Citoscheletro: definizione, struttura e funzione (con diagramma)

Probabilmente conosci già il ruolo che il tuo scheletro gioca nella tua vita; dà la struttura del tuo corpo e ti aiuta a muoverti.

Senza di essa, saresti più simile a un blob umano che a una persona in movimento e funzionante. Come suggerisce il nome, il citoscheletro ha uno scopo molto simile nei procarioti e cellule eucariotiche.

Ti sei mai chiesto cosa fa sembrare le cellule rotonde e impedisce loro di collassare in globi viscidi? O come i numerosi organelli all'interno della cellula si organizzano e si muovono all'interno della cellula, o come viaggia la cellula stessa? Le cellule fanno affidamento su un citoscheletro per tutte queste funzioni.

L'importante unità strutturale del citoscheletro è in realtà una rete di fibre proteiche nel citoplasma che dà forma alla cellula e le consente di svolgere importanti funzioni, come la cellula movimento.

Maggiori informazioni sugli organelli e le funzioni dell'altra cellula.

Mentre alcune persone potrebbero immaginare le cellule come non strutturate, i potenti microscopi utilizzati nella biologia cellulare rivelano che le cellule sono molto organizzate.

Una componente principale è vitale per mantenere questa forma e livello di organizzazione: il citoscheletro della cellula. I filamenti proteici che compongono il citoscheletro formano una rete di fibre attraverso la cellula.

Questa rete fornisce un supporto strutturale alla membrana plasmatica, aiuta a stabilizzare gli organelli nelle loro posizioni corrette e consente alla cellula di mescolare il suo contenuto secondo necessità. Per alcuni tipi di cellule, il citoscheletro consente persino alla cellula di muoversi e viaggiare utilizzando strutture specializzate.

Questi si formano dai filamenti proteici quando necessario per la locomozione cellulare.

Il servizio che il citoscheletro fornisce per modellare la cellula ha molto senso. Proprio come lo scheletro umano, la rete proteica del citoscheletro crea un supporto strutturale che è cruciale per mantenere l'integrità della cellula e per impedirne il collasso nella sua vicinato.

Per le cellule con membrane molto fluide, la rete di proteine ​​che compongono il citoscheletro è particolarmente importante per mantenere il contenuto cellulare all'interno della cellula.

Questo è chiamato integrità della membrana.

Alcune cellule altamente specializzate si affidano anche al citoscheletro per il supporto strutturale.

Per queste cellule, il mantenimento della forma unica della cellula consente alla cellula di funzionare correttamente. Questi includono neuroni, o cellule cerebrali, che hanno corpi cellulari rotondi, braccia ramificate chiamate dendriti e code allungate.

Questa caratteristica forma cellulare consente ai neuroni di catturare segnali usando i loro bracci dendriti e passano quei segnali attraverso le loro code di assoni e nei dendriti in attesa di un cervello vicino cellula. Questo è il modo in cui le cellule cerebrali comunicano tra loro.

Ha anche senso che le cellule traggano beneficio dall'organizzazione che la rete di fibre proteiche del citoscheletro fornisce loro. Ci sono oltre 200 tipi di cellule nel corpo umano e un totale di circa 30 trilioni di cellule in ogni essere umano sul pianeta.

Gli organelli in tutte queste cellule devono svolgere un'ampia varietà di processi cellulari, come la costruzione e la scomposizione di biomolecole, il rilascio di energia da utilizzare per il corpo e l'esecuzione di una serie di reazioni chimiche che rendono possibile la vita.

Affinché queste funzioni funzionino bene a livello dell'intero organismo, ogni cellula ha bisogno di una struttura e di un modo di agire simili.

Per svolgere questi ruoli importanti, il citoscheletro si basa su tre distinti tipi di filamenti:

1. microtubuli
2. Filamenti intermedi
3. Microfilamenti

Queste fibre sono tutte così infinitesimamente piccole da essere completamente invisibili ad occhio nudo. Gli scienziati li hanno scoperti solo dopo l'invenzione del microscopio elettronico ha mostrato l'interno della cella.

Per visualizzare quanto siano piccole queste fibre proteiche, è utile comprendere il concetto di nanometro, che a volte è scritto come nm. I nanometri sono unità di misura proprio come un pollice è un'unità di misura.

