Цитоскелет: определение, структура и функции (со схемой)

Вы, наверное, уже знаете, какую роль в вашей жизни играет собственный скелет; он придает структуру вашему телу и помогает двигаться.

Без него вы были бы больше похожи на человеческую каплю, чем на движущегося, функционирующего человека. Как следует из названия, цитоскелет служит очень похожей цели у прокариот и эукариотические клетки.

Вы когда-нибудь задумывались, что заставляет клетки выглядеть кругом и не дает им превратиться в слизистые шарики? Или как многие органеллы внутри клетки организуются и перемещаются внутри клетки, или как сама клетка перемещается? Для выполнения всех этих функций клетки полагаются на цитоскелет.

Важной структурной единицей цитоскелета на самом деле является сеть белковых волокон в цитоплазма, которая придает клетке форму и позволяет ей выполнять важные функции, такие как клеточная движение.

Узнайте больше об органеллах и функциях других клеток.

Хотя некоторые люди могут представить клетки как неструктурированные, мощные микроскопы, используемые в клеточной биологии, показывают, что клетки очень организованы.

Один главный компонент жизненно важен для поддержания этой формы и уровня организации: цитоскелет ячейки. Белковые нити, составляющие цитоскелет, образуют сеть волокон в клетке.

Эта сеть обеспечивает структурную поддержку плазматической мембраны, помогает стабилизировать органеллы в их правильном положении и позволяет клетке перемещать свое содержимое по мере необходимости. Для некоторых типов клеток цитоскелет даже позволяет клетке перемещаться и перемещаться с помощью специализированных структур.

Они образуются из белковых нитей, когда это необходимо для передвижения клеток.

Служба цитоскелета для формирования клетки имеет большой смысл. Подобно человеческому скелету, белковая сеть цитоскелета создает структурную поддержку, которая имеет решающее значение для поддержания целостности клетки и предотвращения ее схлопывания. соседи.

Для клеток с очень жидкими мембранами сеть белков, составляющих цитоскелет, особенно важна для сохранения содержимого клетки внутри клетки.

Это называется целостность мембраны.

Некоторые высокоспециализированные клетки также полагаются на цитоскелет как на структурную поддержку.

Для этих клеток сохранение уникальной формы позволяет клетке правильно функционировать. Это включает нейроны, или клетки мозга, которые имеют круглые клеточные тела, ветвистые ветви, называемые дендритами, и вытянутые хвосты.

Эта характерная форма клеток позволяет нейронам улавливать сигналы с помощью своих дендритных плеч. и передают эти сигналы через хвосты аксонов в ожидающие дендриты соседнего мозга. клетка. Так клетки мозга общаются друг с другом.

Также имеет смысл, что клетки извлекают выгоду из организации, которую им дает сеть белковых волокон цитоскелета. В человеческом теле более 200 типов клеток и в общей сложности около 30 триллионов клеток в каждом человеке на планете.

Органеллы во всех этих клетках должны выполнять самые разные клеточные процессы, например, создание и разрушение биомолекул, высвобождение энергии для использования организмом и выполнение множества химических реакций, делающих жизнь возможной.

Чтобы эти функции хорошо работали на уровне всего организма, каждой клетке нужна схожая структура и способ работы.

Для выполнения этих важных функций цитоскелет опирается на три различных типа филаментов:

1. Микротрубочки
2. Промежуточные волокна
3. Микрофиламенты

Все эти волокна настолько малы, что совершенно невидимы невооруженным глазом. Ученые открыли их только после изобретения электронный микроскоп представил внутреннюю часть камеры.

Чтобы представить себе, насколько малы эти белковые волокна, полезно понять концепцию нанометр, который иногда обозначается как nm. Нанометры - это единицы измерения, точно так же, как дюйм - это единица измерения.

Вы могли догадаться по корню слова метр что нанометровая единица относится к метрической системе, как и сантиметр.

