Compartimentation cellulaire et sa signification fonctionnelle. Compartiments intracellulaires : une introduction
Les cellules eucaryotes sont divisées en zones fonctionnellement différentes entourées de membranes - des compartiments. Les membranes intracellulaires renferment environ la moitié du volume cellulaire total dans ces compartiments intracellulaires individuels.
Les membranes internes de la cellule eucaryote permettent la spécialisation fonctionnelle de différentes membranes, ce qui est un facteur décisif pour séparer les nombreux processus différents qui se déroulent dans la cellule.
Les compartiments intracellulaires communs à toutes les cellules eucaryotes sont illustrés à la Fig. 8-1.
Environ la moitié de toutes les membranes cellulaires sont délimitées par des cavités en forme de labyrinthe.
Enfin, les peroxysomes sont de petites vésicules contenant de nombreuses enzymes oxydantes.
Chaque protéine organite nouvellement synthétisée passe du ribosome à l'organite d'une manière spécifique, déterminée soit par un peptide signal, soit par un site signal. Le tri des protéines commence par la ségrégation primaire, dans laquelle la protéine reste dans le cytosol ou est transférée dans un autre compartiment. Les protéines entrant dans le RE subissent un tri supplémentaire lorsqu'elles sont transportées vers l'appareil de Golgi, puis de l'appareil de Golgi vers les lysosomes, les vésicules de sécrétion ou la membrane plasmique. Certaines protéines restent dans le RE et diverses citernes de l'appareil de Golgi. Les protéines destinées à d'autres compartiments semblent se retrouver dans des vésicules de transport qui se déclipsent d'un compartiment et fusionnent avec un autre.
Lorsqu'une cellule se reproduit et se divise, elle doit dupliquer ses organites membranaires. Cela se produit généralement en augmentant la taille de ces organites lorsque de nouvelles molécules y sont incorporées. Les organites agrandis se divisent ensuite et se distribuent à deux cellules filles.
Pour la formation d'organites membranaires, seules les informations ADN qui déterminent les protéines des organites ne suffisent pas. Des informations « épigénétiques » sont également nécessaires. Cette information est transmise de la cellule mère à la progéniture avec l'organite elle-même. Il est probable que ces informations soient nécessaires pour maintenir la compartimentation cellulaire, tandis que les informations contenues dans l'ADN sont nécessaires à la "propagation" des séquences de nucléotides et d'acides aminés.
des cellules eucaryotes plus gros que les procaryotes et plus complexes, ils ont des organites plus différents. Souvent, les cellules eucaryotes sont comparées à une usine, où chaque machine et chaque travailleur fait son travail, mais tout cela ensemble sert un seul objectif.
Suite haute efficacité obtenu ici grâce à répartition du travail". Dans la cellule, chaque organite remplit sa propre fonction spécifique, déterminée par sa structure et ses puissances biochimiques.
Mitochondries, par exemple, jouent le rôle de "centrales électriques de la cellule" - elles fournissent de l'énergie sous forme d'adénosine triphosphate (ATP), qui est synthétisée lors de la respiration. La structure spécifique des mitochondries leur permet de le faire très efficacement.
Cellule, étant un tout unique, néanmoins, il est en fait divisé en compartiments séparés, ou compartiments.
Souvent ce cloisonnement fournir des membranes cellulaires. La plupart des organites sont entourés de membranes. Celles-ci remplissent la même fonction que la membrane plasmique, régulant l'échange de produits chimiques entre la cellule et son environnement ; grâce à ces membranes, chaque organite conserve son propre ensemble unique substances chimiques et des réactions chimiques spéciales et uniques ont lieu. Le microscope électronique a permis de se familiariser avec un organisation structurelle cellules, dont nous parlerons dans l'article correspondant.
Unités cellulaires
Avant de procéder à l'examen structures cellulaires individuelles, il est utile de rappeler que les cellules sont extrêmement petites et de lister les unités de mesure que nous utiliserons pour les décrire. Le plus couramment utilisé à cet effet les unités de mesure sont aplaties dans la table.
La figure montre bactérie sur le bout d'une épingle, dont le diamètre est d'environ 100 µm (µm est la lettre désignant un micromètre). limite inférieure ce qui est encore capable de distinguer l'œil nu d'une personne - 50-100 microns. Plus cheveux fins sur le corps humain a un diamètre d'environ 30 microns. La taille des cellules eucaryotes est très variable (la plupart grandes cellules les algues atteignent un diamètre de 50 mm!), mais en moyenne, le diamètre des cellules animales est d'environ 20 et celui des cellules végétales - 40 microns.