Potresti aver indovinato dalla parola radice metro che l'unità nanometrica appartiene al sistema metrico, proprio come fa un centimetro.

Gli scienziati usano i nanometri per misurare cose estremamente piccole, come atomi e onde luminose.

Questo perché un nanometro equivale a un miliardesimo di metro. Ciò significa che se hai preso un metro di misurazione, che è lungo circa 3 piedi quando viene convertito in sistema di misura americano, e romperlo in un miliardo di pezzi uguali, un singolo pezzo sarebbe uguale a uno nanometro.

Ora immagina di poter tagliare i filamenti proteici che compongono il citoscheletro della cellula e misurare il diametro attraverso la faccia tagliata.

Ogni fibra misurerebbe tra 3 e 25 nanometri di diametro, a seconda del tipo di filamento. Per il contesto, un capello umano ha un diametro di 75.000 nanometri. Come puoi vedere, i filamenti che compongono il citoscheletro sono incredibilmente piccoli.

microtubuli sono le più grandi delle tre fibre del citoscheletro, con un diametro compreso tra 20 e 25 nanometri. Filamenti intermedi sono le fibre di medie dimensioni del citoscheletro e misurano circa 10 nanometri di diametro.

I più piccoli filamenti proteici che si trovano nel citoscheletro sono microfilamenti. Queste fibre filiformi misurano da 3 a 6 nanometri di diametro.

In termini reali, è fino a 25.000 volte più piccolo del diametro di un capello umano medio.

•••scienze

I microtubuli prendono il nome sia dalla loro forma generale che dal tipo di proteina che contengono. Sono simili a tubi e formati da unità ripetute di alfa e beta-tubulina proteinapolimeri collegando insieme.

Maggiori informazioni sulla funzione principale dei microtubuli nelle cellule.

Se dovessi vedere i filamenti di microtubuli al microscopio elettronico, sembrerebbero catene di piccole proteine ​​intrecciate insieme in un reticolo a spirale stretto.

Ogni unità proteica si lega a tutte le unità circostanti, producendo una struttura molto forte e molto rigida. In effetti, i microtubuli sono il componente strutturale più rigido che puoi trovare nelle cellule animali, che non hanno pareti cellulari come le cellule vegetali.

Ma i microtubuli non sono solo rigidi. Resistono anche alle forze di compressione e torsione. Questa qualità aumenta la capacità dei microtubuli di mantenere la forma e l'integrità delle cellule, anche sotto pressione.

I microtubuli danno anche alla cellula polarità, il che significa che la cella ha due lati unici, o poli. Questa polarità fa parte di ciò che rende possibile alla cellula di organizzare i suoi componenti, come organelli e altre porzioni del citoscheletro, perché dà alla cellula un modo per orientare quei componenti in relazione al poli.

I microtubuli supportano anche il movimento del contenuto cellulare all'interno della cellula.

I filamenti di microtubuli formano tracce, che agiscono come binari ferroviari o autostrade nella cellula. Trasportatori di vescicole seguire queste tracce per spostare il carico cellulare nel citoplasma. Queste tracce sono cruciali per rimuovere i contenuti cellulari indesiderati come proteine ​​mal ripiegate, organelli vecchi o rotti e invasori patogeni, come batteri e virus.

I trasportatori di vescicole seguono semplicemente la traccia corretta dei microtubuli per spostare questo carico al centro di riciclaggio della cellula, il lisosoma. Lì, il lisosoma recupera e riutilizza alcune parti e degrada altre parti.

Il sistema di binari aiuta anche la cellula a spostare le biomolecole di nuova costruzione, come proteine ​​e lipidi, fuori dagli organelli di produzione e nei luoghi in cui la cellula ha bisogno delle molecole.

Ad esempio, i trasportatori di vescicole utilizzano tracce di microtubuli per spostare le proteine ​​della membrana cellulare dagli organelli alla membrana cellulare.

Solo alcune cellule possono usare locomozione cellulare per viaggiare e quelli che generalmente fanno affidamento su strutture mobili specializzate fatte di fibre di microtubuli.

Lo spermatozoo è probabilmente il modo più semplice per visualizzare queste cellule in viaggio.

Come sai, gli spermatozoi assomigliano un po' a girini con la coda lunga, o flagelli, che frustano per nuotare fino a destinazione e fecondare una cellula uovo. La coda dello sperma è costituita da tubulina ed è un esempio di filamento di microtubuli utilizzato per la locomozione cellulare.

