Cytoskeleton: Definice, struktura a funkce (s diagramem)

Pravděpodobně už víte, jakou roli ve vašem životě hraje vaše vlastní kostra; dává strukturu vašeho těla a pomáhá vám se hýbat.

Bez něj byste vypadali spíše jako lidská skvrna než jako pohybující se a fungující osoba. Jak naznačuje jeho název, cytoskelet slouží velmi podobnému účelu u prokaryotických a eukaryotické buňky.

Přemýšleli jste někdy nad tím, proč buňky vypadají kulatě a brání jim ve zhroucení do slizkých globů? Nebo jak se mnoho organel uvnitř buňky organizuje a pohybuje se uvnitř buňky, nebo jak buňka sama cestuje? Buňky se při všech těchto funkcích spoléhají na cytoskeleton.

Důležitou strukturní jednotkou cytoskeletu je ve skutečnosti síť proteinových vláken v cytoplazma, která dává buňce její tvar a umožňuje jí vykonávat důležité funkce, jako je buňka hnutí.

Přečtěte si více o organelách a funkcích ostatních buněk.

Zatímco někteří lidé si mohou představovat buňky jako nestrukturované, silné mikroskopy používané v buněčné biologii ukazují, že buňky jsou velmi organizované.

Pro zachování tohoto tvaru a úrovně organizace je zásadní jedna hlavní složka: cytoskelet buňky. Proteinová vlákna, která tvoří cytoskelet, tvoří buněčnou síť vláken.

Tato síť poskytuje strukturální podporu plazmatické membráně, pomáhá stabilizovat organely v jejich správných polohách a umožňuje buňce zamíchat její obsah podle potřeby. U některých typů buněk cytoskelet dokonce umožňuje buňkám pohyb a cestování pomocí specializovaných struktur.

Tyto se tvoří z proteinových vláken, když je to nutné pro buněčnou lokomotivu.

Služba, kterou cytoskelet poskytuje pro tvarování buňky, má velký smysl. Podobně jako lidská kostra vytváří síť proteinů cytoskeletu strukturální podporu rozhodující pro udržení celistvosti buňky a pro zabránění jejího zhroucení do sousedé.

U buněk s velmi tekutými membránami je zvláště důležitá síť proteinů, které tvoří cytoskelet, pro udržení buněčného obsahu uvnitř buňky.

Tomu se říká integrita membrány.

Některé vysoce specializované buňky také spoléhají na cytoskelet pro strukturální podporu.

U těchto buněk umožňuje zachování jedinečného tvaru buňky správné fungování buňky. Tyto zahrnují neurony, nebo mozkové buňky, které mají kulatá buněčná těla, rozvětvená ramena zvaná dendrity a natažené ocasy.

Tento charakteristický tvar buňky umožňuje neuronům zachytit signály pomocí svých dendritických ramen a předat tyto signály jejich axonovými ocasy a do čekajících dendritů sousedního mozku buňka. Takto mezi sebou mozkové buňky komunikují.

Dává také smysl, že buňky těží z organizace, kterou jim poskytuje síť proteinových vláken cytoskeletu. V lidském těle je více než 200 typů buněk a celkem asi 30 bilionů buněk v každém člověku na planetě.

Organely ve všech těchto buňkách musí vykonávat širokou škálu buněčné procesy, jako je budování a rozkládání biomolekul, uvolňování energie pro tělo k použití a provádění řady chemických reakcí, které umožňují život.

Aby tyto funkce fungovaly dobře na úrovni celého organismu, potřebuje každá buňka podobnou strukturu a způsob, jak dělat věci.

Při provádění těchto důležitých rolí se cytoskelet spoléhá na tři odlišné typy vláken:

1. Mikrotubuly
2. Mezilehlá vlákna
3. Mikrovlákna

Všechna tato vlákna jsou tak nekonečně malá, že jsou pouhým okem zcela neviditelná. Vědci je objevili až po vynálezu elektronový mikroskop přinesl do nitra cely pohled.

Chcete-li si představit, jak malá jsou tato proteinová vlákna, je užitečné porozumět konceptu nanometr, který je někdy psán jako nm. Nanometry jsou měrné jednotky, stejně jako palec je měrná jednotka.

