Cytoskelet: Definícia, štruktúra a funkcia (s diagramom)

Pravdepodobne už viete, akú rolu vo vašom živote hrá vaša vlastná kostra; dodáva telu štruktúru a pomáha vám pri pohybe.

Bez toho by ste boli skôr ako ľudská škvrna ako pohyblivý a fungujúci človek. Ako naznačuje jeho názov, cytoskelet slúži veľmi podobným účelom v prokaryotických a eukaryotické bunky.

Zamysleli ste sa niekedy nad tým, vďaka čomu bunky vyzerajú okrúhle a bránia ich zrúteniu do slizkých glóbusov? Alebo ako sa mnoho organel vo vnútri bunky organizuje a pohybuje sa vo vnútri bunky, alebo ako sama bunka cestuje? Bunky sa pri všetkých týchto funkciách spoliehajú na cytoskeleton.

Dôležitou štrukturálnou jednotkou cytoskeletu je skutočne sieť proteínových vlákien v cytoplazma, ktorá dáva bunke jej tvar a umožňuje jej vykonávať dôležité funkcie, napríklad bunku pohyb.

Prečítajte si viac o organelách a funkciách ostatných buniek.

Aj keď si niektorí ľudia môžu predstaviť bunky ako neštruktúrované, silné mikroskopy používané v bunkovej biológii ukazujú, že bunky sú veľmi usporiadané.

Na udržanie tohto tvaru a úrovne organizácie je nevyhnutná jedna hlavná zložka: cytoskelet bunky. Proteínové vlákna, z ktorých sa skladá cytoskelet, tvoria cez bunku sieť vlákien.

Táto sieť poskytuje štrukturálnu podporu plazmatickej membráne, pomáha stabilizovať organely v ich správnych polohách a umožňuje bunke podľa potreby premiešavať jej obsah. U niektorých typov buniek cytoskelet dokonca umožňuje bunkám pohyb a cestovanie pomocou špecializovaných štruktúr.

Tieto sa tvoria z proteínových vlákien, keď sú potrebné na bunkovú lokomóciu.

Služba, ktorú poskytuje cytoskeleton na formovanie bunky, má veľký zmysel. Podobne ako ľudská kostra, aj sieť proteínov cytoskeletu vytvára štrukturálnu podporu rozhodujúce pre udržanie celistvosti bunky a pre zabránenie jej zrútenia do susedia.

Pre bunky s veľmi tekutými membránami je sieť bielkovín, ktorá tvorí cytoskelet, obzvlášť dôležitá na udržanie bunkového obsahu vo vnútri bunky.

Toto sa volá celistvosť membrány.

Niektoré vysoko špecializované bunky sa pri štruktúrnej podpore spoliehajú aj na cytoskeleton.

Zachovanie jedinečného tvaru bunky umožňuje v týchto bunkách jej správne fungovanie. Tie obsahujú neurónovalebo mozgové bunky, ktoré majú guľaté bunkové telá, rozvetvené ramená nazývané dendrity a roztiahnuté chvosty.

Tento charakteristický tvar bunky umožňuje neurónom zachytiť signály pomocou svojich dendritických ramien a prenášajú tieto signály cez ich axónové chvosty do čakajúcich dendritov susedného mozgu bunka. Takto medzi sebou komunikujú mozgové bunky.

Dáva tiež zmysel, že bunky majú úžitok z organizácie, ktorú im dáva sieť proteínových vlákien cytoskeletu. V ľudskom tele existuje viac ako 200 typov buniek a spolu asi 30 biliónov buniek v každom človeku na planéte.

Organely vo všetkých týchto bunkách musia vykonávať širokú škálu bunkové procesy, ako je napríklad tvorba a rozklad biomolekúl, uvoľňovanie energie pre telo na použitie a vykonávanie mnohých chemických reakcií, ktoré umožňujú život.

Aby tieto funkcie fungovali dobre na úrovni celého organizmu, potrebuje každá bunka podobnú štruktúru a spôsob konania.

Pri vykonávaní týchto dôležitých úloh sa cytoskelet spolieha na tri odlišné typy vlákien:

1. Mikrotubuly
2. Medzivlákna
3. Mikrovlákna

Tieto vlákna sú všetky také nekonečne malé, že sú voľným okom úplne neviditeľné. Vedci ich objavili až po vynáleze elektrónový mikroskop priniesol do vnútra interiér bunky.

Ak si chcete predstaviť, aké malé sú tieto proteínové vlákna, je užitočné pochopiť ich koncept nanometer, ktorá sa niekedy píše ako nm. Nanometre sú merné jednotky, rovnako ako palec sú merné jednotky.

Možno ste uhádli z koreňového slova meter že jednotka nanometrov patrí do metrického systému, rovnako ako centimeter.

