ไซโทพลาซึมและไซโทซอล

ไซโทพลาซึมคือทุกสิ่งที่อยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ ยกเว้นนิวเคลียส ซึ่งประกอบด้วยไซโทซอลรวมกับออร์แกเนลล์ โครงร่างเซลล์ และสารที่แขวนลอยอยู่ภายใน ไซโทซอลคือส่วนที่เป็นของเหลวคล้ายเจลของไซโทพลาซึม ซึ่งเป็นที่เกิดของการเผาผลาญระดับกลางส่วนใหญ่ โดยมีโปรตีนและโมเลกุลขนาดใหญ่อื่นๆ บรรจุอยู่อย่างหนาแน่น ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมที่แออัดซึ่งกำหนดพฤติกรรมของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่นั่น

Definition

ไซโทพลาซึมคือส่วนประกอบของเซลล์ที่อยู่ภายในเยื่อหุ้มพลาสมา ยกเว้นนิวเคลียส และไซโทซอลคือส่วนที่เป็นของเหลวที่ละลายได้ ซึ่งเป็นตัวกลางที่ออร์แกเนลล์แขวนลอยอยู่ และเป็นที่เกิดของปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมหลายอย่าง

Scope

บทความนี้จะแยกความแตกต่างระหว่างไซโทพลาซึมกับไซโทซอล และอธิบายองค์ประกอบ คุณสมบัติทางกายภาพ เช่น การแออัดของโมเลกุลขนาดใหญ่ และกระบวนการที่เกิดขึ้นภายใน บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงและหัวข้อการศึกษาในชีววิทยาของเซลล์ การอธิบายรายละเอียดของออร์แกเนลล์แต่ละชนิดและโครงร่างเซลล์จะปรากฏในบทความที่เกี่ยวข้อง และไม่มีคำแนะนำทางคลินิกใดๆ

Core questions

• ไซโทพลาซึมและไซโทซอลแตกต่างกันอย่างไร?
• มีอะไรละลายหรือแขวนลอยอยู่ในไซโทซอลบ้าง?
• ลักษณะที่หนาแน่นและแออัดของไซโทซอลส่งผลต่อชีวเคมีอย่างไร?
• กระบวนการของเซลล์ใดบ้างที่เกิดขึ้นในไซโทซอลเทียบกับในออร์แกเนลล์?

Key concepts

• ไซโทพลาซึมเทียบกับไซโทซอล
• ไซโทซอลในฐานะเฟสที่เป็นน้ำ
• การแออัดของโมเลกุลขนาดใหญ่
• สารที่รวมอยู่ในไซโทพลาซึม (เช่น ไกลโคเจน, หยดไขมัน)
• เมแทบอลิซึมระดับกลางในไซโทซอล
• การแพร่และการหนืดของไซโทพลาซึม
• สารควบแน่นชีวโมเลกุล

Key theories

การแออัดของโมเลกุลขนาดใหญ่

Zhou, Rivas และ Minton อธิบายว่าความเข้มข้นรวมของโมเลกุลขนาดใหญ่ในไซโทซอลที่สูงนั้นครอบครองปริมาตรส่วนใหญ่ที่มีอยู่ ซึ่งในทางเทอร์โมไดนามิกส์จะเอื้อต่อสภาวะที่อัดแน่น ปฏิกิริยาการรวมตัว และอัตราปฏิกิริยาที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อเทียบกับสารละลายเจือจาง

