Cytoskeleton: ความหมาย โครงสร้าง และหน้าที่ (พร้อมไดอะแกรม)

คุณคงรู้แล้วว่าโครงกระดูกของคุณมีบทบาทในชีวิตของคุณอย่างไร มันทำให้โครงสร้างร่างกายของคุณและช่วยให้คุณเคลื่อนไหว

หากไม่มีสิ่งนี้ คุณจะเป็นเหมือนหยดมนุษย์มากกว่าคนที่เคลื่อนไหวและทำงาน เช่นเดียวกับชื่อของมัน โครงร่างของไซโตมีจุดประสงค์ที่คล้ายกันมากในโปรคาริโอตและ เซลล์ยูคาริโอต.

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าอะไรทำให้เซลล์ดูกลมและป้องกันไม่ให้ยุบเป็นก้อนกลมๆ ที่ลื่นไหล? หรือออร์แกเนลล์ภายในเซลล์จัดกลุ่มและเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ภายในเซลล์ได้อย่างไร หรือตัวเซลล์เคลื่อนที่อย่างไร? เซลล์อาศัยโครงร่างโครงร่างสำหรับหน้าที่ทั้งหมดนี้

หน่วยโครงสร้างที่สำคัญของโครงร่างโครงกระดูกคือเครือข่ายของเส้นใยโปรตีนใน ไซโตพลาสซึมที่ทำให้เซลล์มีรูปร่างและช่วยให้ทำหน้าที่สำคัญๆ เช่น เซลล์ การเคลื่อนไหว

อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับออร์แกเนลล์และหน้าที่ของเซลล์อื่น

ในขณะที่บางคนอาจจินตนาการว่าเซลล์ไม่มีโครงสร้าง แต่กล้องจุลทรรศน์อันทรงพลังที่ใช้ในชีววิทยาของเซลล์เผยให้เห็นว่าเซลล์มีการจัดระเบียบอย่างดี

องค์ประกอบหลักประการหนึ่งมีความสำคัญต่อการรักษารูปร่างและระดับขององค์กรนี้ไว้: โครงร่างเซลล์ ของเซลล์ เส้นใยโปรตีนที่ประกอบขึ้นเป็นโครงร่างโครงกระดูกสร้างเครือข่ายของเส้นใยผ่านเซลล์

โครงข่ายนี้ให้การสนับสนุนเชิงโครงสร้างแก่พลาสมาเมมเบรน ช่วยให้ออร์แกเนลล์มีเสถียรภาพในตำแหน่งที่เหมาะสม และช่วยให้เซลล์สามารถสับเปลี่ยนเนื้อหาไปมาได้ตามต้องการ สำหรับเซลล์บางชนิด โครงร่างของไซโตยังทำให้เซลล์สามารถเคลื่อนที่และเดินทางโดยใช้โครงสร้างพิเศษได้

รูปแบบเหล่านี้จากเส้นใยโปรตีนเมื่อจำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่ของเซลล์

บริการที่โครงร่างโครงกระดูกจัดเตรียมไว้สำหรับการสร้างเซลล์นั้นสมเหตุสมผลมาก เช่นเดียวกับโครงกระดูกมนุษย์ โครงข่ายโปรตีนโครงร่างเซลล์สร้างการรองรับโครงสร้างที่ สำคัญต่อการรักษาความสมบูรณ์ของเซลล์และป้องกันไม่ให้เซลล์ยุบตัวลง เพื่อนบ้าน

สำหรับเซลล์ที่มีเยื่อหุ้มเซลล์ที่เป็นของเหลวมาก เครือข่ายของโปรตีนที่ประกอบเป็นโครงร่างโครงกระดูกมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาเนื้อหาของเซลล์ภายในเซลล์

นี้เรียกว่า ความสมบูรณ์ของเมมเบรน.

