细胞质

生物学

xì bāo zhì

细胞质是位于细胞膜与细胞核之间的胶状液体及其中的一切物质,细胞的大部分化学活动都在这里进行。

Visualization

Definition

细胞质是充满细胞内部的浓稠胶状液体,细胞器悬浮其中,许多化学反应也在这里发生。它包括细胞膜以内、细胞核以外的一切物质:细胞质基质,也就是含有离子、小分子和蛋白质的水基溶液;悬浮其中的各种细胞器;以及由肌动蛋白微丝、中间丝和微管组成的细胞骨架。糖酵解、游离核糖体上的蛋白质合成以及物质运输都在这里进行。细胞质基质是一种高度拥挤的介质,蛋白质浓度可达$200$到$300\ \text{mg/mL}$,这使得反应速率、扩散过程和大分子组装都与稀溶液中的情况不同。它的pH值被缓冲在$7.2$左右,相对于细胞外液,它维持较高的K$^+$浓度以及较低的Na$^+$和Ca$^{2+}$浓度,并承载着糖酵解、磷酸戊糖途径以及大部分蛋白质折叠与降解过程。

Example

如果你能看到变形虫的内部,就会看到它的细胞质在细胞伸展、移动并包裹食物时不断流动。细胞质基质按质量计约有$70$到$80$百分比是水,细胞呼吸的第一阶段糖酵解就在细胞质中把一个葡萄糖分子分解成两个丙酮酸分子,之后丙酮酸才会进入线粒体。驱动蛋白等马达蛋白沿着微管以约每秒$1\ \mu\text{m}$的速度移动,携带囊泡穿过细胞质;在神经元中,这种运输把货物从细胞体运送到长度可达$1\ \text{m}$的轴突末端,整个过程需要数天时间。

Key Insight

细胞质虽然主要成分是水,但其中挤满了蛋白质、糖类和盐分,更像是一群拥挤的人群,而不是一池空水。它并不是被动的填充物:细胞质的流动和蛋白质支架会像传送带系统一样,在细胞内搬运细胞器和各种物资。大分子拥挤效应使得细胞质的表现介于凝胶和液体之间,细胞还能够调节这种状态。细胞质基质中通过相分离形成的无膜凝聚体,如今被认为是一种不依靠膜结构来组织化学反应的方式。