Cytoszkielet: definicja, struktura i funkcja (z diagramem)

Prawdopodobnie już wiesz, jaką rolę w twoim życiu odgrywa twój własny szkielet; nadaje strukturę Twojemu ciału i pomaga Ci się poruszać.

Bez tego byłbyś bardziej jak ludzka plama niż poruszająca się, funkcjonująca osoba. Jak sama nazwa wskazuje, cytoszkielet służy bardzo podobnemu celowi u prokariotów i komórki eukariotyczne.

Czy zastanawiałeś się kiedyś, co sprawia, że ​​komórki wyglądają okrągło i nie zapadają się w oślizgłe kulki? Albo jak wiele organelli wewnątrz komórki organizuje się i porusza wewnątrz komórki, albo jak sama komórka się przemieszcza? Wszystkie te funkcje są zależne od cytoszkieletu.

Ważną jednostką strukturalną cytoszkieletu jest tak naprawdę sieć włókien białkowych w cytoplazma, która nadaje komórce kształt i umożliwia pełnienie ważnych funkcji, takich jak komórka ruch.

Przeczytaj więcej o organellach i funkcjach drugiej komórki.

Chociaż niektórzy ludzie mogą wyobrażać sobie komórki jako pozbawione struktury, potężne mikroskopy używane w biologii komórki pokazują, że komórki są bardzo zorganizowane.

Jeden główny składnik jest niezbędny do utrzymania tego kształtu i poziomu organizacji: cytoszkielet komórki. Filamenty białkowe tworzące cytoszkielet tworzą sieć włókien przechodzących przez komórkę.

Ta sieć zapewnia strukturalne wsparcie błonie komórkowej, pomaga ustabilizować organelle we właściwych pozycjach i umożliwia komórce przetasowanie zawartości w razie potrzeby. W przypadku niektórych typów komórek cytoszkielet umożliwia nawet komórce poruszanie się i podróżowanie za pomocą wyspecjalizowanych struktur.

Tworzą się one z włókien białkowych, gdy są potrzebne do poruszania się komórek.

Usługa, jaką cytoszkielet zapewnia w zakresie kształtowania komórki, ma wiele sensu. Podobnie jak ludzki szkielet, sieć białek cytoszkieletu tworzy wsparcie strukturalne, które jest kluczowe dla utrzymania integralności komórki i zapobiegania jej zapadaniu się w jej sąsiedzi.

W przypadku komórek o bardzo płynnych błonach, sieć białek tworzących cytoszkielet jest szczególnie ważna dla utrzymania zawartości komórki wewnątrz komórki.

To się nazywa integralność membrany.

Niektóre wysoce wyspecjalizowane komórki również polegają na cytoszkielecie w celu wsparcia strukturalnego.

W przypadku tych komórek zachowanie unikalnego kształtu komórki umożliwia prawidłowe funkcjonowanie komórki. Obejmują one neuronylub komórki mózgowe, które mają okrągłe ciała komórkowe, rozgałęzione ramiona zwane dendrytami i rozciągnięte ogony.

Ten charakterystyczny kształt komórki umożliwia neuronom przechwytywanie sygnałów za pomocą ramion dendrytycznych i przekazują te sygnały przez ogony aksonów do oczekujących dendrytów sąsiedniego mózgu komórka. W ten sposób komórki mózgowe komunikują się ze sobą.

Sensowne jest również to, że komórki czerpią korzyści z organizacji, jaką zapewnia im sieć włókien białkowych cytoszkieletu. W ludzkim ciele znajduje się ponad 200 rodzajów komórek i w sumie około 30 bilionów komórek w każdym człowieku na planecie.

Organelle we wszystkich tych komórkach muszą wykonywać różnorodne czynności procesy komórkowe, takich jak budowanie i rozkładanie biomolekuł, uwalnianie energii do wykorzystania przez organizm i przeprowadzanie szeregu reakcji chemicznych, które umożliwiają życie.

Aby te funkcje działały dobrze na poziomie całego organizmu, każda komórka potrzebuje podobnej struktury i sposobu działania.

Aby pełnić te ważne role, cytoszkielet opiera się na trzech różnych typach włókien:

1. Mikrotubule
2. Włókna pośrednie
3. Mikrofilamenty

Wszystkie te włókna są tak nieskończenie małe, że są całkowicie niewidoczne gołym okiem. Naukowcy odkryli je dopiero po wynalezieniu mikroskop elektronowy pokazał wnętrze celi.

Aby zobrazować, jak małe są te włókna białkowe, pomocne jest zrozumienie koncepcji nanometr, który czasami jest zapisywany jako nm. Nanometry są jednostkami miary, tak jak cal jest jednostką miary.

