Cytozol — definicja, skład i funkcje w komórce

Cytozol — definicja, skład i funkcje w komórce: przystępne wyjaśnienie roli białek, pH, składników i znaczenia w metabolizmie komórkowym.

Cytozol (por. cytoplazma, która obejmuje również organelle) jest wewnętrznym płynem komórki, w którym zachodzi część metabolizmu komórkowego. W potocznym użyciu nazwy „cytozol” i „cytoplazma” bywają mylone: cytoplazma to cała zawartość komórki poza jądrem (łącznie z organellami), podczas gdy cytozol stanowi półpłynną fazę rozpuszczalną, wypełniającą przestrzeń między organellami i strukturami wewnątrzkomórkowymi.

Skład chemiczny

Cytozol składa się głównie z wody, rozpuszczonych jonów, małych cząsteczek i dużych cząsteczek rozpuszczalnych w wodzie (takich jak białko). Zawiera on około 20% do 30% białka. Oprócz białek i wody w cytozolu występują ATP, metabolity (cukry, aminokwasy, nukleotydy), jony (m.in. K+, Na+, Mg2+, Ca2-, Cl-) oraz kwasy nukleinowe (mRNA, niektóre małe RNA) i rybosomy (w postaci wolnych polirybosomów lub przyłączonych do siateczki śródplazmatycznej). Obecność dużej liczby makrocząsteczek powoduje efekt tzw. „molekularnego zatłoczenia” (molecular crowding), który wpływa na szybkość reakcji biochemicznych i dyfuzję cząsteczek.

Właściwości fizyczne i pH

Normalne pH cytosolu u człowieka wynosi (w przybliżeniu) 7,0 (tj. neutralne), podczas gdy pH płynu pozakomórkowego wynosi 7,4. pH cytosolu jest ściśle regulowane przez systemy buforowe (np. fosforany, białka), pompy jonowe i aktywność metaboliczną — nawet niewielkie jego zmiany mogą wpływać na aktywność enzymów i konformację białek. Cytozol ma zwykle większą lepkość niż woda, co ogranicza szybkość dyfuzji dużych cząsteczek i sprzyja lokalizacji reakcji biochemicznych.

Funkcje biologiczne

Białka w cytozolu odgrywają ważną rolę w szlakach transdukcji sygnału i glikolizy. Poza tym cytozol pełni wiele innych istotnych funkcji:

• Metabolizm — miejsce wielu reakcji katabolicznych i anabolicznych (np. etapy glikolizy, szlak pentozofosforanowy, synteza niektórych aminokwasów).
• Synteza białek — translacja mRNA zachodzi na wolnych rybosomach w cytozolu; powstające białka pozostają w cytozolu lub są kierowane do innych miejsc.
• Transdukcja sygnałów — kinazy, fosfatazy oraz białka adaptorowe i szkieletowe przekazują i modulują sygnały w cytosolu.
• Magazynowanie i transport — cytozol służy jako rezerwuar jonów i metabolitów oraz medium do dyfuzji i aktywnego transportu wewnątrzkomórkowego.
• Utrzymanie struktury komórkowej — elementy cytoszkieletu (mikrotubule, mikrofilamenty, filamenty pośrednie) są osadzone w cytozolu i współdziałają z jego składnikami.
• Kontrola jakości białek — w cytozolu odbywa się fałdowanie, chaperonowe wsparcie i degradacja białek (m.in. przez proteasomy).
• Tworzenie organelli bezbłonowych — w cytozolu formują się membraneless organelles, takie jak ciałka stresowe (stress granules) czy P-bodies, w wyniku separacji fazowej.

Organizacja wewnętrzna

Cytozol nie jest jednorodny — wykazuje heterogeniczną organizację przestrzenną: lokalne zagęszczenia enzymów, kompleksy wielobiałkowe, granule rybosomalne oraz dynamiczne biomolekularne kondensaty tworzone przez separację fazową. W komórkach prokariotycznych cytozol zawiera całą aktywność metaboliczną, ponieważ brakuje organelli otoczonych błoną; w komórkach eukariotycznych wiele reakcji odbywa się zarówno w cytozolu, jak i w organellach (np. mitochondria, peroksysomy), przy czym cytozol stanowi wspólną przestrzeń łączącą te miejsca.

Badania i techniki

Tekstura cytozolu określana jako ziarnista może wynikać z faktu, że do badania tekstury musi być użyty mikroskop elektronowy, który wymaga procesu odwodnienia przed badaniem. Warto podkreślić, że niektóre techniki przygotowawcze (odwodnienie, wysuszanie) mogą wprowadzać artefakty. Aby lepiej zachować rodzimy stan cytozolu stosuje się metody szybkiego zamrażania (cryo-EM), kriopreparatykę oraz eksperymenty in vivo, takie jak fluorescencyjne znaczniki, FRAP (fluorescence recovery after photobleaching) do pomiaru dyfuzji czy spektroskopię NMR i proteomikę do analizy składu.

Znaczenie biologiczne

Cytozol pełni kluczową rolę w życiu komórki — integruje szlaki metaboliczne, umożliwia komunikację między organellami oraz dostarcza środowiska dla syntezy i modyfikacji makrocząsteczek. Zmiany w składzie, pH lub organizacji cytozolu mogą prowadzić do zaburzeń metabolicznych i chorób, dlatego zrozumienie jego właściwości jest istotne zarówno w biologii podstawowej, jak i w medycynie.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest cytozol?

P: Jaką rolę odgrywają białka w cytozolu?

P: Z czego składa się głównie cytozol?

P: Jakie jest prawidłowe pH cytozolu u człowieka?

P: Jakie jest pH płynu pozakomórkowego?

P: Dlaczego konsystencja cytozolu jest opisywana jako ziarnista?

P: Jaki procent cytozolu stanowi białko?

Szukaj według litery