Cytoskeleton: Definisjon, struktur og funksjon (med diagram)

Du vet sannsynligvis allerede hvilken rolle ditt eget skjelett spiller i livet ditt; det gir kroppen din struktur og hjelper deg med å bevege deg.

Uten den ville du være mer som en menneskelig klatt enn en bevegelig, fungerende person. Som navnet antyder, tjener cytoskjelettet et veldig likt formål i prokaryotisk og eukaryote celler.

Har du noen gang lurt på hva som får celler til å se runde ut og hindrer dem i å kollapse i slimete kloder? Eller hvordan de mange organellene inne i cellen organiserer og beveger seg rundt inne i cellen, eller hvordan cellen selv beveger seg? Celler er avhengige av et cytoskjelett for alle disse funksjonene.

Den viktige strukturelle enheten til cytoskelettet er egentlig et nettverk av proteinfibre i cytoplasma som gir cellen sin form og gjør det mulig å utføre viktige funksjoner, for eksempel celle bevegelse.

Les mer om den andre cellens organeller og funksjoner.

Mens noen mennesker kan forestille seg celler som ustrukturerte, avslører kraftige mikroskop som brukes i cellebiologi at celler er veldig organiserte.

En hovedkomponent er viktig for å opprettholde denne formen og organisasjonsnivået: cytoskelett av cellen. Proteinfilamentene som utgjør cytoskelettet danner et nettverk av fibre gjennom cellen.

Dette nettverket gir strukturell støtte til plasmamembranen, hjelper til med å stabilisere organellene i riktig posisjon og gjør det mulig for cellen å blande innholdet rundt etter behov. For noen celletyper gjør cytoskelettet det til og med mulig for cellen å bevege seg og reise ved hjelp av spesialiserte strukturer.

Disse dannes fra proteinfilamentene når det er nødvendig for cellebevegelse.

Tjenesten cytoskjelettet gir for å forme cellen gir mye mening. I likhet med det menneskelige skjelettet skaper cytoskjelettproteinettverket strukturell støtte som er avgjørende for å opprettholde integriteten til cellen og for å forhindre at den kollapser inn i dens naboer.

For celler med veldig flytende membraner er nettverket av proteiner som utgjør cytoskelettet spesielt viktig for å holde celleinnholdet inne i cellen.

Dette kalles membranintegritet.

Noen høyt spesialiserte celler er også avhengige av cytoskelettet for strukturell støtte.

For å opprettholde cellenes unike form gjør det mulig for cellen å fungere skikkelig for disse cellene. Disse inkluderer nevroner, eller hjerneceller, som har runde cellelegemer, forgrenede armer som kalles dendritter og utstrakte haler.

Denne karakteristiske celleformen gjør det mulig for nevroner å fange signaler ved hjelp av dendrittarmene og før signalene gjennom axonhalene og inn i de ventende dendrittene til en nærliggende hjerne celle. Slik kommuniserer hjerneceller med hverandre.

Det er også fornuftig at celler drar nytte av organisasjonen som cytoskelettets proteinfibernett gir dem. Det er over 200 typer celler i menneskekroppen og totalt ca 30 billioner celler i hvert menneske på planeten.

Organellene i alle disse cellene må utføre et bredt utvalg av celleprosesser, for eksempel å bygge og bryte ned biomolekyler, frigjøre energi for kroppen å bruke og utføre en rekke kjemiske reaksjoner som gjør livet mulig.

For at disse funksjonene skal fungere bra på et helt organismenivå, trenger hver celle en lignende struktur og måte å gjøre ting på.

For å utføre disse viktige rollene er cytoskelettet avhengig av tre forskjellige typer filamenter:

1. Mikrotubuli
2. Mellomliggende filamenter
3. Mikrofilamenter

Disse fibrene er alle så uendelig små at de er helt usynlige for det blotte øye. Forskere oppdaget dem bare etter oppfinnelsen av elektronmikroskop førte det indre av cellen til syne.

For å visualisere hvor små disse proteinfibrene er, er det nyttig å forstå begrepet nanometer, som noen ganger skrives som nm. Nanometer er måleenheter, akkurat som en tomme er en måleenhet.

