Цитоскелет: Определение, структура и функция (с диаграма)

Вероятно вече знаете ролята на собствения ви скелет в живота ви; тя дава структурата на тялото ви и ви помага да се движите.

Без него вие бихте приличали повече на човешко петно, отколкото на движещ се, функциониращ човек. Както подсказва името му, цитоскелетът има много подобна цел в прокариотните и еукариотни клетки.

Замисляли ли сте се някога какво кара клетките да изглеждат кръгли и ги предпазва от срутване в лигави глобуси? Или как многото органели вътре в клетката се организират и движат вътре в клетката, или как самата клетка пътува? Клетките разчитат на цитоскелета за всички тези функции.

Важната структурна единица на цитоскелета наистина е мрежа от протеинови влакна в цитоплазма, която придава формата на клетката и й позволява да изпълнява важни функции, като клетката движение.

Прочетете повече за органелите и функциите на другата клетка.

Докато някои хора могат да си представят клетките като неструктурирани, мощните микроскопи, използвани в клетъчната биология, разкриват, че клетките са много организирани.

Един основен компонент е жизненоважен за поддържане на тази форма и ниво на организация: цитоскелет на клетката. Протеиновите нишки, изграждащи цитоскелета, образуват мрежа от влакна през клетката.

Тази мрежа оказва структурна подкрепа на плазмената мембрана, помага за стабилизиране на органелите в правилните им позиции и позволява на клетката да разбърква съдържанието си при необходимост. За някои видове клетки цитоскелетът дори позволява на клетката да се движи и пътува, използвайки специализирани структури.

Те се образуват от протеиновите нишки, когато са необходими за движението на клетките.

Услугата, която цитоскелетът предоставя за оформяне на клетката, има много смисъл. Подобно на човешкия скелет, протеиновата мрежа на цитоскелета създава структурна подкрепа, която е решаващо за поддържането на целостта на клетката и за предотвратяването й да се срути в нейната съседи.

За клетките с много течни мембрани мрежата от протеини, които съставляват цитоскелета, са особено важни за запазването на клетъчното съдържание в клетката.

Това се казва целостта на мембраната.

Някои високоспециализирани клетки също разчитат на цитоскелета за структурна подкрепа.

За тези клетки поддържането на уникалната форма на клетката позволява на клетката да функционира правилно. Те включват неврони, или мозъчни клетки, които имат кръгли клетъчни тела, разклонени ръце, наречени дендрити и изпънати опашки.

Тази характерна клетъчна форма дава възможност на невроните да улавят сигнали, използвайки своите дендритни рамена и предават тези сигнали през техните опашки на аксоните и в чакащите дендрити на съседен мозък клетка. По този начин мозъчните клетки комуникират помежду си.

Също така има смисъл клетките да се възползват от организацията, която им предоставя мрежата от протеинови влакна на цитоскелета. В човешкото тяло има над 200 вида клетки и общо около 30 трилиона клетки във всеки човек на планетата.

Органелите във всички тези клетки трябва да изпълняват голямо разнообразие от клетъчни процеси, като изграждане и разграждане на биомолекули, освобождаване на енергия за тялото и използване на множество химически реакции, които правят живота възможен.

За да работят тези функции добре на ниво организъм, всяка клетка се нуждае от подобна структура и начин на действие.

За да изпълнява тези важни роли, цитоскелетът разчита на три различни типа нишки:

1. Микротубули
2. Междинни нишки
3. Микрофиламенти

Всички тези влакна са толкова безкрайно малки, че са напълно невидими с просто око. Учените ги откриха едва след изобретяването на електронен микроскоп изведе вътрешността на килията в полезрението.

За да визуализирате колко малки са тези протеинови влакна, е полезно да разберете концепцията за нанометър, което понякога се пише като nm. Нанометрите са мерни единици, точно както инчът е мерна единица.

Може би сте се досетили от коренната дума метър че нанометровата единица принадлежи към метричната система, точно както сантиметърът.

Учените използват нанометри за измерване на изключително малки неща, като атоми и светлинни вълни.

Това е така, защото един нанометър се равнява на една милиардна част от метър. Това означава, че ако сте взели метър за измерване, който е приблизително 3 фута дълъг, когато се преобразува в Американска система за измерване и да я разбиете на един милиард равни парчета, едно парче би било равно на едно нанометър.

Сега си представете, че бихте могли да изрежете протеиновите нишки, изграждащи цитоскелета на клетката, и да ги измерите диаметър през изрязаното лице.

Всяко влакно би измервало между 3 и 25 нанометра в диаметър, в зависимост от вида на нажежаемата жичка. За контекст, човешкият косъм е с диаметър 75 000 нанометра. Както можете да видите, нишките, изграждащи цитоскелета, са невероятно малки.

Микротубули са най-голямото от трите влакна на цитоскелета, с диаметър от 20 до 25 нанометра. Междинни нишки са средните влакна на цитоскелета и са с диаметър около 10 нанометра.

Най-малките протеинови нишки, открити в цитоскелета, са микрофиламенти. Тези нишковидни влакна имат диаметър от 3 до 6 нанометра.

В реално изражение това е до 25 000 пъти по-малко от диаметъра на средностатистическия човешки косъм.

•••Наука

Микротубулите получават името си както от общата си форма, така и от вида на протеина, който съдържат. Те са подобни на тръби и са образувани от повтарящи се единици алфа- и бета-тубулин протеинполимери свързване заедно.

Прочетете повече за основната функция на микротубулите в клетките.

Ако трябваше да видите микротубулни нишки под електронен микроскоп, те биха изглеждали като вериги от малки протеини, усукани заедно в стегната спирална решетка.

