Citoskelets: definīcija, struktūra un funkcija (ar diagrammu)

Jūs, iespējams, jau zināt savu lomu jūsu dzīvē; tas piešķir ķermeņa struktūru un palīdz kustēties.

Bez tā jūs drīzāk būtu kā cilvēka lāse, nevis kustīgs, funkcionējošs cilvēks. Tāpat kā tā nosaukums liecina, citoskelets kalpo ļoti līdzīgam mērķim prokariotu un eikariotu šūnas.

Vai esat kādreiz domājis, kas liek šūnām izskatīties apaļām un neļauj tām sabrukt gļotainos globosos? Vai kā daudzie šūnas iekšienē esošie organelli organizējas un pārvietojas šūnas iekšienē, vai kā pati šūna pārvietojas? Šūnas visām šīm funkcijām paļaujas uz citoskeletu.

Svarīgā citoskeleta struktūrvienība patiešām ir olbaltumvielu šķiedru tīkls citoplazma, kas piešķir šūnai tās formu un ļauj tai veikt svarīgas funkcijas, piemēram, šūnu kustība.

Lasiet vairāk par citu šūnu organoīdiem un funkcijām.

Kaut arī daži cilvēki varētu iedomāties šūnas kā nestrukturētas, spēcīgi šūnu bioloģijā izmantotie mikroskopi atklāj, ka šūnas ir ļoti organizētas.

Viena galvenā sastāvdaļa ir būtiska šīs formas un organizācijas līmeņa uzturēšanai:

Šis tīkls nodrošina strukturālu atbalstu plazmas membrānai, palīdz stabilizēt organoīdus to pareizajā stāvoklī un ļauj šūnai pēc vajadzības sajaukt tā saturu apkārt. Dažiem šūnu tipiem citoskelets pat ļauj šūnai pārvietoties un ceļot, izmantojot specializētas struktūras.

Tie veidojas no olbaltumvielu pavedieniem, kad tie ir nepieciešami šūnu kustībai.

Daudz jēgas ir pakalpojums, ko citoskelets nodrošina šūnas veidošanai. Līdzīgi kā cilvēka skelets, arī citoskeleta olbaltumvielu tīkls rada strukturālu atbalstu, kas ir izšķiroša, lai saglabātu šūnas integritāti un novērstu tās sabrukšanu šūnā kaimiņiem.

Šūnām ar ļoti šķidrām membrānām olbaltumvielu tīkls, kas veido citoskeletu, ir īpaši svarīgs, lai šūnas saturs būtu šūnā.

To sauc membrānas integritāte.

Dažas ļoti specializētas šūnas arī paļaujas uz citoskeletu, lai iegūtu strukturālu atbalstu.

Šīm šūnām saglabājot šūnas unikālo formu, šūna var darboties pareizi. Tie ietver neironivai smadzeņu šūnas, kurām ir apaļi šūnu ķermeņi, sazarotas rokas, ko sauc par dendritiem, un izstieptas astes.

Šī raksturīgā šūnu forma ļauj neironiem uztvert signālus, izmantojot dendrīta rokas un nodod šos signālus caur aksona astēm un kaimiņu smadzeņu gaidošajos dendritos šūna. Šādi smadzeņu šūnas sazinās savā starpā.

Ir arī jēga, ka šūnas gūst labumu no organizācijas, ko tām piešķir citoskeleta olbaltumvielu šķiedru tīkls. Cilvēka ķermenī ir vairāk nekā 200 šūnu veidi un kopumā aptuveni 30 triljoni šūnu katrā planētas cilvēkā.

Organellām visās šūnās jāveic visdažādākās šūnu procesi, piemēram, biomolekulu veidošana un sadalīšana, enerģijas atbrīvošana ķermeņa lietošanai un virkne ķīmisko reakciju, kas padara dzīvi iespējamu.

Lai šīs funkcijas darbotos labi visa organisma līmenī, katrai šūnai ir vajadzīga līdzīga struktūra un veids, kā rīkoties.

Lai veiktu šīs svarīgās lomas, citoskelets balstās uz trim atšķirīgiem pavedienu veidiem:

1. Mikrocaurules
2. Starpposma pavedieni
3. Mikropavedieni

Šīs šķiedras visas ir tik bezgalīgi mazas, ka tās ir pilnīgi neredzamas ar neapbruņotu aci. Zinātnieki tos atklāja tikai pēc elektronu mikroskops parādīja kameras interjeru.

Lai vizualizētu, cik mazas ir šīs olbaltumvielu šķiedras, ir noderīgi saprast nanometrs, kuru dažreiz raksta kā nm. Nanometri ir mērvienības, tāpat kā collas ir mērvienības.

Jūs, iespējams, nojautāt pēc pamatvārda skaitītājs ka nanometru vienība pieder metriskajai sistēmai, tāpat kā centimetrs.

