Cytoskelet: definitie, structuur en functie (met diagram)

Je kent waarschijnlijk al de rol die je eigen skelet in je leven speelt; het geeft je lichaam structuur en helpt je te bewegen.

Zonder dat zou je meer een menselijke klodder zijn dan een bewegend, functionerend persoon. Zoals de naam al doet vermoeden, heeft het cytoskelet een vergelijkbaar doel in prokaryotische en eukaryotische cellen.

Heb je je ooit afgevraagd waardoor cellen er rond lijken en ervoor zorgen dat ze niet in slijmerige klodders instorten? Of hoe de vele organellen in de cel zich organiseren en bewegen in de cel, of hoe de cel zelf reist? Cellen zijn voor al deze functies afhankelijk van een cytoskelet.

De belangrijke structurele eenheid van het cytoskelet is eigenlijk een netwerk van eiwitvezels in de cytoplasma dat de cel zijn vorm geeft en hem in staat stelt belangrijke functies uit te voeren, zoals cel beweging.

Lees meer over de organellen en functies van de andere cel.

Hoewel sommige mensen zich cellen kunnen voorstellen als ongestructureerd, onthullen krachtige microscopen die in de celbiologie worden gebruikt, dat cellen erg georganiseerd zijn.

Eén hoofdcomponent is essentieel om deze vorm en organisatieniveau te behouden: de cytoskelet van de cel. De eiwitfilamenten waaruit het cytoskelet bestaat, vormen een netwerk van vezels door de cel.

Dit netwerk geeft structurele ondersteuning aan het plasmamembraan, helpt de organellen in hun juiste positie te stabiliseren en stelt de cel in staat de inhoud naar behoefte te schudden. Voor sommige celtypen maakt het cytoskelet het zelfs mogelijk voor de cel om te bewegen en te reizen met behulp van gespecialiseerde structuren.

Deze vormen uit de eiwitfilamenten wanneer dat nodig is voor celbeweging.

De service die het cytoskelet biedt voor het vormgeven van de cel is heel logisch. Net als het menselijk skelet, creëert het cytoskelet-eiwitnetwerk structurele ondersteuning, dat wil zeggen: cruciaal voor het behoud van de integriteit van de cel en om te voorkomen dat deze in elkaar zakt buren.

Voor cellen met zeer vloeibare membranen is het netwerk van eiwitten waaruit het cytoskelet bestaat bijzonder belangrijk om de celinhoud in de cel te houden.

Dit heet membraan integriteit.

Sommige zeer gespecialiseerde cellen vertrouwen ook op het cytoskelet voor structurele ondersteuning.

Voor deze cellen zorgt het behoud van de unieke vorm van de cel ervoor dat de cel goed kan functioneren. Waaronder neuronen, of hersencellen, die ronde cellichamen hebben, vertakte armen die dendrieten worden genoemd en uitgestrekte staarten.

Deze karakteristieke celvorm maakt het voor neuronen mogelijk om signalen op te vangen met hun dendrietarmen en doorgeven die signalen door hun axonstaarten en in de wachtende dendrieten van een naburig brein cel. Zo communiceren hersencellen met elkaar.

Het is ook logisch dat cellen profiteren van de organisatie die het eiwitvezelnetwerk van het cytoskelet hen geeft. Er zijn meer dan 200 soorten cellen in het menselijk lichaam en een totaal van ongeveer 30 biljoen cellen in elk mens op de planeet.

De organellen in al deze cellen moeten een grote verscheidenheid aan celprocessenzoals het bouwen en afbreken van biomoleculen, het vrijgeven van energie die het lichaam kan gebruiken en het uitvoeren van een groot aantal chemische reacties die het leven mogelijk maken.

Om deze functies goed te laten werken op het niveau van het hele organisme, heeft elke cel een vergelijkbare structuur en manier van werken nodig.

Om die belangrijke rollen te vervullen, vertrouwt het cytoskelet op drie verschillende soorten filamenten:

1. microtubuli
2. Tussenfilamentenfilament
3. Microfilamenten

Deze vezels zijn allemaal zo oneindig klein dat ze met het blote oog volledig onzichtbaar zijn. Wetenschappers ontdekten ze pas na de uitvinding van de elektronen microscoop bracht de binnenkant van de cel in beeld.

Om te visualiseren hoe klein deze eiwitvezels zijn, is het handig om het concept van de nanometer, die soms wordt geschreven als nm. Nanometers zijn meeteenheden, net zoals een inch een meeteenheid is.

