Citoskeletas: apibrėžimas, struktūra ir funkcijos (su diagrama)

Jūs tikriausiai jau žinote savo paties griaučio vaidmenį jūsų gyvenime; tai suteikia jūsų kūno struktūrą ir padeda judėti.

Be jo būtum labiau panašus į žmogaus dėmę, nei į judantį, veikiantį žmogų. Kaip rodo jo pavadinimas, citoskeletas atlieka labai panašų tikslą prokariotų ir eukariotinės ląstelės.

Ar kada susimąstėte, dėl ko ląstelės atrodo apvalios ir neleidžia joms žlugti į gleivėtus gaublius? Arba kaip daug organelio ląstelės viduje organizuojasi ir juda ląstelės viduje, ar kaip pati ląstelė keliauja? Ląstelės visoms šioms funkcijoms remiasi citoskeletu.

Svarbus citoskeleto struktūrinis vienetas iš tikrųjų yra baltymų skaidulų tinklas citoplazma, suteikianti ląstelei formą ir leidžianti atlikti svarbias funkcijas, tokias kaip ląstelė judėjimas.

Skaitykite daugiau apie kitų ląstelių organelius ir funkcijas.

Nors kai kurie žmonės ląsteles gali įsivaizduoti kaip nestruktūruotas, galingi ląstelių biologijoje naudojami mikroskopai rodo, kad ląstelės yra labai organizuotos.

Norint išlaikyti tokią organizacijos formą ir lygį, gyvybiškai svarbus vienas pagrindinis komponentas: citoskeletas kameros. Baltymų gijos, sudarančios citoskeletą, per ląstelę sudaro skaidulų tinklą.

Šis tinklas suteikia struktūrinę atramą plazmos membranai, padeda stabilizuoti organelius tinkamoje padėtyje ir leidžia ląstelei prireikus maišyti savo turinį. Kai kuriems ląstelių tipams citoskeletas netgi leidžia ląstelei judėti ir keliauti naudojant specializuotas struktūras.

Jie susidaro iš baltymų gijų, kai to reikia ląstelių judėjimui.

Paslauga, kurią citoskeletas teikia ląstelės formavimui, yra labai prasminga. Panašiai kaip žmogaus griaučiai, citoskeleto baltymų tinklas sukuria struktūrinę atramą labai svarbu išlaikyti ląstelės vientisumą ir užkirsti kelią jos žlugimui į savo ląstelę kaimynai.

Ląstelėms, turinčioms labai skystas membranas, baltymų tinklas, sudarantis citoskeletą, yra ypač svarbus norint išlaikyti ląstelės turinį ląstelės viduje.

Tai vadinama membranos vientisumas.

Kai kurios labai specializuotos ląstelės taip pat remiasi citoskeletu, kad gautų struktūrinę paramą.

Šioms ląstelėms išlaikius nepakartojamą ląstelės formą, ląstelė gali tinkamai veikti. Jie apima neuronaiarba smegenų ląstelės, turinčios apvalius ląstelių kūnus, šakotas rankas, vadinamas dendritais, ir ištiestas uodegas.

Dėl šios būdingos ląstelės formos neuronai gali sugauti signalus naudodami dendrito rankas ir perduoda tuos signalus per aksono uodegas ir į laukiančius kaimyninių smegenų dendritus ląstelė. Taip smegenų ląstelės bendrauja tarpusavyje.

Taip pat prasminga, kad ląstelės gauna naudos iš organizacijos, kurią joms suteikia citoskeleto baltymų pluošto tinklas. Žmogaus kūne yra daugiau nei 200 ląstelių tipų ir iš viso apie 30 trilijonų ląstelių kiekviename planetos žmoguje.

Organelės visose šiose ląstelėse turi atlikti labai įvairius organelius ląstelių procesai, pvz., biomolekulių sukūrimas ir suskaidymas, energijos išleidimas organizmui naudoti ir daugybė cheminių reakcijų, kurios suteikia galimybę gyventi.

Kad šios funkcijos gerai veiktų viso organizmo lygiu, kiekvienai ląstelei reikia panašios struktūros ir būdų, kaip tai daryti.

Kad atliktų tuos svarbius vaidmenis, citoskeletas remiasi trimis skirtingais gijų tipais:

1. Mikrovamzdeliai
2. Tarpiniai gijos
3. Mikrofilmai

Visi šie pluoštai yra tokie be galo maži, kad plika akimi jų visiškai nematyti. Mokslininkai juos atrado tik išradę elektroninis mikroskopas atnešė kameros vidų.

Norint įsivaizduoti, kokie maži yra šie baltyminiai pluoštai, naudinga suprasti nanometras, kuris kartais rašomas kaip nm. Nanometrai yra matavimo vienetai, kaip ir colis.

Galbūt atspėjote iš pagrindinio žodžio metras kad nanometro vienetas priklauso metrinei sistemai, kaip ir centimetras.

