Цитоскелет: визначення, структура та функції (із діаграмою)

Ви напевно вже знаєте, яку роль у вашому житті відіграє ваш власний скелет; це надає вашій структурі тіла і допомагає рухатися.

Без цього ти був би більше схожий на людську краплину, ніж на рухому, функціонуючу людину. Як випливає з назви, цитоскелет має дуже подібні цілі у прокаріотичних та еукаріотичні клітини.

Ви коли-небудь замислювались, що змушує клітини виглядати круглими і утримує їх від руйнування в слизові кулі? Або як багато органел всередині клітини організовуються і рухаються всередині клітини, або як сама клітина подорожує? Для всіх цих функцій клітини покладаються на цитоскелет.

Важливою структурною одиницею цитоскелета насправді є мережа білкових волокон в цитоплазма, яка надає клітині форму і дозволяє їй виконувати такі важливі функції, як клітина рух.

Докладніше про органели та функції інших клітин.

Хоча деякі люди можуть уявити клітини як неструктуровані, потужні мікроскопи, що використовуються в клітинній біології, виявляють, що клітини дуже організовані.

Один з основних компонентів є життєво важливим для підтримки такої форми та рівня організації: цитоскелет клітини. Білкові нитки, що складають цитоскелет, утворюють мережу волокон через клітину.

Ця мережа надає структурну підтримку плазматичній мембрані, допомагає стабілізувати органели в їх правильних положеннях і дозволяє клітці перемішувати вміст навколо, за потреби. Для деяких типів клітин цитоскелет навіть дає можливість клітині рухатися та подорожувати за допомогою спеціалізованих структур.

Вони утворюються з білкових ниток, коли це необхідно для руху клітин.

Послуга, яку надає цитоскелет для формування клітини, має багато сенсу. Подібно до людського скелета, білкова мережа цитоскелета створює структурну підтримку, яка є вирішальне значення для підтримки цілісності клітини та запобігання її руйнуванню в неї сусідів.

Для клітин з дуже рідкими мембранами мережа білків, що складають цитоскелет, особливо важлива для утримання клітинного вмісту всередині клітини.

Це називається цілісність мембрани.

Деякі вузькоспеціалізовані клітини також покладаються на цитоскелет для структурної підтримки.

Для цих клітин підтримка унікальної форми клітини дає можливість клітині нормально функціонувати. До них належать нейрони, або клітини головного мозку, які мають круглі клітинні тіла, розгалужені руки, що називаються дендритами, і витягнуті хвости.

Ця характерна форма клітини дозволяє нейронам вловлювати сигнали, використовуючи свої дендритні плечі і передають ці сигнали через хвости аксонів у дендрити очікування сусіднього мозку клітинку. Так клітини мозку спілкуються між собою.

Також має сенс, що клітини отримують вигоду від організації, яку надає їм білкова клітинна мережа цитоскелету. В організмі людини понад 200 типів клітин і загалом близько 30 трильйонів клітин у кожної людини на планеті.

Органели у всіх цих клітинах повинні виконувати найрізноманітніші клітинні процеси, такі як побудова та руйнування біомолекул, вивільнення енергії для використання організмом та проведення безлічі хімічних реакцій, які роблять життя можливим.

Щоб ці функції добре працювали на рівні цілого організму, кожна клітина потребує подібної структури та способу ведення справ.

Для виконання цих важливих ролей цитоскелет спирається на три різні типи ниток:

1. Мікротрубочки
2. Проміжні нитки
3. Мікрофіламенти

Всі ці волокна настільки нескінченно малі, що зовсім непомітні неозброєним оком. Вчені виявили їх лише після винаходу електронний мікроскоп вивів на огляд внутрішню частину камери.

Щоб наочно уявити, наскільки малі ці білкові волокна, корисно зрозуміти концепцію нанометр, що іноді записується як nm. Нанометри - це одиниці виміру, як і дюйм - одиниця виміру.

Ви могли здогадатися з кореневого слова метр що нанометрова одиниця належить до метричної системи, як і сантиметр.

