Citoskelet: Definicija, struktura i funkcija (s dijagramom)

Vjerojatno već znate ulogu koju vaš vlastiti kostur ima u vašem životu; daje strukturu vašeg tijela i pomaže vam u kretanju.

Bez toga biste više bili poput ljudske mrlje nego pokretne, funkcionalne osobe. Kao što mu samo ime govori, citoskelet ima vrlo sličnu svrhu u prokariotskim i eukariotske stanice.

Jeste li se ikad zapitali zbog čega stanice izgledaju okrugle i sprečava ih da se uruše u ljigave globuse? Ili kako se mnogi organeli unutar stanice organiziraju i kreću unutar stanice, ili kako stanica sama putuje? Stanice se za sve ove funkcije oslanjaju na citoskelet.

Važna strukturna jedinica citoskeleta zapravo je mreža proteinskih vlakana u citoplazma koja daje stanici oblik i omogućuje joj obavljanje važnih funkcija, poput stanice pokret.

Pročitajte više o organelama i funkcijama druge stanice.

Iako bi neki ljudi mogli zamisliti stanice kao nestrukturirane, moćni mikroskopi koji se koriste u staničnoj biologiji otkrivaju da su stanice vrlo organizirane.

Jedna od glavnih komponenti je vitalna za održavanje ovog oblika i razine organizacije:

Ova mreža daje strukturnu potporu plazemskoj membrani, pomaže stabilizirati organele u njihovim pravilnim položajima i omogućuje stanici da promiješa svoj sadržaj po potrebi. Za neke tipove stanica, citoskelet čak omogućuje stanici da se kreće i putuje pomoću specijaliziranih struktura.

Oni nastaju iz proteinskih niti kada su potrebni za kretanje stanica.

Usluga koju citoskelet pruža za oblikovanje stanice ima puno smisla. Slično kao i ljudski kostur, mreža proteina citoskeleta stvara strukturnu potporu koja je presudan za održavanje integriteta stanice i za sprječavanje kolapsa u nju Komšije.

Za stanice s vrlo tekućim membranama, mreža proteina koji čine citoskelet posebno su važne za zadržavanje staničnog sadržaja u stanici.

Ovo se zove integritet membrane.

Neke se visoko specijalizirane stanice također oslanjaju na citoskelet za strukturnu potporu.

Održavanje jedinstvenog oblika stanica za ove stanice omogućuje stanici pravilno funkcioniranje. Tu spadaju neuroni, ili moždane stanice, koje imaju okruglasta stanična tijela, razgranate ruke nazvane dendriti i ispruženi repovi.

Ovaj karakteristični oblik stanice omogućuje neuronima hvatanje signala koristeći svoje ruke dendriteta i propuštaju te signale kroz njihove repove aksona i u dendrite koji čekaju susjedni mozak stanica. Tako moždane stanice međusobno komuniciraju.

Također ima smisla da stanice imaju koristi od organizacije koju im daje mreža proteinskih vlakana citoskeleta. U ljudskom tijelu postoji preko 200 vrsta stanica i ukupno oko 30 bilijuna stanica u svakom čovjeku na planeti.

Organele u svim tim stanicama moraju izvoditi najrazličitije stanični procesi, kao što su izgradnja i razgradnja biomolekula, oslobađanje energije za tijelo da koristi i izvođenje mnoštva kemijskih reakcija koje čine život mogućim.

Da bi ove funkcije dobro funkcionirale na razini cijelog organizma, svaka stanica treba sličnu strukturu i način rada.

Da bi izvršio te važne uloge, citoskelet se oslanja na tri različite vrste filamenata:

1. Mikrotubule
2. Srednji filamenti
3. Mikrofilamenti

Ta su vlakna toliko beskrajno mala da su potpuno nevidljiva golim okom. Znanstvenici su ih otkrili tek nakon izuma elektronski mikroskop donio unutrašnjost ćelije na vidik.

Da biste vizualizirali koliko su mala ta proteinska vlakna, korisno je razumjeti koncept nanometar, što se ponekad zapisuje kao nm. Nanometri su mjerne jedinice baš kao što je inč mjerna jedinica.

Možda ste pogodili iz korijenske riječi metar da nanometrska jedinica pripada metričkom sustavu, baš kao što pripada centimetar.