Du har kanskje gjettet fra rotordet måler at nanometerenheten tilhører det metriske systemet, akkurat som en centimeter gjør.

Forskere bruker nanometer for å måle ekstremt små ting, som atomer og lysbølger.

Dette er fordi ett nanometer tilsvarer en milliarddel meter. Dette betyr at hvis du tok en målerpinne, som er omtrent 3 meter lang når du konverterer den til Amerikansk målesystem, og bryte det i en milliard like deler, en enkelt del ville være lik en nanometer.

Tenk deg at du kunne kutte proteinfilamentene som utgjør cellens skjelett og måle diameter over det kutte ansiktet.

Hver fiber ville måle mellom 3 og 25 nanometer i diameter, avhengig av typen filament. For kontekst er et menneskehår 75.000 nanometer i diameter. Som du kan se, er filamentene som utgjør cytoskelettet utrolig små.

Mikrotubuli er den største av de tre fibrene i cytoskelettet, og har en diameter på 20 til 25 nanometer. Mellomliggende filamenter er cytoskjelettets mellomstore fibre og måler ca 10 nanometer i diameter.

De minste proteinfilamentene som finnes i cytoskelettet er mikrofilamenter. Disse trådlignende fibrene måler bare 3 til 6 nanometer i diameter.

I virkelige termer er det så mye som 25.000 ganger mindre enn diameteren på et gjennomsnittlig menneskehår.

•••Vitenskap

Mikrotubuli får navnet sitt fra både den generelle formen og typen protein de inneholder. De er rørlignende og dannet av gjentatte enheter av alfa- og beta-tubulin proteinpolymerer knytte sammen.

Les mer om hovedfunksjonen til mikrotubuli i celler.

Hvis du skulle se mikrotubuli-filamenter under et elektronmikroskop, ville de se ut som kjeder av små proteiner vridd sammen til et tett spiralgitter.

Hver proteinenhet binder seg til alle enhetene rundt seg, og gir en veldig sterk, veldig stiv struktur. Faktisk er mikrotubuli den mest stive strukturelle komponenten du kan finne i dyreceller, som ikke har cellevegger som planteceller har.

Men mikrorør er ikke bare stive. De motstår også kompresjons- og vriekrefter. Denne kvaliteten øker mikrotubuliens evne til å opprettholde celleform og integritet, selv under trykk.

Mikrotubuli gir også cellen polaritet, som betyr at cellen har to unike sider eller stolper. Denne polariteten er en del av det som gjør det mulig for cellen å organisere komponentene, slik som organeller og andre deler av cytoskelettet, fordi det gir cellen en måte å orientere komponentene i forhold til poler.

Mikrotubuli støtter også bevegelse av celleinnhold i cellen.

Mikrotubuli-filamentene danner spor som fungerer som jernbanespor eller motorveier i cellen. Vesikeltransportører følg disse sporene for å flytte cellefrakt rundt i cytoplasmaet. Disse sporene er avgjørende for å fjerne uønsket celleinnhold som feilfoldede proteiner, gamle eller ødelagte organeller og patogeninntrengere, for eksempel bakterier og virus.

Vesikeltransportører følger bare riktig mikrotubuli-spor for å flytte denne lasten til cellens gjenvinningssenter, lysosom. Der redder lysosomet og gjenbruker noen deler og nedbryter andre deler.

Sporsystemet hjelper også cellen med å flytte nybygde biomolekyler, som proteiner og lipider, ut av produserende organeller og til de stedene cellen trenger molekylene.

For eksempel bruker vesikeltransportører mikrotubuli-spor for å flytte cellemembranproteiner fra organellene til cellemembranen.

Bare noen celler kan bruke celle bevegelse å reise, og de som vanligvis er avhengige av spesialiserte bevegelige strukturer laget av mikrotubelfibre.

Sædcellen er trolig den enkleste måten å visualisere disse vandrende cellene på.

