Cytoskelet: Definition, struktur og funktion (med diagram)

Du kender sandsynligvis allerede den rolle, dit eget skelet spiller i dit liv; det giver din kropsstruktur og hjælper dig med at bevæge dig.

Uden det ville du være mere som en menneskelig klat end en bevægende, fungerende person. Som navnet antyder, tjener cytoskelet et meget lignende formål i prokaryotisk og eukaryote celler.

Har du nogensinde spekuleret på, hvad der får celler til at se rundt og forhindrer dem i at kollapse i slimede kloder? Eller hvordan de mange organeller inde i cellen organiserer og bevæger sig rundt inde i cellen, eller hvordan cellen selv bevæger sig? Celler er afhængige af et cytoskelet for alle disse funktioner.

Den vigtige strukturelle enhed af cytoskelettet er virkelig et netværk af proteinfibre i cytoplasma, der giver cellen sin form og gør det muligt for den at udføre vigtige funktioner, såsom celle bevægelse.

Læs mere om den anden celles organeller og funktioner.

Mens nogle mennesker måske forestiller sig celler som ustrukturerede, afslører kraftige mikroskoper, der anvendes i cellebiologi, at celler er meget organiserede.

En hovedkomponent er afgørende for at opretholde denne form og organisationsniveau: cytoskelet af cellen. Proteinfilamenterne, der udgør cytoskelettet, danner et netværk af fibre gennem cellen.

Dette netværk giver strukturel støtte til plasmamembranen, hjælper med at stabilisere organellerne i deres rette positioner og gør det muligt for cellen at blande sit indhold efter behov. For nogle celletyper gør cytoskelet endda det muligt for cellen at bevæge sig og rejse ved hjælp af specialiserede strukturer.

Disse dannes fra proteinfilamenterne, når det er nødvendigt til cellebevægelse.

Den service, som cytoskelet leverer til at forme cellen, giver meget mening. Ligesom det menneskelige skelet skaber cytoskeleton-proteinnetværket strukturel støtte afgørende for at opretholde celleintegriteten og for at forhindre, at den kollapser i dens naboer.

For celler med meget flydende membraner er netværket af proteiner, der udgør cytoskelet, særligt vigtigt for at holde celleindholdet inde i cellen.

Dette kaldes membranintegritet.

Nogle højt specialiserede celler er også afhængige af cytoskelettet for strukturel støtte.

For disse celler gør opretholdelse af celleens unikke form det muligt for cellen at fungere korrekt. Disse inkluderer neuronereller hjerneceller, som har runde cellelegemer, forgrenede arme kaldet dendritter og udstrakte haler.

Denne karakteristiske celleform gør det muligt for neuroner at fange signaler ved hjælp af deres dendritarme og før disse signaler gennem deres axonhaler og ind i de ventende dendriter fra en nærliggende hjerne celle. Sådan kommunikerer hjerneceller med hinanden.

Det giver også mening, at celler drager fordel af den organisation, som cytoskeletets proteinfibernetværk giver dem. Der er over 200 typer celler i den menneskelige krop og i alt ca. 30 billioner celler i hvert eneste menneske på planeten.

Organellerne i alle disse celler skal udføre en bred vifte af celleprocesser, såsom at opbygge og nedbryde biomolekyler, frigive energi til kroppen til at bruge og udføre en lang række kemiske reaktioner, der gør livet muligt.

For at disse funktioner skal fungere godt på et helt organismeniveau, har hver celle brug for en lignende struktur og måde at gøre tingene på.

For at udføre disse vigtige roller er cytoskelet afhængigt af tre forskellige typer filamenter:

1. Mikrotubuli
2. Mellemliggende filamenter
3. Mikrofilamenter

Disse fibre er alle så uendeligt små, at de er helt usynlige for det blotte øje. Forskere opdagede dem først efter opfindelsen af elektronmikroskop bragte det indre af cellen til syne.

For at visualisere, hvor små disse proteinfibre er, er det nyttigt at forstå begrebet nanometer, som undertiden er skrevet som nm. Nanometer er måleenheder, ligesom en tomme er en måleenhed.

