CITOSKELET: ZNAČILNOSTI, FUNKCIJE IN ZGRADBA - BIOLOGIJA - 2025

Citoskelet je celična struktura, sestavljena iz vlaken. Razpršena je po celotni citoplazmi, njena funkcija pa je predvsem podporna za vzdrževanje celične arhitekture in oblike. Strukturno ga sestavljajo tri vrste vlaken, razvrščene glede na njihovo velikost.

To so aktinska vlakna, vmesni filamenti in mikrotubule. Vsak od njih omrežju dodeli določeno lastnost. Notranjost celice je okolje, kjer pride do prestavljanja in tranzita materialov. Citoskelet posreduje pri teh medceličnih gibih.

Organele, na primer mitohondrije ali Golgijev aparat, so na primer statične v celičnem okolju; te se gibljejo s pomočjo citoskeleta kot poti.

Čeprav citoskelet očitno prevladuje v evkariontskih organizmih, so pri prokariotih poročali o podobni strukturi.

Splošne značilnosti

Citoskelet je izjemno dinamična struktura, ki predstavlja "molekularno ogrodje". Tri vrste nitk, ki jih sestavljajo, so ponavljajoče se enote, ki lahko tvorijo zelo različne strukture, odvisno od načina združevanja teh temeljnih enot.

Če želimo ustvariti analogijo s človeškim okostjem, je citoskelet enakovreden kostnemu sistemu in poleg tega mišičnemu sistemu.

Vendar pa niso identične kostim, saj jih je mogoče sestaviti in razgraditi, kar omogoča spremembe oblike in daje celici plastičnost. Sestavine citoskeleta niso topne v detergentih.

Lastnosti

Oblika

Kot pove že njegovo ime, je "intuitivna" funkcija citoskeleta, da celici zagotavlja stabilnost in obliko. Ko se nitke združijo v tej zapleteni mreži, daje celici lastnost upiranja deformaciji.

Brez te strukture celica ne bi mogla ohraniti posebne oblike. Vendar pa dinamična struktura (v nasprotju s človeškim okostjem) daje celicam lastnost spreminjanja oblike.

Gibanje celic in stiki

Veliko celičnih komponent je pritrjenih na to mrežo vlaken, razpršenih v citoplazmi, kar prispeva k njihovi prostorski ureditvi.

Celica ni videti kot juha z različnimi elementi, ki plavajo po zraku; niti ni statična entiteta. Namesto tega je organizirana matrica z organeli, ki se nahajajo na določenih območjih, ta proces pa se zgodi zahvaljujoč citoskeletu.

Citoskelet je vključen v gibanje. To se zgodi zahvaljujoč motoričnim beljakovinam. Ta dva elementa se združita in omogočata gibanje znotraj celice.

Sodeluje tudi v procesu fagocitoze (proces, v katerem celica zajame delček iz zunanjega okolja, ki je lahko ali ne sme biti hrana).

Citoskelet omogoča celici, da se fizično in biokemično poveže s svojim zunanjim okoljem. Ta povezovalna vloga je tisto, kar omogoča tvorbo tkiv in celičnih stikov.

Struktura in sestavni deli

Citoskelet sestavljajo tri različne vrste filamentov: aktin, vmesni filamenti in mikrotubule.

Trenutno se predlaga nov kandidat kot četrti sklop citoskele: septin. Vsak od teh delov je podrobno opisan spodaj:

Aktinovi filamenti

Aktinovi nitki imajo premer 7 nm. Znani so tudi kot mikrofilamenti. Monomeri, ki sestavljajo nitke, so delci v obliki balona.

Čeprav so linearne strukture, niso oblikovane kot "palica": vrtijo se na svoji osi in spominjajo na vijačnico. Navezani so na vrsto specifičnih beljakovin, ki uravnavajo njihovo vedenje (organizacija, lokacija, dolžina). Obstaja več kot 150 beljakovin, ki lahko delujejo z aktinom.

Skrajnosti je mogoče razlikovati; eden se imenuje plus (+), drugi pa minus (-). Na teh koncih lahko nitka raste ali se skrajša. Polimerizacija je na pozitivnem koncu opazno hitrejša; Za nastanek polimerizacije je potreben ATP.

Aktin je lahko tudi kot monomer in brez citosola. Ti monomeri so vezani na beljakovine, ki preprečujejo njihovo polimerizacijo.

Funkcije aktinskih filamentov

Aktinski filamenti imajo vlogo, povezano z gibanjem celic. Omogočajo gibanje različnih vrst celic, tako enoceličnih kot večceličnih organizmov (primer so celice imunskega sistema) v svojem okolju.

Aktin je dobro znan po svoji vlogi pri krčenju mišic. Skupaj z miozinom se združita v sarkomere. Obe strukturi omogočata takšno gibanje, odvisno od ATP.

Vmesni filamenti

Približni premer teh nitk je 10 µm; od tod tudi ime "vmesni". Njegov premer je v primerjavi z ostalima dvema komponentama citoskeleta.

Vsaka nitka je sestavljena na naslednji način: glava v obliki balona na terminalu N in rep podobne oblike na ogljikovem terminalu. Ti konci so med seboj povezani z linearno strukturo, sestavljeno iz alfa vijačnic.

Te "strune" imajo kroglaste glave, ki imajo lastnost navijanja z drugimi vmesnimi nitkami, kar ustvarja debelejše prepletene elemente.

Vmesni filamenti so nameščeni po celični citoplazmi. Segajo do membrane in so pogosto pritrjene nanjo. Ti nitki najdemo tudi v jedru, ki tvorijo strukturo, imenovano "jedrska lamina".

Ta skupina je razvrščena v podskupine vmesnih filamentov:

- Keratinske nitke.