เซลล์ที่มีความเฉพาะทางสูงบางเซลล์ยังอาศัยโครงร่างของโครงร่างเพื่อรองรับโครงสร้าง

สำหรับเซลล์เหล่านี้ การรักษารูปร่างที่เป็นเอกลักษณ์ของเซลล์ทำให้เซลล์สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง ได้แก่ เซลล์ประสาทหรือเซลล์สมองซึ่งมีร่างกายเป็นทรงกลม แขนเป็นกิ่งๆ เรียกว่า เดนไดรต์ และมีหางที่เหยียดออก

รูปร่างของเซลล์ที่มีลักษณะเฉพาะนี้ทำให้เซลล์ประสาทสามารถจับสัญญาณโดยใช้แขนเดนไดรต์ได้ และส่งสัญญาณผ่านหางแอกซอนไปยังเดนไดรต์ที่รออยู่ของสมองข้างเคียง เซลล์ นี่คือวิธีที่เซลล์สมองสื่อสารกัน

นอกจากนี้ยังทำให้รู้สึกว่าเซลล์ได้รับประโยชน์จากองค์กรที่เครือข่ายเส้นใยโปรตีนของโครงร่างโครงกระดูกมอบให้ ร่างกายมนุษย์มีเซลล์มากกว่า 200 ชนิด และมีเซลล์ทั้งหมดประมาณ 30 ล้านล้านเซลล์ในมนุษย์ทุกคนบนโลกใบนี้

ออร์แกเนลล์ในเซลล์เหล่านี้ต้องทำหน้าที่หลากหลาย กระบวนการของเซลล์เช่น การสร้างและสลายชีวโมเลกุล การปล่อยพลังงานให้ร่างกายใช้และทำปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างที่ทำให้ชีวิตเป็นไปได้

เพื่อให้ฟังก์ชันเหล่านี้ทำงานได้ดีในระดับสิ่งมีชีวิตทั้งหมด แต่ละเซลล์ต้องการโครงสร้างและวิธีการทำสิ่งต่างๆ ที่คล้ายคลึงกัน

เพื่อทำหน้าที่สำคัญเหล่านั้น โครงร่างโครงร่างอาศัยเส้นใยที่แตกต่างกันสามประเภท:

1. ไมโครทูบูล
2. เส้นใยระดับกลาง
3. ไมโครฟิลาเมนต์

เส้นใยเหล่านี้มีขนาดเล็กมากจนมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า นักวิทยาศาสตร์ค้นพบพวกเขาหลังจากการประดิษฐ์ของ .เท่านั้น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ได้นำภายในเซลล์มาให้เห็น

เพื่อให้เห็นภาพว่าเส้นใยโปรตีนเหล่านี้มีขนาดเล็กเพียงใด ควรทำความเข้าใจแนวคิดของ นาโนเมตรซึ่งบางครั้งเขียนเป็นนาโนเมตร นาโนเมตรเป็นหน่วยวัดเช่นเดียวกับนิ้วเป็นหน่วยวัด

คุณอาจเดาได้จากรากศัพท์ เมตร ว่าหน่วยนาโนเมตรอยู่ในระบบเมตริก เหมือนกับที่หน่วยเซนติเมตรทำ

นักวิทยาศาสตร์ใช้นาโนเมตรในการวัดสิ่งเล็กมาก เช่น อะตอมและคลื่นแสง

นี่เป็นเพราะหนึ่งนาโนเมตรเท่ากับหนึ่งในพันล้านของเมตร ซึ่งหมายความว่าถ้าคุณเอาไม้วัดเมตรซึ่งยาวประมาณ 3 ฟุตเมื่อแปลงเป็น ระบบการวัดของอเมริกา และแตกออกเป็นหนึ่งพันล้านชิ้นเท่าๆ กัน หนึ่งชิ้นจะเท่ากับหนึ่ง นาโนเมตร

ลองนึกภาพว่าคุณสามารถตัดเส้นใยโปรตีนที่ประกอบเป็นโครงร่างโครงร่างเซลล์และวัดค่า เส้นผ่านศูนย์กลาง ทั่วใบหน้าที่ถูกตัด

เส้นใยแต่ละเส้นจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 3 ถึง 25 นาโนเมตร ขึ้นอยู่กับชนิดของเส้นใย สำหรับบริบท เส้นผมของมนุษย์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 75,000 นาโนเมตร อย่างที่คุณเห็น ฟิลาเมนต์ที่ประกอบเป็นโครงร่างไซโตนั้นเล็กมากอย่างไม่น่าเชื่อ