Du har måske gættet fra rodordet måler at nanometerenheden tilhører det metriske system, ligesom en centimeter gør.

Forskere bruger nanometer til at måle ekstremt små ting, såsom atomer og lysbølger.

Dette skyldes, at et nanometer svarer til en milliarddel meter. Dette betyder, at hvis du tog en målestok, som er ca. 3 fod lang, når du konverterer den til Amerikansk målesystem, og bryde det i en milliard lige store stykker, et enkelt stykke ville være ens nanometer.

Forestil dig nu, at du kunne skære proteinfilamenterne, der udgør cellens cytoskelet, og måle diameter på tværs af det skårne ansigt.

Hver fiber ville måle mellem 3 og 25 nanometer i diameter, afhængigt af typen af ​​glødetråd. For kontekst er et menneskehår 75.000 nanometer i diameter. Som du kan se, er filamenterne, der udgør cytoskeletet, utroligt små.

Mikrotubuli er den største af cytoskeletets tre fibre og har en diameter på 20 til 25 nanometer. Mellemliggende filamenter er cytoskeletets mellemstore fibre og måler ca. 10 nanometer i diameter.

De mindste proteinfilamenter, der findes i cytoskelettet, er mikrofilamenter. Disse trådlignende fibre måler kun 3 til 6 nanometer i diameter.

I virkelige termer er det så meget som 25.000 gange mindre end diameteren på et gennemsnitligt menneskehår.

•••Videnskabelig

Mikrotubuli får deres navn fra både deres generelle form og typen af ​​protein, de indeholder. De er rørlignende og dannet af gentagne enheder af alfa- og beta-tubulin proteinpolymerer forbinder sammen.

Læs mere om mikrotubuliers hovedfunktion i celler.

Hvis du skulle se mikrotubuli-filamenter under et elektronmikroskop, ville de ligne kæder af små proteiner snoet sammen til et tæt spiralgitter.

Hver proteinenhed binder sig til alle enhederne omkring den og producerer en meget stærk, meget stiv struktur. Faktisk er mikrotubuli den mest stive strukturelle komponent, du kan finde i dyreceller, som ikke har cellevægge som planteceller har.

Men mikrorør er ikke bare stive. De modstår også kompression og vridningskræfter. Denne kvalitet øger mikrotubulus evne til at opretholde celleform og integritet, selv under tryk.

Mikrotubuli giver også cellen polaritet, hvilket betyder, at cellen har to unikke sider eller poler. Denne polaritet er en del af det, der gør det muligt for cellen at organisere dens komponenter, såsom organeller og andre dele af cytoskeletet, fordi det giver cellen en måde at orientere disse komponenter i forhold til stænger.

Mikrotubuli understøtter også bevægelse af celleindhold i cellen.

Mikrotubuli-filamenterne danner spor, der fungerer som jernbanespor eller motorveje i cellen. Vesikeltransportører følg disse spor for at flytte cellefragt rundt i cytoplasmaet. Disse spor er afgørende for at fjerne uønsket celleindhold som misfoldede proteiner, gamle eller ødelagte organeller og patogenindtrængere, såsom bakterier og vira.

Vesikeltransportører følger simpelthen det korrekte mikrotubuli-spor for at flytte denne last til cellens genbrugscenter lysosom. Der redder og genbruger lysosomet nogle dele og nedbryder andre dele.

Sporsystemet hjælper også cellen med at flytte nybyggede biomolekyler, som proteiner og lipider, ud af produktionsorganellerne og til de steder, hvor cellen har brug for molekylerne.

F.eks. Bruger vesikeltransportører mikrotubuli-spor til at flytte cellemembranproteiner fra organellerne til cellemembranen.

Kun nogle celler kan bruge celle bevægelse at rejse, og dem, der generelt er afhængige af specialiserede bevægelige strukturer lavet af mikrotubelfibre.

Sædcellen er sandsynligvis den nemmeste måde at visualisere disse rejse celler på.