Mogłeś odgadnąć od głównego słowa metr że jednostka nanometra należy do systemu metrycznego, podobnie jak centymetr.

Naukowcy używają nanometrów do pomiaru bardzo małych rzeczy, takich jak atomy i fale świetlne.

Dzieje się tak, ponieważ jeden nanometr równa się jednej miliardowej części metra. Oznacza to, że jeśli weźmiesz metr miarowy, który ma około 3 stóp długości po przeliczeniu na Amerykański system miar i rozbicie go na miliard równych kawałków, jedna sztuka równałaby się jednemu nanometr.

Teraz wyobraź sobie, że możesz przeciąć włókna białkowe tworzące cytoszkielet komórki i zmierzyć średnica w poprzek rozciętej twarzy.

Każde włókno miałoby średnicę od 3 do 25 nanometrów, w zależności od rodzaju włókna. Dla porównania, ludzki włos ma średnicę 75 000 nanometrów. Jak widać, włókna tworzące cytoszkielet są niewiarygodnie małe.

Mikrotubule są największymi z trzech włókien cytoszkieletu o średnicy od 20 do 25 nanometrów. Włókna pośrednie są średniej wielkości włóknami cytoszkieletu i mają średnicę około 10 nanometrów.

Najmniejsze włókna białkowe znajdujące się w cytoszkielecie to mikrofilamenty. Te nitkowate włókna mają średnicę zaledwie 3 do 6 nanometrów.

W warunkach rzeczywistych jest to aż 25 000 razy mniejsze niż średnica przeciętnego ludzkiego włosa.

•••Nauka

Mikrotubule biorą swoją nazwę zarówno od ich ogólnego kształtu, jak i rodzaju zawartego w nich białka. Są rurkowate i utworzone z powtarzających się jednostek alfa- i beta-tubuliny białkopolimery łączenie ze sobą.

Przeczytaj więcej o głównej funkcji mikrotubul w komórkach.

Jeśli miałbyś oglądać włókna mikrotubul pod mikroskopem elektronowym, wyglądałyby jak łańcuchy małych białek skręcone razem w ciasną spiralną siatkę.

Każda jednostka białka wiąże się ze wszystkimi jednostkami wokół niej, tworząc bardzo silną, bardzo sztywną strukturę. W rzeczywistości mikrotubule są najsztywniejszym elementem strukturalnym, jaki można znaleźć w komórkach zwierzęcych, które nie mają ścian komórkowych, jak komórki roślinne.

Ale mikrotubule są nie tylko sztywne. Są również odporne na siły ściskające i skręcające. Ta jakość zwiększa zdolność mikrotubul do utrzymywania kształtu i integralności komórek, nawet pod ciśnieniem.

Mikrotubule również dają komórce biegunowość, co oznacza, że ​​komórka ma dwie unikalne strony, czyli bieguny. Ta polaryzacja jest częścią tego, co umożliwia komórce organizowanie jej składników, takich jak organelle i inne części cytoszkieletu, ponieważ umożliwia to komórce orientację tych składników w stosunku do bieguny.

Mikrotubule wspomagają również ruch zawartości komórki w komórce.

Włókna mikrotubul tworzą tory, które działają jak tory kolejowe lub autostrady w komórce. Transportery pęcherzykowe podążaj tymi ścieżkami, aby przemieszczać ładunek komórkowy w cytoplazmie. Ścieżki te mają kluczowe znaczenie dla usuwania niechcianej zawartości komórek, takich jak nieprawidłowo sfałdowane białka, stare lub uszkodzone organelle i najeźdźców patogenów, takich jak bakterie i wirusy.

Transportery pęcherzykowe po prostu podążają właściwą ścieżką mikrotubul, aby przenieść ten ładunek do centrum recyklingu komórki, lizosom. Tam lizosom odzyskuje i ponownie wykorzystuje niektóre części i degraduje inne części.

System śledzenia pomaga również komórce przenieść nowo zbudowane biomolekuły, takie jak białka i lipidy, z organelli produkcyjnych i do miejsc, w których komórka potrzebuje molekuł.

Na przykład transportery pęcherzykowe wykorzystują ścieżki mikrotubul do przenoszenia białek błony komórkowej z organelli do błony komórkowej.

Tylko niektóre komórki mogą używać lokomocja komórkowa do podróżowania i te, które zazwyczaj opierają się na wyspecjalizowanych strukturach ruchliwych wykonanych z włókien mikrotubul.

Plemnik jest prawdopodobnie najłatwiejszym sposobem wizualizacji tych podróżujących komórek.

