Цитоплазма и цитозоль

Цитоплазма — это всё, что заключено в плазматической мембране, за исключением ядра, и включает цитозоль вместе с органеллами, цитоскелетом и включениями, взвешенными в ней. Цитозоль — это водная гелеобразная фаза цитоплазмы, в которой происходит большая часть промежуточного метаболизма; он плотно упакован белками и другими макромолекулами, представляя собой переполненную среду, которая формирует поведение происходящих там реакций.

Definition

Цитоплазма — это содержимое клетки внутри плазматической мембраны, исключая ядро, а цитозоль — это её водная, растворимая фаза, среда, в которой взвешены органеллы и в которой происходит множество метаболических реакций.

Scope

Эта статья разграничивает цитоплазму и цитозоль и описывает их состав, физические свойства, такие как макромолекулярное скучивание, и процессы, которые они обеспечивают. Это справочная и образовательная тема в клеточной биологии. Подробное рассмотрение отдельных органелл и цитоскелета представлено в связанных статьях, и никаких клинических рекомендаций не дается.

Core questions

• В чём разница между цитоплазмой и цитозолем?
• Что растворено или взвешено в цитозоле?
• Как плотная, переполненная природа цитозоля влияет на биохимию?
• Какие клеточные процессы происходят в цитозоле по сравнению с органеллами?

Key concepts

• Цитоплазма против цитозоля
• Цитозоль как водная фаза
• Макромолекулярное скучивание
• Цитоплазматические включения (например, гликоген, липидные капли)
• Промежуточный метаболизм в цитозоле
• Диффузия и вязкость цитоплазмы
• Биомолекулярные конденсаты

Key theories

Макромолекулярное скучивание

Чжоу, Ривас и Минтон описывают, как высокая общая концентрация макромолекул в цитозоле занимает большую часть доступного объёма, термодинамически благоприятствуя компактным состояниям, реакциям ассоциации и изменённым скоростям реакций по сравнению с разбавленным раствором.

Mechanisms

Цитозоль представляет собой концентрированный водный раствор ионов, метаболитов и высокой плотности белков и РНК; это скучивание означает, что значительная часть объёма исключена, что термодинамически благоприятствует макромолекулярной компактизации и связыванию и влияет на скорости реакций и равновесия по сравнению с разбавленными условиями. В цитоплазме взвешены мембранные органеллы, цитоскелетная сеть и запасающие включения, такие как гранулы гликогена и липидные капли. Многие основные метаболические пути, включая гликолиз, происходят в цитозоле, а безмембранные биомолекулярные конденсаты могут образовываться путём фазового разделения для организации конкретных реакций без ограничивающей мембраны.

Clinical relevance

Цитоплазма является местом большей части клеточного метаболизма и хранения материалов, видимых в срезах тканей, поэтому её состав имеет отношение к гистологии и патологии. Эта статья описывает нормальную цитоплазматическую биологию для справки и образования и не предлагает диагностических или лечебных рекомендаций.

Evidence & guidelines

Представленное здесь описание основано на биофизических обзорах макромолекулярного скучивания и стандартных учебниках по клеточной биологии; это описательная фундаментальная наука, а не содержание клинических рекомендаций.

History

Микроскописты XIX века различали протоплазму клетки от ядра, и термин «цитоплазма» был введён для обозначения неядерного содержимого. По мере того как биохимия локализовала метаболические пути, а электронная микроскопия разрешила органеллы, растворимая фракция стала называться цитозолем. Позднее биофизические работы, рассмотренные Чжоу и коллегами, признали, что эта фракция далека от разбавленного раствора и что макромолекулярное скучивание сильно обусловливает клеточную биохимию, а недавние исследования добавили безмембранные конденсаты как способ цитоплазматической организации.

Key figures

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

Seminal works

• zhou-2008
• alberts-2015

Frequently asked questions

Цитоплазма и цитозоль — это одно и то же?

Нет. Цитоплазма — это всё внутри плазматической мембраны, кроме ядра, включая органеллы и цитоскелет; цитозоль — это только окружающая растворимая водная фаза, один из компонентов цитоплазмы.

Почему скучивание в цитозоле имеет значение?

Поскольку макромолекулы занимают большую часть объёма, эффективные концентрации и поведение молекул отличаются от разбавленного раствора, благоприятствуя компактным конформациям белков и связывающим взаимодействиям, что влияет на то, как протекают реакции в клетке.