Možná jste uhodli z kořenového slova Metr že jednotka nanometrů patří do metrického systému, stejně jako centimetr.

Vědci používají nanometry k měření extrémně malých věcí, jako jsou atomy a světelné vlny.

Je to proto, že jeden nanometr se rovná jedné miliardtině metru. To znamená, že pokud jste si vzali měřicí tyč, která je po převedení na Americký systém měření, a rozdělit jej na jednu miliardu stejných kusů, jeden jediný kus by se rovnal jedné nanometr.

Nyní si představte, že byste mohli rozřezat proteinová vlákna, která tvoří cytoskelet buňky, a měřit průměr přes řezanou tvář.

Každé vlákno by mělo průměr mezi 3 a 25 nanometry, v závislosti na typu vlákna. V kontextu má lidský vlas průměr 75 000 nanometrů. Jak vidíte, vlákna, která tvoří cytoskelet, jsou neuvěřitelně malá.

Mikrotubuly jsou největší ze tří vláken cytoskeletu a dosahují průměru 20 až 25 nanometrů. Mezilehlá vlákna jsou vlákna střední velikosti cytoskeletu a měří asi 10 nanometrů v průměru.

Nejmenší proteinová vlákna nalezená v cytoskeletu jsou mikrofilamenta. Tato vlákna podobná vláknu měří v průměru pouhý 3 až 6 nanometrů.

V reálném světě je to až 25 000krát méně než průměr průměrného lidského vlasu.

•••Vědění

Mikrotubuly dostávají své jméno jak podle obecného tvaru, tak podle typu proteinu, který obsahují. Jsou podobné trubkám a jsou tvořeny opakujícími se jednotkami alfa- a beta-tubulinu proteinpolymery vzájemné propojení.

Přečtěte si více o hlavní funkci mikrotubulů v buňkách.

Pokud byste se měli podívat na mikrotubulová vlákna pod elektronovým mikroskopem, vypadali by jako řetězce malých proteinů stočených dohromady do pevné spirálové mřížky.

Každá proteinová jednotka se váže se všemi jednotkami kolem sebe a vytváří velmi silnou a velmi tuhou strukturu. Ve skutečnosti jsou mikrotubuly nejpřísnější strukturní složkou, kterou najdete ve zvířecích buňkách, které nemají buněčné stěny, jako mají rostlinné buňky.

Ale mikrotubuly nejsou jen tuhé. Odolávají také tlakovým a kroutícím silám. Tato kvalita zvyšuje schopnost mikrotubulů udržovat tvar a integritu buněk, a to i pod tlakem.

Mikrotubuly také dávají buňku polarita, což znamená, že buňka má dvě jedinečné strany neboli póly. Tato polarita je součástí toho, co umožňuje buňce organizovat její složky, jako jsou organely a jiné části cytoskeletu, protože dává buňce způsob, jak tyto komponenty orientovat ve vztahu k póly.

Mikrotubuly také podporují pohyb obsahu buňky v buňce.

Mikrotubulová vlákna tvoří stopy, které fungují jako železniční tratě nebo dálnice v buňce. Transportéry vezikul sledujte tyto stopy a pohybujte buněčným nákladem v cytoplazmě. Tyto stopy jsou zásadní pro odstranění nežádoucího obsahu buněk, jako jsou špatně složené proteiny, staré nebo poškozené organely a útočníci patogenů, jako jsou bakterie a viry.

Transportéry vezikul jednoduše sledují správnou stopu mikrotubulů a přesouvají tento náklad do recyklačního centra buňky, do lysozom. Tam lysozom zachrání a znovu použije některé části a degraduje jiné části.

Systém sledování také pomáhá buňce přemisťovat nově vybudované biomolekuly, jako jsou bílkoviny a lipidy, z výrobních organel a na místa, kde buňka potřebuje molekuly.

Například transportéry vezikul používají stopy mikrotubulů k přesunu proteinů buněčné membrány z organel do buněčné membrány.

Lze použít pouze některé buňky buněčná lokomoce cestovat a ti, kteří se obecně spoléhají na specializované pohyblivé struktury vyrobené z mikrotubulárních vláken.

Spermie je pravděpodobně nejjednodušší způsob vizualizace těchto cestujících buněk.