Вчені використовують нанометри для вимірювання надзвичайно дрібних речей, таких як атоми та світлові хвилі.

Це тому, що один нанометр дорівнює одній мільярдної частці метра. Це означає, що якщо ви взяли вимірювальну палицю, довжина якої приблизно 3 фути при перетворенні на Американська система вимірювання, і розбивши її на мільярд рівних частин, одна ціла штука дорівнювала б одній нанометр.

А тепер уявіть, що ви можете вирізати білкові нитки, що складають цитоскелет клітини, і виміряти діаметр поперек вирізаного обличчя.

Кожне волокно має діаметр від 3 до 25 нанометрів в залежності від типу нитки. Для контексту, людське волосся має діаметр 75000 нанометрів. Як бачите, нитки, що складають цитоскелет, неймовірно малі.

Мікротрубочки є найбільшим із трьох волокон цитоскелету, такують у діаметрі від 20 до 25 нанометрів. Проміжні нитки є середніми волокнами цитоскелета і мають діаметр близько 10 нанометрів.

Найменші білкові нитки, виявлені в цитоскелеті, є мікрофіламенти. Ці ниткоподібні волокна мають діаметр всього від 3 до 6 нанометрів.

У реальному вираженні це в 25 000 разів менше діаметра середнього людського волосся.

•••Наукове

Мікротрубочки отримали свою назву як завдяки своїй загальній формі, так і типу білка, який вони містять. Вони подібні до трубки і утворені з повторюваних одиниць альфа- та бета-тубуліну білкаполімери пов'язуючи разом.

Детальніше про основну функцію мікротрубочок у клітинах.

Якби ви розглядали нитки мікротрубочок під електронним мікроскопом, вони мали б вигляд ланцюжків дрібних білків, скручених у щільну спіральну решітку.

Кожна одиниця білка зв’язується з усіма одиницями навколо, виробляючи дуже міцну, дуже жорстку структуру. Насправді, мікротрубочки - це найжорсткіший структурний компонент, який можна знайти в клітинах тварин, які не мають клітинних стінок, як клітини рослин.

Але мікротрубочки не просто жорсткі. Вони також протистоять силам стиснення та скручування. Ця якість збільшує здатність мікротрубочок підтримувати форму і цілісність клітин навіть під тиском.

Мікротрубочки також дають клітину полярність, що означає, що клітина має дві унікальні сторони, або полюси. Ця полярність є частиною того, що дозволяє клітині організовувати свої компоненти, такі як органели та інші частини цитоскелета, оскільки це дає клітині спосіб орієнтувати ці компоненти по відношенню до стовпи.

Мікротрубочки також підтримують рух клітинного вмісту всередині клітини.

Нитки мікротрубочок утворюють колії, які діють як залізничні колії чи шосе в камері. Транспортери везикул слідуйте цим слідам для переміщення клітинного вантажу в цитоплазмі. Ці сліди мають вирішальне значення для видалення небажаного вмісту клітин, таких як неправильно складені білки, старі або зламані органели та загарбники збудників, такі як бактерії та віруси.

Транспортери-везикули просто йдуть правильним шляхом мікротрубочок, щоб перемістити цей вантаж до центру переробки клітини, лізосома. Там лізосома відновлює і повторно використовує деякі частини, а деградує інші.

Система відстеження також допомагає клітині переміщати нещодавно побудовані біомолекули, такі як білки та ліпіди, з виробничих органел і туди, де клітині потрібні молекули.

Наприклад, транспортери везикул використовують мікротрубочкові доріжки для переміщення білків клітинної мембрани від органел до клітинної мембрани.

Тільки деякі клітини можуть використовувати рух клітини подорожувати, і ті, які, як правило, покладаються на спеціалізовані рухомі структури, виготовлені з волокон мікротрубочок.

Сперматозоїд, мабуть, найпростіший спосіб візуалізації цих мандрівних клітин.

