Цитоскелет: характеристики, функции, структура и компоненти

Цитоскелетът е клетъчна структура, съставена от нишки. Той е разпръснат през цитоплазмата и неговата функция е главно подкрепа, за да се поддържа архитектурата и клетъчната форма. Структурно тя е съставена от три вида влакна, класифицирани по размер.

Това са актиновите влакна, междинните нишки и микротубулите. Всеки от тях предоставя специфична собственост на мрежата. Клетъчният интериор е среда, в която се извършва изместване и транзит на материали. Цитоскелетът медиира тези вътреклетъчни движения.

Например, органелите - като митохондриите или апарата на Голджи - са статични в клетъчната среда; те се движат като използват цитоскелета като пътека.

Въпреки че цитоскелетът ясно преобладава в еукариотните организми, аналогична структура е докладвана при прокариоти.

Общи характеристики

Цитоскелетът е изключително динамична структура, която представлява "молекулярно скеле". Трите вида влакна, които го съставляват, са повтарящи се единици, които могат да образуват много различни структури, в зависимост от начина, по който тези фундаментални единици са комбинирани.

Ако искаме да създадем аналогия с човешкия скелет, цитоскелетът е еквивалентен на костната система и в допълнение към мускулната система.

Въпреки това, те не са идентични с костите, тъй като компонентите могат да бъдат сглобени и дезинтегрирани, което позволява промяна на формата и дава пластичност на клетката. Компонентите на цитоскелета не са разтворими в детергентите.

функции

форма

Както подсказва името, "интуитивната" функция на цитоскелета е да осигури стабилност и форма на клетката. Когато нишките се комбинират в тази сложна мрежа, тя дава на клетката свойството да се съпротивлява на деформацията.

Без тази структура клетката няма да може да поддържа определена форма. Въпреки това, това е динамична структура (противно на човешкия скелет), която дава на клетките свойството да променя формата си.

Движения и клетъчни връзки

Много от клетъчните компоненти са свързани с тази мрежа от влакна, разпръснати в цитоплазмата, допринасяйки за пространственото им разположение.

Клетката не прилича на бульон с различни плаващи плавници; нито е статичен обект. Напротив, това е матрица, организирана с органели, разположени в специфични зони, и този процес се осъществява благодарение на цитоскелета.

Цитоскелетът участва в движението. Това се случва благодарение на моторните протеини. Тези два елемента комбинират и позволяват премествания в клетката.

Той също така участва в процеса на фагоцитоза (процес, при който една клетка улавя частица от външната среда, която може или не може да бъде храна).

Цитоскелетът позволява да се свърже клетката с външната среда, физически и биохимично. Тази роля на съединителя е това, което позволява образуването на тъкани и клетъчни връзки.

Структура и компоненти

Цитоскелетът се състои от три различни типа нишки: актин, междинни нишки и микротубули.

Понастоящем е предложен нов кандидат като четвърта верига на цитоскелета: септина. По-долу подробно се описва всяка от тези части:

Актинови влакна

Актиновите влакна имат диаметър 7 nm. Те са известни и като микрофиламенти. Мономерите, съставляващи влакната, са частици с форма на балон.

Въпреки че те са линейни структури, те нямат "бар" форма: те се въртят по оста и приличат на витло. Те са свързани с редица специфични протеини, които регулират тяхното поведение (организация, местоположение, дължина). Има повече от 150 протеини, способни да взаимодействат с актина.

Крайностите могат да бъдат диференцирани; единият се нарича плюс (+), а другият минус (-). Чрез тези крайности спиралата може да расте или да бъде съкратена. Полимеризацията е забележимо по-бърза в най-екстремни условия; за да се получи полимеризация, се изисква АТР.

Актинът може също да бъде мономер и да бъде свободен в цитозола. Тези мономери са свързани с протеини, които предотвратяват тяхната полимеризация.

Функции на актиновите нишки

Актиновите влакна имат роля, свързана с клетъчното движение. Те позволяват различни видове клетки, едноклетъчни и многоклетъчни (например клетките на имунната система), да се движат в тяхната среда.

Актинът е добре известен с ролята си в мускулната контракция. Заедно с миозин те се групират в саркомери. И двете структури правят възможно това ATP-зависимо движение.

Междинни влакна

Приблизителният диаметър на тези нишки е 10 μm; оттук и името "междинен". Неговият диаметър е междинен по отношение на другите два компонента на цитоскелета.

