Sitoplazma

Hücre biyolojisi ⓘ
Hayvan hücresi diyagramı
Tipik bir hayvan hücresinin bileşenleri: Nükleolus Nucleus Ribozom (5'in parçası olarak noktalar) Vezikül Kaba endoplazmik retikulum Golgi aygıtı (veya Golgi gövdesi) Hücre İskeleti Düz endoplazmik retikulum Mitokondriyon Vakuol Sitozol (organelleri içeren sıvı; bununla birlikte sitoplazmayı içerir) Lizozom Sentrozom Hücre zarı

Hücre biyolojisinde sitoplazma, ökaryotik bir hücrenin içinde bulunan ve hücre çekirdeği dışında hücre zarı tarafından çevrelenen tüm materyaldir. Çekirdeğin içinde bulunan ve nükleer membran içinde yer alan materyal nükleoplazma olarak adlandırılır. Sitoplazmanın ana bileşenleri sitozol (jel benzeri bir madde), organeller (hücrenin iç alt yapıları) ve çeşitli sitoplazmik inklüzyonlardır. Sitoplazmanın yaklaşık %80'i sudur ve genellikle renksizdir. ⓘ

Hücre organelleri ve partikülleri çıkarıldıktan sonra geriye kalan submikroskopik zemin hücre maddesi veya sitoplazmik matriks zemin plazmasıdır. Işık mikroskobunun hiyaloplazmasıdır; ribozomlar, mitokondriler, bitki plastidleri, lipid damlacıkları ve vakuoller gibi daha büyük organeller de dahil olmak üzere tüm çözülebilir sitoplazmik unsurların asılı olduğu oldukça karmaşık, polifazik bir sistemdir. ⓘ

Glikoliz dahil birçok metabolik yol ve hücre bölünmesi gibi süreçler gibi çoğu hücresel faaliyet sitoplazma içinde gerçekleşir. Konsantre iç bölgeye endoplazma, dış katmana ise hücre korteksi veya ektoplazma denir. ⓘ

Kalsiyum iyonlarının sitoplazma içine ve dışına hareketi metabolik süreçler için bir sinyalizasyon faaliyetidir. ⓘ

Bitkilerde sitoplazmanın vakuoller etrafındaki hareketi sitoplazmik akış olarak bilinir. ⓘ

Tipik bir hayvan hücresinin yapı taşlarını (Organellerini) gösteren çizimi. :
(1) Çekirdekçik
(2) Çekirdek
(3) Ribozomlar (küçük noktalar)
(4) Vezikül
(5) Granüllü endoplazmik retikulum (ER)
(6) Golgi aygıtı
(7) Hücre iskeleti
(8) Granülsüz endoplazmik retikulum
(9) Mitokondriler
(10) Koful
(11) Sitoplazma
(12) Lizozom
(13) Sentrozom içindeki Sentriyoller ⓘ

Sitoplazma, yarı sıvı matriks olup, plazma zarı ile nükleus arasını doldurur. Sitoplazma organeller ve bunların içinde yer aldığı koyu kıvamlı sıvı kısım (sitozol)dan oluşur. Bu sıvı kısmın içeriğini enzimler, RNA, aminoasitler, nükeotitler gibi yıkım tepkimeleri sonucu oluşan atık ürünler, koenzimler, iyonlar ve büyük oranda su oluşturur. ⓘ

Sitoplazmanın submikroskobik morfolojisi 1945 yılında Porter tarafından elektron mikroskobu ile yapılan çalışmalar sonunda aydınlatılmıştır. Bir canlıda saptanan her türlü canlılık olayları sitoplazma içerisinde geçer. Genellikle saydam ve homojen bir kitle oluşturur. ⓘ

Sitoplazma solunum, fotosentez, beslenme, sindirim, boşaltım gibi bütün yaşamsal faaliyetlerin geçtiği yerdir. Bu olaylar ile ilgili tepkimeler sitoplazmanın sıvı kısmına dağılmış enzimler tarafından yapılırken bir kısmı da organellerde gerçekleştirilir. Sitoplazmanın miktarı hücrenin boyutuna göre değişir. ⓘ