Znanstvenici nanometrima mjere izuzetno male stvari, poput atoma i svjetlosnih valova.

To je zato što je jedan nanometar jednak milijardi metra. To znači da ako ste uzeli mjerač palice, koji je dugačak otprilike 3 metra kada se pretvori u Američki sustav mjerenja, i podijelite ga na milijardu jednakih dijelova, jedan jedini komad bio bi jednak jednom nanometar.

Sad zamislite da biste mogli rezati proteinske filamente koji čine citoskelet stanice i izmjeriti promjer preko izrezanog lica.

Svako bi vlakno imalo promjer između 3 i 25 nanometara, ovisno o vrsti niti. Za kontekst, ljudska kosa ima promjer 75 000 nanometara. Kao što vidite, filamenti koji čine citoskelet nevjerojatno su mali.

Mikrotubule su najveće od tri vlakna citoskeleta, promjera 20 do 25 nanometara. Srednji filamenti su vlakna srednje veličine citoskeleta i promjera su oko 10 nanometara.

Najmanji proteinski filamenti pronađeni u citoskeletu su mikrofilamenti. Ova vlakna slična nitima imaju promjer tek 3 do 6 nanometara.

U stvarnom smislu to je čak 25.000 puta manje od promjera prosječne ljudske kose.

•••Znanstveno

Mikrotubule svoje ime dobivaju i po općem obliku i po vrsti proteina koje sadrže. Oni su poput cijevi i formirani su od ponavljajućih jedinica alfa- i beta-tubulina proteinpolimeri povezujući zajedno.

Pročitajte više o glavnoj funkciji mikrotubula u stanicama.

Ako biste filamente mikrotubula gledali pod elektronskim mikroskopom, izgledali bi poput lanaca malih proteina uvijenih zajedno u usku spiralnu rešetku.

Svaka se proteinska jedinica veže sa svim jedinicama oko sebe, stvarajući vrlo jaku, vrlo krutu strukturu. U stvari, mikrotubule su najčvršća strukturna komponenta koju možete pronaći u životinjskim stanicama, koje nemaju stanične stijenke kao što imaju biljne stanice.

Ali mikrotubule nisu samo krute. Oni se također opiru silama kompresije i uvijanja. Ova kvaliteta povećava sposobnost mikrotubula da održi oblik i integritet stanica, čak i pod pritiskom.

Mikrotubule također daju stanicu polaritet, što znači da stanica ima dvije jedinstvene stranice ili polove. Ta je polarnost dio onoga što omogućava stanici da organizira svoje komponente, poput organela i druge dijelove citoskeleta, jer daje stanici način da orijentira te komponente u odnosu na motke.

Mikrotubule također podržavaju kretanje staničnog sadržaja unutar stanice.

Vlakna u mikrotubulama tvore kolosijeke koji djeluju poput željezničkih pruga ili autocesta u ćeliji. Prijenosnici vezikula slijedite ove tragove za kretanje staničnog tereta u citoplazmi. Ti su tragovi presudni za uklanjanje neželjenog staničnog sadržaja poput pogrešno složenih proteina, starih ili slomljenih organela i napadača patogena, poput bakterija i virusa.

Transporteri vezikula jednostavno slijede ispravnu stazu mikrotubula kako bi premjestili ovaj teret u centar za recikliranje ćelije lizozom. Tamo lizozom spasi i ponovno upotrijebi neke dijelove, a razgradi druge dijelove.

Sustav staza također pomaže stanici da premjesti novoizgrađene biomolekule, poput bjelančevina i lipida, iz proizvodnih organela na mjesta gdje stanice trebaju molekule.

Na primjer, prijenosnici vezikula koriste tragove mikrotubula kako bi premjestili proteine ​​stanične membrane iz organela u staničnu membranu.

Samo neke stanice mogu koristiti kretanje stanica da putuju, a one koje se općenito oslanjaju na specijalizirane pokretne strukture izrađene od vlakana mikrotubula.

Sjemena stanica je vjerojatno najlakši način za vizualizaciju tih putujućih stanica.