Vedci používajú nanometre na meranie extrémne malých vecí, ako sú atómy a svetelné vlny.

Je to tak preto, lebo jeden nanometer sa rovná jednej miliardtine metra. To znamená, že ak ste si vzali metrovú meraciu tyčinku, ktorá je po prepočte na Americký systém merania a rozdelil by ho na jednu miliardu rovnakých kusov, jeden jediný kus by sa rovnal jednej nanometer.

Teraz si predstavte, že by ste mohli rozrezať proteínové vlákna tvoriace bunkový cytoskelet a zmerať priemer cez vyrezanú tvár.

Každé vlákno by malo priemer od 3 do 25 nanometrov v závislosti od typu vlákna. Z hľadiska kontextu má ľudský vlas priemer 75 000 nanometrov. Ako vidíte, vlákna, ktoré tvoria cytoskelet, sú neuveriteľne malé.

Mikrotubuly sú najväčšie z troch vlákien cytoskeletu, ktorých priemer je 20 až 25 nanometrov. Medzivlákna sú vlákna strednej veľkosti cytoskeletu a merajú asi 10 nanometrov v priemere.

Najmenšie bielkovinové vlákna nachádzajúce sa v cytoskelete sú mikrofilamenty. Tieto vlákna podobné vlákna majú priemer iba 3 až 6 nanometrov.

V reálnom svete je to až 25 000-krát menej ako priemer priemerného ľudského vlasu.

•••Vedenie

Názov mikrotubúl je odvodený od ich všeobecného tvaru a typu proteínu, ktorý obsahujú. Sú podobné trubičkám a sú tvorené opakujúcimi sa jednotkami alfa- a beta-tubulínu bielkovinypolyméry vzájomné prepojenie.

Prečítajte si viac o hlavnej funkcii mikrotubulov v bunkách.

Keby ste sa mali pozrieť na mikrotubulárne vlákna pod elektrónovým mikroskopom, vyzerali by ako reťazce malých proteínov skrútené dohromady do pevnej špirálovej mriežky.

Každá proteínová jednotka sa viaže so všetkými jednotkami okolo seba a vytvára veľmi silnú a veľmi tuhú štruktúru. Mikrotubuly sú v skutočnosti najprísnejšou štrukturálnou zložkou, ktorú nájdete v živočíšnych bunkách, ktoré nemajú bunkové steny ako bunky rastlín.

Ale mikrotubuly nie sú len tuhé. Odolávajú tiež kompresným a krútiacim silám. Táto kvalita zvyšuje schopnosť mikrotubulov udržiavať tvar a celistvosť buniek, dokonca aj pod tlakom.

Mikrotubuly tiež poskytujú bunku polarita, čo znamená, že bunka má dve jedinečné strany alebo póly. Táto polarita je súčasťou toho, čo umožňuje bunke organizovať svoje komponenty, ako sú organely a bunky iné časti cytoskeletu, pretože dáva bunke spôsob, ako orientovať tieto zložky vo vzťahu k póly.

Mikrotubuly tiež podporujú pohyb bunkového obsahu v bunke.

Mikrotubulárne vlákna tvoria koľaje, ktoré pôsobia ako železničné koľaje alebo diaľnice v bunke. Transportéry vezikúl postupujte podľa týchto stôp a pohybujte bunkovým nákladom v cytoplazme. Tieto stopy sú kľúčové pre odstránenie nežiaduceho bunkového obsahu, ako sú nesprávne poskladané proteíny, staré alebo rozbité organely a útočníci patogénov, ako sú baktérie a vírusy.

Transportéry vezikúl jednoducho sledujú správnu stopu mikrotubulov, aby presunuli tento náklad do recyklačného centra bunky, lyzozóm. Tam lyzozóm niektoré časti zachráni a znovu použije a ďalšie časti znehodnocuje.

Systém sledovania tiež pomáha bunke premiestňovať novo vybudované biomolekuly, ako sú proteíny a lipidy, z výrobných organel a na miesta, kde bunka tieto molekuly potrebuje.

Napríklad transportéry vezikúl používajú stopy mikrotubulov na presun proteínov bunkovej membrány z organel do bunkovej membrány.

Použiť môžu iba niektoré bunky bunková lokomócia cestovať a tí, ktorí sa všeobecne spoliehajú na špecializované pohyblivé štruktúry vyrobené z mikrotubulárnych vlákien.

Bunka spermií je pravdepodobne najjednoduchší spôsob vizualizácie týchto cestujúcich buniek.