Tarihçe

Bu terim 1863 yılında Rudolf von Kölliker tarafından, başlangıçta protoplazma ile eşanlamlı olarak kullanılmış, ancak daha sonra hücre özü ve çekirdek dışındaki organeller anlamına gelmiştir. ⓘ

Bazı yazarlar bazı organelleri, özellikle vakuolleri ve bazen de plastidleri sitoplazmanın dışında tutmayı tercih ettiğinden, sitoplazmanın tanımı konusunda bazı anlaşmazlıklar olmuştur. ⓘ

Fiziksel doğası

Hücrenin yapısını korurken organellerin hareketine izin vermek için sitoplazmanın çeşitli bileşenlerinin nasıl etkileşime girdiği belirsizliğini korumaktadır. Sitoplazmik bileşenlerin akışı, sitoplazmanın geçirgenliğine bağlı olan birçok hücresel işlevde önemli bir rol oynar. Bu tür işlevlere bir örnek, sinyal moleküllerinin hücre boyunca yayılmasına izin verme şekline bağlı olan bir süreç olan hücre sinyalizasyonudur. Kalsiyum iyonları gibi küçük sinyal molekülleri kolaylıkla yayılabilirken, daha büyük moleküller ve alt hücresel yapılar genellikle sitoplazma içinde hareket ederken yardıma ihtiyaç duyarlar. Bu tür parçacıkların düzensiz dinamikleri, sitoplazmanın doğası hakkında çeşitli teorilerin ortaya çıkmasına neden olmuştur. ⓘ

Bir sol-jel olarak

Sitoplazmanın bir sol-jel gibi davrandığına dair uzun zamandır kanıtlar bulunmaktadır. Sitoplazmanın bileşen moleküllerinin ve yapılarının zaman zaman düzensiz bir kolloidal çözelti (sol) gibi davrandığı, diğer zamanlarda ise katı bir kütle (jel) oluşturan entegre bir ağ gibi davrandığı düşünülmektedir. Dolayısıyla bu teori, sitoplazmanın, sitoplazmik bileşenler arasındaki etkileşim düzeyine bağlı olarak farklı sıvı ve katı fazlarda var olduğunu ve bunun da sitoplazma içinde hareket ettiği gözlemlenen farklı parçacıkların diferansiyel dinamiklerini açıklayabileceğini öne sürmektedir. Bir makale, 100 nm'den daha küçük uzunluk ölçeğinde sitoplazmanın bir sıvı gibi davrandığını, daha büyük bir uzunluk ölçeğinde ise bir jel gibi davrandığını öne sürmüştür. ⓘ

Bir cam olarak

Son zamanlarda sitoplazmanın cam geçişine yaklaşan cam oluşturan bir sıvı gibi davrandığı öne sürülmüştür. Bu teoriye göre, sitoplazmik bileşenlerin konsantrasyonu arttıkça, sitoplazma daha az sıvı gibi davranır ve daha önemli sitoplazmik bileşenleri yerinde donduran katı bir cam gibi davranır (hücrenin metabolik aktivitesinin, bu tür daha önemli sitoplazmik bileşenlerin hareketine izin vermek için sitoplazmayı akışkanlaştırabileceği düşünülmektedir). Bir hücrenin, uyku dönemlerinde olduğu gibi metabolik aktivite yokluğunda vitrifikasyon yeteneği, bir savunma stratejisi olarak faydalı olabilir. Katı bir cam sitoplazma, hücre altı yapıları yerinde dondurarak hasarı önlerken, küçük proteinlerin ve metabolitlerin iletimine izin vererek hücrenin uykudan uyanması üzerine büyümenin başlamasına yardımcı olur. ⓘ

Diğer perspektifler

Araştırmalar sitoplazmik parçacıkların hareketini sitoplazmanın doğasından bağımsız olarak incelemiştir. Böyle bir alternatif yaklaşımda, motor proteinlerin neden olduğu hücre içindeki toplam rastgele kuvvetler, sitoplazmik bileşenlerin Brownian olmayan hareketini açıklamaktadır. ⓘ

Bileşenler

Sitoplazmanın üç ana unsuru sitozol, organeller ve inklüzyonlardır. ⓘ

Sitozol

Hücre zarının hemen altında yer alan kısımdır. Buna ektoplazma da denir. Bu kısım yoğun ve granülsüzdür. Dış sitoplazma kolloit yapısını belirgin olarak gösterir; reversiblkolloit özelliğini daima korur; jel halinden sol haline ya da zıt yönde kolayca değişebilir. ⓘ