Som du ved ser sædceller lidt ud som haletudser med lange haler eller flagella, som de pisker for at svømme til deres destination og befrugte en ægcelle. Sædhalen er lavet af tubulin og er et eksempel på et mikrotubuli-filament, der anvendes til cellebevægelse.

En anden velkendt bevægelig struktur spiller også en rolle i reproduktion er cilia. Disse hårlignende bevægelige strukturer stikker æggelederne og bruger en vinkende bevægelse til at flytte ægget gennem æggelederen og ind i livmoderen. Disse cilier er mikrotubulusfibre.

Mellemliggende filamenter er den anden type fiber, der findes i cytoskelettet. Du kan forestille dig disse som det ægte skelet af cellen, da deres eneste rolle er strukturel støtte. Disse proteinfibre indeholder keratin, som er et almindeligt protein, du måske genkender fra kropspleje produkter.

Dette protein udgør menneskehår og negle såvel som det øverste lag af huden. Det er også proteinet, der danner horn, kløer og hove fra andre dyr. Keratin er meget stærk og nyttig til at beskytte mod skader.

Den vigtigste rolle for mellemfilamenter er dannelsen af ​​matrixen af ​​strukturelle proteiner under celle membran. Dette er som et støttende maske, der giver cellen struktur og form. Det giver også en vis elasticitet til cellen, så den kan reagere fleksibelt under stress.

Et af de vigtige job, der udføres af mellemfilamenter, er at hjælpe med at holde organeller de rigtige steder i cellen. For eksempel forankrer mellemliggende filamenter kernen på dens rette sted inde i cellen.

Denne forankring er afgørende for celleprocesser, fordi de forskellige organeller inde i en celle skal arbejde sammen for at udføre disse cellefunktioner. I tilfælde af kerne, at binde denne vigtige organel til cytoskeletmatricen betyder, at de organeller, der er afhængige af DNA instruktioner fra kernen om at udføre deres job kan let få adgang til disse oplysninger ved hjælp af budbringere og transportører.

Denne vigtige opgave kan være umulig, hvis kernen ikke var forankret, fordi disse budbringere og transportører skulle rejse rundt og søge gennem cytoplasmaet efter en vandrende kerne!

Mikrofilamenter, også kaldet actin filamenterer kæder af actinproteiner snoet ind i en spiralstav. Dette protein er bedst kendt for sin rolle i muskelceller. Der arbejder de med et andet protein kaldet myosin for at muliggøre muskelsammentrækning.

Når det kommer til cytoskelet, er mikrofilamenter ikke kun de mindste fibre. De er også de mest dynamiske. Som alle cytoskeletfibre giver mikrofilamenter cellen strukturel støtte. På grund af deres unikke træk har mikrofilamenter tendens til at dukke op ved cellekanterne.

Den dynamiske natur af actinfilamenter betyder, at disse proteinfibre hurtigt kan ændre deres længde for at imødekomme cellens skiftende strukturelle behov. Dette gør det muligt for cellen at ændre dens form, størrelse eller endda form specielle fremskrivninger der strækker sig uden for cellen, såsom filopodia, lamellipodia og mikrovilli.

Du kan forestille dig filopodia som følere, som en celle projicerer for at føle miljøet omkring den, opfange kemiske signaler og endda ændre cellens retning, hvis den bevæger sig. Forskere kalder også undertiden filopodia mikrospikes.

Filopodia kan indgå i en anden type speciel projektion, lamellipodia. Dette er en fodlignende struktur, der hjælper cellen med at bevæge sig og rejse.

Microvilli er som små hår eller fingre, der bruges af cellen under diffusion. Formen på disse fremspring øger overfladearealet, så der er mere plads til molekyler til at bevæge sig gennem membranen gennem processer som absorption.

Disse fingre udfører også en fascinerende funktion kaldet streaming af cytoplasma.

Dette sker, når actinfilamenterne kæmmer gennem cytoplasmaet for at holde det i bevægelse. Cytoplasmestreaming øger diffusion og hjælper med at flytte ønskede materialer som næringsstoffer og uønskede materialer som affald og celleaffald rundt i cellen.