Mechanisms

ไซโทซอลเป็นสารละลายในน้ำที่มีความเข้มข้นของไอออน เมแทบอไลต์ และโปรตีนกับ RNA ที่มีความหนาแน่นสูง การแออัดนี้หมายความว่าปริมาตรส่วนใหญ่ถูกกีดกัน ซึ่งในทางเทอร์โมไดนามิกส์จะเอื้อต่อการอัดตัวและการจับกันของโมเลกุลขนาดใหญ่ และส่งผลต่ออัตราปฏิกิริยาและสมดุลเมื่อเทียบกับสภาวะเจือจาง ภายในไซโทพลาซึมมีออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม เครือข่ายโครงร่างเซลล์ และสารสะสม เช่น แกรนูลไกลโคเจนและหยดไขมัน วิถีเมแทบอลิซึมหลักหลายอย่าง รวมถึงไกลโคไลซิส เกิดขึ้นในไซโทซอล และสารควบแน่นชีวโมเลกุลที่ไม่มีเยื่อหุ้มสามารถก่อตัวขึ้นได้โดยการแยกเฟสเพื่อจัดระเบียบปฏิกิริยาบางอย่างโดยไม่มีเยื่อหุ้ม

Clinical relevance

ไซโทพลาซึมเป็นแหล่งที่เกิดเมแทบอลิซึมส่วนใหญ่ของเซลล์และเป็นแหล่งเก็บสะสมสารที่พบในเนื้อเยื่อ ดังนั้นองค์ประกอบของมันจึงมีความเกี่ยวข้องกับจุลพยาธิวิทยาและพยาธิวิทยา บทความนี้อธิบายชีววิทยาของไซโทพลาซึมปกติเพื่อการอ้างอิงและการศึกษา และไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

ข้อมูลในที่นี้อ้างอิงจากการทบทวนทางชีวฟิสิกส์เกี่ยวกับการแออัดของโมเลกุลขนาดใหญ่และตำราชีววิทยาของเซลล์มาตรฐาน โดยเป็นวิทยาศาสตร์พื้นฐานเชิงพรรณนามากกว่าเนื้อหาแนวทางทางคลินิก

History

นักจุลทรรศน์วิทยาในศตวรรษที่ 19 ได้แยกโปรโตพลาซึมของเซลล์ออกจากนิวเคลียส และมีการนำคำว่าไซโทพลาซึมมาใช้เรียกส่วนประกอบที่ไม่ใช่นิวเคลียส เมื่อชีวเคมีระบุตำแหน่งของวิถีเมแทบอลิซึมและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถแยกแยะออร์แกเนลล์ได้ ส่วนที่ละลายน้ำได้จึงถูกเรียกว่าไซโทซอล งานวิจัยทางชีวฟิสิกส์ในภายหลัง ซึ่งทบทวนโดย Zhou และคณะ ได้ตระหนักว่าส่วนนี้ห่างไกลจากสารละลายเจือจาง และการแออัดของโมเลกุลขนาดใหญ่มีผลอย่างมากต่อชีวเคมีของเซลล์ และการศึกษาล่าสุดได้เพิ่มสารควบแน่นที่ไม่มีเยื่อหุ้มเป็นรูปแบบหนึ่งของการจัดระเบียบไซโทพลาซึม

Key figures

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

Seminal works

• zhou-2008
• alberts-2015

Frequently asked questions

ไซโทพลาซึมและไซโทซอลเป็นสิ่งเดียวกันหรือไม่?

ไม่ ไซโทพลาซึมคือทุกสิ่งที่อยู่ภายในเยื่อหุ้มพลาสมา ยกเว้นนิวเคลียส รวมถึงออร์แกเนลล์และโครงร่างเซลล์ ส่วนไซโทซอลเป็นเพียงส่วนที่เป็นของเหลวที่ละลายน้ำได้ ซึ่งเป็นองค์ประกอบหนึ่งของไซโทพลาซึม

เหตุใดการแออัดในไซโทซอลจึงมีความสำคัญ?

เนื่องจากโมเลกุลขนาดใหญ่ครอบครองปริมาตรส่วนใหญ่ ความเข้มข้นและพฤติกรรมของโมเลกุลจึงแตกต่างจากสารละลายเจือจาง ซึ่งเอื้อต่อโครงสร้างโปรตีนที่อัดแน่นและการจับกัน ซึ่งส่งผลต่อการดำเนินไปของปฏิกิริยาในเซลล์