Jak víte, spermie vypadají trochu jako pulci s dlouhými ocasy, nebo bičíky, které bičují, aby plavaly na místo určení a oplodnily vajíčko. Ocas spermií je vyroben z tubulinu a je příkladem mikrotubulárního vlákna používaného pro pohyb buněk.

Při reprodukci hraje roli také další známá pohyblivá struktura řasy. Tyto vlasové pohyblivé struktury lemují vejcovody a pomocí vlnového pohybu pohybují vejcem vejcovodem do dělohy. Tyto řasinky jsou vlákna mikrotubulů.

Meziproduktová vlákna jsou druhým typem vlákniny, která se nachází v cytoskeletu. Můžete si je představit jako skutečnou kostru buňky, protože jejich jedinou rolí je strukturální podpora. Tato proteinová vlákna obsahují keratin, což je běžný protein, který poznáte z produktů péče o tělo.

Tento protein tvoří lidské vlasy a nehty a také vrchní vrstvu pokožky. Je to také protein, který tvoří rohy, drápy a kopyta jiných zvířat. Keratin je velmi silný a užitečný pro ochranu před poškozením.

Hlavní rolí intermediárních vláken je tvorba matice strukturních proteinů pod buněčná membrána. Je to jako podpůrná síť, která dává buňce strukturu a tvar. To také propůjčuje buňce určitou pružnost, což jí umožňuje pružně reagovat při stresu.

Jednou z důležitých úloh prováděných mezivlákny je pomoci udržet organely na správných místech v buňce. Například přechodná vlákna ukotvují jádro na správném místě v buňce.

Toto ukotvení je zásadní pro buněčné procesy, protože různé organely uvnitř buňky musí spolupracovat, aby tyto buněčné funkce vykonávaly. V případě jádro, uvázání této důležité organely na cytoskeletovou matrici znamená, že organely, které se spoléhají na DNA instrukce z jádra k provádění jejich úkolů mohou snadno získat přístup k těmto informacím pomocí poslů a transportéry.

Tento důležitý úkol by mohl být nemožný, kdyby jádro nebylo ukotveno, protože tito poslové a transportéři by museli cestovat kolem hledáním putujícího jádra v cytoplazmě!

Mikrovlákna, nazývaná také aktinová vlákna, jsou řetězce aktinových proteinů stočené do spirálové tyčinky. Tento protein je nejlépe známý svou rolí ve svalových buňkách. Tam pracují s jiným nazývaným proteinem myosin umožnit svalovou kontrakci.

Pokud jde o cytoskeleton, mikrofilamenta nejsou jen nejmenší vlákna. Jsou také nejdynamičtější. Stejně jako všechna vlákna cytoskeletu poskytují mikrofilamenty buněčnou strukturální podporu. Díky svým jedinečným vlastnostem mají mikrofilamenta tendenci se objevovat na okrajích buňky.

Dynamická povaha aktinových vláken znamená, že tato proteinová vlákna mohou rychle měnit své délky, aby vyhovovaly měnícím se strukturním potřebám buňky. Díky tomu může buňka změnit svůj tvar nebo velikost nebo dokonce formu speciální projekce které sahají mimo buňku, jako je filopodia, lamellipodia a mikrovilli.

Můžeš si představit filopodia jako tykadla, že buňka projektuje, aby snímala prostředí kolem sebe, zachytila ​​chemická narážka a dokonce změnila směr buňky, pokud se pohybuje. Vědci také někdy nazývají filopodia mikroskopické hroty.

Filopodia může být součástí jiného typu speciální projekce, lamellipodia. Jedná se o nožní strukturu, která pomáhá buňce pohybovat se a cestovat.

Microvilli jsou jako drobné chloupky nebo prsty používané buňkou během difúze. Tvar těchto výstupků zvětšuje povrchovou plochu, takže je více prostoru pro pohyb molekul přes membránu procesy, jako je absorpce.

Tyto prsty také plní fascinující funkci zvanou streamování cytoplazmy.

K tomu dochází, když aktinová vlákna prolétnou cytoplazmou, aby se udržela v pohybu. Streamování cytoplazmy zvyšuje difúze a pomáhá přesouvat v buňce požadované materiály, jako jsou živiny, a nežádoucí materiály, jako je odpad a zbytky buněk.