ไมโครทูบูล เป็นเส้นใยที่ใหญ่ที่สุดในสามเส้นใยของโครงร่างโครงกระดูก โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 ถึง 25 นาโนเมตร เส้นใยระดับกลาง เป็นเส้นใยขนาดกลางของโครงร่างโครงกระดูกและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 นาโนเมตร

เส้นใยโปรตีนที่เล็กที่สุดที่พบในโครงร่างโครงร่างคือ ไมโครฟิลาเมนต์. เส้นใยคล้ายเกลียวเหล่านี้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 3 ถึง 6 นาโนเมตร

ในแง่โลกแห่งความเป็นจริง มันเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์ทั่วไปถึง 25,000 เท่า

•••วิทยาศาสตร์

ไมโครทูบูลได้ชื่อมาจากรูปร่างทั่วไปและประเภทของโปรตีนที่พวกมันมีอยู่ มีลักษณะเป็นท่อและเกิดขึ้นจากหน่วยซ้ำของ alpha- และ beta-tubulin โปรตีนโพลีเมอร์ เชื่อมโยงเข้าด้วยกัน

อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับหน้าที่หลักของไมโครทูบูลในเซลล์

หากคุณจะดูเส้นใยไมโครทูบูลภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน พวกมันจะดูเหมือนสายโซ่ของโปรตีนขนาดเล็กที่บิดเข้าด้วยกันเป็นตาข่ายเกลียวแน่น

หน่วยโปรตีนแต่ละหน่วยจับกับหน่วยทั้งหมดที่อยู่รอบ ๆ ทำให้เกิดโครงสร้างที่แข็งแรงและแข็งแกร่งมาก ในความเป็นจริง ไมโครทูบูลเป็นส่วนประกอบโครงสร้างที่แข็งกระด้างที่สุดที่คุณสามารถพบได้ในเซลล์สัตว์ ซึ่งไม่มีผนังเซลล์เหมือนเซลล์พืช

แต่ไมโครทูบูลไม่ได้แข็งเพียงเท่านั้น พวกเขายังต้านทานแรงอัดและการบิด คุณภาพนี้จะเพิ่มความสามารถของไมโครทูบูลในการรักษารูปร่างและความสมบูรณ์ของเซลล์ แม้อยู่ภายใต้แรงกดดัน

ไมโครทูบูลยังให้เซลล์ ขั้วซึ่งหมายความว่าเซลล์มีสองด้านที่ไม่ซ้ำกันหรือขั้ว ขั้วนี้เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่ทำให้เซลล์สามารถจัดระเบียบส่วนประกอบของเซลล์ได้ เช่น ออร์แกเนลล์และ ส่วนอื่น ๆ ของโครงร่างโครงกระดูก เพราะมันทำให้เซลล์มีทางที่จะจัดองค์ประกอบเหล่านั้นให้สัมพันธ์กับ เสา

ไมโครทูบูลยังสนับสนุนการเคลื่อนไหวของเนื้อหาเซลล์ภายในเซลล์

เส้นใยไมโครทูบูลก่อตัวเป็นราง ซึ่งทำหน้าที่เหมือนรางรถไฟหรือทางหลวงในเซลล์ ขนย้ายถุง ปฏิบัติตามเส้นทางเหล่านี้เพื่อเคลื่อนย้ายสินค้าของเซลล์ในไซโตพลาสซึม รอยทางเหล่านี้มีความสำคัญต่อการกำจัดเนื้อหาในเซลล์ที่ไม่ต้องการ เช่น โปรตีนที่พับผิด ออร์แกเนลล์ที่เก่าหรือหัก และผู้บุกรุกของเชื้อโรค เช่น แบคทีเรียและไวรัส

ผู้ขนส่งแบบถุงจะปฏิบัติตามเส้นทางไมโครทูบูลที่ถูกต้องเพื่อเคลื่อนย้ายสินค้านี้ไปยังศูนย์รีไซเคิลเซลล์ ไลโซโซม. ที่นั่น ไลโซโซมกอบกู้และนำบางส่วนกลับมาใช้ใหม่และทำให้ส่วนอื่นๆ เสื่อมคุณภาพ