Ako viete, spermie vyzerajú trochu ako pulce s dlhým chvostom, alebo bičíky, ktoré šľahajú, aby preplávali na miesto určenia a oplodnili vajíčkovú bunku. Spermový chvost je vyrobený z tubulínu a je príkladom mikrotubulárneho vlákna používaného na bunkovú lokomóciu.

Pri reprodukcii zohráva úlohu aj iná známa pohyblivá štruktúra mihalnica. Tieto vlasové pohyblivé štruktúry lemujú vajíčkovody a pomocou vlnového pohybu posúvajú vajíčko vajíčkovodom do maternice. Tieto mihalnice sú mikrotubulárne vlákna.

Medzivlákna sú druhým typom vlákniny, ktorá sa nachádza v cytoskelete. Môžete si ich predstaviť ako skutočnú kostru bunky, pretože ich jedinou úlohou je štrukturálna podpora. Tieto bielkovinové vlákna obsahujú keratín, čo je bežný proteín, ktorý môžete poznať z produktov starostlivosti o telo.

Tento proteín tvorí ľudské vlasy a nechty na rukách a nohách aj vrchná vrstva kože. Je to tiež bielkovina, ktorá vytvára rohy, pazúry a kopytá iných zvierat. Keratín je veľmi silný a užitočný na ochranu pred poškodením.

Hlavnou úlohou medziľahlých vlákien je tvorba matice štrukturálnych proteínov pod bunková membrána. Je to ako podporná sieť, ktorá dodáva bunke štruktúru a tvar. Tiež dodáva bunke určitú pružnosť a umožňuje jej pružne reagovať pri strese.

Jednou z dôležitých úloh vykonávaných medziľahlými vláknami je pomôcť udržať organely na správnych miestach v bunke. Napríklad medziľahlé vlákna ukotvujú jadro na správnom mieste v bunke.

Toto zakotvenie je rozhodujúce pre bunkové procesy, pretože rôzne organely vo vnútri bunky musia spolupracovať, aby vykonávali tieto funkcie bunky. V prípade jadro, priviazanie tejto dôležitej organely k matici cytoskeletu znamená, že organely, ktoré sa spoliehajú na DNA pokyny z jadra na vykonávanie ich úloh môžu ľahko získať prístup k týmto informáciám pomocou poslov a transportéry.

Táto dôležitá úloha by mohla byť nemožná, ak by jadro nebolo ukotvené, pretože títo poslovia a transportéri by museli cestovať okolo a hľadať v cytoplazme putujúce jadro!

Mikrovlákna, nazývané tiež aktínové vlákna, sú reťazce aktínových proteínov stočené do špirálovej tyčinky. Tento proteín je známy svojou úlohou vo svalových bunkách. Tam pracujú s ďalším proteínom tzv myozín umožniť kontrakciu svalov.

Pokiaľ ide o cytoskeleton, mikrofilamenty nie sú len najmenšími vláknami. Sú tiež najdynamickejšie. Rovnako ako všetky vlákna cytoskeletu, aj mikrofilamenty poskytujú bunkovej štruktúrnu podporu. Pre svoje jedinečné vlastnosti majú mikrofilamenty tendenciu objavovať sa na okrajoch bunky.

Dynamická povaha aktínových vlákien znamená, že tieto proteínové vlákna môžu rýchlo meniť svoju dĺžku, aby vyhovovali meniacim sa štrukturálnym potrebám bunky. To umožňuje bunke meniť svoj tvar alebo veľkosť alebo dokonca formu špeciálne projekcie ktoré sa rozprestierajú mimo bunky, ako napr filopodia, lamellipodia a mikrovilli.

Viete si predstaviť filopodia ako tykadlá, ktoré bunka projektuje, aby snímala prostredie okolo seba, zachytila ​​chemické podnety a dokonca zmenila smer bunky, ak sa pohybuje. Vedci tiež niekedy nazývajú filopodia mikrospiky.

Filopodia môžu byť súčasťou iného typu špeciálnej projekcie, lamellipodia. Toto je nožná štruktúra, ktorá pomáha bunke pohybovať sa a cestovať.

Microvilli sú ako drobné vlásky alebo prsty, ktoré bunka používa počas difúzie. Tvar týchto výčnelkov zväčšuje povrchovú plochu, takže existuje viac priestoru pre pohyb molekúl cez membránu prostredníctvom procesov, ako je absorpcia.

Tieto prsty tiež vykonávajú fascinujúcu funkciu zvanú prúdenie cytoplazmy.

K tomu dôjde, keď aktínové vlákna prechádzajú cez cytoplazmu, aby sa udržali v pohybe. Prúdenie cytoplazmy zvyšuje difúzia a pomáha pri premiestňovaní požadovaných materiálov, ako sú živiny, a nežiaducich materiálov, ako je odpad a zvyšky buniek, v bunke.