Citoskelet: opredelitev, zgradba in funkcija (z diagramom)

Verjetno že poznate vlogo vašega okostja v vašem življenju; daje telesni strukturi in vam pomaga pri gibanju.

Brez tega bi bili bolj podobni človeški pegi kot gibljivi, delujoči osebi. Kot že ime pove, ima citoskelet zelo podoben namen pri prokariontskih in evkariontske celice.

Ste se kdaj vprašali, kaj naredi celice videti okrogle in preprečuje, da bi se sesedele v sluzaste globuse? Ali kako se veliko organelov znotraj celice organizira in giblje znotraj celice ali kako celica sama potuje? Celice se za vse te funkcije zanašajo na citoskelet.

Pomembna strukturna enota citoskeleta je res mreža beljakovinskih vlaken v citoplazma, ki daje celici obliko in ji omogoča izvajanje pomembnih funkcij, kot je celica premikanje.

Preberite več o organelah in funkcijah druge celice.

Čeprav si nekateri ljudje celice lahko predstavljajo kot nestrukturirane, močni mikroskopi, ki se uporabljajo v celični biologiji, razkrivajo, da so celice zelo organizirane.

Ena glavnih komponent je ključnega pomena za ohranitev te oblike in ravni organizacije:

Ta mreža daje strukturno podporo plazemski membrani, pomaga stabilizirati organele v ustreznih položajih in omogoča celici, da po potrebi premeša svojo vsebino. Za nekatere vrste celic citoskelet celo omogoča gibanje in potovanje celic s pomočjo specializiranih struktur.

Te nastanejo iz beljakovinskih filamentov, kadar so potrebni za gibanje celic.

Storitev, ki jo citoskelet nudi za oblikovanje celic, je zelo smiselna. Podobno kot človeško okostje mreža beljakovin citoskeleta ustvarja strukturno podporo, ki je ključnega pomena za ohranjanje celovitosti celice in za preprečevanje, da bi se zrušila v svojo sosedi.

Za celice z zelo tekočimi membranami je mreža beljakovin, ki tvorijo citoskelet, še posebej pomembna za zadrževanje celične vsebine v celici.

To se imenuje celovitost membrane.

Nekatere visoko specializirane celice se zanašajo tudi na citoskelet za strukturno podporo.

Za te celice ohranjanje edinstvene oblike celice omogoča pravilno delovanje celice. Tej vključujejo nevroniali možganske celice, ki imajo okrogla celična telesa, razvejane roke, imenovane dendriti, in iztegnjeni repi.

Ta značilna celična oblika omogoča nevronom, da lovijo signale s svojimi rokami dendrita in te signale prenesejo skozi njihove aksonske repove in v čakalne dendrite sosednjih možganov celica. Tako možganske celice komunicirajo med seboj.

Smiselno je tudi, da imajo celice koristi od organizacije, ki jim jo daje mreža beljakovinskih vlaken citoskeleta. V človeškem telesu je več kot 200 vrst celic in skupno približno 30 bilijonov celic v vsakem človeku na planetu.

Organele v vseh teh celicah morajo izvajati najrazličnejše celični procesi, kot so gradnja in razgradnja biomolekul, sproščanje energije za uporabo telesa in izvajanje številnih kemičnih reakcij, ki omogočajo življenje.

Da bi te funkcije dobro delovale na ravni celotnega organizma, vsaka celica potrebuje podobno strukturo in način dela.

Za izvajanje teh pomembnih vlog se citoskelet opira na tri različne vrste filamentov:

1. Mikrotubule
2. Vmesni filamenti
3. Mikrofilamenti

Vsa ta vlakna so tako neskončno majhna, da so s prostim očesom popolnoma nevidna. Znanstveniki so jih odkrili šele po izumu elektronski mikroskop dal pogled na notranjost celice.

Če si želite predstaviti, kako majhna so ta beljakovinska vlakna, je koristno razumeti koncept nanometra, ki je včasih zapisan kot nm. Nanometri so merske enote, tako kot je palec merska enota.

Morda ste uganili iz korenske besede meter da nanometrska enota pripada metričnemu sistemu, tako kot pripada centimeter.