Stoplazma solunum, fotosentez, beslenme, sindirim, boşaltım gibi bütün yasamsal olayların geçtiği yerdir, fakat yoğunluğu sudan daha yüksektir. Bu canlı maddenin özünü proteinler ve su oluşturur. Ayrıca çeşitli enzimler, lipitler, karbonhidratlar ve mineraller de vardır. Suyun bir kısmı bağımsız halde protein moleküllerinin arasını doldurmakta, az bir kısmı ise protein moleküllerine bağlanmış durumda bulunmaktadır. ⓘ

Hücre zarı ile çekirdek arasındaki sıvı bölüme sitoplazma denir. Sitoplazma büyük oranda su içerdiği için açık renkli yarı akışkan ve saydam özelliğe sahiptir. ⓘ

Sitozol, sitoplazmanın membrana bağlı organeller içinde bulunmayan kısmıdır. Sitozol, hücre hacminin yaklaşık %70'ini oluşturur ve hücre iskeleti filamentleri, çözünmüş moleküller ve suyun karmaşık bir karışımıdır. Sitozolün filamentleri, hücre iskeletini oluşturan aktin filamentleri ve mikrotübüller gibi protein filamentlerinin yanı sıra çözünebilir proteinleri ve ribozomlar, proteazomlar ve gizemli tonoz kompleksleri gibi küçük yapıları içerir. Sitoplazmanın iç, granüler ve daha akışkan kısmı endoplazma olarak adlandırılır.

Farklı hücresel bölmelerdeki proteinler ve yeşil floresan protein ile etiketlenmiş yapılar ⓘ

Bu lif ağı ve proteinler gibi çözünmüş makromoleküllerin yüksek konsantrasyonları nedeniyle, makromoleküler kalabalıklaşma adı verilen bir etki meydana gelir ve sitozol ideal bir çözelti olarak hareket etmez. Bu kalabalıklaşma etkisi, sitozol bileşenlerinin birbirleriyle etkileşim şeklini değiştirir. ⓘ

Organeller

Organeller (kelimenin tam anlamıyla "küçük organlar") genellikle hücre içinde belirli işlevleri olan zara bağlı yapılardır. Sitozolde asılı duran bazı önemli organeller mitokondri, endoplazmik retikulum, Golgi aparatı, vakuoller, lizozomlar ve bitki hücrelerinde kloroplastlardır. ⓘ

Sitoplazmik inklüzyonlar

İnklüzyonlar, sitozol içinde asılı duran çözünmeyen maddelerin küçük parçacıklarıdır. Farklı hücre tiplerinde çok çeşitli inklüzyonlar mevcuttur ve bitkilerde kalsiyum oksalat veya silikon dioksit kristallerinden nişasta, glikojen veya polihidroksibutirat gibi enerji depolayan materyallerin granüllerine kadar uzanır. Özellikle yaygın bir örnek, hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda yağ asitleri ve steroller gibi lipitleri depolamanın bir yolu olarak kullanılan lipit ve proteinlerden oluşan küresel damlacıklar olan lipit damlacıklarıdır. Lipit damlacıkları, özelleşmiş lipit depolama hücreleri olan adipositlerin hacminin çoğunu oluşturur, ancak bir dizi başka hücre tipinde de bulunurlar. ⓘ

Tartışmalar ve araştırmalar

Sitoplazma, mitokondri ve çoğu organel hücreye anne gametinden gelen katkılardır. Sitoplazmanın aktif olduğu fikrini göz ardı eden eski bilgilerin aksine, yeni araştırmalar sitoplazmanın viskoplastik davranış ve sitoplazmik ağ içindeki karşılıklı bağ kırılma oranının bir ölçüsü ile hücre içindeki ve dışındaki besinlerin hareketini ve akışını kontrol ettiğini göstermiştir. ⓘ

Sitoplazmanın malzeme özellikleri halen devam eden bir araştırma konusudur. Canlı memeli sitoplazmasının mekanik davranışını optik cımbız yardımıyla belirlemeye yönelik bir yöntem tanımlanmıştır. ⓘ