعات دیگر در نظر می گیرند که سیستمی پیچیده از ذرات است. ذرات مختلفی که می تواند یون، مولکول کوچک، پروتئین، کمپلکس های مولکولی، اندامک های کوچک و بزرگ و … باشد. با این که سیتو پلاسم به صورت یک مایع است، ولی برخی از مواقع به صورت یک محلول کلوئیدی بوده و گاهی به مانند یک ژل و یا شیشه رفتار می کند. از خواص مهم این قسمت از سلول داشتن خاصیت چسبناک و مواد الاستیکی است.

با این خواص، سیتوپلاسم می تواند هم به راحتی بدون این که انرژی زیادی صرف کند، شکل اولیه خود را به دست آورده و همچنین در مقابل فشارهای وارده از بیرون شکل خود را تغییر دهد. بخش هایی که به غشای پلاسمایی نزدیک تر هستند، مقاوم تر و بخش های نزدیک به قسمت های داخلی سلول، روان تر هستند. داشتن چنین ساختاری، به عملکردهای سلول و محافظت از آن در برابر عوامل خارجی کمک می کند.

سه بخش اصلی تشکیل دهنده سیتو پلاسم، یکی اسکلت سلولی است که پروتئین هایی مرتبط با خود را دارد. دومین بخش، اندامک ها و کمپلکس های بزرگ پروتئینی است و در سومین بخش، اجزای سیتوپلاسمی و املاح حل شده هستند.

اسکلت سلولی و پروتئین های حرکتی

سه نوع پلیمر تشکیل دهنده اسکلت سلولی هستند که شکل اصلی سلول را تشکیل می دهد. این سه پلیمر، رشته های اکتین، میکروتوبول ها و رشته های میانی است.

رشته های اکتین

رشته های اکتین با عرض ۷ نانومتری متشکل از پلیمرهای دو رشته F- اکتین هستند. تعدادی رشته های پروتئینی، این رشته ها را همراهی کرده و محل قرارگیری آن ها در مجاور غشای پلاسمایی است. قرار گرفتن در این مکان به ریزرشته ها کمک می کند تا با درگیرشدن با سیگنال های مولکولی وارد شده از بیرون سلول، پاسخ سلولی تولید کند. این پاسخ ها به صورت انتقال سیگنال و کموتاکسازی است. میوزین به عنوان یک پروتئین حرکتی که تحت تاثیر ATP است، مسئول انتقال وزیکول ها و محموله ها هم جهت با ریزرشته ها بوده و نقش مهمی در منقبض شدن ماهیچه ها دارد.

میکروتوبول ها

نوع دیگری از پروتئین ها که در سیتوپلاسم وجود دارد، میکروتوبول ها هستند که شامل پلیمرهای α و β توبولین هستند. میکروتوبول ها به شکل یک لوله توخالی با کمک مجموعه ای جنبی از ۱۳ پروتئین احاطه کننده پلیمرها هستند. قطر داخلی میکروتوبول ۱۲ نانومتر و قطر بیرونی آن ۲۴ نانومتر است. تمایل میکروتوبول ها از مرکز آن ها که نزدیک هسته است به سمت حاشیه سلول هاست.

شکل سلول ها با این میکروتوبول ها تشکیل می شود. سازمان دادن سیتوپلاسم در تقسیمات سلولی با کمک میکروتوبول های تشکیل دهنده دوک تقسیم سلول صورت می گیرد و در اتصال با کروموزوم ها قرار می گیرند. در نتیجه دو سلول دختر حاصل می شود. نقش مهم میکروتوبول ها در انتقال سیتوپلاسمی، جدا کردن کروموزوم ها و همچنین تشکیل ساختارهای مژک و تاژک است که برای حرکت سلول لازم هستند.

رشته های میانی

میکروفلامنت ها یا رشته های میانی متشکل از پروتئین هایی با ویژگی های ساختاری یکسان هستند. وجود این میکروفلامنت های میانی برای تشکیل بافت ها که در نتیجه ی قرارگیری سلول ها در کنار هم است، بسیار مهم و ضروری است. با این که این رشته های میانی نقشی در حرکات سلولی ندارند. این رشته ها به صورت لنگرهایی در ماتریکس های خارج سلولی مانده و می توانند سلول ها را در کنار هم برای تشکیل بافت ها قرار دهند.

اندامک های داخل سیتوپلاسم و کمپلکس های چند پروتئینی

داخل سلول های یوکاریوتی، اندامک های سلولی به صورت محفظه هایی وجود دارند. لیزوزوم نمونه ای از اندامک داخل سیتو پلاسم است که در آن تعداد زیادی آنزیم هیدرولاز در محیط اسیدی با محفظه های اطراف وجود دارند. وجود این محفظه ها متناسب با فعالیت آنزیمی آن ها بوده و انتقال هیدرولازها بعد از سنتز در سیتو پلاسم به لیزوزوم انجام می شود. میتوکندری مثالی دیگر از اندامک های داخل سیتوپلاسم هستند که در محل های خاصی از آن، جای گیری می کنند. جای گیری میتوکندری ها در نتیجه ی متصل شدن به اسکلت سلولی و خاصیت ژل مانند سیتو پلاسم انجام می شود.

داخل سیتو پلاسم، کمپلکس های بزرگ پروتئینی وجود دارد که پروتئازوم و ریبوزوم ها نمونه هایی از آن هاست. این کمپلکس ها از چند پروتئین تشکیل شده اند. در ریبوزوم ها RNA و پروتئین وجود داشته و وظیفه آن ها ترجمه کدهای mRNA به اسیدهای آمینه و تشکیل پروتئین ها است. قطر پروتئازوم ها به عنوان ساختارهای مولکولی بزرگ در سیتو پلاسم، ۱۵ نانومتر و وزن آن ها ۲۰۰۰۰ کیلو دالتون است. این کمپلکس ها وظیفه نابود کردن پروتئین هایی را بر عهده دارند که سلول نیازی به آن ها ندارد.