Diamètre mitochondrial moyen et les bactéries est de 1 µm (il est utile de s'en souvenir comme une mesure pratique pour la comparaison). Les plus petits organites cellulaires, les ribosomes, mesurent environ 20 nm de diamètre. Le diamètre du brin d'ADN est de 2 nm et le plus petit atome (atome d'hydrogène) est de 0,04 nm.
Le haut ordre du contenu interne de la cellule eucaryote est obtenu par compartimentation son volume - subdivisions en "cellules", différant par les détails de la composition chimique (enzymatique). La compartimentation contribue à la séparation spatiale des substances et des processus dans la cellule.
Actuellement, le point de vue est accepté, selon lequel la membrane est composée de couche bimoléculaire de lipides. Les régions hydrophobes de leurs molécules sont tournées les unes vers les autres, tandis que les hydrophiles sont situées à la surface de la couche. Divers molécules de protéines incorporé dans cette couche ou placé sur ses surfaces.
Du fait de la compartimentation du volume cellulaire dans une cellule eucaryote, on observe une division des fonctions entre différentes structures. Parallèlement, diverses structures interagissent régulièrement les unes avec les autres.
8. Structure d'une cellule eucaryote : appareil de surface, protoplasme (noyau et cytoplasme).
La partie principale de l'appareil de surface de la cellule est le plasma ou la membrane biologique (membrane cytoplasmique). La membrane cellulaire est le composant le plus important du contenu vivant de la cellule, construit selon principe général. Plusieurs modèles de construction ont été proposés. Selon le modèle de mosaïque fluide proposé en 1972 par Nicholson et Singer, les membranes comprennent une couche bimoléculaire de phospholipides, qui comprend des molécules de protéines. Les lipides sont des substances insolubles dans l'eau dont les molécules ont deux pôles : hydrophile, hydrophobe. Dans une membrane biologique, des molécules lipidiques de deux couches parallèles se font face avec des extrémités hydrophobes. Et les pôles hydrophiles restent à l'extérieur, qui forment des surfaces hydrophiles. À la surface de la membrane, vers l'extérieur et vers l'intérieur, il y a une couche NON CONTINUE de protéines, il y en a 3 groupes: périphérique, immergé (semi-intégral), pénétrant (intégral). La plupart des protéines membranaires sont des enzymes. Les protéines immergées forment un transporteur biochimique sur la membrane, sur lequel se produit la transformation des substances. La position des protéines immergées est stabilisée par des protéines périphériques. Les protéines pénétrantes assurent le transfert des substances dans deux directions : à travers la membrane dans la cellule et inversement. Il en existe deux types : les transporteurs et les canalisateurs. Les cellules formant des canaux tapissent un pore rempli d'eau à travers lequel les substances inorganiques dissoutes passent d'un côté à l'autre de la membrane. Sur la surface externe de la membrane plasmique d'une cellule animale, des molécules protéiques et lipidiques sont associées à des chaînes glucidiques ramifiées, formant un glycocalyx, une couche supermembranaire inanimée, produit de l'activité vitale de la cellule. Les chaînes glucidiques agissent comme des récepteurs (reconnaissance intercellulaire-ami-ennemi). La cellule acquiert la capacité de répondre spécifiquement aux influences extérieures. La mureine pénètre dans la couche supra-membranaire chez les bactéries, et la cellulose ou la pectine chez les plantes. Sous la membrane plasmique, du côté du cytoplasme, il y a une couche corticale (surface) et des structures fibrillaires intracellulaires qui assurent la stabilité mécanique de la membrane.
noyau cellulaire se compose d'une membrane, d'un suc nucléaire, d'un nucléole et d'une chromatine. Rôle fonctionnel enveloppe nucléaire consiste en la séparation du matériel génétique (chromosomes) de la cellule eucaryote du cytoplasme avec ses nombreuses réactions métaboliques, ainsi que la régulation des interactions bilatérales entre le noyau et le cytoplasme. L'enveloppe nucléaire est constituée de deux membranes séparées par un espace périnucléaire (périnucléaire). Ce dernier peut communiquer avec les tubules du réticulum cytoplasmique.
base jus nucléaire, ou matrice, composent les protéines. Le jus nucléaire forme l'environnement interne du noyau et joue donc un rôle important dans la fourniture fonctionnement normal matériel génétique.
nucléole est la structure dans laquelle la formation et la maturation ont lieu ribosomique ARN (ARNr). Ces régions des chromosomes en métaphase ressemblent à des constrictions et sont appelées tronçons secondaires.
Structures de la chromatine sous forme de grumeaux, dispersés dans le nucléoplasme, sont la forme interphasique de l'existence des chromosomes cellulaires.