Zinātnieki izmanto nanometrus, lai mērītu ārkārtīgi mazas lietas, piemēram, atomus un gaismas viļņus.

Tas ir tāpēc, ka viens nanometrs ir vienāds ar vienu miljardo metru. Tas nozīmē, ka, ja jūs paņēmāt metru mērīšanas nūju, kas ir aptuveni 3 pēdas gara, pārveidojot par Amerikas mērījumu sistēmu un sadaliet to vienā miljardā vienādās daļās, viens gabals būtu vienāds ar vienu nanometrs.

Tagad iedomājieties, ka jūs varētu sagriezt olbaltumvielu pavedienus, kas veido šūnas citoskeletu, un izmērīt diametrs pāri grieztajai sejai.

Katras šķiedras diametrs būtu no 3 līdz 25 nanometriem atkarībā no kvēldiega veida. Kontekstā cilvēka matu diametrs ir 75 000 nanometri. Kā redzat, pavedieni, kas veido citoskeletu, ir neticami mazi.

Mikrocaurules ir lielākās no trim citoskeleta šķiedrām, kuru diametrs ir no 20 līdz 25 nanometriem. Starpposma pavedieni ir citoskeleta vidēja lieluma šķiedras, kuru diametrs ir aptuveni 10 nanometri.

Vismazākie olbaltumvielu pavedieni, kas atrodami citoskeletā, ir mikrofilamenti. Šīs pavedienveida šķiedras diametrs ir tikai 3 līdz 6 nanometri.

Reālajā pasaulē tas ir pat 25 000 reizes mazāks nekā vidēji cilvēka matu diametrs.

•••Zinātniskā

Mikrocaurules iegūst savu nosaukumu gan no to vispārējās formas, gan no olbaltumvielu veida, ko tās satur. Tie ir līdzīgi caurulēm un veidoti no atkārtotām alfa- un beta-tubulīna vienībām olbaltumvielaspolimēri sasaistot kopā.

Lasiet vairāk par mikrotubulu galveno funkciju šūnās.

Ja jūs aplūkotu mikrotubulu pavedienus zem elektronu mikroskopa, tie izskatītos kā mazu olbaltumvielu ķēdes, kas savītas kopā ciešā spirālveida režģī.

Katra olbaltumvielu vienība saistās ar visām apkārt esošajām vienībām, veidojot ļoti spēcīgu, ļoti stingru struktūru. Faktiski mikrotubulas ir visstingrākā strukturālā sastāvdaļa, ko varat atrast dzīvnieku šūnās, kurām nav šūnu sienu, kā augu šūnām.

Bet mikrocaurules nav tikai stingras. Viņi arī pretojas saspiešanas un vērpšanas spēkiem. Šī kvalitāte palielina mikrocaurules spēju saglabāt šūnu formu un integritāti pat zem spiediena.

Mikrociļņi dod arī šūnu polaritāte, kas nozīmē, ka šūnai ir divas unikālas malas jeb stabi. Šī polaritāte ir daļa no tā, kas ļauj šūnai organizēt tās komponentus, piemēram, organellus un citas citoskeleta daļas, jo tas dod šūnai iespēju šos komponentus orientēt attiecībā pret stabi.

Mikrocaurules atbalsta arī šūnu satura kustību šūnā.

Mikrotuļļu pavedieni veido sliedes, kas šūnā darbojas kā dzelzceļa sliedes vai lielceļi. Pūslīšu pārvadātāji sekojiet šīm dziesmām, lai pārvietotu šūnu kravu citoplazmā. Šie celiņi ir izšķiroši, lai noņemtu nevēlamu šūnu saturu, piemēram, nepareizi salocītus proteīnus, vecus vai salauztus organoīdus un patogēnu iebrucējus, piemēram, baktērijas un vīrusus.

Pūslīšu pārvadātāji vienkārši seko pareizajai mikrocaurulu trasei, lai pārvietotu šo kravu uz šūnas pārstrādes centru lizosoma. Tur lizosoma izglābj un atkārtoti izmanto dažas daļas un degradē citas daļas.

Sliežu sistēma arī palīdz šūnai pārvietot jaunuzceltās biomolekulas, piemēram, olbaltumvielas un lipīdus, no ražošanas organoļiem un uz vietām, kur šūnai vajadzīgas molekulas.

Piemēram, pūslīšu transportieri izmanto mikrocaurulu ceļus, lai pārvietotu šūnu membrānas olbaltumvielas no organoīdiem uz šūnu membrānu.

Tikai dažas šūnas var izmantot šūnu kustība ceļot, un tie, kas parasti paļaujas uz specializētām kustīgām struktūrām, kas izgatavotas no mikrotubulu šķiedrām.

Spermas šūna, iespējams, ir vienkāršākais veids, kā vizualizēt šīs ceļojošās šūnas.

