Cytoskelet: Definition, struktur og funktion (med diagram)

Indhold

• Hvorfor har celler brug for et cytoskelet?
• Cytoskeletfordele ved celler
• Hvilke komponenter udgør cytoskelettet
• Størrelse betyder noget
• Mikrotubulers rolle i cytoskelettet
• Mikrotubuli og bevægelse inden i cellen
• Mikrotubuli og cellebevægelse
• Roll af mellemliggende filamenter i cytoskelettet
• Mellemfilamenter og organelleforankring
• Mikrofilamenternes rolle i cytoskelettet
• Mikrofilamentfremskrivninger

Du ved sandsynligvis allerede den rolle, dit eget skelet har i dit liv; det giver din kropsstruktur og hjælper dig med at bevæge dig.

Uden det ville du være mere som en menneskelig klat end en bevægende, fungerende person. Som navnet antyder tjener cytoskelettet et meget lignende formål i prokaryotisk og eukaryote celler.

Har du nogensinde undret dig over, hvad der får celler til at se sig rundt og forhindrer dem i at kollapse i slimede kloder? Eller hvordan de mange organeller inde i cellen organiserer sig og bevæger sig inde i cellen, eller hvordan cellen selv bevæger sig? Celler er afhængige af et cytoskelet til alle disse funktioner.

Den vigtige strukturelle enhed i cytoskelettet er virkelig et netværk af proteinfibre i cytoplasmaen, der giver cellen sin form og gør det muligt for den at udføre vigtige funktioner, såsom cellebevægelse.

Læs mere om de andre celler organeller og funktioner.

Hvorfor har celler brug for et cytoskelet?

Mens nogle mennesker kan forestille sig celler som ustrukturerede, afslører kraftige mikroskoper, der bruges i cellebiologi, at celler er meget organiserede.

En hovedkomponent er afgørende for at bevare denne form og organisationsniveau: cytoskelet af cellen. Proteinfilamenterne, der udgør cytoskelettet, danner et netværk af fibre gennem cellen.

Dette netværk giver strukturel støtte til plasmamembranen, hjælper med at stabilisere organellerne i deres rette positioner og gør det muligt for cellen at blande sit indhold efter behov. For nogle celletyper gør cytoskelettet endda det muligt for cellen at bevæge sig og rejse ved hjælp af specialiserede strukturer.

Disse dannes fra proteinfilamenterne når det er nødvendigt til cellebevægelse.

Den service, cytoskelettet leverer til at forme cellen, giver meget mening. Ligesom det menneskelige skelet skaber cytoskeletproteinetetværket strukturel understøttelse, der er afgørende for at bevare celleintegriteten og for at forhindre, at den kollapser i sine naboer.

For celler med meget flydende membraner er netværket af proteiner, der udgør cytoskelettet, især vigtigt for at holde celleindholdet inde i cellen.

Dette kaldes membranintegritet.

Cytoskeletfordele ved celler

Nogle højt specialiserede celler er også afhængige af cytoskelettet til strukturel støtte.

For disse celler gør opretholdelse af cellens unikke form det muligt for cellen at fungere korrekt. Disse inkluderer neuronereller hjerneceller, der har runde cellelegemer, forgrenede arme kaldet dendriter og udstrakte haler.

Denne karakteristiske celleform gør det muligt for neuroner at fange signaler ved hjælp af deres dendritarme og føre disse signaler gennem deres aksonhaler og ind i de ventende dendritter i en nabokommelig hjernecelle. Sådan kommunikerer hjerneceller med hinanden.

Det giver også mening, at celler drager fordel af den organisation, som cytoskeletoner-proteinfibernetværket giver dem. Der er over 200 typer celler i den menneskelige krop og i alt ca. 30 billioner celler i hvert menneske på planeten.

Organellerne i alle disse celler skal udføre en lang række celleprocesser, såsom at opbygge og nedbryde biomolekyler, frigive energi til kroppen til at bruge og udføre en række kemiske reaktioner, der gør livet muligt.

For at disse funktioner skal fungere godt på et helt organismeniveau, har hver celle brug for en lignende struktur og måde at gøre ting på.

Hvilke komponenter udgør cytoskelettet

For at udføre disse vigtige roller er cytoskelettet afhængig af tre forskellige typer filamenter:

Disse fibre er alle så uendeligt små, at de er helt usynlige for det blotte øje. Forskere opdagede dem først efter opfindelsen af elektronmikroskop bragte det indre af cellen til syne.

