Charakterystyka cytoszkieletu, funkcje, struktura i składniki

The cytoszkielet Jest to struktura komórkowa złożona z włókien. Jest rozproszony w cytoplazmie i jego funkcja polega głównie na utrzymaniu architektury i formy komórkowej. Strukturalnie składa się z trzech rodzajów włókien, sklasyfikowanych według ich wielkości.

Są to włókna aktynowe, włókna pośrednie i mikrotubule. Każda z nich nadaje konkretną właściwość sieci. Wnętrze komórkowe to środowisko, w którym zachodzi przemieszczenie i przejście materiałów. Cytoszkielet pośredniczy w tych ruchach wewnątrzkomórkowych.

Na przykład, organelle - takie jak mitochondria lub aparat Golgiego - są statyczne w środowisku komórkowym; poruszają się za pomocą cytoszkieletu.

Chociaż cytoszkielet wyraźnie dominuje w organizmach eukariotycznych, analogiczna struktura została opisana u prokariotów.

Indeks

• 1 Ogólna charakterystyka
• 2 Funkcje
  • 2.1 Kształt
  • 2.2 Ruch i połączenia komórek
• 3 Struktura i komponenty
  • 3.1 Włókna aktyny
  • 3.2 Włókna pośrednie
  • 3.3 Mikrotubule
• 4 Inne implikacje cytoszkieletu
  • 4.1 W bakteriach
  • 4.2 W raku
• 5 referencji

Ogólna charakterystyka

Cytoszkielet jest niezwykle dynamiczną strukturą, która reprezentuje „rusztowanie molekularne”. Trzy typy włókien, które go tworzą, są jednostkami powtarzalnymi, które mogą tworzyć bardzo różne struktury, w zależności od sposobu połączenia tych podstawowych jednostek.

Jeśli chcemy stworzyć analogię z ludzkim szkieletem, cytoszkielet jest równoważny układowi kostnemu, a ponadto układowi mięśniowemu.

Jednak nie są one identyczne z kością, ponieważ komponenty mogą być składane i rozpadane, co pozwala na zmiany kształtu i nadaje komórce plastyczność. Składniki cytoszkieletu nie są rozpuszczalne w detergentach.

Funkcje

Kształt

Jak sama nazwa wskazuje, „intuicyjna” funkcja cytoszkieletu polega na zapewnieniu komórce stabilności i formy. Gdy włókna łączą się w tej skomplikowanej sieci, nadaje komórce właściwość odporności na odkształcenia.

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

Połączenia ruchowe i komórkowe

Wiele składników komórkowych jest połączonych z tą siecią włókien rozproszonych w cytoplazmie, przyczyniając się do ich przestrzennego rozmieszczenia.

Komórka nie wygląda jak bulion z różnymi elementami pływającymi dryfującymi; nie jest też statyczną jednostką. Wręcz przeciwnie, jest to zorganizowana matryca z organellami zlokalizowanymi w określonych strefach, a proces ten zachodzi dzięki cytoszkieletowi.

Cytoszkielet jest zaangażowany w ruch. Dzieje się tak dzięki białkom motorycznym. Te dwa elementy łączą się i umożliwiają przemieszczanie w komórce.

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

Cytoszkielet umożliwia połączenie komórki z jej otoczeniem zewnętrznym, fizycznym i biochemicznym. Ta rola łącznika umożliwia tworzenie tkanek i połączeń komórkowych.

Struktura i komponenty

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

Obecnie proponowany jest nowy kandydat jako czwarta nić cytoszkieletu: septina. Poniżej opisano szczegółowo każdą z tych części:

Włókna aktynowe

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

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

Ekstrema można różnicować; jeden nazywa się plus (+), a drugi minus (-). Przez te skrajności włókno może rosnąć lub być skracane. Polimeryzacja jest zauważalnie szybsza w najwyższym stopniu; aby nastąpiła polimeryzacja, wymagany jest ATP.

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

Funkcje filamentów aktynowych

Włókna aktynowe odgrywają rolę w ruchu komórkowym. Pozwalają one różnym typom komórek, zarówno organizmom jednokomórkowym, jak i wielokomórkowym (przykładem są komórki układu odpornościowego), poruszać się w ich środowiskach.

Actin jest dobrze znany ze swojej roli w skurczu mięśni. Razem z miozyną są zgrupowane w sarkomery. Obie struktury umożliwiają 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.

Każdy żarnik ma następującą strukturę: główka w kształcie balonu na końcu N i ogon o podobnym kształcie na końcu węgla. Końce te są połączone ze sobą liniową strukturą utworzoną przez alfa helisy.

Te „liny” mają kuliste główki, które mają właściwość zwijania z innymi pośrednimi włóknami, tworząc grubsze elementy z przeplotem.

Pośrednie włókna znajdują się w całej cytoplazmie komórki. Rozciągają się na membranę i często są do niej przymocowane. Te włókna znajdują się również w jądrze, tworząc strukturę zwaną „arkuszem jądrowym”.