ระบบติดตามยังช่วยให้เซลล์เคลื่อนย้ายโมเลกุลชีวภาพที่สร้างขึ้นใหม่ เช่น โปรตีนและไขมัน ออกจากออร์แกเนลล์การผลิต และไปยังตำแหน่งที่เซลล์ต้องการโมเลกุล

ตัวอย่างเช่น ผู้ขนส่งถุงน้ำใช้ราง microtubule เพื่อย้ายโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์จากออร์แกเนลล์ไปยังเยื่อหุ้มเซลล์

ใช้ได้เฉพาะบางเซลล์เท่านั้น การเคลื่อนที่ของเซลล์ สำหรับการเดินทางและโครงสร้างที่เคลื่อนที่ได้เฉพาะซึ่งทำจากเส้นใยไมโครทูบูล

เซลล์อสุจิน่าจะเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการมองเห็นเซลล์ที่เดินทางเหล่านี้

อย่างที่ทราบ เซลล์อสุจิมีลักษณะเหมือนลูกอ๊อดหางยาวหรือ bit แฟลกเจลลาซึ่งมันแส้เพื่อว่ายไปยังที่หมายและเพาะเซลล์ไข่ หางของสเปิร์มทำจากทูบูลินและเป็นตัวอย่างของเส้นใยไมโครทูบูลที่ใช้สำหรับการเคลื่อนที่ของเซลล์

โครงสร้างเคลื่อนที่ที่รู้จักกันดีอีกอย่างหนึ่งก็มีบทบาทในการสืบพันธุ์เช่นกันคือ is cilia. โครงสร้างที่มีขนคล้ายขนเหล่านี้เรียงตัวอยู่ในท่อนำไข่และใช้การเคลื่อนไหวโบกเพื่อเคลื่อนไข่ผ่านท่อนำไข่และเข้าไปในมดลูก cilia เหล่านี้เป็นเส้นใยไมโครทูบูล

เส้นใยขั้นกลางเป็นเส้นใยชนิดที่สองที่พบในโครงร่างโครงร่าง คุณสามารถนึกภาพสิ่งเหล่านี้เป็นโครงกระดูกที่แท้จริงของเซลล์ได้เนื่องจากบทบาทเดียวของพวกมันคือการสนับสนุนโครงสร้าง เส้นใยโปรตีนเหล่านี้ประกอบด้วย เคราตินซึ่งเป็นโปรตีนทั่วไปที่คุณอาจรู้จักจากผลิตภัณฑ์ดูแลร่างกาย

โปรตีนนี้ประกอบขึ้นเป็นเส้นผมและเล็บของมนุษย์รวมถึงชั้นบนสุดของผิวหนัง นอกจากนี้ยังเป็นโปรตีนที่สร้างเขา กรงเล็บ และกีบของสัตว์อื่นๆ เคราตินมีความแข็งแรงและมีประโยชน์ในการป้องกันความเสียหาย

หน้าที่หลักของฟิลาเมนต์กลางคือการก่อตัวของเมทริกซ์ของโปรตีนโครงสร้างภายใต้ under เยื่อหุ้มเซลล์. นี่เป็นเหมือนตาข่ายรองรับที่ให้โครงสร้างและรูปร่างแก่เซลล์ นอกจากนี้ยังให้ความยืดหยุ่นแก่เซลล์ ทำให้สามารถตอบสนองได้อย่างยืดหยุ่นภายใต้ความเครียด

งานสำคัญอย่างหนึ่งที่ทำโดยเส้นใยระดับกลางคือการช่วยให้ออร์แกเนลล์อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมภายในเซลล์ ตัวอย่างเช่น เส้นใยกลางยึดนิวเคลียสในตำแหน่งที่เหมาะสมภายในเซลล์

