Цитоскелет: Дефиниција, структура и функција (са дијаграмом)

Вероватно већ знате улогу коју ваш сопствени костур игра у вашем животу; даје структуру тела и помаже вам у кретању.

Без ње бисте више личили на људску мрљу него на покретну, функционалну особу. Као што му само име говори, цитоскелет има врло сличну сврху у прокариотским и еукариотске ћелије.

Да ли сте се икад запитали због чега ћелије изгледају округле и спречавају их да се уруше у љигаве глобусе? Или како се многи органели унутар ћелије организују и крећу се унутар ћелије, или како ћелија сама путује? Све ћелије се ослањају на цитоскелет.

Важна структурна јединица цитоскелета је заиста мрежа протеинских влакана у цитоплазма која ћелији даје облик и омогућава јој да обавља важне функције, попут ћелије кретање.

Прочитајте више о органелама и функцијама друге ћелије.

Иако би неки људи могли да замисле ћелије као неструктуриране, моћни микроскопи који се користе у ћелијској биологији откривају да су ћелије врло организоване.

Једна главна компонента је витална за одржавање овог облика и нивоа организације:

Ова мрежа даје структурну подршку плаземској мембрани, помаже у стабилизацији органела у њиховим правилним положајима и омогућава ћелији да премешта свој садржај по потреби. За неке типове ћелија, цитоскелет чак омогућава ћелији да се креће и путује користећи специјализоване структуре.

Они настају из протеинских филамената када су потребни за кретање ћелија.

Услуга коју цитоскелет пружа за обликовање ћелија има пуно смисла. Слично као и људски скелет, мрежа протеина цитоскелета ствара структурну подршку која је пресудан за одржавање интегритета ћелије и за спречавање њеног колапса у њену комшије.

За ћелије са врло течним мембранама, мрежа протеина који чине цитоскелет посебно су важне за задржавање ћелијског садржаја у ћелији.

Ово се зове интегритет мембране.

Неке високоспецијализоване ћелије се такође ослањају на цитоскелет за структурну подршку.

Одржавање јединственог облика ћелија омогућава овим ћелијама да правилно функционишу. Ови укључују неурони, или мождане ћелије, које имају округласта ћелијска тела, разгранате руке назване дендрити и испружени репови.

Овај карактеристични облик ћелије омогућава неуронима да хватају сигнале користећи своје дендритске кракове и прослеђују те сигнале кроз њихове репове аксона и у дендрите који чекају у суседном мозгу ћелија. Тако мождане ћелије међусобно комуницирају.

Такође има смисла да ћелије имају користи од организације коју им даје мрежа протеинских влакана цитоскелета. У људском телу постоји преко 200 врста ћелија и укупно око 30 билиона ћелија у сваком човеку на планети.

Органеле у свим овим ћелијама морају да изврше широк спектар ћелијски процеси, као што су изградња и разградња биомолекула, ослобађање енергије коју тело користи и извођење мноштва хемијских реакција које омогућавају живот.

Да би ове функције добро функционисале на нивоу целог организма, свакој ћелији је потребна слична структура и начин рада.

Да би извршио те важне улоге, цитоскелет се ослања на три различите врсте филамената:

1. Микротубуле
2. Средњи филаменти
3. Микрофиламенти

Ова влакна су толико бескрајно мала да су потпуно невидљива голим оком. Научници су их открили тек након проналаска електронски микроскоп изнео унутрашњост ћелије на видик.

Да бисте визуализовали колико су мала ова протеинска влакна, корисно је разумети концепт нанометар, што се понекад записује као нм. Нанометри су јединице мере, баш као што је инч јединица мере.

Можда сте погодили из основне речи метар да нанометрска јединица припада метричком систему, баш као и центиметар.

Научници користе нанометре за мерење изузетно малих ствари, попут атома и светлосних таласа.

То је зато што је један нанометар једнак милијардитом делу метра. То значи да ако сте узели метар за мерење, који је дугачак отприлике 3 метра када се претвори у Амерички систем мерења, и разбијте га на милијарду једнаких комада, један једини комад био би једнак једном нанометар.

Сада замислите да бисте могли да исечете протеинске филаменте који чине ћелијски цитоскелет и измерите их пречника преко исеченог лица.

Свако влакно би имало пречник између 3 и 25 нанометара, у зависности од врсте нити. За контекст, људска коса има пречник 75.000 нанометара. Као што видите, филаменти који чине цитоскелет су невероватно мали.

Микротубуле су највеће од три влакна цитоскелета, пречника 20 до 25 нанометара. Средњи филаменти су влакна цитоскелета средње величине и пречника су око 10 нанометара.

Најмањи протеински филаменти пронађени у цитоскелету су микрофиламенти. Ова влакна слична нитима имају пречник од само 3 до 6 нанометара.

У стварном смислу, то је чак 25.000 пута мање од пречника просечне људске косе.

•••Научити

Микротубуле су име добиле по свом општем облику и врсти протеина које садрже. Они су цевасти и формирани су од понављајућих јединица алфа- и бета-тубулина беланчевинаполимера повезујући заједно.

Прочитајте више о главној функцији микротубула у ћелијама.

Ако бисте филаменте микротубула прегледали под електронским микроскопом, изгледали би попут ланаца малих протеина увијених заједно у чврсту спиралну решетку.

Свака протеинска јединица веже се са свим јединицама око себе, стварајући врло јаку, врло круту структуру. У ствари, микротубуле су најчвршћа структурна компонента коју можете наћи у животињским ћелијама, које немају ћелијске зидове као биљне ћелије.