Znanstveniki z nanometri merijo izredno majhne stvari, kot so atomi in svetlobni valovi.

To je zato, ker je en nanometer enak milijardinki metra. To pomeni, da če ste vzeli merilno palico, ki je približno 3 čevljev dolga, ko jo pretvorite v Ameriški sistem merjenja, in če ga razbijemo na milijardo enakih kosov, bi bil en kos enak enemu nanometra.

Zdaj pa si predstavljajte, da bi lahko odrezali beljakovinske filamente, ki tvorijo celični skelet celice, in jih izmerili premer čez odrezan obraz.

Vsako vlakno bi v premeru merilo od 3 do 25 nanometrov, odvisno od vrste žarilne nitke. Za kontekst ima človeški las premer 75.000 nanometrov. Kot lahko vidite, so filamenti, ki tvorijo citoskelet, neverjetno majhni.

Mikrotubule so največje od treh vlaken citoskeleta, s premerom od 20 do 25 nanometrov. Vmesni filamenti so srednje velika vlakna citoskeleta in v premeru merijo približno 10 nanometrov.

Najmanjši beljakovinski filamenti, ki jih najdemo v citoskeletu, so mikrofilamenti. Ta nitam podobna vlakna v premeru merijo le 3 do 6 nanometrov.

V resničnem smislu je to kar 25.000 krat manjše od premera povprečnega človeškega lasja.

•••Učenje

Mikrotubule so ime dobile tako po svoji splošni obliki kot po vrsti beljakovin, ki jih vsebujejo. So tubusu podobni in so oblikovani iz ponavljajočih se enot alfa- in beta-tubulina beljakovinepolimeri povezovanje skupaj.

Preberite več o glavni funkciji mikrotubulov v celicah.

Če bi si filamente mikrotubulov ogledali pod elektronskim mikroskopom, bi bili videti kot verige majhnih proteinov, ki so zvite v tesno spiralno mrežo.

Vsaka beljakovinska enota se veže z vsemi enotami okoli sebe in tvori zelo močno, zelo togo strukturo. Mikrotubule so pravzaprav najbolj toga strukturna komponenta, ki jo lahko najdete v živalskih celicah, ki nimajo celičnih sten kot rastlinske celice.

Toda mikrotubule niso samo toge. Uprejo se tudi silam stiskanja in sukanja. Ta kakovost poveča sposobnost mikrotubulov, da tudi pod pritiskom ohranjajo celično obliko in celovitost.

Mikrotubule dajejo tudi celico polarnost, kar pomeni, da ima celica dve edinstveni strani ali poli. Ta polarnost je del tega, kar celici omogoča organizacijo komponent, kot so organele in druge dele citoskeleta, ker daje celici način, da te sestavine usmerja glede na palice.

Mikrotubule podpirajo tudi gibanje celične vsebine znotraj celice.

Mikrotubularne nitke tvorijo proge, ki delujejo kot železniške proge ali avtoceste v celici. Transporterji mehurčkov sledite tem skladbam za premikanje celičnega tovora po citoplazmi. Te sledi so ključnega pomena za odstranjevanje neželene celične vsebine, kot so napačno zbrane beljakovine, stari ali zlomljeni organeli in napadalci patogenov, kot so bakterije in virusi.

Prevozniki mehurčkov preprosto sledijo pravi poti mikrotubulov, da tovor premestijo v reciklažni center celice, lizosom. Tam lizosom nekatere dele reši in ponovno uporabi, druge dele pa razgradi.

Sistem sledenja tudi pomaga celici, da na novo zgrajene biomolekule, kot so beljakovine in lipidi, premakne iz proizvodnih organelov na mesta, kjer celica potrebuje molekule.

Prenašalci veziklov na primer z mikrotubulskimi sledovi premikajo beljakovine celične membrane iz organelov v celično membrano.

Uporabljajo jih lahko le nekatere celice gibanje celic potovati in tiste, ki se na splošno zanašajo na specializirane gibljive strukture iz vlaken mikrotubulov.

Semenska celica je verjetno najlažji način za vizualizacijo teh potujočih celic.