اجزای سیتوپلاسم

مواد شیمیایی و بیوشیمیایی فراوانی به عنوان اجزای تشکیل دهنده سیتو پلاسم محسوب می شوند که پروتئین ها، کربوهیدرات ها، رنگدانه ها، چربی های درون سلولی و بلورهای کوچک نمونه های از آن هاست. سلول هایی که در بافت های بدن وجود دارند، حتما لیپیدها را به شکل تری گلیسیرید داخل خود دارند. تری گلیسیریدها به عنوان ذخیره کننده خوب انرژی بوده و در تشکیل غشاهای سلولی نقش اساسی دارند. تولید انرژی در هر گرم لیپیدها در مقایسه با کربوهیدرات ها، دو برابر بیشتر بوده و برای رها کردن انرژی زیاد از تری گلیسیریدها به مقدار اکسیژن زیادی نیاز است. به همین دلیل در سلول ها، گلیکوژن وجود دارد که تولید کننده های انرژی محسوب می شوند.

گلیکوژن را در بدن انسان می توان بیشتر در سلول های قلبی و عضلانی اسکلتی مشاهده کرد. زیرا این سلول ها ممکن است در برخی از مواقع به مقدار بسیار زیادی از گلوکز نیاز داشته باشند. چون گلیکوژن توانایی تجزیه سریع به مولکول های منفرد گلوکز را دارد. این امر در تنفس سلولی بسیار مهم است.

نمونه دیگری از ترکیبات در سیتو پلاسم سلول ها یافت می شود که کریستال بوده و نقش مهمی در ایجاد تعادل در سلول های گوش داخلی دارند. اختلال جنسی و نازایی در مردان نتیجه وجود این کریستال ها در سلول های بیضه است.

ملانین نیز از ترکیبات دیگری است که در سیتو پلاسم وجود داشته و مسئول رنگی شدن سلول هاست. وظیفه رنگدانه ها محافظت سلول در برابر اشعه ماوراءبنفش بوده و وجود آن ها در عنبیه، باعث ایجاد رنگ چشم افراد می شود.

وظیفه سیتوپلاسم

واکنش های آنزیمی و فعالیت های متابولیکی سلول ها در سیتو پلاسم انجام می شود. تنفس بی هوازی و یا گلیکولیز، آغاز تنفس سلولی در بخش سیتو پلاسم سلول است که تولید واسطه هایی را می کند که برای تولید ATP در سلول ها نیاز است. همان طور که در بالا نیز اشاره شد، یکی از فعالیت هایی که در این بخش انجام می شود، ترجمه mRNA به پروتئین هاست که در ریبوزوم ها انجام می شود. قسمتی از این فرایند ترجمه روی ریبوزوم های آزاد انجام شده و بخشی دیگر از آن ها در ریبوزوم هایی صورت می گیرد که به شبکه آندوپلاسمی متصل هستند.

تولید سیتواسکلت ها در سلول ها به کمک مونومرهایی انجام می شود که در سیتو پلاسم سلول ها وجود دارد. سلول هایی با شکل های مخصوص به وسیله اسکلت سلولی تشکیل شده و انجام بسیاری از فعالیت های سلول ها نیز با کمک این بخش ها انجام می شود. به عنوان مثال وجود رشته های میانی، اکتین ها و میکروتوبول ها نیاز است تا سلول های عصبی با آکسون های طولانی تشکیل شود. این سلول ها چارچوب سختی پیدا می کنند تا بتوانند پتانسیل های عمل را به سلول های بعدی منتقل کنند. تشکیل تاژک ها و مژک ها که وظیفه حذف ذرات خارجی و همچنین حرکت سلولی را بر عهده دارند، به کمک اسکلت سلولی صورت می گیرد.

این سیتو پلاسم است که نظم خاصی به داخل سلول با قرار دادن اندامک های سلولی در مکان های مشخص می دهد. در نتیجه این ساماندهی، هسته در مرکز سلول، شبکه آندوپلاسمی و دستگاه گلژی در نزدیکی مرکز سلول و وزیکول ها نیز نزدیک غشای پلاسما قرار دارند.

جریان سیتوپلاسمی

با حرکت سیتوزول در اطراف هسته، حرکت سیتو پلاسم به شکل توده ای صورت می گیرد که این حرکت می تواند در اطراف واکوئل نیز باشد. اهمیت حرکت سیتوپلاسمی در جاندارانی که تک سلولی هستند مانند جلبک ها بسیار زیاد است. برای بهتر کردن فتوسنتز در سلول های گیاهی که با تعیین موقعیت کلروپلاست های نزدیک به غشای پلاسما صورت گرفته و همچنین برای پخش کردن مواد مغذی در کل فضای سلول، وجود جریان سیتوپلاسمی لازم است. وجود این جریان در سلول هایی مانند تخمک موش ها، نقش مهمی در تشکیل زیربخش های سلولی و تشکیل موقعیت اندامک مهم است.

وراثت سیتوپلاسمی

کلروپلاست و میتوکندری دو اندامک حاوی ژنوم اختصاصی هستند که در بخش سیتو پلاسمی واقع هستند. ژن های این اندامک ها جدا از ژنوم هسته به ارث رسیده و از تخمک مادر وارد آن ها شده است. در نتیجه تکثیر آن ها مستقل از هسته است. با این حساب، ژنوم سیتوپلاسمی مستقل از اختلاط با ژنوم مرد است.