Ученые используют нанометры для измерения мельчайших предметов, таких как атомы и световые волны.

Это потому, что один нанометр равен одной миллиардной метра. Это означает, что если вы взяли измерительную линейку, длина которой составляет примерно 3 фута в пересчете на Американская система измерения, и если разбить ее на миллиард равных частей, одна цельная часть будет равна единице. нанометр.

Теперь представьте, что вы можете разрезать белковые нити, составляющие цитоскелет клетки, и измерить диаметр по разрезу лица.

Каждое волокно будет иметь диаметр от 3 до 25 нанометров, в зависимости от типа нити. Для контекста, диаметр человеческого волоса составляет 75 000 нанометров. Как видите, филаменты, из которых состоит цитоскелет, невероятно малы.

Микротрубочки являются самыми большими из трех волокон цитоскелета, их диаметр составляет от 20 до 25 нанометров. Промежуточные волокна представляют собой волокна цитоскелета среднего размера и имеют диаметр около 10 нанометров.

Наименьшие белковые нити, обнаруженные в цитоскелете, - это микрофиламенты. Эти нитевидные волокна имеют диаметр от 3 до 6 нанометров.

В реальном мире это в 25000 раз меньше диаметра среднего человеческого волоса.

•••Наука

Микротрубочки получили свое название как от их общей формы, так и от типа содержащегося в них белка. Они похожи на трубочки и образованы из повторяющихся единиц альфа- и бета-тубулина. белокполимеры соединение вместе.

Узнайте больше об основной функции микротрубочек в клетках.

Если бы вы рассмотрели филаменты микротрубочек под электронным микроскопом, они были бы похожи на цепочки небольших белков, скрученных вместе в плотную спиральную решетку.

Каждая единица белка связывается со всеми единицами вокруг нее, образуя очень прочную и очень жесткую структуру. Фактически, микротрубочки - самый жесткий структурный компонент, который вы можете найти в клетках животных, у которых нет клеточных стенок, как у клеток растений.

Но микротрубочки не просто жесткие. Они также противостоят силам сжатия и скручивания. Это качество увеличивает способность микротрубочек сохранять форму и целостность клеток даже под давлением.

Микротрубочки также дают клетке полярность, что означает, что ячейка имеет две уникальные стороны или полюса. Эта полярность является частью того, что позволяет клетке организовывать свои компоненты, такие как органеллы и другие части цитоскелета, потому что это дает клетке способ ориентировать эти компоненты относительно полюса.

Микротрубочки также поддерживают движение содержимого клетки внутри клетки.

Нити микротрубочек образуют дорожки, которые действуют в клетке как железнодорожные пути или шоссе. Транспортеры везикул следуйте этим дорожкам, чтобы перемещать клеточный груз в цитоплазме. Эти треки имеют решающее значение для удаления нежелательного клеточного содержимого, такого как неправильно свернутые белки, старые или сломанные органеллы и патогенов-захватчиков, таких как бактерии и вирусы.

Транспортеры везикул просто следуют по правильному пути микротрубочек, чтобы переместить этот груз в центр переработки клетки, лизосома. Там лизосомы спасают и повторно используют одни части и разрушают другие части.

Система отслеживания также помогает клетке перемещать вновь созданные биомолекулы, такие как белки и липиды, из производящих органелл в места, где клетке нужны молекулы.

Например, переносчики везикул используют треки микротрубочек для перемещения белков клеточной мембраны от органелл к клеточной мембране.

Только некоторые ячейки могут использовать передвижение клеток для путешествий, и те, которые обычно полагаются на специализированные подвижные структуры, состоящие из волокон микротрубочек.

Сперматозоиды, вероятно, самый простой способ визуализировать эти перемещающиеся клетки.

Как известно, сперматозоиды немного похожи на головастиков с длинными хвостами, или жгутики, которые они взбивают, чтобы доплыть до места назначения и оплодотворить яйцеклетку. Хвост сперматозоида состоит из тубулина и является примером филамента микротрубочек, используемого для передвижения клеток.

