Tsütoskelett: määratlus, struktuur ja funktsioon (koos diagrammiga)

Tõenäoliselt juba teate, millist rolli mängib teie enda luustik teie elus; see annab teie kehale struktuuri ja aitab teil liikuda.

Ilma selleta oleksite pigem inimese kämp kui liikuv ja toimiv inimene. Nagu nimigi ütleb, täidab tsütoskelett prokarüootsete ja eukarüootsed rakud.

Kas olete kunagi mõelnud, mis paneb rakud ümmarguse väljanägemise ja ei lase neil limaseks gloobuseks kokku kukkuda? Või kuidas paljud raku sees olevad organellid korrastuvad ja raku sees ringi liiguvad või kuidas rakk ise liigub? Rakud toetuvad kõigi nende funktsioonide jaoks tsütoskeletile.

Tsütoskeleti oluline struktuuriüksus on valguskiudude võrk tsütoplasma, mis annab rakule kuju ja võimaldab täita olulisi funktsioone, näiteks rakk liikumine.

Lisateave teiste rakkude organellide ja funktsioonide kohta.

Kuigi mõned inimesed võivad rakke ette kujutada struktureerimata, näitavad rakubioloogias kasutatavad võimsad mikroskoobid, et rakud on väga organiseeritud.

Organisatsiooni sellise kuju ja taseme säilitamiseks on oluline üks põhikomponent:

See võrgustik toetab plasmamembraani struktuuriliselt, aitab stabiliseerida organelle nende õiges asendis ja võimaldab rakul vajadusel oma sisu ümber segada. Mõne rakutüübi korral võimaldab tsütoskelett rakul isegi spetsialiseeritud struktuuride abil liikuda ja liikuda.

Need tekivad valgu kiududest, kui see on vajalik rakkude liikumiseks.

Teenus, mida tsütoskelett raku kujundamiseks pakub, on väga mõistlik. Sarnaselt inimese luustikule loob ka tsütoskeleti valguvõrgustik struktuurse toe, mis on oluline raku terviklikkuse säilitamiseks ja selle lagunemise vältimiseks naabrid.

Väga vedelate membraanidega rakkude jaoks on tsütoskeleti moodustavate valkude võrk raku sisu hoidmiseks rakus eriti oluline.

Seda nimetatakse membraani terviklikkus.

Mõned kõrgelt spetsialiseerunud rakud tuginevad struktuurseks toeks ka tsütoskeletile.

Nende rakkude jaoks võimaldab raku kordumatu kuju säilitamine raku korralikku toimimist. Need sisaldavad neuronidvõi ajurakud, millel on ümmargused rakukehad, hargnevad käed, mida nimetatakse dendriitideks, ja välja sirutatud sabad.

See raku iseloomulik kuju võimaldab neuronitel signaale kinni püüda oma dendriitkäte abil ja edastage need signaalid läbi aksonite sabade ja naaberaju ootavatesse dendriitidesse kamber. Nii suhtlevad ajurakud omavahel.

Samuti on loogiline, et rakud saavad kasu organisatsioonist, mille tsütoskeleti valgukiu võrk neile annab. Inimese kehas on üle 200 rakutüübi ja igal planeedil oleval inimesel kokku umbes 30 triljonit rakku.

Kõigi nende rakkude organellid peavad täitma väga erinevaid rakuprotsessid, näiteks biomolekulide ehitamine ja lagundamine, keha kasutamiseks energia vabastamine ja hulga keemilisi reaktsioone, mis muudavad elu võimalikuks.

Et need funktsioonid toimiksid hästi kogu organismi tasandil, vajab iga rakk sarnast struktuuri ja viisi.

Nende oluliste rollide täitmiseks tugineb tsütoskelett kolmele eri tüüpi kiududele:

1. Mikrotuubulid
2. Vahepealsed niidid
3. Mikrokiud

Need kiud on kõik nii lõpmatult väikesed, et on palja silmaga täiesti nähtamatud. Teadlased avastasid need alles pärast elektronmikroskoop tõi vahtkambri sisemuse.

Nende valguskiudude väiksuse visualiseerimiseks on kasulik mõista selle kontseptsiooni nanomeeter, mida mõnikord kirjutatakse kui nm. Nanomeetrid on mõõtühikud nagu tolli mõõtühikud.

Võisite algsõnast aimata meeter et nanomeetriühik kuulub meetrilisse süsteemi, täpselt nagu sentimeeter.