Jak wiadomo plemniki wyglądają trochę jak kijanki z długimi ogonami lub, wici, którą biją, aby dopłynąć do celu i zapłodnić komórkę jajową. Ogon plemnika wykonany jest z tubuliny i jest przykładem włókna mikrotubul używanego do poruszania się komórek.

Inną dobrze znaną ruchliwą strukturą również odgrywa rolę w reprodukcji jest rzęsy. Te podobne do włosów ruchliwe struktury wyściełają jajowody i poruszają się ruchem falowym, aby przenieść komórkę jajową przez jajowod do macicy. Te rzęski są włóknami mikrotubul.

Filamenty pośrednie są drugim rodzajem włókna występującego w cytoszkielecie. Możesz je sobie wyobrazić jako prawdziwy szkielet komórki, ponieważ ich jedyną rolą jest wsparcie strukturalne. Te włókna białkowe zawierają keratyna, które jest powszechnym białkiem, które możesz rozpoznać w produktach do pielęgnacji ciała.

Białko to tworzy ludzkie włosy i paznokcie, a także wierzchnią warstwę skóry. Jest to również białko, które tworzy rogi, pazury i kopyta innych zwierząt. Keratyna jest bardzo silna i przydatna do ochrony przed uszkodzeniami.

Główną rolą filamentów pośrednich jest tworzenie matrycy białek strukturalnych pod Błona komórkowa. To jest jak podtrzymująca siatka, która nadaje strukturę i kształt komórce. Nadaje również komórce pewną elastyczność, umożliwiając jej elastyczne reagowanie na stres.

Jednym z ważnych zadań wykonywanych przez włókna pośrednie jest pomoc w utrzymywaniu organelli we właściwych miejscach w komórce. Na przykład włókna pośrednie zakotwiczają jądro we właściwym miejscu w komórce.

To zakotwiczenie ma kluczowe znaczenie dla procesów komórkowych, ponieważ różne organelle wewnątrz komórki muszą ze sobą współpracować, aby wykonywać te funkcje komórkowe. W przypadku jądro, przywiązanie tej ważnej organelli do macierzy cytoszkieletu oznacza, że ​​organelle oparte na DNA instrukcje z jądra dotyczące wykonywania swoich zadań mogą łatwo uzyskać dostęp do tych informacji za pomocą komunikatorów i transportery.

To ważne zadanie mogłoby być niemożliwe, gdyby jądro nie było zakotwiczone, ponieważ ci posłańcy i transportery musieliby podróżować, przeszukując cytoplazmę w poszukiwaniu wędrującego jądra!

Mikrofilamenty, zwane również włókna aktynowe, to łańcuchy białek aktynowych skręcone w spiralny pręt. Białko to jest najbardziej znane ze swojej roli w komórkach mięśniowych. Tam pracują z innym białkiem zwanym miozyna aby umożliwić skurcz mięśni.

W przypadku cytoszkieletu mikrofilamenty to nie tylko najmniejsze włókna. Są też najbardziej dynamiczne. Jak wszystkie włókna cytoszkieletu, mikrofilamenty zapewniają wsparcie strukturalne komórki. Ze względu na swoje unikalne cechy mikrofilamenty mają tendencję do pojawiania się na krawędziach komórki.

Dynamiczna natura filamentów aktynowych oznacza, że ​​te włókna białkowe mogą szybko zmieniać swoją długość, aby sprostać zmieniającym się potrzebom strukturalnym komórki. Dzięki temu komórka może zmienić swój kształt, rozmiar, a nawet formę specjalne projekcje które rozciągają się poza komórkę, takie jak filopodia, lamellipodia i mikrokosmki.

Możesz sobie wyobrazić filopodia jako czułki, które wysyła komórka, aby wyczuć otaczające ją środowisko, wychwytywać sygnały chemiczne, a nawet zmieniać kierunek komórki, jeśli się porusza. Naukowcy czasami nazywają również filopodiami mikrokolce.

Filopodia może stanowić część innego rodzaju projekcji specjalnej, lamellipodia. Jest to struktura przypominająca stopę, która pomaga komórce poruszać się i podróżować.

Mikrokosiki są jak małe włoski lub palce używane przez komórkę podczas dyfuzji. Kształt tych występów zwiększa powierzchnię, dzięki czemu cząsteczki mogą przemieszczać się w poprzek błony dzięki procesom takim jak absorpcja.

Te palce pełnią również fascynującą funkcję zwaną strumieniowanie cytoplazmy.

Dzieje się tak, gdy filamenty aktynowe przeczesują cytoplazmę, aby utrzymać ją w ruchu. Zwiększenie strumieniowania cytoplazmy dyfuzja i pomaga przenieść pożądane materiały, takie jak składniki odżywcze, i niepożądane materiały, takie jak odpady i szczątki komórkowe, w komórce.