Som du vet ser sædceller litt ut som tadpoles med lange haler, eller flagella, som de pisker for å svømme til destinasjonen og gjødsle en eggcelle. Sædhalen er laget av tubulin og er et eksempel på et mikrotubuli-filament som brukes til cellebevegelse.

En annen kjent bevegelig struktur spiller også en rolle i reproduksjonen er cilia. Disse hårlignende bevegelige strukturene strekker egglederne og bruker en vinkende bevegelse for å bevege egget gjennom egglederen og inn i livmoren. Disse flimmerhårene er mikrotubuli-fibre.

Mellomliggende filamenter er den andre typen fiber som finnes i cytoskelettet. Du kan forestille deg disse som det sanne skjelettet til cellen, siden deres eneste rolle er strukturell støtte. Disse proteinfibrene inneholder keratin, som er et vanlig protein du kjenner igjen fra kroppspleieprodukter.

Dette proteinet utgjør menneskehår og negler, så vel som det øverste laget av huden. Det er også proteinet som danner horn, klør og hover fra andre dyr. Keratin er veldig sterkt og nyttig for å beskytte mot skade.

Den viktigste rollen til mellomfilamenter er dannelsen av matrisen til strukturelle proteiner under cellemembran. Dette er som et støttende nett som gir celle struktur og form. Det gir også en viss elastisitet til cellen, slik at den kan reagere fleksibelt under stress.

En av de viktige jobbene som utføres av mellomfilamenter er å hjelpe til med å holde organeller på de rette stedene i cellen. For eksempel forankrer mellomfilamenter kjernen på sitt rette sted i cellen.

Denne forankringen er avgjørende for celleprosesser fordi de forskjellige organellene i en celle må samarbeide for å utføre disse cellefunksjonene. I tilfelle av cellekjernen, å binde denne viktige organellen til cytoskelettmatrisen betyr at organellene som er avhengige av DNA instruksjoner fra kjernen om å gjøre jobbene deres kan enkelt få tilgang til informasjonen ved hjelp av budbringere og transportører.

Denne viktige oppgaven kan være umulig hvis kjernen ikke var forankret fordi disse budbringere og transportører ville trenge å reise rundt og lete gjennom cytoplasmaet etter en vandrende kjerne!

Mikrofilamenter, også kalt aktinfilamenterer kjeder av aktinproteiner vridd til en spiralstang. Dette proteinet er best kjent for sin rolle i muskelceller. Der jobber de med et annet protein som heter myosin for å muliggjøre muskelsammentrekning.

Når det gjelder cytoskelettet, er ikke mikrofilamenter bare de minste fibrene. De er også de mest dynamiske. Som alle cytoskjelettfibre, gir mikrofilamenter cellen strukturell støtte. På grunn av deres unike egenskaper, har mikrofilamenter en tendens til å dukke opp i kantene av cellen.

Den dynamiske naturen til aktinfilamenter betyr at disse proteinfibrene raskt kan endre lengden for å møte cellens skiftende strukturelle behov. Dette gjør det mulig for cellen å endre form eller størrelse eller til og med form spesielle anslag som strekker seg utenfor cellen, for eksempel filopodia, lamellipodia og mikrovilli.

Du kan se for deg filopodia som følere som en celle projiserer for å ane miljøet rundt den, plukke opp kjemiske signaler og til og med endre cellens retning hvis den beveger seg. Forskere kaller også noen ganger filopodia mikrospikes.

Filopodia kan inngå i en annen type spesiell projeksjon, lamellipodia. Dette er en fotlignende struktur som hjelper cellen med å bevege seg og reise.

Microvilli er som små hår eller fingre som brukes av cellen under diffusjon. Formen på disse projeksjonene øker overflatearealet slik at det er mer plass for molekyler å bevege seg over membranen gjennom prosesser som absorpsjon.

Disse fingrene utfører også en fascinerende funksjon som kalles cytoplasma streaming.

Dette skjer når aktinfilamentene kammer seg gjennom cytoplasmaet for å holde det i bevegelse. Cytoplasma-streaming øker spredning og hjelper med å flytte etterspurte materialer, som næringsstoffer, og uønskede materialer, som avfall og celleavfall, rundt i cellen.