Un'altra struttura mobile ben nota svolge anche un ruolo nella riproduzione è il is ciglia. Queste strutture mobili simili a peli rivestono le tube di Falloppio e usano un movimento ondulatorio per spostare l'uovo attraverso la tuba di Falloppio e nell'utero. Queste ciglia sono fibre di microtubuli.

I filamenti intermedi sono il secondo tipo di fibra che si trova nel citoscheletro. Puoi immaginarli come il vero scheletro della cellula poiché il loro unico ruolo è il supporto strutturale. Queste fibre proteiche contengono cheratina, che è una proteina comune che potresti riconoscere dai prodotti per la cura del corpo.

Questa proteina costituisce i capelli e le unghie umani, nonché lo strato superiore della pelle. È anche la proteina che forma le corna, gli artigli e gli zoccoli di altri animali. La cheratina è molto forte e utile per proteggere dai danni.

Il ruolo principale dei filamenti intermedi è la formazione della matrice delle proteine ​​strutturali sotto il membrana cellulare. Questo è come una rete di supporto che dà struttura e forma alla cellula. Conferisce anche una certa elasticità alla cellula, consentendole di rispondere in modo flessibile sotto stress.

Uno dei compiti importanti svolti dai filamenti intermedi è quello di aiutare a mantenere gli organelli nei posti giusti all'interno della cellula. Ad esempio, i filamenti intermedi ancorano il nucleo nella sua posizione corretta all'interno della cellula.

Questo ancoraggio è cruciale per i processi cellulari perché i vari organelli all'interno di una cellula devono lavorare insieme per svolgere tali funzioni cellulari. Nel caso di nucleo, legare questo importante organello alla matrice del citoscheletro significa che gli organelli che si basano sul DNA le istruzioni del nucleo per svolgere il proprio lavoro possono accedere facilmente a tali informazioni utilizzando messaggeri e trasportatori.

Questo importante compito potrebbe essere impossibile se il nucleo non fosse ancorato perché quei messaggeri e trasportatori avrebbero bisogno di viaggiare alla ricerca di un nucleo vagante attraverso il citoplasma!

Microfilamenti, detti anche filamenti di actina, sono catene di proteine ​​di actina attorcigliate in un'asta a spirale. Questa proteina è meglio conosciuta per il suo ruolo nelle cellule muscolari. Lì, lavorano con un'altra proteina chiamata miosina per consentire la contrazione muscolare.

Quando si tratta del citoscheletro, i microfilamenti non sono solo le fibre più piccole. Sono anche i più dinamici. Come tutte le fibre del citoscheletro, i microfilamenti forniscono un supporto strutturale alla cellula. A causa delle loro caratteristiche uniche, i microfilamenti tendono a comparire ai bordi della cellula.

La natura dinamica dei filamenti di actina significa che queste fibre proteiche possono cambiare rapidamente la loro lunghezza per soddisfare le mutevoli esigenze strutturali della cellula. Ciò consente alla cellula di alterare la sua forma o dimensione o addirittura forma proiezioni speciali che si estendono all'esterno della cellula, come filopodia, lamellipodia e microvilli.

Puoi immaginare filopodia come sensori che una cellula proietta per percepire l'ambiente circostante, raccogliere segnali chimici e persino cambiare la direzione della cellula, se si sta muovendo. Gli scienziati a volte chiamano anche filopodia micropicchi.

Filopodia può far parte di un altro tipo di proiezione speciale, lamellipodia. Questa è una struttura simile a un piede che aiuta la cellula a muoversi e viaggiare.

Microvilli sono come minuscoli peli o dita usati dalla cellula durante la diffusione. La forma di queste proiezioni aumenta l'area superficiale in modo che ci sia più spazio per le molecole per muoversi attraverso la membrana attraverso processi come l'assorbimento.

Queste dita svolgono anche un'affascinante funzione chiamata streaming del citoplasma.

Ciò si verifica quando i filamenti di actina attraversano il citoplasma per mantenerlo in movimento. Aumenta lo streaming del citoplasma diffusione e aiuta a spostare i materiali desiderati, come i nutrienti, e i materiali indesiderati, come rifiuti e detriti cellulari, all'interno della cellula.