CYTOSZKIELET: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE I BUDOWA - BIOLOGIA - 2026

Cytoszkieletu jest struktura komórkowa składa się z włókien. Jest rozproszona w całej cytoplazmie, a jej funkcja polega głównie na podtrzymywaniu architektury i kształtu komórki. Strukturalnie składa się z trzech rodzajów włókien, sklasyfikowanych według ich rozmiaru.

Są to włókna aktynowe, włókna pośrednie i mikrotubule. Każdy z nich nadaje sieci określoną właściwość. Wnętrze komórki to środowisko, w którym następuje przemieszczanie i przemieszczanie się materiałów. Cytoszkielet pośredniczy w tych ruchach wewnątrzkomórkowych.

Na przykład organelle - takie jak mitochondria lub aparat Golgiego - są statyczne w środowisku komórkowym; te poruszają się wykorzystując cytoszkielet jako ścieżkę.

Chociaż cytoszkielet wyraźnie dominuje w organizmach eukariotycznych, analogiczną strukturę opisano u prokariotów.

Charakterystyka ogólna

Cytoszkielet jest niezwykle dynamiczną strukturą, która reprezentuje „rusztowanie molekularne”. Trzy rodzaje włókien, które go tworzą, to powtarzające się jednostki, które mogą tworzyć bardzo różne struktury, w zależności od sposobu, w jaki te podstawowe jednostki są połączone.

Jeśli chcemy stworzyć analogię do ludzkiego szkieletu, cytoszkielet jest odpowiednikiem układu kostnego, a dodatkowo układu mięśniowego.

Jednak nie są one identyczne z kością, ponieważ składniki można składać i rozkładać, co pozwala na zmianę kształtu i nadaje komórce plastyczność. Składniki cytoszkieletu nie są rozpuszczalne w detergentach.

cechy

Kształt

Jak sama nazwa wskazuje, „intuicyjną” funkcją cytoszkieletu jest zapewnienie stabilności i kształtu komórki. Gdy włókna są połączone w tę skomplikowaną sieć, nadaje komórce właściwość odporności na odkształcenia.

Bez tej struktury komórka nie byłaby w stanie zachować określonego kształtu. Jest to jednak struktura dynamiczna (w przeciwieństwie do ludzkiego szkieletu), która nadaje komórkom właściwość zmiany kształtu.

Ruch i skrzyżowania komórek

Wiele składników komórkowych jest przyłączonych do tej sieci włókien rozproszonych w cytoplazmie, przyczyniając się do ich przestrzennego ułożenia.

Komórka nie wygląda jak zupa z różnymi elementami unoszącymi się w wodzie; nie jest też bytem statycznym. Jest to raczej zorganizowana macierz z organellami zlokalizowanymi w określonych obszarach, a proces ten zachodzi dzięki cytoszkieletowi.

Cytoszkielet bierze udział w ruchu. Dzieje się tak dzięki białkom motorycznym. Te dwa elementy łączą się i umożliwiają ruch w komórce.

Bierze również udział w procesie fagocytozy (procesie, w którym komórka wychwytuje cząstkę ze środowiska zewnętrznego, która może być pożywieniem lub nie).

Cytoszkielet pozwala komórce łączyć się ze środowiskiem zewnętrznym, fizycznie i biochemicznie. Ta rola łącznika umożliwia tworzenie się tkanek i połączeń komórkowych.

Struktura i komponenty

Cytoszkielet składa się z trzech różnych typów włókien: aktyny, włókien pośrednich i mikrotubul.

Obecnie proponuje się nowego kandydata jako czwartą nić cytoszkieletu: septynę. Każda z tych części została szczegółowo opisana poniżej:

Włókna aktynowe

Włókna aktynowe mają średnicę 7 nm. Znane są również jako mikrofilamenty. Monomery tworzące włókna to cząstki w kształcie balonów.

