細胞質とサイトゾル

細胞質は、核を除く細胞膜によって囲まれたすべての内容物であり、サイトゾルと、その中に懸濁している細胞小器官、細胞骨格、および封入体から構成されます。サイトゾルは、細胞質の水性ゲル状相であり、ほとんどの中間代謝が起こる場所です。タンパク質やその他の高分子が密に詰まっており、そこで起こる反応の挙動を形成する混み合った環境です。

Definition

細胞質は、細胞膜内の核を除く細胞の内容物であり、サイトゾルは、その水溶性の可溶性相であり、細胞小器官が懸濁し、多くの代謝反応が起こる媒体です。

Scope

この項目では、細胞質とサイトゾルを区別し、それらの組成、高分子混雑などの物理的特性、およびそれらが担うプロセスについて記述します。これは細胞生物学における参照および教育的なトピックです。個々の細胞小器官および細胞骨格の詳細な扱いは関連項目に記載されており、臨床的なガイダンスは提供されません。

Core questions

• 細胞質とサイトゾルの違いは何ですか？
• サイトゾルには何が溶解または懸濁していますか？
• サイトゾルの高密度で混み合った性質は生化学にどのように影響しますか？
• 細胞のどのプロセスがサイトゾルで、どのプロセスが細胞小器官で起こりますか？

Key concepts

• 細胞質とサイトゾル
• 水性相としてのサイトゾル
• 高分子混雑
• 細胞質封入体（例：グリコーゲン、脂質滴）
• サイトゾルにおける中間代謝
• 細胞質の拡散と粘度
• 生体分子凝縮体

Key theories

高分子混雑

Zhou、Rivas、およびMintonは、サイトゾル中の高分子の総濃度が高いため、利用可能な体積の大部分を占め、希薄溶液と比較して、コンパクトな状態、会合反応、および変化した反応速度を熱力学的に促進することを記述しています。

Mechanisms

サイトゾルは、イオン、代謝産物、および高密度のタンパク質とRNAの濃縮された水溶液です。この混雑は、体積のかなりの部分が排除されることを意味し、希薄な条件下と比較して、熱力学的に高分子のコンパクト化と結合を促進し、反応速度と平衡に影響を与えます。細胞質内には、膜結合型細胞小器官、細胞骨格ネットワーク、およびグリコーゲン顆粒や脂質滴などの貯蔵封入体が懸濁しています。解糖系を含む多くの主要な代謝経路はサイトゾルで起こり、膜のない生体分子凝縮体は、相分離によって形成され、境界膜なしに特定の反応を組織化することができます。

Clinical relevance

細胞質は、細胞の代謝の大部分と組織切片に見られる貯蔵物質の部位であるため、その組成は組織学および病理学に関連します。この項目は、参照および教育のために正常な細胞質生物学を記述するものであり、診断または治療のガイダンスを提供するものではありません。

Evidence & guidelines

ここでの記述は、高分子混雑に関する生物物理学的レビューと標準的な細胞生物学の教科書に基づいています。これは、臨床ガイドラインの内容ではなく、記述的な基礎科学です。

History

19世紀の顕微鏡学者は、細胞の原形質を核から区別し、核以外の内容物を指すために細胞質という用語が導入されました。生化学が代謝経路を特定し、電子顕微鏡が細胞小器官を解明するにつれて、可溶性画分はサイトゾルと呼ばれるようになりました。後に、Zhouらがレビューした生物物理学的研究により、この画分が希薄な溶液とはかけ離れており、高分子混雑が細胞生化学を強く条件付けていることが認識され、最近の研究では、細胞質組織化の様式として膜のない凝縮体が追加されました。

Key figures

• Allen P. Minton
• Huan-Xiang Zhou
• Germán Rivas

Seminal works

• zhou-2008
• alberts-2015

Frequently asked questions

細胞質とサイトゾルは同じものですか？

いいえ。細胞質は、細胞小器官や細胞骨格を含む、核を除く細胞膜内のすべての内容物です。サイトゾルは、細胞質の構成要素の一つである、周囲の可溶性水性相にすぎません。

サイトゾル内の混雑が重要なのはなぜですか？

高分子が体積の大部分を占めるため、分子の実効濃度と挙動は希薄溶液とは異なり、コンパクトなタンパク質コンフォメーションと結合相互作用を促進し、細胞内で反応がどのように進行するかに影響を与えます。