Κυτταροσκελετός: Ορισμός, Δομή & Λειτουργία (με το Διάγραμμα)

Ίσως γνωρίζετε ήδη τον ρόλο που παίζει ο σκελετός σας στη ζωή σας. δίνει τη δομή του σώματός σας και σας βοηθά να κινηθείτε.

Χωρίς αυτό, θα ήσασταν περισσότερο σαν ανθρώπινη σταγόνα από ένα κινούμενο, λειτουργικό άτομο. Όπως υποδηλώνει το όνομά του, ο κυτταροσκελετός εξυπηρετεί έναν πολύ παρόμοιο σκοπό σε προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα.

Αναρωτηθήκατε ποτέ τι κάνει τα κύτταρα να φαίνονται στρογγυλά και τα εμποδίζει να καταρρεύσουν σε γλοιώδεις σφαίρες; Ή πώς οργανώνονται και κινούνται τα πολλά οργανίδια μέσα στο κελί ή πώς ταξιδεύει το ίδιο το κύτταρο; Τα κύτταρα βασίζονται σε έναν κυτταροσκελετό για όλες αυτές τις λειτουργίες.

Η σημαντική δομική μονάδα του κυτταροσκελετού είναι πραγματικά ένα δίκτυο ινών πρωτεΐνης στο κυτταρόπλασμα που δίνει στο κελί το σχήμα του και του επιτρέπει να εκτελεί σημαντικές λειτουργίες, όπως το κελί κίνηση.

Διαβάστε περισσότερα για τα οργανίδια και τις λειτουργίες των άλλων κυττάρων.

Ενώ μερικοί άνθρωποι μπορεί να φανταστούν τα κύτταρα ως μη δομημένα, ισχυρά μικροσκόπια που χρησιμοποιούνται στην κυτταρική βιολογία αποκαλύπτουν ότι τα κύτταρα είναι πολύ οργανωμένα.

Ένα βασικό στοιχείο είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση αυτού του σχήματος και του επιπέδου οργάνωσης: το κυτταροσκελετός του κελιού. Τα νήματα πρωτεΐνης που απαρτίζουν τον κυτταροσκελετό σχηματίζουν ένα δίκτυο ινών μέσω του κυττάρου.

Αυτό το δίκτυο παρέχει δομική υποστήριξη στη μεμβράνη του πλάσματος, βοηθά στη σταθεροποίηση των οργανιδίων στις σωστές τους θέσεις και επιτρέπει στο κύτταρο να ανακατέψει το περιεχόμενό του γύρω όπως απαιτείται. Για ορισμένους τύπους κυττάρων, ο κυτταροσκελετός επιτρέπει ακόμη και στο κύτταρο να κινείται και να ταξιδεύει χρησιμοποιώντας εξειδικευμένες δομές.

Αυτά σχηματίζονται από τα νήματα πρωτεΐνης όταν απαιτείται για την κινητική κίνηση.

Η υπηρεσία που παρέχει ο κυτταροσκελετός για τη διαμόρφωση του κυττάρου έχει πολύ νόημα. Όπως και ο ανθρώπινος σκελετός, το δίκτυο πρωτεϊνών του κυτταροσκελετού δημιουργεί δομική υποστήριξη ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της ακεραιότητας του κυττάρου και για την αποτροπή της κατάρρευσης του γείτονες.

Για κύτταρα με πολύ ρευστές μεμβράνες, το δίκτυο πρωτεϊνών που απαρτίζουν τον κυτταροσκελετό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τη διατήρηση του περιεχομένου των κυττάρων μέσα στο κύτταρο.

Αυτό ονομάζεται ακεραιότητα μεμβράνης.

Μερικά πολύ εξειδικευμένα κύτταρα βασίζονται επίσης στον κυτταροσκελετό για δομική υποστήριξη.

Για αυτά τα κελιά, η διατήρηση του μοναδικού σχήματος του κελιού καθιστά δυνατή τη σωστή λειτουργία του κελιού. Αυτά περιλαμβάνουν νευρώνεςή εγκεφαλικά κύτταρα, που έχουν στρογγυλά κυτταρικά σώματα, κλαδιά βραχίονες που ονομάζονται δενδρίτες και τεντωμένες ουρές.