Kot veste, so semenčicaste celice nekoliko podobne paglavcem z dolgimi repi, oz bičkov, ki jih bičajo, da zaplavajo do cilja in oplodijo jajčno celico. Rep sperme je izdelan iz tubulina in je primer filamenta mikrotubule, ki se uporablja za gibanje celic.

Druga znana gibljiva struktura, ki prav tako igra vlogo pri razmnoževanju, je trepalnice. Te lase podobne gibljive strukture postavljajo jajcevode in z mahanjem premikajo jajčece skozi jajcevod v maternico. Te trepalnice so vlakna mikrotubulov.

Vmesni filamenti so druga vrsta vlaknin, ki jih najdemo v citoskeletu. Lahko si jih predstavljate kot resnično okostje celice, saj je njihova edina vloga strukturna podpora. Ta beljakovinska vlakna vsebujejo keratin, ki je pogosta beljakovina, ki jo prepoznate v izdelkih za nego telesa.

Ta beljakovina sestavlja človeške lase in nohte ter zgornjo plast kože. Tudi beljakovine tvorijo rogove, kremplje in kopita drugih živali. Keratin je zelo močan in uporaben za zaščito pred poškodbami.

Glavna vloga vmesnih filamentov je tvorba matriksa strukturnih proteinov pod celična membrana. To je kot podporna mreža, ki daje strukturo in obliko celici. Celici daje tudi nekaj elastičnosti, ki ji omogoča prožen odziv na stres.

Eno pomembnih nalog, ki jih opravljajo vmesni filamenti, je pomagati držati organele na pravih mestih v celici. Na primer, vmesni filamenti sidrajo jedro na njegovem pravem mestu v celici.

To sidranje je ključnega pomena za celične procese, ker morajo različni organeli v celici sodelovati za izvajanje teh celičnih funkcij. V primeru jedro, privezovanje te pomembne organele na matriko citoskeleta pomeni, da organele, ki se zanašajo na DNA Navodila jedra, da opravljajo svoja dela, lahko zlahka dostopajo do teh informacij s pomočjo sporočil in prevozniki.

Ta pomembna naloga bi bila morda nemogoča, če jedro ne bi bilo zasidrano, ker bi morali ti glasniki in prenašalci potovati po citoplazmi in iskati potujoče jedro!

Mikrofilamenti, imenovani tudi aktinski filamenti, so verige aktinskih proteinov, zvite v spiralno palico. Ta beljakovina je najbolj znana po svoji vlogi v mišičnih celicah. Tam delajo z drugo beljakovino, imenovano miozin da se omogoči krčenje mišic.

Ko gre za citoskelet, mikrofilamenti niso le najmanjša vlakna. So tudi najbolj dinamični. Kot vsa vlakna citoskeleta tudi mikrofilamenti dajejo celici strukturno podporo. Zaradi svojih edinstvenih lastnosti se mikrofilamenti ponavadi pokažejo na robovih celice.

Dinamična narava aktinskih filamentov pomeni, da lahko ta beljakovinska vlakna hitro spremenijo svojo dolžino, da zadovoljijo spreminjajoče se strukturne potrebe celice. To celici omogoča, da spremeni svojo obliko ali velikost ali celo obliko posebne projekcije ki segajo zunaj celice, kot npr filopodija, lamelipodije in mikrovili.

Lahko si predstavljate filopodija kot čutil, ki jih celica projicira tako, da zaznava okolje okoli sebe, pobere kemične signale in celo spremeni smer celice, če se premika. Znanstveniki včasih imenujejo tudi filopodija mikroskopi.

Filopodija je lahko del druge vrste posebne projekcije, lamelipodije. To je noga podobna struktura, ki pomaga celici pri premikanju in potovanju.

Microvilli so kot drobne dlake ali prsti, ki jih celica uporablja med difuzijo. Oblika teh izboklin poveča površino, tako da je molekulam več prostora za premikanje skozi membrano s postopki, kot je absorpcija.

Ti prsti opravljajo tudi fascinantno funkcijo, imenovano pretok citoplazme.

To se zgodi, ko se aktinski filamenti prečesajo skozi citoplazmo, da ostanejo v gibanju. Povečanje pretoka citoplazme difuzija in pomaga pri premikanju želenih materialov, kot so hranila, in neželenih materialov, kot so odpadki in ostanki celic, v celici.