Teadlased mõõdavad nanomeetreid äärmiselt väikeste asjade, näiteks aatomite ja valguslainete mõõtmiseks.

Seda seetõttu, et üks nanomeeter võrdub ühe miljardiku meetriga. See tähendab, et kui võtsite meetermõõdupulga, mis on ümber arvutatuna umbes 3 jalga pikk Ameerika mõõtesüsteem ja jagada see miljardiks võrdseks tükiks, võrduks üks tükk nanomeeter.

Kujutage nüüd ette, et võiksite lõigata raku tsütoskeleti moodustavad valgu kiud ja mõõta seda läbimõõt üle lõigatud näo.

Iga kiu läbimõõt oleks 3–25 nanomeetrit, olenevalt hõõgniidi tüübist. Konteksti jaoks on inimese juuste läbimõõt 75 000 nanomeetrit. Nagu näete, on tsütoskeleti moodustavad kiud uskumatult väikesed.

Mikrotuubulid on tsütoskeleti kolmest kiust suurimad, läbimõõduga 20-25 nanomeetrit. Vahepealsed niidid on tsütoskeleti keskmise suurusega kiud ja nende läbimõõt on umbes 10 nanomeetrit.

Kõige väiksemad tsütoskeletis leiduvad valgu kiud on mikrokiud. Nende niiditaoliste kiudude läbimõõt on vaid 3–6 nanomeetrit.

Reaalses plaanis on see keskmiselt 25 000 korda väiksem kui keskmise inimese juukse läbimõõt.

•••Teadmine

Mikrotuubulid saavad oma nime nii nende üldise kuju kui ka valgu tüübi järgi. Need on torukujulised ja moodustuvad alfa- ja beeta-tubuliini korduvatest üksustest valkpolümeerid omavahel sidumine.

Lisateavet mikrotuubulite põhifunktsiooni kohta rakkudes.

Kui vaataksite mikrotuubulifilamente elektronmikroskoobi all, näeksid need välja nagu väikeste valkude ahelad, mis on kokku keeratud tihedaks spiraalseks võreks.

Iga valguühik seondub kõigi teda ümbritsevate üksustega, tekitades väga tugeva, väga jäiga struktuuri. Tegelikult on mikrotuubulid kõige jäigemad struktuursed komponendid, mida leiate loomarakkudest, millel pole rakuseinu nagu taimerakkudel.

Kuid mikrotuubulid pole lihtsalt jäigad. Samuti peavad nad vastu surumis- ja väändejõududele. See kvaliteet suurendab mikrotuubi võimet säilitada raku kuju ja terviklikkust isegi rõhu all.

Mikrotuubulid annavad ka rakule polaarsus, mis tähendab, et lahtril on kaks unikaalset külge ehk poolust. See polaarsus on osa sellest, mis võimaldab rakul oma komponente, näiteks organelle ja tsütoskeleti muud osad, kuna see annab rakule võimaluse neid komponente orienteerida postid.

Mikrotuubulid toetavad ka raku sisu liikumist rakus.

Mikrotuubide niidid moodustavad rööpad, mis toimivad rakus nagu raudteed või maanteed. Vesiikulitransportöörid järgige neid radu, et rakulasti tsütoplasmas ringi liikuda. Need rajad on üliolulised soovimatu rakusisalduse, näiteks valesti kokku pandud valkude, vanade või purunenud organellide ja patogeenide sissetungijate, näiteks bakterite ja viiruste eemaldamiseks.

Vesiikulitransportöörid liiguvad selle lasti raku ringlussevõtukeskusesse lüsosoom. Seal päästab lüsosoom mõned osad ja taaskasutab neid ning lagundab teisi osi.

Raja süsteem aitab rakul ka äsjavalminud biomolekuleid, nagu valke ja lipiide, viia tootvatest organellidest välja ja rakkudesse vajalikesse kohtadesse.

Näiteks kasutavad vesiikulitransporterid mikrotuubulite jälgi rakumembraani valkude liikumiseks organellidest rakumembraanini.

Ainult mõned lahtrid saavad kasutada rakkude liikumine reisimiseks ja need, mis üldiselt toetuvad mikrotuubulikiududest valmistatud spetsiaalsetele liikuvatele struktuuridele.

Spermaelement on ilmselt lihtsaim viis nende rändrakkude visualiseerimiseks.