Αυτό το χαρακτηριστικό σχήμα κυττάρου επιτρέπει στους νευρώνες να πιάσουν σήματα χρησιμοποιώντας τους βραχίονες δενδρίτη τους και να περάσει αυτά τα σήματα μέσω των ουρών του άξονα τους και στους δενδρίτες αναμονής ενός γειτονικού εγκεφάλου κύτταρο. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο τα εγκεφαλικά κύτταρα επικοινωνούν μεταξύ τους.

Είναι επίσης λογικό ότι τα κύτταρα επωφελούνται από την οργάνωση που τους παρέχει το δίκτυο πρωτεϊνών ινών του κυτταροσκελετού. Υπάρχουν πάνω από 200 τύποι κυττάρων στο ανθρώπινο σώμα και ένα μεγάλο σύνολο περίπου 30 τρισεκατομμυρίων κυττάρων σε κάθε άνθρωπο στον πλανήτη.

Τα οργανίδια σε όλα αυτά τα κύτταρα πρέπει να εκτελούν μεγάλη ποικιλία διεργασίες κυττάρων, όπως η οικοδόμηση και η διάσπαση των βιομορίων, η απελευθέρωση ενέργειας για τη χρήση του σώματος και η πραγματοποίηση πολλών χημικών αντιδράσεων που καθιστούν δυνατή τη ζωή.

Για να λειτουργήσουν αυτές οι λειτουργίες καλά σε ολόκληρο το επίπεδο του οργανισμού, κάθε κύτταρο χρειάζεται μια παρόμοια δομή και τρόπο εκτέλεσης των πραγμάτων.

Για την εκτέλεση αυτών των σημαντικών ρόλων, ο κυτταροσκελετός βασίζεται σε τρεις διαφορετικούς τύπους νημάτων:

1. Μικροσωληνίσκοι
2. Ενδιάμεσα νήματα
3. Μικροφίλμ

Αυτές οι ίνες είναι τόσο μικρές που είναι αόρατες με γυμνό μάτι. Οι επιστήμονες τα ανακάλυψαν μόνο μετά την εφεύρεση του ηλεκτρονικό μικροσκόπιο έφερε το εσωτερικό του κελιού σε προβολή.

Για να δείτε πόσο μικρές είναι αυτές οι πρωτεϊνικές ίνες, είναι χρήσιμο να κατανοήσετε την έννοια του νανομέτρο, που μερικές φορές γράφεται ως nm. Τα νανόμετρα είναι μονάδες μέτρησης όπως μια ίντσα είναι μια μονάδα μέτρησης.

Μπορεί να μαντέψατε από τη ρίζα λέξη μετρητής ότι η μονάδα νανομέτρου ανήκει στο μετρικό σύστημα, όπως και το εκατοστό.

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν νανόμετρα για τη μέτρηση εξαιρετικά μικρών πραγμάτων, όπως ατόμων και φωτός.

Αυτό συμβαίνει επειδή ένα νανόμετρο ισούται με το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Αυτό σημαίνει ότι εάν πήρατε ένα μέτρο ραβδί μέτρησης, το οποίο έχει μήκος περίπου 3 πόδια όταν μετατρέπεται σε Αμερικανικό σύστημα μέτρησης, και να το σπάσει σε ένα δισεκατομμύριο ίσα κομμάτια, ένα μόνο κομμάτι θα ισούται με ένα νανομέτρο.

Τώρα φανταστείτε ότι θα μπορούσατε να κόψετε τα νήματα πρωτεΐνης που αποτελούν τον κυτταροσκελετό του κυττάρου και να μετρήσετε το διάμετρος σε όλο το κομμένο πρόσωπο.

Κάθε ίνα θα έχει διάμετρο μεταξύ 3 και 25 νανόμετρων, ανάλογα με τον τύπο του νήματος. Για λόγους περιβάλλοντος, μια ανθρώπινη τρίχα έχει διάμετρο 75.000 νανόμετρα. Όπως μπορείτε να δείτε, τα νήματα που συνθέτουν τον κυτταροσκελετό είναι απίστευτα μικρά.