Другая хорошо известная подвижная структура, также играющая роль в воспроизводстве, - это реснички. Эти похожие на волосы подвижные структуры выстилают фаллопиевы трубы и с помощью колебательного движения перемещают яйцо через маточную трубу в матку. Эти реснички представляют собой волокна микротрубочек.

Промежуточные волокна - это второй тип волокон цитоскелета. Вы можете представить их как настоящий скелет клетки, поскольку их единственная роль - структурная поддержка. Эти белковые волокна содержат кератин, который является обычным белком, который вы можете узнать из продуктов по уходу за телом.

Этот белок составляет человеческие волосы и ногти, а также верхний слой кожи. Это также белок, из которого состоят рога, когти и копыта других животных. Кератин очень силен и полезен для защиты от повреждений.

Основная роль промежуточных филаментов - формирование матрицы структурных белков под клеточная мембрана. Это похоже на поддерживающую сетку, которая придает клетке структуру и форму. Он также придает клетке некоторую эластичность, позволяя ей гибко реагировать на стресс.

Одна из важных задач, выполняемых промежуточными филаментами, - удерживать органеллы в нужных местах внутри клетки. Например, промежуточные филаменты закрепляют ядро ​​в нужном месте внутри клетки.

Это закрепление имеет решающее значение для клеточных процессов, потому что различные органеллы внутри клетки должны работать вместе, чтобы выполнять эти клеточные функции. В случае ядро, прикрепление этой важной органеллы к матрице цитоскелета означает, что органеллы, которые полагаются на ДНК инструкции ядра для выполнения своей работы могут легко получить доступ к этой информации с помощью мессенджеров и транспортеры.

Эта важная задача могла бы быть невозможна, если бы ядро ​​не было закреплено, потому что этим посланникам и транспортерам пришлось бы путешествовать в поисках блуждающего ядра в цитоплазме!

Микрофиламенты, также называемые актиновые нити, представляют собой цепочки белков актина, скрученные в спиральный стержень. Этот белок наиболее известен своей ролью в мышечных клетках. Там они работают с другим белком, который называется миозин чтобы позволить мышечному сокращению.

Когда дело доходит до цитоскелета, микрофиламенты - это не просто самые маленькие волокна. К тому же они самые динамичные. Как и все волокна цитоскелета, микрофиламенты обеспечивают структурную поддержку клетки. Из-за своих уникальных свойств микрофиламенты имеют тенденцию появляться по краям клетки.

Динамическая природа актиновых филаментов означает, что эти белковые волокна могут быстро изменять свою длину, чтобы удовлетворить меняющиеся структурные потребности клетки. Это позволяет клетке изменять свою форму, размер или даже форму. специальные прогнозы которые выходят за пределы ячейки, например филоподии, ламеллиподии а также микроворсинки.

Ты можешь представить филоподии как чувствительные элементы, которые клетка проецирует, чтобы ощущать окружающую среду вокруг себя, улавливать химические сигналы и даже изменять направление клетки, если она движется. Ученые также иногда называют филоподиями микрошипы.

Филоподии могут образовывать часть особого выступа другого типа, ламеллиподии. Это структура, напоминающая ступню, которая помогает клетке двигаться и перемещаться.

Микровиллы подобны крошечным волоскам или пальцам, используемым клеткой во время диффузии. Форма этих выступов увеличивает площадь поверхности, так что у молекул появляется больше места для перемещения через мембрану посредством таких процессов, как абсорбция.

Эти пальцы также выполняют интересную функцию, называемую поток цитоплазмы.

Это происходит, когда филаменты актина прочесывают цитоплазму, чтобы поддерживать ее движение. Повышение потоковой передачи цитоплазмы распространение и помогает перемещать необходимые материалы, такие как питательные вещества, и нежелательные материалы, такие как отходы и клеточный мусор, по клетке.