Je had het misschien al geraden uit het basiswoord meter dat de nanometereenheid tot het metrieke stelsel behoort, net als een centimeter.

Wetenschappers gebruiken nanometers om extreem kleine dingen te meten, zoals atomen en lichtgolven.

Dit komt omdat één nanometer gelijk is aan één miljardste van een meter. Dit betekent dat als u een meetstok van een meter zou nemen, die ongeveer 3 voet lang is wanneer deze wordt omgezet in de Amerikaans meetsysteem, en breek het op in een miljard gelijke stukken, één enkel stuk zou gelijk zijn aan één nanometer.

Stel je nu voor dat je de eiwitfilamenten die het cytoskelet van de cel vormen, zou kunnen doorsnijden en de zou kunnen meten diameter over het afgesneden gezicht.

Elke vezel zou tussen de 3 en 25 nanometer in diameter meten, afhankelijk van het type filament. Voor de context: een mensenhaar heeft een diameter van 75.000 nanometer. Zoals je kunt zien, zijn de filamenten waaruit het cytoskelet bestaat ongelooflijk klein.

microtubuli zijn de grootste van de drie vezels van het cytoskelet, met een diameter van 20 tot 25 nanometer. Tussenfilamentenfilament zijn de middelgrote vezels van het cytoskelet en hebben een diameter van ongeveer 10 nanometer.

De kleinste eiwitfilamenten in het cytoskelet zijn: microfilamenten. Deze draadachtige vezels hebben een diameter van slechts 3 tot 6 nanometer.

In de praktijk is dat maar liefst 25.000 keer kleiner dan de diameter van een gemiddelde mensenhaar.

•••Wetenschap

Microtubuli ontlenen hun naam aan zowel hun algemene vorm als het type eiwit dat ze bevatten. Ze zijn buisachtig en gevormd uit herhalende eenheden van alfa- en bèta-tubuline eiwitpolymeren aan elkaar koppelen.

Lees meer over de belangrijkste functie van microtubuli in cellen.

Als je filamenten van microtubuli onder een elektronenmicroscoop zou bekijken, zouden ze eruitzien als ketens van kleine eiwitten die in een strak spiraalvormig rooster zijn gedraaid.

Elke eiwiteenheid bindt zich met alle eenheden eromheen, waardoor een zeer sterke, zeer stijve structuur ontstaat. In feite zijn microtubuli de meest rigide structurele component die je kunt vinden in dierlijke cellen, die geen celwanden hebben zoals plantencellen.

Maar microtubuli zijn niet alleen stijf. Ze zijn ook bestand tegen compressie- en torsiekrachten. Deze kwaliteit verhoogt het vermogen van de microtubuli om de celvorm en integriteit te behouden, zelfs onder druk.

Microtubuli geven de cel ook polariteit, wat betekent dat de cel twee unieke zijden of polen heeft. Deze polariteit maakt deel uit van wat het voor de cel mogelijk maakt om zijn componenten, zoals organellen en andere delen van het cytoskelet, omdat het de cel een manier geeft om die componenten te oriënteren in relatie tot de palen.

Microtubuli ondersteunen ook de beweging van celinhoud binnen de cel.

De microtubuli-filamenten vormen sporen, die zich in de cel gedragen als spoorlijnen of snelwegen. Vesikeltransporters volg deze sporen om cellading in het cytoplasma te verplaatsen. Deze sporen zijn cruciaal voor het verwijderen van ongewenste celinhoud zoals verkeerd gevouwen eiwitten, oude of kapotte organellen en pathogene indringers, zoals bacteriën en virussen.

Vesicle-transporters volgen eenvoudig het juiste spoor van de microtubuli om deze lading naar het recyclingcentrum van de cel te brengen, de lysosoom. Daar redt en hergebruikt het lysosoom sommige delen en degradeert andere delen.

Het volgsysteem helpt de cel ook om nieuw gebouwde biomoleculen, zoals eiwitten en lipiden, uit de productieorganellen te verplaatsen naar de plaatsen waar de cel de moleculen nodig heeft.

Blaasjestransporters gebruiken bijvoorbeeld sporen van microtubuli om celmembraaneiwitten van de organellen naar het celmembraan te verplaatsen.

Slechts enkele cellen kunnen gebruiken cel voortbeweging om te reizen, en degenen die dat wel doen, vertrouwen over het algemeen op gespecialiseerde beweeglijke structuren gemaakt van microtubulusvezels.

De zaadcel is waarschijnlijk de gemakkelijkste manier om deze reizende cellen te visualiseren.