Μικροσωληνίσκοι είναι η μεγαλύτερη από τις τρεις ίνες του κυτταροσκελετού, με διάμετρο 20 έως 25 νανόμετρα. Ενδιάμεσα νήματα είναι οι ίνες του μεσαίου μεγέθους του κυτταροσκελετού και έχουν διάμετρο περίπου 10 νανόμετρα.

Τα μικρότερα νήματα πρωτεΐνης που βρίσκονται στον κυτταροσκελετό είναι μικροφίλμ. Αυτές οι ίνες που μοιάζουν με νήμα έχουν διάμετρο μόλις 3 έως 6 νανόμετρα.

Σε πραγματικούς όρους, αυτό είναι 25.000 φορές μικρότερο από τη διάμετρο ενός μέσου ανθρώπινου μαλλιού.

•••Επιστήμη

Οι μικροσωληνίσκοι παίρνουν το όνομά τους τόσο από το γενικό τους σχήμα όσο και από τον τύπο πρωτεΐνης που περιέχουν. Είναι τύπου σωλήνα και σχηματίζονται από επαναλαμβανόμενες μονάδες άλφα και βήτα-τουμπουλίνης πρωτεΐνηπολυμερή σύνδεση μεταξύ τους.

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την κύρια λειτουργία των μικροσωληνίσκων στα κύτταρα.

Εάν επρόκειτο να προβάλετε νήματα μικροσωληνίσκων κάτω από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, θα φαινόταν σαν αλυσίδες μικρών πρωτεϊνών που στρίβονταν μαζί σε ένα σφιχτό σπειροειδές πλέγμα.

Κάθε μονάδα πρωτεΐνης συνδέεται με όλες τις μονάδες γύρω από αυτήν, παράγοντας μια πολύ ισχυρή, πολύ άκαμπτη δομή. Στην πραγματικότητα, οι μικροσωληνίσκοι είναι το πιο άκαμπτο δομικό συστατικό που μπορείτε να βρείτε σε ζωικά κύτταρα, τα οποία δεν έχουν κυτταρικά τοιχώματα όπως τα φυτικά κύτταρα.

Αλλά οι μικροσωληνίσκοι δεν είναι απλώς άκαμπτοι. Αντέχουν επίσης στις δυνάμεις συμπίεσης και συστροφής. Αυτή η ποιότητα αυξάνει την ικανότητα του μικροσωληνίσκου να διατηρεί το σχήμα και την ακεραιότητα των κυττάρων, ακόμη και υπό πίεση.

Οι μικροσωληνίσκοι δίνουν επίσης το κύτταρο πόλωση, που σημαίνει ότι το κελί έχει δύο μοναδικές πλευρές ή πόλους. Αυτή η πολικότητα είναι μέρος αυτού που επιτρέπει στο κύτταρο να οργανώσει τα συστατικά του, όπως τα οργανίδια και άλλα τμήματα του κυτταροσκελετού, επειδή δίνει στο κελί έναν τρόπο προσανατολισμού αυτών των συστατικών σε σχέση με το πόλους.

Οι μικροσωληνίσκοι υποστηρίζουν επίσης την κίνηση των περιεχομένων των κυττάρων μέσα στο κελί.

Τα νημάτια μικροσωληνίσκων σχηματίζουν κομμάτια, τα οποία δρουν σαν σιδηροδρομικές γραμμές ή αυτοκινητόδρομοι στο κελί. Μεταφορείς κυστιδίων ακολουθήστε αυτά τα κομμάτια για να μετακινήσετε το φορτίο κυττάρων στο κυτταρόπλασμα. Αυτά τα ίχνη είναι ζωτικής σημασίας για την απομάκρυνση των ανεπιθύμητων κυτταρικών περιεχομένων όπως οι λανθασμένες πρωτεΐνες, τα παλιά ή σπασμένα οργανίδια και οι εισβολείς παθογόνων, όπως τα βακτήρια και οι ιοί.

Οι μεταφορείς κυστιδίων ακολουθούν απλώς τη σωστή διαδρομή μικροσωληναρίων για να μεταφέρουν αυτό το φορτίο στο κέντρο ανακύκλωσης του κελιού, το λυσόσωμα. Εκεί, το λυσόσωμα σώζει και επαναχρησιμοποιεί ορισμένα μέρη και υποβαθμίζει άλλα μέρη.