À cytoplasme distinguer la substance principale (matrice, hyaloplasme), les inclusions et les organites. La substance principale du cytoplasme remplit l'espace entre le plasmalemme, la membrane nucléaire et d'autres structures intracellulaires. Les protéines les plus importantes sont les enzymes de la glycolyse, du métabolisme des sucres, des bases azotées, des acides aminés et des lipides.
La substance principale du cytoplasme doit être considérée de la même manière qu'un système colloïdal complexe capable de passer d'un état de type sol (liquide) à un état de type gel. Dans le processus de telles transitions, le travail est fait.
9. L'appareil de surface de la cellule. Structure et fonctions. membranes biologiques. Leur structure et leurs fonctions. Transport de substances : actif et passif.
L'appareil de surface des cellules se compose de 3 sous-systèmes - la membrane plasmique, le complexe épimembranaire (glycocalix ou paroi cellulaire) et l'appareil musculo-squelettique sous-membranaire.
Le sien fonctions principales déterminée par la position frontalière et comprennent :
1) fonction de barrière (délimitation) ;
2) la fonction de reconnaissance d'autres cellules et composants de la substance intercellulaire;
3) fonction du récepteur, y compris l'interaction avec les molécules de signalisation
4) fonction de transport ;
5) la fonction du mouvement cellulaire à travers la formation de pseudo-, filo- et lamellopodes).
membranes biologiques délimitent le cytoplasme de l'environnement, et forment également les membranes des noyaux, des mitochondries et des plastes. Ils forment un labyrinthe du réticulum endoplasmique et des vésicules empilées aplaties qui composent le complexe de Golgi. Les membranes forment des lysosomes, de grandes et petites vacuoles de cellules végétales et fongiques, des vacuoles pulsantes de protozoaires. Toutes ces structures sont des compartiments (compartiments) conçus pour certains processus et cycles spécialisés.
Membrane plasmique ou plasmalemme, - la membrane la plus permanente, la plus fondamentale et la plus universelle pour toutes les cellules. C'est le film le plus fin qui recouvre toute la cellule
Les molécules de phospholipides sont disposées en deux rangées - extrémités hydrophobes vers l'intérieur, têtes hydrophiles vers l'environnement aquatique interne et externe. À certains endroits, la bicouche (double couche) de phospholipides est imprégnée de molécules de protéines (protéines intégrales). À l'intérieur de ces molécules de protéines, il existe des canaux - des pores à travers lesquels passent des substances solubles dans l'eau. D'autres molécules de protéines imprègnent la moitié de la bicouche lipidique d'un côté ou de l'autre (protéines semi-intégrales). À la surface des membranes des cellules eucaryotes, il y a des protéines périphériques. Les molécules lipidiques et protéiques sont maintenues ensemble par des interactions hydrophiles-hydrophobes.
Les fonctions des membranes biologiques sont les suivantes :
1. Barrière. Séparez le contenu de la cellule de environnement externe et le contenu des organites du cytoplasme.
2. Transports. Ils assurent le transport de substances dans et hors de la cellule, du cytoplasme aux organites et vice versa.
3. Récepteur. Ils jouent le rôle de récepteurs (réception et conversion des signaux de l'environnement, reconnaissance des substances cellulaires, etc.).
4. Stabilisation.
5. Réglementaire.
Transport de matières :
Le flux de substances à travers la membrane dépend de la taille de la substance. Les petites molécules passent par des transports actifs et passifs, le transfert de macromolécules et de grosses particules s'effectue grâce à la formation de vésicules membranaires par endocytose et exocytose. Transport passif - (sans énergie) la diffusion le long d'un gradient de concentration a facilité la diffusion à travers un canal dans la membrane formée par les protéines. Transport actif - (dépense énergétique ATP) avec la participation de protéines porteuses contre un gradient de concentration.
Endocytose est le transport des macromolécules à travers le plasmalemme. Selon l'état d'agrégation de la substance absorbée, pinocytose(capture et transport par la cellule de fluide ou de composés dissous dans le fluide) et phagocytose(capture et transport de particules solides). Phagocytose et pinocytose s'appliquent également à transport actif. Phagocytose- absorption des solides par la cellule matière organique. Une fois à proximité de la cellule, la particule solide est entourée d'excroissances de la membrane, ou des dépressions de la membrane se forment sous elle. En conséquence, la particule est enfermée dans une vésicule membranaire - phagosome - à l'intérieur de la cellule.
pinocytose- c'est le processus d'absorption par la cellule de petites gouttes de liquide contenant des substances macromoléculaires dissoutes. Elle est réalisée en captant ces gouttes par des excroissances du cytoplasme. Les gouttes capturées sont immergées dans le cytoplasme et y sont absorbées.
10. Protoplasme. Organisation et fonctions. Le rôle des modifications de l'état agrégé du cytoplasme dans la vie de la cellule (transitions sol-gel). Le concept de biocolloïdes.