Ta grupa jest podzielona na podgrupy włókien pośrednich:

- Włókna keratynowe.

- Włókna wimentyny.

- Neurofilamenty.

- Arkusze jądrowe.

Funkcja włókien pośrednich

Są niezwykle mocnymi i odpornymi elementami. 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 stałemu obciążeniu mechanicznemu; na przykład w komórkach nerwowych, nabłonkowych i mięśniowych.

W przeciwieństwie do pozostałych dwóch składników cytoszkieletu, filamenty pośrednie nie mogą być składane i usuwane na ich polarnych końcach.

Są to sztywne struktury (aby mogły spełniać swoją funkcję: wsparcie komórkowe i mechaniczna odpowiedź na stres), a montaż włókien jest procesem zależnym od fosforylacji.

Pośrednie włókna tworzą struktury zwane desmosomami. Wraz z szeregiem białek (kadheryn) powstają kompleksy, które tworzą wiązania między komórkami.

Mikrotubule

Mikrotubule są pustymi elementami. Są to największe włókna tworzące cytoszkielet. Średnica mikrotubul w części wewnętrznej wynosi około 25 nm. Długość jest dość zmienna, w zakresie od 200 nm do 25 μm.

Te włókna są niezbędne we wszystkich komórkach eukariotycznych. Pojawiają 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 jest dimerem utworzonym przez dwie podjednostki: α-tubulinę i β-tubulinę. Te dwa monomery są związane wiązaniami niekowalencyjnymi.

Jedną z jego najbardziej istotnych cech jest zdolność do wzrostu i skrócenia, będąc dość dynamicznymi strukturami, jak w filamentach aktynowych.

Dwa końce mikrotubul można odróżnić od siebie. Dlatego mówi się, że w tych włóknach występuje „polaryzacja”. Na każdym końcu nazywane jest bardziej pozytywnym i mniejszym lub negatywnym procesem samoorganizacji.

Ten proces montażu i degradacji włókna powoduje zjawisko „dynamicznej niestabilności”.

Funkcja mikrotubuli

Mikrotubule mogą tworzyć bardzo różnorodne struktury. Uczestniczą w procesach podziału komórki, tworząc wrzeciono mitotyczne. Ten proces pomaga każdej komórce potomnej mieć taką samą liczbę chromosomów.

Tworzą też bicze, które służą do mobilności komórek, takie jak rzęski i wici.

Mikrotubule służą jako ścieżki lub „drogi”, w których poruszają się różne białka o funkcji transportowej. Białka te są podzielone na dwie rodziny: kinezyny i dyneiny. Mogą podróżować na duże odległości wewnątrz komórki. Transport na krótkich dystansach odbywa się zwykle na aktynie.

Białka te są „pieszymi” dróg utworzonych przez mikrotubule. Jego ruch przypomina dość spacer na mikrotubuli.

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

Mikrotubule uczestniczą również w mobilizacji organelli. W szczególności aparat Golgiego i retikulum endosplazmatyczne zależą od tych włókien, aby przyjąć ich właściwą pozycję. Przy braku mikrotubul (w eksperymentalnie zmutowanych komórkach) te organelle zauważalnie zmieniają swoją pozycję.

Inne implikacje cytoszkieletu

W bakteriach

W poprzednich sekcjach opisano cytoszkielet eukariontów. Prokarionty mają również podobną strukturę i mają składniki analogiczne do trzech włókien, które tworzą tradycyjny cytoszkielet. Do tych włókien dodajemy jedną z naszych należących do bakterii: grupę MinD-ParA.

Funkcje cytoszkieletu w bakteriach są dość podobne do funkcji, które pełnią u eukariontów: wsparcie, podział komórek, utrzymanie kształtu komórki, między innymi.

W raku

Klinicznie składniki cytoszkieletu są związane z rakiem. Ponieważ interweniują w procesy podziału, są uważane za „cele”, aby móc zrozumieć i atakować niekontrolowany rozwój komórek.

Referencje

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., ... i Walter, P. (2013). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
2. Fletcher, D. A. i Mullins, R. D. (2010). Mechanika komórkowa i cytoszkielet. Natura, 463(7280), 485-492.
3. Hall, A. (2009). Cytoszkielet i rak. Recenzje nowotworów i przerzutów, 28(1-2), 5-14.
4. Moseley, J. B. (2013). Rozszerzony widok eukariotycznego cytoszkieletu. Biologia molekularna komórki, 24(11), 1615-1618.
5. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemia Podstawy medycyny i nauk przyrodniczych. Odwróciłem się.
6. Shih, Y. L. i Rothfield, L. (2006). Cytoszkielet bakteryjny. Recenzje mikrobiologii i biologii molekularnej, 70(3), 729-754.
7. Silverthorn Dee, U. (2008). Fizjologia człowieka, zintegrowane podejście. Pan American Medical 4. edycja. Bs As.
8. Svitkina, T. (2009). Obrazowanie elementów cytoszkieletu za pomocą mikroskopii elektronowej. W Metody i protokoły cytoszkieletu (str. 187–06). Humana Press.