Το σύστημα εντοπισμού βοηθά επίσης το κύτταρο να μετακινεί νεόκτιστα βιομόρια, όπως πρωτεΐνες και λιπίδια, από τα κατασκευαστικά οργανίδια και στις θέσεις που το κύτταρο χρειάζεται τα μόρια.

Για παράδειγμα, οι μεταφορείς κυστιδίων χρησιμοποιούν κομμάτια μικροσωληνίσκων για να μετακινούν πρωτεΐνες κυτταρικής μεμβράνης από τα οργανίδια στην κυτταρική μεμβράνη.

Μόνο ορισμένα κελιά μπορούν να χρησιμοποιήσουν κινητική κινητικότητα να ταξιδέψουν, και εκείνα που βασίζονται γενικά σε εξειδικευμένες κινήσεις κατασκευές από ίνες μικροσωληνίσκων.

Το σπερματοζωάριο είναι πιθανώς ο ευκολότερος τρόπος οπτικοποίησης αυτών των κυττάρων που ταξιδεύουν.

Όπως γνωρίζετε, τα κύτταρα των σπερματοζωαρίων μοιάζουν με γυρίνοι με μεγάλες ουρές ή μαστίγια, που κτυπά για να κολυμπήσουν στον προορισμό τους και να γονιμοποιήσουν ένα ωάριο. Η ουρά του σπέρματος είναι φτιαγμένη από τουμπουλίνη και είναι ένα παράδειγμα ενός νήματος μικροσωληνίσκων που χρησιμοποιείται για την κίνηση των κυττάρων.

Μια άλλη γνωστή κινητική δομή παίζει επίσης ρόλο στην αναπαραγωγή είναι η βλεφαρίδες. Αυτές οι τριχοειδείς κινητικές δομές ευθυγραμμίζουν τις σάλπιγγες και χρησιμοποιούν μια κυματική κίνηση για να μετακινήσουν το αυγό μέσα από τη σάλπιγγα και στη μήτρα. Αυτές οι βλεφαρίδες είναι ίνες μικροσωληνίσκων.

Τα ενδιάμεσα νήματα είναι ο δεύτερος τύπος ινών που βρίσκεται στον κυτταροσκελετό. Μπορείτε να τα απεικονίσετε ως τον πραγματικό σκελετό του κελιού, καθώς ο μόνος ρόλος τους είναι η δομική υποστήριξη. Αυτές οι πρωτεϊνικές ίνες περιέχουν κερατίνη, η οποία είναι μια κοινή πρωτεΐνη που μπορεί να αναγνωρίσετε από προϊόντα περιποίησης σώματος.

Αυτή η πρωτεΐνη αποτελεί τα ανθρώπινα μαλλιά και τα νύχια καθώς και το ανώτερο στρώμα του δέρματος. Είναι επίσης η πρωτεΐνη που σχηματίζει κέρατα, νύχια και οπλές άλλων ζώων. Η κερατίνη είναι πολύ ισχυρή και χρήσιμη για προστασία από ζημιές.

Ο κύριος ρόλος των ενδιάμεσων νημάτων είναι ο σχηματισμός της μήτρας των δομικών πρωτεϊνών κάτω από το κυτταρική μεμβράνη. Αυτό είναι σαν ένα υποστηρικτικό πλέγμα που δίνει δομή και σχήμα στο κελί. Δίνει επίσης κάποια ελαστικότητα στο κύτταρο, επιτρέποντάς του να ανταποκρίνεται με ευελιξία υπό πίεση.

Μία από τις σημαντικές εργασίες που εκτελούνται από τα ενδιάμεσα νημάτια είναι να βοηθήσουν να συγκρατήσουν τα οργανίδια στα σωστά σημεία μέσα στο κελί. Για παράδειγμα, τα ενδιάμεσα νήματα αγκυρώνουν τον πυρήνα στη σωστή θέση του μέσα στο κελί.