Le protoplasme est le contenu d'une cellule vivante, y compris son noyau et son cytoplasme.
Interagissant avec l'environnement, la cellule se comporte comme une structure intégrale.
On attribue aux propriétés du protoplasme un rôle important dans l'unification fonctionnelle des composants structurels et des compartiments de la cellule. D'une manière générale, il est d'usage de le considérer comme un système colloïdal multiphase particulier ou biocolloïde.
Un rôle important dans l'unification fonctionnelle des composants structurels et des compartiments de la cellule appartient aux propriétés du protoplasme vivant. D'une manière générale, il est d'usage de le considérer comme un système colloïdal multiphase particulier, ou biocolloïde. Le biocolloïde se distingue des systèmes colloïdaux banals par la complexité de la phase dispersée. Il est basé sur des macromolécules, qui sont présentes soit dans la composition de structures denses visibles au microscope (organites), soit à l'état dispersé à proximité de solutions ou de structures en réseau lâches telles que des gels.
Étant une solution colloïdale au sens physico-chimique, en raison de la présence de lipides et de grosses particules, les biocolloïdes présentent simultanément les propriétés d'une émulsion et d'une suspension, respectivement. Diverses «impuretés» se déposent sur les vastes surfaces des macromolécules, ce qui entraîne une modification de l'état agrégé du protoplasme.
Entre les pôles extrêmes de l'organisation du protoplasme sous forme de gels visqueux et de solutions, il existe des états de transition. Avec ces transitions, un travail est effectué, à la suite duquel diverses transformations intracellulaires sont effectuées - la formation de membranes, l'assemblage de microtubules ou de microfilaments à partir de sous-unités, la libération de sécrétions de la cellule, une modification de la géométrie des molécules de protéines , conduisant à l'inhibition ou à l'amélioration de l'activité enzymatique. Une caractéristique du biocolloïde est également le fait que dans des conditions physiologiques, les transitions du protoplasme d'un état d'agrégation à un autre (en raison de la présence d'un mécanisme enzymatique spécial) sont réversibles.
Cette propriété des biocolloïdes confère à la cellule la capacité d'effectuer un travail répété en réponse à l'action de stimuli en présence d'énergie.
Les fonctions
Au sein des compartiments entourés d'une bicouche lipidique, il peut y avoir différentes valeurs, différents systèmes enzymatiques peuvent fonctionner. Le principe de compartimentation permet à la cellule d'effectuer simultanément différents processus métaboliques.
Le cytosol mitochondrial contient un environnement oxydatif dans lequel le NADH est oxydé en NAD+.
La quintessence du principe de compartimentation peut être considérée appareil de Golgi, dans les dictyosomes desquels opèrent divers systèmes enzymatiques, par exemple en réalisant différentes étapes modification post-traductionnelle des protéines.
Classification
Il existe trois principaux compartiments cellulaires :
- Compartiment nucléaire contenant le noyau
- Espace citerne du réticulum endoplasmique (transition vers la lame nucléaire)
- Cytosol
procaryotes
Dans toute cellule, il existe deux microcompartiments généraux séparés par une membrane unitaire - cytoplasmique et exoplasmique. Les bactéries qui ont Gram négatif morphotype, ils ont également un troisième microcompartiment général - périplasmique, situé entre la membrane cytoplasmique et la membrane externe. Pinevitch A.V. Microbiologie : Biologie des procaryotes, volume I, maison d'édition de l'Université d'État de Saint-Pétersbourg, 2006.
Parfois, un microcompartiment spécialisé est situé dans plusieurs compartiments généraux à la fois, c'est-à-dire qu'il a une localisation mixte. Les undulopodes en sont un exemple.
voir également
Remarques
Fondation Wikimédia. 2010 .
Voyez ce qu'est la « compartimentation » dans d'autres dictionnaires :
compartimentation- La présence dans les disques imaginaux d'insectes de groupes de cellules non superposées (compartiments, ou polyclones), occupant une certaine position dans le disque et se développant selon "sa propre" voie cellulaire, le développement de chaque compartiment est sous ... Manuel du traducteur technique
Compartimentation Présence dans les disques imaginaux
Compartimentation- g) procédures de compartimentation effectuées par l'autorité compétente ou l'organisme agréé en coopération avec les fabricants (fabricants) de produits sur le territoire du pays pour déterminer les sous-populations d'animaux et les organisations impliquées ... ... Terminologie officielle
Ce terme a d'autres significations, voir Diffusion. La traduction (du latin translatio translation) est le processus de synthèse protéique à partir d'acides aminés sur la matrice d'ARN informationnel (matrice) (ARNm, ARNm) effectué par le ribosome. ... ... Wikipedia