Chociaż są to struktury liniowe, nie mają one kształtu „pręta”: obracają się wokół własnej osi i przypominają helisę. Są przyłączone do szeregu specyficznych białek, które regulują ich zachowanie (organizacja, lokalizacja, długość). Istnieje ponad 150 białek zdolnych do interakcji z aktyną.

Skrajności można wyróżnić; jeden nazywa się plus (+), a drugi minus (-). Na tych końcach włókno może rosnąć lub skracać się. Polimeryzacja jest zauważalnie szybsza na plusie; Aby doszło do polimeryzacji, wymagany jest ATP.

Aktyna może również występować jako monomer i być wolna w cytozolu. Te monomery są związane z białkami, które zapobiegają ich polimeryzacji.

Funkcje filamentów aktynowych

Włókna aktynowe pełnią rolę związaną z ruchem komórek. Pozwalają różnym typom komórek, zarówno organizmom jednokomórkowym, jak i wielokomórkowym (przykładem są komórki układu odpornościowego), poruszać się w ich środowisku.

Aktyna jest dobrze znana ze swojej roli w skurczu mięśni. Razem z miozyną grupują się w sarkomery. Obie struktury umożliwiają taki ruch zależny od ATP.

Włókna pośrednie

Przybliżona średnica tych włókien wynosi 10 µm; stąd nazwa „pośredni”. Jego średnica jest pośrednia w stosunku do pozostałych dwóch składników cytoszkieletu.

Struktura każdego włókna jest następująca: główka w kształcie balonu na końcu N i podobnie ukształtowana końcówka na końcu węglowym. Te końce są połączone ze sobą liniową strukturą złożoną z helis alfa.

Te „struny” mają kuliste głowy, które mają właściwość zwijania się z innymi włóknami pośrednimi, tworząc grubsze elementy z przeplotem.

Włókna pośrednie znajdują się w całej cytoplazmie komórki. Sięgają do membrany i często są do niej przyczepione. Włókna te znajdują się również w jądrze, tworząc strukturę zwaną „blaszką jądrową”.

Ta grupa jest z kolei podzielona na podgrupy włókien pośrednich:

- Włókna keratynowe.

- Włókna Vimentin.

- Neurofilamenty.

- Arkusze jądrowe.

Rola włókien pośrednich

To niezwykle mocne i wytrzymałe elementy. W rzeczywistości, jeśli porównamy je z pozostałymi dwoma włóknami (aktyną i mikrotubulami), włókna pośrednie zyskują na stabilności.

Dzięki tej właściwości jego główną funkcją jest mechaniczna, odporna na zmiany komórkowe. Występują obficie w typach komórek, które podlegają ciągłym naprężeniom mechanicznym; na przykład w komórkach nerwowych, nabłonkowych i mięśniowych.

W przeciwieństwie do pozostałych dwóch elementów cytoszkieletu, włókna pośrednie nie mogą składać się i rozpadać na swoich biegunowych końcach.

Są strukturami sztywnymi (aby mogły spełniać swoją funkcję: podparcia komórek i mechanicznej odpowiedzi na naprężenia), a składanie włókien jest procesem zależnym od fosforylacji.

Włókna pośrednie tworzą struktury zwane desmosomami. Wraz z szeregiem białek (kadheryn) powstają te kompleksy, które tworzą połączenia między komórkami.

Mikrotubule

Mikrotubule to puste w środku elementy. Są to największe włókna, które tworzą cytoszkielet. Średnica mikrotubul w jej wewnętrznej części wynosi około 25 nm. Długość jest dość zmienna, w zakresie od 200 nm do 25 µm.

Te włókna są niezbędne we wszystkich komórkach eukariotycznych. Wyłaniają się (lub rodzą) z małych struktur zwanych centrosomami, a stamtąd rozciągają się do krawędzi komórki, w przeciwieństwie do włókien pośrednich, które rozciągają się w całym środowisku komórkowym.