- Vimentinovi filamenti.

- Nevrofilamenti.

- Jedrski listi.

Vloga vmesnih filamentov

So izredno močni in odporni elementi. Pravzaprav, če jih primerjamo z drugima dvema nitkama (aktinom in mikrotubuli), vmesni filamenti dobijo stabilnost.

Zahvaljujoč tej lastnosti je njegova glavna funkcija mehanske odpornosti na celične spremembe. Obilno jih najdemo v tipih celic, ki doživljajo stalen mehanski stres; na primer v živčnih, epitelijskih in mišičnih celicah.

Za razliko od drugih dveh komponent citoskeleta se vmesni filamenti ne morejo sestaviti in razstaviti na svojih polarnih koncih.

So toge strukture (da bi lahko izpolnile svojo funkcijo: podpora celic in mehanski odziv na stres), sestavljanje filamentov pa je postopek, odvisen od fosforilacije.

Vmesni filamenti tvorijo strukture, imenovane desmosomi. Skupaj z vrsto beljakovin (kadherinov) nastajajo ti kompleksi, ki tvorijo stičišča med celicami.

Mikrotubule

Mikrotubuli so votli elementi. So največji filamenti, ki sestavljajo citoskelet. Premer mikrotubul v njegovem notranjem delu je približno 25 nm. Dolžina je precej spremenljiva, v območju od 200 nm do 25 µm.

Ti nitki so nepogrešljivi v vseh evkariontskih celicah. Izhajajo (ali se rodijo) iz majhnih struktur, imenovanih centrosomi, od tam pa se razprostirajo do robov celice v nasprotju z vmesnimi nitkami, ki se razprostirajo po celičnem okolju.

Mikrotubuli so sestavljeni iz beljakovin, imenovanih tubulini. Tubulin je dimer, ki ga sestavljata dve podenoti: α-tubulin in β-tubulin. Ta dva monomera sta združena z nekovalentnimi vezmi.

Ena njegovih najpomembnejših lastnosti je sposobnost rasti in krajšanja, saj so precej dinamične strukture, kot v aktinskih nitkah.

Dva konca mikrotubul se lahko razlikujeta drug od drugega. Zaradi tega pravijo, da je v teh nitkah "polarnost". Na vsaki skrajnosti - imenovani plus p pozitivni in minus ali negativni - pride do procesa samo sestavljanja.

Ta postopek sestavljanja in razgradnje nitke povzroči pojav "dinamične nestabilnosti".

Funkcija mikrotubule

Mikrotubuli lahko tvorijo zelo raznolike strukture. Sodelujejo v procesih delitve celic, tvorijo mitotsko vreteno. Ta postopek pomaga, da ima vsaka hčerinska celica enako število kromosomov.

Prav tako tvorijo bičkaste priloge, ki se uporabljajo za mobilnost celic, kot so cilija in flagele.

Mikrotubuli služijo kot poti ali "avtoceste", po katerih se premikajo različni proteini, ki imajo transportne funkcije. Te beljakovine razvrščamo v dve družini: kinezine in dinineine. V celici lahko prevozijo dolge razdalje. Transport na kratkih razdaljah se običajno izvaja na aktinu.

Ti proteini so "pešci" cest mikrotubul. Njeno gibanje zelo spominja na sprehod po mikrotubuli.

Prevoz vključuje gibanje različnih vrst elementov ali izdelkov, kot so vezikli. V živčnih celicah je ta postopek dobro znan, ker se nevrotransmiterji sproščajo v veziklih.

Mikrotubuli sodelujejo tudi pri mobilizaciji organelov. Zlasti Golgijev aparat in endosplazemski retikulum sta odvisna od tega, da ti filamenti zavzamejo pravilno pozicijo. Če mikrotubul (v poskusno mutiranih celicah) ni, ti organeli opazno spremenijo svoj položaj.

Druge posledice citoskeleta

V bakterijah

V prejšnjih razdelkih je bil opisan citoskelet evkariotov. Prokarioti imajo tudi podobno strukturo in imajo komponente, analogne trem vlaknom, ki sestavljajo tradicionalni citoskelet. Temu nitkam je dodana ena izmed lastnih bakterij: skupina MinD-ParA.

Funkcije citoskeleta v bakterijah so precej podobne funkcijam, ki jih izpolnjujejo pri evkariontih: podpora, delitev celic, med drugim vzdrževanje oblike celic.

Pri raku

Klinično so bile komponente citoskeleta povezane z rakom. Ker posegajo v procese delitve, jih štejemo za "tarče", da bi razumeli in napadli nenadzorovan razvoj celic.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Bistvena celična biologija. Garland Science.
2. Fletcher, DA, in Mullins, RD (2010). Celična mehanika in citoskelet. Narava, 463 (7280), 485–492.
3. Hall, A. (2009). Citoskelet in rak. Ocene raka in metastaz, 28 (1–2), 5–14.
4. Moseley, JB (2013). Razširjen pogled na evkariontski citoskelet. Molekularna biologija celice, 24 (11), 1615–1618.
5. Müller-Esterl, W. (2008). Biokemija. Osnove medicine in življenjskih ved. Sem obrnil.
6. Shih, YL in Rothfield, L. (2006). Bakterijski citoskelet. Recenzije mikrobiologije in molekularne biologije, 70 (3), 729–754.
7. Silverthorn Dee, U. (2008). Človeška fiziologija, celostni pristop. Vseameriški medicinski. 4. izdaja. Bs As.
8. Svitkina, T. (2009). Slikanje komponent citoskeleta z elektronsko mikroskopijo. V metodah in protokolih citoskeleta (str. 187–06). Humana Press.