Nagu teate, näevad seemnerakud välja nagu pika sabaga kullesed või lipuke, mida nad piitsutavad, et sihtkohta ujuda ja munarakku viljastada. Sperma saba on valmistatud tubuliinist ja see on näide raku liikumiseks kasutatavast mikrotuubuli filamendist.

Teine tuntud liikumisstruktuur mängib reproduktsioonis ka rolli cilia. Need juuksetaolised liikuvad struktuurid vooderdavad munajuhasid ja liigutavad muna munajuha kaudu emakasse vehkides. Need ripsmed on mikrotuubulikiud.

Vahepealsed niidid on teist tüüpi kiud, mida leidub tsütoskeletis. Saate neid kujutada raku tõelise skeletina, kuna nende ainus roll on struktuuriline tugi. Need valgu kiud sisaldavad keratiin, mis on tavaline valk, mille võite kehahooldustoodetest ära tunda.

See valk moodustab inimese juuksed ja küüned, samuti naha pealmise kihi. Samuti moodustab see valk teiste loomade sarved, küünised ja kabjad. Keratiin on väga tugev ja kasulik kahjustuste eest kaitsmiseks.

Vahepealsete niitide peamine roll on struktuurvalkude maatriksi moodustumine rakumembraan. See on nagu toetav võrk, mis annab rakule struktuuri ja kuju. Samuti annab see rakule teatud elastsuse, võimaldades tal stressi korral paindlikult reageerida.

Üheks oluliseks tööks, mida vahepealsed niidid täidavad, on aidata organelle rakus õigetes kohtades hoida. Näiteks ankurdavad vahefilamendid tuuma rakus oma õigesse kohta.

Ankurdamine on rakuprotsesside jaoks ülioluline, kuna raku sees olevad erinevad organellid peavad nende rakufunktsioonide täitmiseks koostööd tegema. Juhul kui tuum, selle olulise organelli sidumine tsütoskeleti maatriksiga tähendab, et DNA-le toetuvad organellid tuuma juhised oma töö tegemiseks pääsevad sellele teabele hõlpsasti juurde kullerite ja vedajad.

See oluline ülesanne võib olla võimatu, kui tuuma poleks ankurdatud, sest need käskjalad ja transportijad peaksid ringi liikuma, otsides tsütoplasmas rändavat tuuma!

Mikrokiud, mida nimetatakse ka aktiinfilamenton aktiinvalkude ahelad, mis on keerdunud spiraalseks vardaks. See valk on kõige paremini tuntud oma rolli poolest lihasrakkudes. Seal töötavad nad teise valguga, mida nimetatakse müosiin lihaste kokkutõmbumise võimaldamiseks.

Kui tegemist on tsütoskeletiga, siis pole mikrofilmid mitte ainult kõige väiksemad kiud. Need on ka kõige dünaamilisemad. Nagu kõik tsütoskeleti kiud, annavad ka mikrokiud rakule struktuurse toe. Oma ainulaadsete omaduste tõttu kipuvad mikrofilamentid ilmnema raku servades.

Aktiinifilamentide dünaamiline olemus tähendab, et need valgukiud võivad oma pikkust kiiresti muuta, et rahuldada raku muutuvaid struktuurivajadusi. See võimaldab rakul oma kuju või suurust või isegi kuju muuta eriprognoosid mis ulatuvad rakust väljapoole, näiteks filopoodiad, lamellipoodiad ja mikrovilli.

Võite ette kujutada filopoodiad tunnetajatena, et rakk kavatseb tajuda ümbritsevat keskkonda, korjata keemilisi näpunäiteid ja isegi muuta raku suunda, kui see liigub. Vahel kutsuvad teadlased ka filopoodiaid mikrospikesed.

Filopodia võib moodustada osa teist tüüpi eriprojektsioonist, lamellipoodiad. See on jalataoline struktuur, mis aitab rakul liikuda ja liikuda.

Microvilli on nagu pisikesed karvad või sõrmed, mida rakk kasutab difusiooni ajal. Nende projektsioonide kuju suurendab pinda, nii et molekulidel on rohkem ruumi liikumiseks membraani kaudu nagu absorptsioon.

Need sõrmed täidavad ka põnevat funktsiooni, mida nimetatakse tsütoplasma voogesitus.

See juhtub siis, kui aktiini kiud kammivad tsütoplasma läbi, et seda liikuda. Tsütoplasma voogesitus suurendab difusioon ning aitab soovitud materjale, nagu toitaineid, ja soovimatuid materjale, nagu jäätmed ja rakujäätmed, rakus ringi viia.