Mokslininkai nanometrais matuoja itin mažus dalykus, tokius kaip atomai ir šviesos bangos.

Taip yra todėl, kad vienas nanometras yra lygus milijardinei metro daliai. Tai reiškia, kad jei paėmėte metrinę matavimo lazdelę, kuri yra maždaug 3 pėdų ilgio, kai ją konvertuojate į Amerikos matavimo sistemą ir suskaidykite ją į milijardą vienodų dalių, viena dalis būtų lygi vienai nanometras.

Dabar įsivaizduokite, kad galėtumėte perpjauti baltymo gijas, sudarančias ląstelės citoskeletą, ir išmatuoti skersmens skersai nupjauto veido.

Kiekvieno pluošto skersmuo būtų nuo 3 iki 25 nanometrų, atsižvelgiant į gijų tipą. Žmogaus plaukų skersmuo yra 75 000 nanometrų. Kaip matote, gijos, sudarančios citoskeletą, yra nepaprastai mažos.

Mikrovamzdeliai yra didžiausi iš trijų citoskeleto pluoštų, kurių skersmuo yra nuo 20 iki 25 nanometrų. Tarpiniai gijos yra vidutinio dydžio citoskeleto skaidulos ir jų skersmuo yra apie 10 nanometrų.

Mažiausios baltymų gijos, randamos citoskelete, yra mikrofilamentai. Šių siūlų tipo pluoštų skersmuo yra tik nuo 3 iki 6 nanometrų.

Realiame pasaulyje tai yra net 25 000 kartų mažesnis nei vidutinio žmogaus plaukų skersmuo.

•••Mokslo

Mikrovamzdeliai pavadinimą gauna ir iš bendros formos, ir iš juose esančių baltymų tipo. Jie yra panašūs į mėgintuvėlius ir susidaro iš pasikartojančių alfa- ir beta-tubulino vienetų baltymaspolimerai susiejant kartu.

Skaitykite daugiau apie pagrindinę mikrovamzdelių funkciją ląstelėse.

Jei žiūrėtumėte mikrovamzdelių gijas elektroniniu mikroskopu, jie atrodytų kaip mažų baltymų grandinės, susuktos į tvirtą spiralinę grotelę.

Kiekvienas baltymų vienetas jungiasi su visais aplink esančiais vienetais, sukurdamas labai tvirtą, labai standžią struktūrą. Iš tikrųjų mikrovamzdeliai yra pats standžiausias struktūrinis komponentas, kurį galite rasti gyvūnų ląstelėse, kurios neturi ląstelių sienelių, kaip augalinės ląstelės.

Tačiau mikrovamzdeliai nėra tik standūs. Jie taip pat atsispiria suspaudimo ir sukimo jėgoms. Ši kokybė padidina mikrovamzdelio gebėjimą išlaikyti ląstelių formą ir vientisumą net esant slėgiui.

Mikrovamzdeliai taip pat suteikia ląstelę poliškumas, o tai reiškia, kad ląstelė turi dvi unikalias puses arba polius. Šis poliškumas yra dalis to, kas leidžia ląstelei organizuoti savo komponentus, tokius kaip organeliai ir kitos citoskeleto dalys, nes tai suteikia ląstelei galimybę nukreipti tuos komponentus į polių.

Mikrovamzdeliai taip pat palaiko ląstelės turinio judėjimą ląstelėje.

Mikrovamzdelių gijos formuoja bėgius, kurie ląstelėje veikia kaip geležinkelio bėgiai ar greitkeliai. Pūslelių vežėjai sekite šiuos takelius, kad ląstelių krovinys judėtų citoplazmoje. Šie takai yra labai svarbūs pašalinant nepageidaujamą ląstelių turinį, pvz., Netinkamai sulankstytus baltymus, senus ar sulūžusius organelius ir patogenų įsibrovėjus, tokius kaip bakterijos ir virusai.

Pūslelių vežėjai paprasčiausiai eina teisingu mikrovamzdelių takeliu, kad perkeltų šį krovinį į kameros perdirbimo centrą lizosoma. Ten lizosomos išgelbėja ir pakartotinai panaudoja kai kurias dalis, o kitas dalis degraduoja.

Stebėjimo sistema taip pat padeda ląstelei perkelti naujai sukurtas biomolekules, tokias kaip baltymai ir lipidai, iš gamybinių organelių ir į tas vietas, kur ląstelei reikia molekulių.

Pavyzdžiui, pūslelių pernešėjai naudoja mikrovamzdelių takelius, kad ląstelių membranos baltymai būtų perkelti iš organelių į ląstelės membraną.

Tik kai kurios ląstelės gali naudoti ląstelių judėjimas keliauti, ir tie, kurie paprastai remiasi specializuotomis judančiomis struktūromis, pagamintomis iš mikrovamzdelių pluoštų.

Spermatozoidai yra bene lengviausias būdas vizualizuoti šias keliaujančias ląsteles.

