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结构生物化学/细胞器/胞质溶胶

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细胞内的液体称为胞质溶胶。它与某些细胞器(如细胞核和线粒体)分离。在真核生物中,细胞质是指细胞膜内的内容物,不包括细胞核内的内容物。它是许多代谢反应发生的地方,还有一些反应发生在细胞器内。在原核生物中,胞质溶胶是大多数代谢化学反应发生的地方。这些反应也发生在膜或周质空间,但程度较轻。

胞质溶胶由溶解在水中的多种物质的复杂混合物构成,尽管水是混合物中的主要成分。胞质溶胶中钠离子和钾离子的浓度与细胞外液中不同。离子水平的差异对于渗透调节和细胞信号传导至关重要。除了离子,胞质溶胶还含有大分子。

细胞质与胞质溶胶

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人们经常混淆细胞质和胞质溶胶。细胞质是细胞内包含细胞器并将其置于液体环境中的液体,这对许多细胞的重要功能至关重要。细胞质中包含的细胞器包括线粒体、高尔基体、内质网和其他细胞器。需要注意的是,细胞核不被认为是细胞质的一部分,因为它含有自己独特的流体状物质,被称为核质。细胞质中发现的物质也通常存在于细胞膜内。通常,细胞质包含被称为细胞质内含物的物质。这些内含物通常是淀粉颗粒、矿物晶体或脂滴,它们漂浮在细胞质中。

当观察这两个概念时,胞质溶胶经常被误认为是细胞质本身,许多人认为两者是同义词。然而,胞质溶胶实际上只是细胞质的一部分。胞质溶胶实际上是一种凝胶状半透明液体。它通常不包含在细胞内发现的细胞器中。胞质溶胶负责悬浮细胞质中包含的其他元素,如细胞质内含物和细胞器。胞质溶胶占细胞总容积的约 75%,由许多不同的细胞成分组成。胞质溶胶的内容物包括浓度梯度、细胞骨架筛、蛋白质复合物、蛋白质区室、水、盐、有机化合物和溶解的离子。从结构上讲,胞质溶胶主要由水组成。然而,它确实包含细胞骨架丝,这些丝对于维持细胞的整体结构至关重要。就功能而言,胞质溶胶也是细胞内许多化学反应发生的地方。代谢物的运输和细胞通讯是发生在胞质溶胶中的一些重要功能。

胞质溶胶和将 tRNA 导入线粒体

据观察,线粒体通过吸收细胞胞质溶胶中包含的 tRNA 来弥补其缺乏线粒体 tRNA 基因的缺陷。细胞器通过将 tRNA 与线粒体前体蛋白共同导入来实现这一点,这些蛋白拦截了细胞器传统蛋白质导入的途径。这种方法也说明了线粒体蛋白导入的复杂性,因为需要特定的修饰和线粒体前体蛋白来执行某些蛋白质的导入;并且由于细胞器导入的蛋白质种类繁多,这种方法存在着一系列独特的问题。另一种更直接的方法,即获得更多 tRNA,可以直接导入 tRNA,而无需线粒体前体的帮助;这种方法在更早期的原生动物中可见。

大分子

常见的情况是,不与细胞骨架或细胞膜结合的蛋白质分子仅仅是因为它们溶解在胞质溶胶中。由于细胞中蛋白质的含量接近 200 mg/ml,因此已知该含量非常高。蛋白质还占据了胞质溶胶体积的约 20-30%。然而,即使有如此多的蛋白质占据了胞质溶胶,一些与细胞膜或细胞器结合的蛋白质仍然很弱,并且在细胞裂解后最终会释放到溶液中。

如果提供 ATP 和氨基酸,细胞能够合成蛋白质。这表明胞质溶胶中的许多酶都与细胞中的细胞骨架结合。在原核生物细胞等细胞中,拟核内的胞质溶胶包含细胞的基因组。众所周知,这是一种不寻常的 DNA 和相关蛋白质的混合物,它们控制着细菌染色体和质粒的复制和转录。

另一方面,真核生物细胞等细胞的胞质溶胶包含着细胞的基因组,它存在于细胞核内,然后通过核孔与胞质溶胶分离,这些核孔阻止直径大于 10 纳米的任何分子自由扩散。

大分子拥挤效应是由于胞质溶胶中大分子浓度过高而造成的。换句话说,当其他大分子浓度有效增加时,就会发生这种情况,因为它们可移动的体积更小。这种拥挤效应会导致胞质溶胶反应的化学平衡位置和速率发生变化。有时,形成蛋白质复合物或与 DNA 结合的蛋白质会在基因组中发生,有利于大分子缔合。

参考文献

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Schneider A., “线粒体 tRNA 导入及其对线粒体翻译的影响”。Annu Rev Biochem. 2011 年 6 月 7 日;80:1033-53。打印 http://en.wikipedia.org/wiki/Cytosol

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