Kā jūs zināt, spermas šūnas izskatās mazliet kā kurkuļi ar garām astēm vai flagella, ko viņi pātagu, lai peldētu līdz galamērķim un apaugļotu olšūnu. Spermas aste ir izgatavota no tubulīna un ir mikrotubulu kvēldiega piemērs, ko izmanto šūnu pārvietošanai.

Vēl viena plaši pazīstama kustīgā struktūra arī spēlē lomu reprodukcijā cilija. Šīs matainās kustīgās struktūras pārklāj olvadus un ar kustīgu kustību pārvieto olu caur olvadu un dzemdē. Šīs cilijas ir mikrotubulu šķiedras.

Starpposma pavedieni ir otrais šķiedras veids, kas atrodams citoskeletā. Jūs varat tos attēlot kā īsto šūnas skeletu, jo to vienīgā loma ir strukturāls atbalsts. Šīs olbaltumvielu šķiedras satur keratīns, kas ir izplatīts proteīns, kuru jūs varat atpazīt no ķermeņa kopšanas līdzekļiem.

Šis proteīns veido cilvēka matus un nagus, kā arī ādas virsējo slāni. Tas ir arī proteīns, kas veido citu dzīvnieku ragus, nagus un nagus. Keratīns ir ļoti spēcīgs un noderīgs aizsardzībai pret bojājumiem.

Starpposma pavedienu galvenā loma ir strukturālo olbaltumvielu matricas veidošanās zem šūnu membrānu. Tas ir kā atbalsta siets, kas šūnai piešķir struktūru un formu. Tas arī piešķir šūnu elastību, ļaujot tai elastīgi reaģēt stresa apstākļos.

Viens no svarīgiem darbiem, ko veic starpposma pavedieni, ir palīdzēt noturēt organoīdus šūnās pareizajās vietās. Piemēram, starpposma pavedieni noenkuro kodolu savā vietā šūnā.

Šim stiprinājumam ir izšķiroša nozīme šūnu procesos, jo dažādajiem šūnas iekšienē esošajiem organoļiem ir jāsadarbojas, lai veiktu šīs šūnu funkcijas. Gadījumā, ja no kodols, piesaistot šo svarīgo organelli citoskeleta matricai, organoļi, kas paļaujas uz DNS kodola norādījumi veikt savu darbu var viegli piekļūt šai informācijai, izmantojot kurjerus un pārvadātāji.

Šis svarīgais uzdevums varētu būt neiespējams, ja kodols nebūtu noenkurots, jo tiem kurjeriem un transportētājiem būtu jāceļo, meklējot klīstošo kodolu caur citoplazmu!

Mikropavedieni, saukti arī aktīna pavedieni, ir aktīna olbaltumvielu ķēdes, kas savītas spirālveida stienī. Šis proteīns ir vislabāk pazīstams ar savu lomu muskuļu šūnās. Tur viņi strādā ar citu proteīnu, ko sauc miozīns lai nodrošinātu muskuļu kontrakciju.

Runājot par citoskeletu, mikrofilamenti nav tikai mazākās šķiedras. Tie ir arī visdinamiskākie. Tāpat kā visas citoskeleta šķiedras, arī mikrofilamenti nodrošina šūnas strukturālo atbalstu. Savu unikālo īpašību dēļ mikrofilamenti mēdz parādīties šūnas malās.

Aktīna pavedienu dinamiskais raksturs nozīmē, ka šīs olbaltumvielu šķiedras var ātri mainīt garumu, lai apmierinātu šūnas mainīgās strukturālās vajadzības. Tas ļauj šūnai mainīt savu formu vai izmēru vai pat formu īpašas projekcijas kas stiepjas ārpus šūnas, piemēram, filopodijas, lamellipodia un mikrovilli.

Jūs varat iedomāties filopodijas kā sajūtēji, ka šūna plāno sajust apkārtējo vidi, uztvert ķīmiskās norādes un pat mainīt šūnas virzienu, ja tā pārvietojas. Arī zinātnieki dažreiz sauc par filopodijām mikrospikes.

Filopodia var būt daļa no cita veida īpašas projekcijas, lamellipodia. Šī ir kājas struktūra, kas palīdz šūnai pārvietoties un pārvietoties.

Mikrovilli ir kā mazi matiņi vai pirksti, kurus šūna izmanto difūzijas laikā. Šo izvirzījumu forma palielina virsmas laukumu tā, ka molekulām ir vairāk vietas, lai pārvietotos pa membrānu, izmantojot tādus procesus kā absorbcija.

Šie pirksti veic arī aizraujošu funkciju, ko sauc citoplazmas straumēšana.

Tas notiek, kad aktīna pavedieni ķemmējas cauri citoplazmai, lai saglabātu tās kustību. Citoplazmas straumēšana palielina difūzija un palīdz pārvietot vēlamos materiālus, piemēram, barības vielas, un nevēlamus materiālus, piemēram, atkritumus un šūnu atliekas, ap šūnu.