For at visualisere, hvor små disse proteinfibre er, er det nyttigt at forstå begrebet nanometer, som undertiden er skrevet som nm. Nanometre er måleenheder, ligesom en tomme er en måleenhed.

Du har måske gættet fra rodordet måler at nanometerenheden hører til det metriske system, ligesom en centimeter gør.

Størrelse betyder noget

Forskere bruger nanometre til at måle ekstremt små ting, såsom atomer og lysbølger.

Dette skyldes, at en nanometer er lig med en milliardedel af en meter. Dette betyder, at hvis du tog en målepindel, som er ca. 3 meter lang, da den konverteres til det amerikanske målesystem, og opdeler den i en milliard lige store stykker, ville et enkelt stykke svare til et nanometer.

Forestil dig nu, at du kunne skære proteinfilamenter, der udgør cellens cytoskelet og måle diameter på tværs af det afskårne ansigt.

Hver fiber måler mellem 3 og 25 nanometer i diameter, afhængigt af filamenttypen. For con er et menneskehår 75.000 nanometer i diameter. Som du kan se, er trådene, der udgør cytoskelettet, utroligt små.

mikrotubuli er den største af de tre fibre i cytoskelettet, indkoblet ved 20 til 25 nanometer i diameter. Mellemtråd er cytoskeletter mellemstore fibre og måler ca. 10 nanometer i diameter.

De mindste proteinfilamenter, der findes i cytoskelettet, er mikrofilamenter. Disse trådlignende fibre måler kun 3 til 6 nanometer i diameter.

I den virkelige verden er det så meget som 25.000 gange mindre end diameteren til et gennemsnitligt menneskehår.

••• Sciencing

Mikrotubulers rolle i cytoskelettet

Mikrotubuli får deres navn fra både deres generelle form og den type protein, de indeholder. De er rørlignende og dannes af gentagne enheder af alfa- og beta-tubulin protein polymerer forbinder sammen.

Læs mere om mikrotubulers hovedfunktion i celler.

Hvis du skulle se mikrotubulære filamenter under et elektronmikroskop, ville de se ud som kæder af små proteiner, der er snoet sammen til et stramt spiralgitter.

Hver proteinenhed binder sig sammen med alle enhederne omkring sig og producerer en meget stærk, meget stiv struktur. Faktisk er mikrotubuli den mest stive strukturelle komponent, du kan finde i dyreceller, som ikke har cellevægge, som planteceller gør.

Men mikrotubuli er ikke kun stive. De modstår også kompression og vridningskræfter. Denne kvalitet øger mikrotubulens evne til at opretholde celleform og integritet, selv under tryk.

Mikrotubulier giver også cellen polaritet, hvilket betyder, at cellen har to unikke sider eller poler. Denne polaritet er en del af, hvad der gør det muligt for cellen at organisere dens komponenter, såsom organeller og andre dele af cytoskelettet, fordi det giver cellen en måde at orientere disse komponenter i forhold til polerne.

Mikrotubuli og bevægelse inden i cellen

Mikrotubulier understøtter også bevægelsen af ​​celleindhold i cellen.

Mikrotubulusfilamenterne danner spor, der fungerer som jernbanespor eller motorveje i cellen. Vesikeltransportører følg disse spor for at flytte cellelast rundt i cytoplasmaet. Disse spor er afgørende for at fjerne uønsket celleindhold som forkert foldede proteiner, gamle eller ødelagte organeller og patogenindtrængende, såsom bakterier og vira.

Vesikeltransportører følger simpelthen det rigtige mikrotubulespor for at flytte denne last til cellens genvindingscenter, the lysosomer. Der redder og genbruger lysosomet nogle dele og nedbryder andre dele.

Sporingssystemet hjælper også cellen med at flytte nybyggede biomolekyler, som proteiner og lipider, ud af fremstillingsorganerne og til de steder, hvor cellen har brug for molekylerne.

For eksempel bruger vesikeltransportører mikrotubulespor til at flytte cellemembranproteiner fra organellerne til cellemembranen.

Mikrotubuli og cellebevægelse

Kun nogle celler kan bruge celleflytning at rejse, og dem, der generelt er afhængige af specialiserede motile strukturer lavet af mikrotubulusfibre.

Sædcellen er sandsynligvis den nemmeste måde at visualisere disse bevægende celler.