Zoals je weet, lijken zaadcellen een beetje op kikkervisjes met lange staarten, of flagella, die ze opzwepen om naar hun bestemming te zwemmen en een eicel te bevruchten. De spermastaart is gemaakt van tubuline en is een voorbeeld van een microtubuli-filament dat wordt gebruikt voor celbeweging.

Een andere bekende beweeglijke structuur die ook een rol speelt bij de voortplanting is de trilhaartjes. Deze haarachtige beweeglijke structuren omlijnen de eileiders en gebruiken een golvende beweging om het ei door de eileider en in de baarmoeder te bewegen. Deze trilhaartjes zijn microtubulusvezels.

Intermediaire filamenten zijn het tweede type vezels dat in het cytoskelet wordt aangetroffen. Je kunt je deze voorstellen als het ware skelet van de cel, omdat hun enige rol structurele ondersteuning is. Deze eiwitvezels bevatten keratine, wat een veelvoorkomend eiwit is dat u misschien herkent uit lichaamsverzorgingsproducten.

Dit eiwit vormt zowel menselijk haar en vingernagels als de bovenste laag van de huid. Het is ook het eiwit dat de hoorns, klauwen en hoeven van andere dieren vormt. Keratine is erg sterk en nuttig als bescherming tegen beschadiging.

De belangrijkste rol van intermediaire filamenten is de vorming van de matrix van structurele eiwitten onder de celmembraan. Dit is als een ondersteunend gaas dat structuur en vorm aan de cel geeft. Het geeft de cel ook wat elasticiteit, waardoor het flexibel kan reageren onder stress.

Een van de belangrijke taken van intermediaire filamenten is om organellen op de juiste plaatsen in de cel te houden. Intermediaire filamenten verankeren bijvoorbeeld de kern op zijn juiste plaats in de cel.

Deze verankering is cruciaal voor celprocessen omdat de verschillende organellen in een cel moeten samenwerken om die celfuncties uit te voeren. In het geval van de kern, het binden van dit belangrijke organel aan de cytoskeletmatrix betekent dat de organellen die afhankelijk zijn van DNA instructies van de kern om hun werk te doen, hebben gemakkelijk toegang tot die informatie met behulp van messengers en vervoerders.

Deze belangrijke taak zou onmogelijk zijn als de kern niet verankerd was, omdat die boodschappers en transporteurs rond zouden moeten reizen om door het cytoplasma te zoeken naar een zwervende kern!

Microfilamenten, ook wel actine filamenten, zijn ketens van actine-eiwitten die in een spiraalvormige staaf zijn gedraaid. Dit eiwit is vooral bekend om zijn rol in spiercellen. Daar werken ze met een ander eiwit genaamd myosine spiercontractie mogelijk te maken.

Als het gaat om het cytoskelet, zijn microfilamenten niet alleen de kleinste vezels. Ze zijn ook het meest dynamisch. Zoals alle cytoskeletvezels geven microfilamenten de cel structurele ondersteuning. Vanwege hun unieke eigenschappen hebben microfilamenten de neiging om aan de randen van de cel te verschijnen.

De dynamische aard van actinefilamenten betekent dat deze eiwitvezels snel van lengte kunnen veranderen om te voldoen aan de veranderende structurele behoeften van de cel. Dit maakt het voor de cel mogelijk om van vorm of grootte of zelfs vorm te veranderen speciale projecties die zich buiten de cel uitstrekken, zoals filopodia, lamellipodia en microvilli.

Je kunt je voorstellen filopodia als voelsprieten die een cel projecteert om de omgeving eromheen te voelen, chemische signalen op te pikken en zelfs de richting van de cel te veranderen, als deze beweegt. Wetenschappers noemen soms ook filopodia microspikes.

Filopodia kan deel uitmaken van een ander type speciale projectie, lamellipodia. Dit is een voetachtige structuur die de cel helpt te bewegen en te reizen.

Microvilli zijn als kleine haartjes of vingers die door de cel worden gebruikt tijdens diffusie. De vorm van deze uitsteeksels vergroot het oppervlak zodat er meer ruimte is voor moleculen om door processen zoals absorptie over het membraan te bewegen.

Deze vingers voeren ook een fascinerende functie uit, genaamd cytoplasma streaming.

Dit gebeurt wanneer de actinefilamenten door het cytoplasma kammen om het in beweging te houden. Cytoplasma-streaming verhoogt diffusie en helpt bij het verplaatsen van gewenste materialen, zoals voedingsstoffen, en ongewenste materialen, zoals afval en celresten, door de cel.