Али микротубуле нису само круте. Такође се опиру силама компресије и увијања. Овај квалитет повећава способност микротубула да одржи облик и интегритет ћелија, чак и под притиском.

Микротубуле такође дају ћелију поларитет, што значи да ћелија има две јединствене странице или полове. Овај поларитет је део онога што ћелији омогућава да организује своје компоненте, као што су органеле и друге делове цитоскелета, јер даје ћелији начин да оријентише те компоненте у односу на стубови.

Микротубуле такође подржавају кретање ћелијског садржаја унутар ћелије.

Микротубуласти влакни формирају колосеке који делују попут железничких пруга или аутопутева у ћелији. Транспортери за везикуле следите ове трагове да бисте кретали ћелијски терет у цитоплазми. Ови трагови су пресудни за уклањање нежељеног ћелијског садржаја попут погрешно увијених протеина, старих или сломљених органела и нападача патогена, попут бактерија и вируса.

Транспортери везикула једноставно следе исправну стазу микротубула да би пребацили овај терет у центар за рециклажу ћелије, лизозом. Тамо лизозом спаси и поново користи неке делове, а разграђује друге делове.

Систем трагова такође помаже ћелији да премјести новоизграђене биомолекуле, попут протеина и липида, из производних органела на мјеста гдје ћелији требају молекули.

На пример, преносници везикула користе трагове микротубула за премештање протеина ћелијске мембране из органела у ћелијску мембрану.

Само неке ћелије могу да користе кретање ћелија да путују, а оне које се углавном ослањају на специјализоване покретне структуре израђене од влакана микротубула.

Сперматозоид је вероватно најлакши начин за визуализацију ових путујућих ћелија.

Као што знате, сперматозоиди изгледају помало као пуноглавци са дугим реповима, или бичеви, које бичевају како би допливали до одредишта и оплодили јајну ћелију. Реп сперме је направљен од тубулина и пример је филамента микротубула који се користи за кретање ћелија.

Још једна позната покретна структура која такође игра улогу у репродукцији је цилиа. Ове длакаве покретне структуре постављају јајоводе и користе покрет махањем да би јаје кретале кроз јајовод и у материцу. Ове трепавице су влакна микротубула.

Интермедијарни филаменти су друга врста влакана која се налазе у цитоскелетону. Можете их замислити као прави скелет ћелије, јер им је једина улога структурна подршка. Ова протеинска влакна садрже кератин, што је уобичајени протеин који можете препознати из производа за негу тела.

Овај протеин чини људску косу и нокте, као и горњи слој коже. Такође је протеин који ствара рогове, канџе и копита других животиња. Кератин је врло јак и користан за заштиту од оштећења.

Главна улога средњих филамената је формирање матрице структурних протеина испод ћелијске мембране. Ово је попут потпорне мреже која ћелији даје структуру и облик. Такође ћелији даје одређену еластичност, омогућавајући јој флексибилно реаговање под стресом.

Један од важних послова који обављају средња влакна је помоћ у држању органела на правим местима у ћелији. На пример, средњи филаменти учвршћују језгро на одговарајућем месту у ћелији.

Ово сидрење је пресудно за ћелијске процесе, јер различити органели унутар ћелије морају заједно радити како би извршили те функције ћелије. У случају језгро, везивање ове важне органеле за матрицу цитоскелета значи да органеле које се ослањају на ДНК упутства из језгра да раде свој посао могу лако приступити тим информацијама помоћу гласника и транспортери.

Овај важан задатак могао би бити немогућ да језгро није усидрено јер би ти гласници и транспортери морали да путују уоколо тражећи језгро лутајући кроз цитоплазму!

Микрофиламенти, такође названи актински филаменти, су ланци протеина актина увијени у спиралну шипку. Овај протеин је најпознатији по својој улози у мишићним ћелијама. Тамо раде са другим протеинима тзв миозин како би се омогућила контракција мишића.

Када је у питању цитоскелет, микрофиламенти нису само најмања влакна. Такође су најдинамичнији. Као и сва влакна цитоскелета, микрофиламенти дају ћелији структурну подршку. Због својих јединствених особина, микрофиламенти имају тенденцију да се појаве на ивицама ћелије.

Динамична природа актинских филамената значи да ова протеинска влакна могу брзо променити дужину како би задовољила променљиве структурне потребе ћелије. То омогућава ћелији да промени свој облик или величину или чак облик посебне пројекције који се протежу изван ћелије, као нпр филоподија, ламелиподије и микровили.

Можете замислити филоподија као осетници које ћелија пројектује како би осетила околину око себе, покупила хемијске знакове и чак променила смер ћелије, ако се креће. Научници такође понекад називају филоподије мицроспикес.

Филоподије могу бити део друге врсте посебне пројекције, ламелиподије. Ово је структура налик стопалима која помаже ћелији да се креће и путује.

Мицровилли су попут ситних длачица или прстију које ћелија користи током дифузије. Облик ових избочина повећава површину тако да има више простора за молекуле да се крећу преко мембране кроз процесе попут апсорпције.

Ови прсти такође обављају фасцинантну функцију тзв струјање цитоплазме.

То се дешава када се актински филаменти чешљају кроз цитоплазму да би се наставили кретати. Појачава се проток цитоплазме дифузија и помаже у кретању жељених материјала, попут хранљивих састојака, и нежељених материјала, попут отпада и остатака ћелија, у ћелији.