Як відомо, сперматозоїди схожі трохи на пуголовків з довгими хвостами, або джгутики, які вони збивають, щоб підплисти до місця призначення і запліднити яйцеклітину. Хвіст сперми виготовлений з тубуліну і є прикладом нитки мікротрубочок, що використовується для руху клітин.

Інша відома рухома структура також відіграє роль у розмноженні війки. Ці волосяні рухомі структури вистилають маткові труби і за допомогою махаючих рухів переміщують яйцеклітину через маткову трубу в матку. Ці вії - це волокна мікротрубочок.

Проміжні нитки - це другий тип волокна, що міститься в цитоскелеті. Ви можете уявити їх як справжній скелет клітини, оскільки їх єдиною роллю є структурна підтримка. Ці білкові волокна містять кератин, який є загальним білком, який ви можете впізнати з засобів по догляду за тілом.

Цей білок утворює людське волосся та нігті, а також верхній шар шкіри. Це також білок, який утворює роги, кігті та копита інших тварин. Кератин дуже міцний і корисний для захисту від пошкоджень.

Основна роль проміжних ниток полягає у формуванні матриці структурних білків під клітинна мембрана. Це схоже на підтримуючу сітку, яка надає структурі та формі клітини. Це також надає певній еластичності клітині, дозволяючи їй гнучко реагувати на стрес.

Однією з важливих робіт, яку виконують проміжні нитки, є допомога утримувати органели в потрібних місцях всередині клітини. Наприклад, проміжні нитки закріплюють ядро ​​в потрібному місці всередині клітини.

Це закріплення має вирішальне значення для клітинних процесів, оскільки різні органели всередині клітини повинні працювати разом, щоб виконувати ці клітинні функції. У випадку з ядро, прив’язка цієї важливої ​​органели до матриксу цитоскелета означає, що органели, які покладаються на ДНК інструкції ядра виконувати свої роботи можуть легко отримати доступ до цієї інформації за допомогою месенджерів та транспортери.

Це важливе завдання могло б бути неможливим, якби ядро ​​не було закріплене на якорі, оскільки цим месенджерам і транспортерам потрібно було б подорожувати в пошуках блукаючого ядра в цитоплазмі!

Мікрофіламенти, також звані актинові нитки, є ланцюжками білків актину, скручених у спіральний стрижень. Цей білок найбільш відомий своєю роллю в м’язових клітинах. Там вони працюють з іншим білком, який називається міозин щоб забезпечити скорочення м’язів.

Що стосується цитоскелета, мікрофіламенти - це не просто найдрібніші волокна. Вони також найбільш динамічні. Як і всі волокна цитоскелета, мікрофіламенти надають клітині структурну підтримку. Через свої унікальні риси мікрофіламенти, як правило, виявляються по краях клітини.

Динамічна природа актинових ниток означає, що ці білкові волокна можуть швидко змінювати свою довжину, щоб задовольнити мінливі клітинні структурні потреби. Це дає можливість клітині змінювати свою форму, розмір або навіть форму спеціальні проекції які виходять за межі клітини, такі як філоподія, ламеліподії і мікроворсинки.

Ви можете собі уявити філоподія як відчуття, які клітина проектує, щоб відчути навколишнє середовище, підхопити хімічні сигнали і навіть змінити напрямок клітини, якщо вона рухається. Також вчені іноді називають філоподіями мікрошипи.

Філоподії можуть утворювати частину іншого типу спеціальної проекції, ламеліподії. Це стопоподібна структура, яка допомагає клітині рухатися і рухатися.

Мікроворсинки схожі на крихітні волоски або пальці, якими клітина користується під час дифузії. Форма цих виступів збільшує площу поверхні, так що є більше місця для переміщення молекул через мембрану через такі процеси, як поглинання.

Ці пальці також виконують захоплюючу функцію, яку називають потокове цитоплазма.

Це відбувається, коли актинові нитки прочісують цитоплазму, щоб підтримувати її рух. Підвищення потоку цитоплазми дифузія і допомагає переміщувати в камері необхідні матеріали, такі як поживні речовини, та небажані матеріали, такі як відходи та залишки клітин.