jaká je hustota buněk?
Režim Reader
hustota biologického materiálu je zodpovědný za usazování buněk ke dnu z našich laboratorních zkumavek a vícejamkových destičkách a slouží jako základ pro rutinní centrifugaci, která je součástí každodenního života mnoha biologů. Tyto velmi stejné rozdíly v hustotě mezi buňkami a jejich vodnaté exteriéru jsou také základem kontrast pozorujeme ve fázi mikroskopie obrázky. Tyto rozdíly jsou také důležité mimo laboratorní prostředí. Například, plankton muset potýkat s touto hustotou rozdíl zůstane v hloubce v oceánu, kde je sluneční světlo bohaté, spíše než potopení do temnoty hlubin. Vzhledem k tomu, že většina biologů a biochemiků denně využívá separaci na základě hustoty, zdá se překvapivé, jak zřídka jsou diskutovány hustoty, jako jsou hustoty shromážděné v tabulce 1.
Tabulka 1: hustoty biologických objektů vzhledem k vodě. To je téměř ekvivalentní tomu, že je dává v jednotkách g / ml nebo 1000 kg / m3. Hodnoty jsou řazeny sestupně. Pokud není uvedeno jinak, byly hodnoty měřeny v roztoku sacharózy nebo ficollu.
jaký je základ pro různé hustoty různých organel a typů buněk? Tyto rozdíly lze do značné míry připsat poměru mezi obsahem vody a suchou hmotou. Bílkoviny mají hustotu ≈1.3-1.4 (BNID 104272, 101502) vzhledem k vodě (nebo téměř ekvivalentně v jednotkách g/ml nebo 1000 kg/m3). Vzhledem k referenční hodnotě 1 pro hustotu vody, spektrum mezilehlých hodnot pro hustotu buněk mezi 1 a 1.3 se získají na základě relativního množství bílkovin a vody. Lipidy jsou na dolním konci vedle vody o hustotě asi 1 (BNID 108142). Na druhém extrému mohou škrobové granule s hustotou ≈1,5 (BNID 103206) a nukleotidy při ≈1,7 posunout celkovou hmotnostní rovnováhu v opačném směru.
s Vědomím, hustota je často založen na umístění, ve kterém dané biologické složky usadí, když točil v centrifugační obsahující gradient koncentrace často vyrábí sacharóza nebo v případě DNA, cesium chlorid. Hustota odráží hmotnost dělenou objemem, ale u nabitých sloučenin v roztoku je hustota ovlivněna také skořápkami tzv. vázané vody. Hustota v tomto případě se stává efektivní hustota, sníženým o vázané vody, a proto poněkud závislé na koncentraci soli (BNID 107858).
rychlost sedimentace, jak se vyskytuje v odstředivce, je kvantifikována v jednotkách Svedberg, což je původ názvů 70S, 23S atd. pro ribozom a jeho podjednotky rRNA. 23S rRNA bude sedimentovat rychlostí 23×10-12 m / s za normální gravitace. V ultracentrifuge produkující zrychlení jeden milion g rychlost bude úměrně měřítko 23×10-6 m / s nebo asi 1 mm / min. Rychlost sedimentace závisí na hustotě, velikosti a tvaru molekuly. Pro podobné tvary a hustoty se rychlost sedimentace měří jako druhá odmocnina molekulové hmotnosti. Pro takové případy molekulární hmotnosti pokračuje jako náměstí sedimentace, jako že 23S a 16S podjednotky ribozomu mají molekulární hmotnost s poměrem zhruba (23/16)2 nebo o 2, který je úzce inline měření 0, 9 a 0.5 MDa (bnid 110972, 110967). Na klinice se rychlost sedimentace erytrocytů (červených krvinek) běžně používá k měření zánětu. Sazby mnohem vyšší než 10 mm / h obvykle naznačují přítomnost fibrinogenu pro-sedimentačního faktoru, který je obecným indikátorem zánětlivého stavu.
je dobře známo, že voda je nejhojnější molekulární frakcí buněk,ale jak hojná přesně? Pokud zkoumáme tkáně z mnohobuněčných organismů, zjištění obsahu vody je jednoduchým úkolem měření hmotnosti tkáně před a po vysušení. Ale jak lze provádět taková měření pro buňky? Když vážíme množství buněk před a po vysušení, jak změříme pouze buňky bez vody kolem nich? I po centrifugaci zůstává v buněčné peletě voda, což vede k nejednoznačnosti ohledně samotné suché hmoty.
opět přichází k záchraně radioizotopové značení (Cayley et al 1991). Nejprve se značená voda (pomocí tritia, 3H) měří v buněčné peletě. To označuje součet vody uvnitř a vně buněk. Pak, další rozpustná sloučenina, která je označena, ale že nemůže vstoupit do buňky, jako 14C-inulin nebo 3H-PEG, měří objem vody mimo buňky v odstředí pelety (například v E. coli o 25-35% na pelety objem (BNID)). Rozdíl udává obsah vody uvnitř buněk. Tyto metody vedou k typické hodnoty v rozmezí ≈60 až 65% hmotnosti pro začínající kvasinky a červených krvinek ≈70% pro E. coli a améba D. discoideum a až na ≈80% pro krysí sval a prasečí srdeční tkáně (BNID 105938, 103689). Od sušiny příspěvek je ovládán složek hustota ≈1.3 (tj. bílkoviny), to vede k charakteristické celková hustota ≈1.1 (BNID 103875, 106439, 101502). Z těchto charakteristických frakcí lze odvodit suchou hmotnost na objem asi 300-500 mg / ml (BNID 108131, 108135, 108136), ale během pomalého růstu mohou být hodnoty vyšší. Nízké hustoty jsou běžné u suchých semen a podvodních rostlin, které mají vztlakové části s hustotou menší než okolní voda, což jim umožňuje plavat. Hustotu nižší než voda může být dosaženo buď plynem, jako v řasy a některé bakterie nebo pomocí rozpuštěných látek o molekulové hmotnosti (MW) nižší než okolní média (např. nahrazení sodíku s MW≈23 s amonný s MW≈18) stejně jako v malých korýšů, Antarktická buchanky.
Lidé jsou vyrobené z asi 60% vody (40% v buňkách, 15% intersticiální tekutiny a 5% v krevní plazmě, BNID 110743) a většina z nás zažili silné účinky dehydratace po zapomínají pít i jen pár sklenic. Přesto některé buňky mohou být překvapivě robustní ke snížení jejich obsahu vody. Například rychlost metabolismu glukózy v jaterních buňkách potkanů nebyla ovlivněna 25% ztrátou intracelulární vody. Takového poklesu lze dosáhnout osmózou-změnou tonicity (koncentrace rozpuštěné látky) extracelulární tekutiny. Extrémním příkladem je pozoruhodný slaný krevety. Žijící v prostředí, kde se vnější koncentrace soli může kolísat a být velmi vysoká, bylo prokázáno, že mají cysty, které mohou být sušené pouze 2% vody, aniž by nevratné poškození a na hydrataci úrovně vyšší, než 37% (jen asi polovina jeho plně hydratovaném stavu), jejich fyziologie se chová jako normální. Tato robustnost tváří v tvář ztrátě vody může souviset s rozdílem mezi dvěma formami vody v interiéru buňky. Normální „sypká voda“, která je více postradatelná a „vázaná voda“, která je spojena s buněčnými složkami a slouží jako rozpouštědlo, které je nezbytné pro správné fungování.