Всяка протеинова единица се свързва с всички единици около себе си, произвеждайки много здрава, много твърда структура. Всъщност микротубулите са най-твърдият структурен компонент, който можете да намерите в животинските клетки, които нямат клетъчни стени, както растителните клетки.

Но микротубулите не са просто твърди. Те също така устояват на силите на компресия и усукване. Това качество увеличава способността на микротубулата да поддържа клетъчната форма и цялост, дори под налягане.

Микротубулите също дават клетката полярност, което означава, че клетката има две уникални страни или полюси. Тази полярност е част от това, което позволява на клетката да организира своите компоненти, като органели и други части на цитоскелета, защото дава на клетката начин да ориентира тези компоненти спрямо стълбове.

Микротубулите също подпомагат движението на клетъчното съдържание в клетката.

Микротубулните нишки образуват коловози, които действат като железопътни коловози или магистрали в клетката. Транспортери на везикули следвайте тези следи, за да преместите клетъчния товар в цитоплазмата. Тези следи са от решаващо значение за премахване на нежелано клетъчно съдържание като неправилно сгънати протеини, стари или счупени органели и нашественици на патогени, като бактерии и вируси.

Транспортерите на везикули просто следват правилната писта на микротубулите, за да преместят този товар в центъра за рециклиране на клетката, лизозома. Там лизозомата възстановява и използва повторно някои части и разгражда други части.

Системата за проследяване също така помага на клетката да премести новопостроени биомолекули, като протеини и липиди, извън производствените органели и до местата, където клетката се нуждае от молекулите.

Например везикулоносителите използват микротубулни следи за преместване на протеини на клетъчната мембрана от органелите към клетъчната мембрана.

Само някои клетки могат да използват движение на клетките да пътуват и тези, които обикновено разчитат на специализирани подвижни структури, изработени от влакна от микротубули.

Сперматозоидите са може би най-лесният начин за визуализиране на тези пътуващи клетки.

Както знаете, сперматозоидите приличат малко на попъли с дълги опашки или флагела, които те разбиват, за да плуват до местоназначението си и да оплодят яйцеклетка. Опашката на спермата е направена от тубулин и е пример за микротубулна нишка, използвана за движение на клетките.

Друга добре известна подвижна структура също играе роля при размножаването е реснички. Тези подобни на косми подвижни структури облицоват фалопиевите тръби и използват движение с размахване, за да преместят яйцето през маточната тръба и в матката. Тези реснички са микротубулни влакна.

Междинните нишки са вторият вид влакна, намиращи се в цитоскелета. Можете да ги представите като истински скелет на клетката, тъй като единствената им роля е структурна опора. Тези протеинови влакна съдържат кератин, който е често срещан протеин, който може да разпознаете от продуктите за грижа за тялото.

Този протеин изгражда човешката коса и ноктите, както и горния слой на кожата. Също така белтъкът образува рога, нокти и копита на други животни. Кератинът е много силен и полезен за защита срещу повреди.

Основната роля на междинните нишки е образуването на матрицата на структурни протеини под клетъчната мембрана. Това е като поддържаща мрежа, която придава структура и форма на клетката. Той също така придава известна еластичност на клетката, което й позволява да реагира гъвкаво при стрес.

Една от важните задачи, изпълнявани от междинни нишки, е да помогне за задържането на органелите на правилните места в клетката. Например междинните нишки закрепват ядрото на правилното му място в клетката.

Това закотвяне е от решаващо значение за клетъчните процеси, тъй като различните органели в клетката трябва да работят заедно, за да изпълняват тези клетъчни функции. В случая на ядро, привързването на тази важна органела към матрицата на цитоскелета означава, че органелите, които разчитат на ДНК инструкциите от ядрото да вършат работата си могат лесно да получат достъп до тази информация с помощта на пратеници и превозвачи.

Тази важна задача може да е невъзможна, ако ядрото не беше закотвено, тъй като тези пратеници и транспортьори ще трябва да обикалят, търсейки из цитоплазмата за скитащо ядро!

Микрофиламенти, наричани още актинови нишки, са вериги от актинови протеини, усукани в спирална пръчка. Този протеин е най-известен със своята роля в мускулните клетки. Там те работят с друг протеин, наречен миозин за да се даде възможност за мускулна контракция.

Що се отнася до цитоскелета, микрофиламентите не са само най-малките влакна. Те са и най-динамичните. Както всички влакна на цитоскелета, микрофиламентите дават структурна подкрепа на клетката. Поради своите уникални черти, микрофиламентите са склонни да се появяват по краищата на клетката.

Динамичната природа на актиновите нишки означава, че тези протеинови влакна могат бързо да променят дължината си, за да отговорят на променящите се структурни нужди на клетката. Това дава възможност на клетката да променя своята форма или размер или дори форма специални проекции които се простират извън клетката, като филоподия, ламелиподия и микровили.

Можете да си представите филоподия като усещания, които клетката проектира да усети околната среда около нея, да вземе химически сигнали и дори да промени посоката на клетката, ако тя се движи. Учените понякога наричат ​​и филоподия микрошипове.

Filopodia може да бъде част от друг вид специална проекция, ламелиподия. Това е структура, подобна на крак, която помага на клетката да се движи и пътува.

Микровили са като малки косми или пръсти, използвани от клетката по време на дифузия. Формата на тези издатини увеличава повърхността, така че има повече пространство за молекулите да се движат през мембраната чрез процеси като абсорбция.

Тези пръсти изпълняват и очарователна функция, наречена цитоплазма стрийминг.

Това се случва, когато актиновите нишки се разресват през цитоплазмата, за да продължат да се движат. Повишаване на потока от цитоплазма дифузия и помага за преместването на желани материали, като хранителни вещества, и нежелани материали, като отпадъци и клетъчни остатъци, наоколо в клетката.