การยึดนี้มีความสำคัญต่อกระบวนการของเซลล์ เนื่องจากออร์แกเนลล์ต่างๆ ภายในเซลล์ต้องทำงานร่วมกันเพื่อทำหน้าที่ของเซลล์เหล่านั้น ในกรณีของ นิวเคลียสการโยงออร์แกเนลล์ที่สำคัญนี้ไปยังเมทริกซ์โครงร่างโครงร่าง หมายความว่า ออร์แกเนลล์ที่อาศัย DNA คำแนะนำจากนิวเคลียสในการทำงานสามารถเข้าถึงข้อมูลนั้นได้อย่างง่ายดายโดยใช้ผู้ส่งสารและ ผู้ขนส่ง

งานที่สำคัญนี้อาจเป็นไปไม่ได้หากนิวเคลียสไม่ได้ยึดไว้เพราะผู้ส่งสารและผู้ขนส่งเหล่านั้นจะต้องเดินทางไปรอบ ๆ เพื่อค้นหานิวเคลียสที่หลงทางผ่านไซโตพลาสซึม

ไมโครฟิลาเมนต์ หรือเรียกอีกอย่างว่า เส้นใยแอคตินเป็นสายโซ่ของโปรตีนแอคตินที่บิดเป็นเกลียว โปรตีนนี้เป็นที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับบทบาทในเซลล์กล้ามเนื้อ ที่นั่นพวกมันทำงานร่วมกับโปรตีนอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ไมโอซิน เพื่อให้กล้ามเนื้อหดตัว

เมื่อพูดถึงโครงร่างโครงร่าง ไมโครฟิลาเมนต์ไม่ได้เป็นเพียงเส้นใยที่เล็กที่สุดเท่านั้น พวกเขายังมีพลังมากที่สุด เช่นเดียวกับเส้นใยโครงร่างโครงกระดูกทั้งหมด ไมโครฟิลาเมนต์ให้การสนับสนุนโครงสร้างเซลล์ เนื่องจากมีลักษณะเฉพาะ ไมโครฟิลาเมนต์จึงมักปรากฏขึ้นที่ขอบเซลล์

ลักษณะแบบไดนามิกของเส้นใยแอคตินหมายความว่าเส้นใยโปรตีนเหล่านี้สามารถเปลี่ยนความยาวได้อย่างรวดเร็วเพื่อตอบสนองความต้องการโครงสร้างที่เปลี่ยนแปลงไปของเซลล์ สิ่งนี้ทำให้เซลล์สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือขนาดหรือแม้แต่รูปแบบ ประมาณการพิเศษ ที่ขยายออกไปนอกเซลล์ เช่น filopodia, lamellipodia และ microvilli.

จินตนาการได้ filopodia ในฐานะผู้รู้สึกว่าเซลล์จะฉายภาพเพื่อรับรู้สภาพแวดล้อมรอบตัว จับสัญญาณทางเคมี และแม้กระทั่งเปลี่ยนทิศทางของเซลล์ หากมีการเคลื่อนไหว นักวิทยาศาสตร์บางครั้งเรียก filopodia ไมโครสไปค์.

Filopodia สามารถเป็นส่วนหนึ่งของการฉายภาพพิเศษประเภทอื่น lamellipodia. นี่คือโครงสร้างแบบเท้าที่ช่วยให้เซลล์เคลื่อนที่และเคลื่อนที่ได้

Microvilli เป็นเหมือนเส้นขนหรือนิ้วเล็กๆ ที่เซลล์ใช้ในการแพร่ รูปร่างของการฉายภาพเหล่านี้จะเพิ่มพื้นที่ผิวเพื่อให้มีที่ว่างมากขึ้นสำหรับโมเลกุลที่จะเคลื่อนผ่านเมมเบรนผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การดูดกลืน

นิ้วเหล่านี้ยังทำหน้าที่อันน่าทึ่งที่เรียกว่า กระแสไซโตพลาสซึม.

สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อเส้นใยแอคตินหวีผ่านไซโตพลาสซึมเพื่อให้มันเคลื่อนที่ การสตรีมไซโตพลาสซึมช่วยเพิ่ม การแพร่กระจาย และช่วยเคลื่อนย้ายวัสดุที่ต้องการ เช่น สารอาหาร และวัสดุที่ไม่ต้องการ เช่น ของเสียและเศษเซลล์ ไปรอบๆ ในเซลล์