Αυτή η αγκύρωση είναι ζωτικής σημασίας για τις κυτταρικές διεργασίες επειδή τα διάφορα οργανίδια μέσα σε ένα κελί πρέπει να συνεργαστούν για την εκτέλεση αυτών των κυτταρικών λειτουργιών. Στην περίπτωση του πυρήναςΗ πρόσδεση αυτού του σημαντικού οργανιδίου στη μήτρα του κυτταροσκελετού σημαίνει ότι τα οργανίδια που βασίζονται στο DNA οδηγίες από τον πυρήνα για να κάνουν τις εργασίες τους μπορούν εύκολα να έχουν πρόσβαση σε αυτές τις πληροφορίες χρησιμοποιώντας αγγελιοφόρους και μεταφορείς.

Αυτό το σημαντικό καθήκον μπορεί να είναι αδύνατο εάν ο πυρήνας δεν ήταν αγκυροβολημένος επειδή αυτοί οι αγγελιοφόροι και οι μεταφορείς θα χρειαζόταν να ταξιδέψουν γύρω αναζητώντας το κυτόπλασμα για έναν περιπλανώμενο πυρήνα!

Μικροφίλμ, που ονομάζονται επίσης νήματα ακτίνης, είναι αλυσίδες πρωτεϊνών ακτίνης στριμμένες σε σπειροειδή ράβδο. Αυτή η πρωτεΐνη είναι περισσότερο γνωστή για το ρόλο της στα μυϊκά κύτταρα. Εκεί, συνεργάζονται με μια άλλη πρωτεΐνη που ονομάζεται μυοσίνη για να επιτρέψει τη συστολή των μυών.

Όσον αφορά τον κυτταροσκελετό, τα μικροϊνώματα δεν είναι μόνο οι μικρότερες ίνες. Είναι επίσης οι πιο δυναμικοί. Όπως όλες οι ίνες κυτταροσκελετού, τα μικροϊνώματα παρέχουν στο κύτταρο τη δομική υποστήριξη. Λόγω των μοναδικών χαρακτηριστικών τους, τα μικρονημάτια τείνουν να εμφανίζονται στις άκρες του κυττάρου.

Η δυναμική φύση των νημάτων ακτίνης σημαίνει ότι αυτές οι πρωτεϊνικές ίνες μπορούν να αλλάξουν τα μήκη τους γρήγορα για να καλύψουν τις μεταβαλλόμενες δομικές ανάγκες του κυττάρου. Αυτό καθιστά δυνατό για το κελί να αλλάξει το σχήμα ή το μέγεθός του ή ακόμη και τη μορφή του ειδικές προβολές που εκτείνονται έξω από το κελί, όπως Φιλοπόδια, λαμπελιπόδια και μικροβιλίσια.

Μπορείς να φανταστείς Φιλοπόδια ως αισθητήρες που ένα κύτταρο προβάλλει να αισθανθεί το περιβάλλον γύρω του, να πάρει χημικά στοιχεία και ακόμη και να αλλάξει την κατεύθυνση του κυττάρου, αν κινείται. Οι επιστήμονες αποκαλούν επίσης μερικές φορές φιλοπόδια μικροσυσκευές.

Το Filopodia μπορεί να αποτελέσει μέρος ενός άλλου τύπου ειδικής προβολής, λαμπελιπόδια. Αυτή είναι μια δομή που μοιάζει με τα πόδια και βοηθά το κελί να κινείται και να ταξιδεύει.

Μικροβίλλη είναι σαν μικροσκοπικές τρίχες ή δάχτυλα που χρησιμοποιούνται από το κύτταρο κατά τη διάχυση. Το σχήμα αυτών των προεξοχών αυξάνει την επιφάνεια έτσι ώστε να υπάρχει περισσότερος χώρος για τα μόρια να κινούνται πέρα ​​από τη μεμβράνη μέσω διεργασιών όπως η απορρόφηση.

Αυτά τα δάχτυλα εκτελούν επίσης μια συναρπαστική λειτουργία που ονομάζεται ροή κυτοπλάσματος.

Αυτό συμβαίνει όταν τα νήματα ακτίνης χτενίζουν το κυτόπλασμα για να το κρατήσουν σε κίνηση. Ενισχύει η ροή του κυτοπλάσματος διάχυση και βοηθά στην κίνηση των επιθυμητών υλικών, όπως θρεπτικών συστατικών και ανεπιθύμητων υλικών, όπως απορρίμματα και συντρίμμια κυττάρων, γύρω στο κελί.