Mikrotubule składają się z białek zwanych tubulinami. Tubulina to dimer składający się z dwóch podjednostek: α-tubuliny i β-tubuliny. Te dwa monomery są połączone wiązaniami niekowalencyjnymi.

Jedną z jego najważniejszych cech jest zdolność do wzrostu i skracania, będąc strukturami dość dynamicznymi, jak w filamentach aktynowych.

Dwa końce mikrotubul można odróżnić od siebie. Z tego powodu mówi się, że w tych włóknach występuje „biegunowość”. Na każdym z ekstremów - zwanych plus p dodatnim i ujemnym lub ujemnym - zachodzi proces samoorganizacji.

Ten proces składania i degradacji żarnika powoduje zjawisko „dynamicznej niestabilności”.

Funkcja mikrotubuli

Mikrotubule mogą tworzyć bardzo zróżnicowane struktury. Biorą udział w procesach podziału komórek, tworząc wrzeciono mitotyczne. Ten proces pomaga każdej komórce potomnej mieć taką samą liczbę chromosomów.

Tworzą również podobne do bicza wyrostki używane do mobilności komórek, takie jak rzęski i wici.

Mikrotubule służą jako ścieżki lub „autostrady”, po których poruszają się różne białka pełniące funkcje transportowe. Białka te dzieli się na dwie rodziny: kinezyny i dyneiny. Mogą podróżować na duże odległości w komórce. Transport na krótkie odległości odbywa się na ogół na aktynie.

Te białka są „pieszymi” na drogach mikrotubul. Jego ruch bardzo przypomina spacer po mikrotubuli.

Transport obejmuje przemieszczanie różnych rodzajów elementów lub produktów, takich jak pęcherzyki. W komórkach nerwowych proces ten jest dobrze znany, ponieważ w pęcherzykach uwalniane są neuroprzekaźniki.

Mikrotubule uczestniczą również w mobilizacji organelli. W szczególności aparat Golgiego i retikulum endoplazmatyczne polegają na tym, aby te włókna zajęły właściwe położenie. W przypadku braku mikrotubul (w komórkach zmutowanych doświadczalnie) organelle te znacznie zmieniają swoje położenie.

Inne implikacje cytoszkieletu

W bakteriach

W poprzednich rozdziałach opisano cytoszkielet eukariontów. Prokarionty mają również podobną strukturę i mają składniki analogiczne do trzech włókien tworzących tradycyjny cytoszkielet. Do tych włókien dodaje się jedno własne, należące do bakterii: grupa MinD-ParA.

Funkcje cytoszkieletu u bakterii są dość podobne do funkcji, które pełnią u eukariotów: między innymi wspomaganie, podział komórek, utrzymanie kształtu komórki.

W raku

Klinicznie, elementy cytoszkieletu są powiązane z rakiem. Ponieważ interweniują w procesach podziału, są uważane za „cele” w celu zrozumienia i zaatakowania niekontrolowanego rozwoju komórek.

Bibliografia

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
2. Fletcher, DA i Mullins, RD (2010). Mechanika komórki i cytoszkielet. Naturę, 463 (7280), 485-492.
3. Hall, A. (2009). Cytoszkielet i rak. Cancer and Metastasis Reviews, 28 (1–2), 5–14.
4. Moseley, JB (2013). Rozszerzony widok cytoszkieletu eukariotycznego. Biologia molekularna komórki, 24 (11), 1615–1618.
5. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemia. Podstawy medycyny i nauk przyrodniczych. Odwróciłem się.
6. Shih, YL i Rothfield, L. (2006). Cytoszkielet bakteryjny. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 70 (3), 729–754.
7. Silverthorn Dee, U. (2008). Fizjologia człowieka, podejście zintegrowane. Pan-American Medical. Wydanie 4. Bs As.
8. Svitkina, T. (2009). Obrazowanie elementów cytoszkieletu za pomocą mikroskopii elektronowej. W Cytoskeleton Methods and Protocols (str. 187–06). Humana Press.