Som du ved ser sædceller lidt ud som rumpehuller med lange haler, eller flageller, som de pisker for at svømme til deres destination og befrugte en ægcelle. Sædens hale er lavet af tubulin og er et eksempel på et mikrotubulustråd, der bruges til cellebevægelse.

En anden velkendt motil struktur spiller også en rolle i reproduktion er cilier. Disse hårlignende, bevægelige strukturer linjer æggelederne og bruger en bølgende bevægelse til at bevæge ægget gennem æggelederen og ind i livmoderen. Disse cilia er mikrotubulusfibre.

Roll af mellemliggende filamenter i cytoskelettet

Mellemprodukter er den anden type fiber, der findes i cytoskelettet. Du kan forestille dig disse som det rigtige skelet af cellen, da deres eneste rolle er strukturel støtte. Disse proteinfibre indeholder keratin, som er et almindeligt protein, som du muligvis genkender fra kropsplejeprodukter.

Dette protein udgør menneskehår og negle såvel som det øverste lag af huden. Det er også proteinet, der danner horn, kløer og høve fra andre dyr. Keratin er meget stærk og nyttig til beskyttelse mod skader.

Mellemfilamenternes vigtigste rolle er dannelsen af ​​matrixen af ​​strukturelle proteiner under celle membran. Dette er som et støttende net, der giver strukturen og formen til cellen. Det giver også en vis elasticitet til cellen, hvilket gør det muligt for den at reagere fleksibelt under stress.

Mellemfilamenter og organelleforankring

Et af de vigtige job, der udføres af mellemfilamenter, er at hjælpe med at holde organeller på de rigtige steder i cellen. For eksempel forankrer mellemliggende filamenter kernen på sin rette plads i cellen.

Denne forankring er afgørende for celleprocesser, fordi de forskellige organeller inde i en celle skal arbejde sammen for at udføre disse cellefunktioner. I tilfælde af kerne, bundning af denne vigtige organelle til cytoskeletmatrixen betyder, at de organeller, der er afhængige af DNA-instruktioner fra kernen til at udføre deres job, let kan få adgang til denne information ved hjælp af messengers og transportører.

Denne vigtige opgave kan være umulig, hvis kernen ikke var forankret, fordi disse budbringere og transportører skulle rejse rundt og søge gennem cytoplasmaet efter en vandrende kerne!

Mikrofilamenternes rolle i cytoskelettet

Mikrofilamenter, også kaldet aktinfilamenter, er kæder af actinproteiner, der er snoet ind i en spiralstang. Dette protein er bedst kendt for sin rolle i muskelceller. Der arbejder de med et andet protein, der kaldes myosin for at muliggøre muskelsammentrækning.

Når det kommer til cytoskelettet, er mikrofilamenter kun de mindste fibre. De er også de mest dynamiske. Som alle cytoskeletfibre giver mikrofilamenter cellen strukturel støtte. På grund af deres unikke træk har mikrofilamenter en tendens til at dukke op i kanterne af cellen.

Den dynamiske natur af actinfilamenter betyder, at disse proteinfibre hurtigt kan ændre deres længder for at imødekomme cellens skiftende strukturelle behov. Dette gør det muligt for cellen at ændre sin form eller størrelse eller endda form specielle fremskrivninger der strækker sig uden for cellen, såsom filopodier, lamellipodia og mikrovilli.

Mikrofilamentfremskrivninger

Du kan forestille dig filopodier som følere af, at en celle projicerer for at føle miljøet omkring sig, hente kemiske signaler og endda ændre cellens retning, hvis den bevæger sig. Forskere kalder også undertiden filopodia microspikes.

Filopodia kan indgå i en anden type specialprojektion, lamellipodia. Dette er en fodlignende struktur, der hjælper cellen med at bevæge sig og rejse.

mikrovilli er som små hår eller fingre, der bruges af cellen under diffusion. Formen på disse fremspring øger overfladearealet, så der er mere plads til molekyler til at bevæge sig hen over membranen gennem processer som absorption.

Disse fingre udfører også en fascinerende funktion kaldet cytoplasma-streaming.

Dette sker, når actinfilamenterne kammer gennem cytoplasmaet for at holde det i bevægelse. Cytoplasma-streaming øger diffusion og hjælper med at flytte efterspurgte materialer, som næringsstoffer, og uønskede materialer, som affald og celleaffald, rundt i cellen.