Kao što znate, stanice sperme izgledaju pomalo kao punoglavci s dugim repovima, ili bičevi, koje bičevima preplivaju do odredišta i oplode jajnu stanicu. Rep sperme izrađen je od tubulina i primjer je filamenta mikrotubula koji se koristi za kretanje stanica.

Sljedeća dobro poznata pokretna struktura koja također igra ulogu u reprodukciji je cilija. Te dlakave pokretne strukture postavljaju jajovode i mahanjem kreću jajašce kroz jajovod i u maternicu. Te su trepavice vlakna mikrotubula.

Intermedijarni filamenti su druga vrsta vlakana koja se nalaze u citoskeletonu. Možete ih zamisliti kao pravi kostur stanice jer im je jedina uloga strukturna potpora. Ova proteinska vlakna sadrže keratin, koji je uobičajeni protein koji možete prepoznati iz proizvoda za njegu tijela.

Ovaj protein čini ljudsku kosu i nokte kao i gornji sloj kože. To je također protein koji tvori rogove, kandže i kopita drugih životinja. Keratin je vrlo jak i koristan za zaštitu od oštećenja.

Glavna uloga intermedijarnih filamenata je stvaranje matrice strukturnih proteina ispod stanična membrana. Ovo je poput potporne mreže koja ćeliji daje strukturu i oblik. Stanici također daje određenu elastičnost, omogućujući joj fleksibilno reagiranje pod stresom.

Jedan od važnih poslova koji obavljaju srednja vlakna je pomoć u držanju organela na pravim mjestima unutar stanice. Na primjer, srednji filamenti usidre jezgru na njezino odgovarajuće mjesto unutar stanice.

Ovo je usidrenje presudno za stanične procese, jer različiti organeli unutar stanice moraju zajedno raditi kako bi izvršili te funkcije stanice. U slučaju jezgra, privezivanje ove važne organele za matricu citoskeleta znači da organele koje se oslanjaju na DNA Upute iz jezgre da rade svoj posao mogu lako pristupiti tim informacijama pomoću glasnika i transporteri.

Ovaj važan zadatak mogao bi biti nemoguć da jezgra nije usidrena jer bi ti glasnici i transporteri morali putovati uokolo tražeći kroz citoplazmu lutajuću jezgru!

Mikrofilamenti, također nazvani aktinski filamenti, su lanci proteina aktina uvijeni u spiralnu šipku. Ovaj protein je najpoznatiji po svojoj ulozi u mišićnim stanicama. Tamo rade s drugim proteinima tzv miozin kako bi se omogućila kontrakcija mišića.

Što se tiče citoskeleta, mikrofilamenti nisu samo najmanja vlakna. Oni su i najdinamičniji. Kao i sva vlakna citoskeleta, mikrofilamenti daju stanici strukturnu potporu. Zbog svojih jedinstvenih svojstava, mikrofilamenti se imaju tendenciju pojavljivati ​​na rubovima stanice.

Dinamična priroda aktinskih filamenata znači da ta proteinska vlakna mogu brzo promijeniti svoju duljinu kako bi udovoljila promjenivim strukturnim potrebama stanice. To omogućuje da stanica mijenja svoj oblik ili veličinu ili čak oblik posebne projekcije koji se protežu izvan stanice, kao npr filopodija, lamelipodija i mikrovili.

Možete zamisliti filopodija kao osjećaji koje stanica projicira kako bi osjetila okolinu oko sebe, pokupila kemijske znakove i čak promijenila smjer stanice, ako se kreće. Znanstvenici također ponekad nazivaju filopodija mikrošiljci.

Filopodija može biti dio druge vrste posebne projekcije, lamelipodija. Ovo je struktura poput stopala koja pomaže stanici da se kreće i putuje.

Microvilli su poput sitnih dlačica ili prstiju koje stanica koristi tijekom difuzije. Oblik ovih izbočina povećava površinu tako da ima više prostora za molekule da se kreću preko membrane kroz procese poput apsorpcije.

Ovi prsti također obavljaju fascinantnu funkciju tzv strujanje citoplazme.

To se događa kada se aktinski filamenti češljaju kroz citoplazmu kako bi se nastavili kretati. Pojačava se strujanje citoplazme difuzija i pomaže u kretanju traženih materijala, poput hranjivih sastojaka, i neželjenih materijala, poput otpada i staničnih ostataka, oko stanice.