Kaip žinote, spermos ląstelės šiek tiek panašios į buožgalvius ilgomis uodegomis arba vėliava, kuriuos jie plaka norėdami nuplaukti iki paskirties ir apvaisinti kiaušialąstę. Spermos uodega pagaminta iš tubulino ir yra mikrovamzdelių gijų, naudojamų ląstelių judėjimui, pavyzdys.

Kita gerai žinoma judėjimo struktūra taip pat vaidina vaidmenį reprodukcijoje yra blakstienos. Šios plaukuotosios judančios struktūros iškloja kiaušintakius ir mojuodami judina kiaušinį kiaušintakiu ir į gimdą. Šios blakstienos yra mikrovamzdelių skaidulos.

Tarpiniai siūlai yra antroji ląstelienos rūšis, randama citoskelete. Galite juos vaizduoti kaip tikrąjį ląstelės griaučius, nes jų vienintelis vaidmuo yra struktūrinė parama. Šiuose baltyminiuose skaidulose yra keratinas, kuris yra įprastas baltymas, kurį galite atpažinti iš kūno priežiūros produktų.

Šis baltymas sudaro žmogaus plaukus ir nagus, taip pat viršutinį odos sluoksnį. Tai taip pat yra baltymas, suformuojantis kitų gyvūnų ragus, nagus ir kanopas. Keratinas yra labai stiprus ir naudingas apsaugant nuo žalos.

Pagrindinis tarpinių gijų vaidmuo yra struktūrinių baltymų matricos susidarymas po ląstelės membrana. Tai yra tarsi atraminis tinklelis, suteikiantis ląstelei struktūrą ir formą. Tai taip pat suteikia ląstelei tam tikrą elastingumą, leidžiantį lanksčiai reaguoti esant stresui.

Vienas iš svarbių tarpinių gijų atliekamų darbų yra padėti palaikyti organelius tinkamose ląstelės vietose. Pvz., Tarpiniai siūlai įtvirtina branduolį tinkamoje vietoje ląstelėje.

Šis įtvirtinimas yra labai svarbus ląstelės procesams, nes įvairūs ląstelės organeliai turi veikti kartu, kad atliktų tas ląstelės funkcijas. Dėl branduolys, šios svarbios organelės pririšimas prie citoskeleto matricos reiškia, kad organeliai, kurie remiasi DNR branduolio nurodymai atlikti savo darbą gali lengvai pasiekti tą informaciją naudodamiesi pasiuntiniais ir vežėjai.

Šios svarbios užduoties gali būti neįmanoma atlikti, jei branduolys nebūtų įtvirtintas, nes tiems pasiuntiniams ir vežėjams reikės keliauti ieškant klajojančio branduolio per citoplazmą!

Mikrofilmai, dar vadinami aktino gijosyra aktino baltymų grandinės, susuktos į spiralinę lazdelę. Šis baltymas geriausiai žinomas dėl savo vaidmens raumenų ląstelėse. Ten jie dirba su kitu baltymu, vadinamu miozinas kad būtų galima susitraukti raumenis.

Kalbant apie citoskeletą, mikrofilamentai yra ne tik mažiausi pluoštai. Jie taip pat yra patys dinamiškiausi. Kaip ir visos citoskeleto skaidulos, taip ir mikrofilamentai suteikia ląstelei struktūrinę atramą. Dėl savo unikalių bruožų mikrofilamentai linkę pasirodyti ląstelės pakraščiuose.

Dinamiškas aktino gijų pobūdis reiškia, kad šie baltymų pluoštai gali greitai pakeisti savo ilgį, kad atitiktų kintančius ląstelės struktūrinius poreikius. Tai leidžia ląstelei pakeisti savo formą ar dydį ar net formą specialios projekcijos kurie tęsiasi už kameros ribų, pvz filopodijos, lamelipodijos ir mikrovilės.

Galite įsivaizduoti filopodijos jaučiantys tai, kad ląstelė projektuoja pajusti aplinkinę aplinką, paimti cheminius ženklus ir netgi pakeisti ląstelės kryptį, jei ji juda. Mokslininkai taip pat kartais vadina filopodijas mikroskopai.

Filopodijos gali būti kito tipo specialios projekcijos dalis, lamelipodijos. Tai yra kojinė struktūra, padedanti ląstelei judėti ir keliauti.

Mikroviliai yra tarsi maži plaukeliai ar pirštai, kuriuos ląstelė naudoja difuzijos metu. Šių projekcijų forma padidina paviršiaus plotą, todėl molekulėms yra daugiau vietos judėti per membraną per tokius procesus kaip absorbcija.

Šie pirštai taip pat atlieka patrauklią funkciją, vadinamą citoplazmos srautas.

Tai atsitinka, kai aktino gijos iššukuoja citoplazmą, kad ji judėtų. Citoplazmos srautas padidina difuzija ir padeda ląstelėje judėti norimas medžiagas, tokias kaip maistinės medžiagos, ir nepageidaujamas medžiagas, tokias kaip atliekos ir ląstelių liekanos.