Всяка нишка е структурирана, както следва: глава с форма на балон в N-терминала и опашка с подобна форма при крайния въглен. Тези краища са свързани помежду си чрез линейна структура, образувана от алфа спирали.

Тези "въжета" имат кълбовидни глави, които имат свойството да се навиват с други междинни нишки, създавайки по-дебели преплетени елементи.

Междинните нишки са разположени в клетъчната цитоплазма. Те се простират до мембраната и често са прикрепени към нея. Тези влакна също се намират в ядрото, образувайки структура, наречена "ядрена ламина".

Тази група се класифицира в междинни подгрупи нишки:

- Кератинови влакна.

- нишки от виментин.

- Неврофиламенти.

- Ядрени плочи.

Функция на междинните нишки

Те са изключително здрави и устойчиви елементи. Всъщност, ако ги сравним с другите две нишки (актин и микротубули), междинните влакна получават стабилност.

Благодарение на това свойство основната му функция е механична, устойчива на клетъчни промени. Те се намират в изобилие в клетъчни видове, които претърпяват постоянен механичен стрес; например, в нервни, епителни и мускулни клетки.

За разлика от другите два компонента на цитоскелета, междинните нишки не могат да бъдат сглобени и разположени в техните полярни краища.

Те са твърди структури (за да могат да изпълняват функцията си: клетъчна поддръжка и механична реакция на стрес), а сглобяването на нишките е процес, зависим от фосфорилирането.

Междинните нишки образуват структури, наречени десмозоми. Заедно с поредица от протеини (кадхерини), тези комплекси се създават, които образуват връзките между клетките.

микротубулите

Микротубулите са кухи елементи. Това са най-големите нишки, които образуват цитоскелета. Диаметърът на микротубулите във вътрешната му част е около 25 nm. Дължината е доста променлива, в диапазона от 200 nm до 25 μm.

Тези нишки са незаменими във всички еукариотни клетки. Те се появяват (или се раждат) от малки структури, наречени центрозоми, и от там те се разпростират до краищата на клетката, за разлика от междинните нишки, които се простират в клетъчната среда.

Микротубулите са съставени от протеини, наречени тубулини. Тубулин е димер, образуван от две субединици: а-тубулин и β-тубулин. Тези два мономера са свързани с нековалентни връзки.

Една от най-важните му характеристики е способността да расте и да се скъсява, тъй като е доста динамична структура, както в актиновите влакна.

Двата края на микротубулите могат да бъдат диференцирани един от друг. Затова се казва, че в тези нишки има "полярност". На всеки край се нарича по-положителен и по-малък или отрицателен процес на самостоятелно сглобяване.

Този процес на сглобяване и разграждане на нишката води до явление "динамична нестабилност".

Функция на микротубулите

Микротубулите могат да образуват много различни структури. Те участват в процесите на клетъчно делене, образувайки митотичното вретено. Този процес помага на всяка дъщерна клетка да има равен брой хромозоми.

Те също така образуват подобни на камшици придатъци, използвани за клетъчна мобилност, като реснички и флагела.

Микротубулите служат като пътеки или "пътища", в които се движат различни протеини, които имат транспортна функция. Тези протеини се класифицират в две семейства: кинезини и диенини. Те могат да пътуват на дълги разстояния в клетката. Транспортирането на къси разстояния обикновено се извършва върху актин.

Тези протеини са "пешеходците" на пътищата, образувани от микротубули. Движението му е много подобно на разходка по микротубулата.

Транспортът включва движение на различни видове елементи или продукти, като например везикули. В нервните клетки този процес е добре известен, защото невротрансмитерите се освобождават във везикулите.

Микротубулите също участват в мобилизирането на органелите. Особено апаратът на Голджи и ендоплазмичният ретикулум зависят от тези влакна, за да заемат правилното им положение. В отсъствието на микротубули (в експериментално мутирали клетки), тези органели променят позицията си забележително.

Други последствия от цитоскелета

При бактериите

В предишните раздели е описан цитоскелетът на еукариотите. Прокариотите също имат подобна структура и имат компоненти, аналогични на трите влакна, които съставляват традиционния цитоскелет. Към тези влакна се добавя и собствената му принадлежност към бактериите: групата MinD-ParA.

Функциите на цитоскелета в бактериите са доста сходни с функциите, които изпълняват при еукариотите: подкрепа, клетъчно делене, поддържане на клетъчната форма, наред с други.

При рак

Клинично, компонентите на цитоскелета са свързани с рак. Тъй като те се намесват в процесите на разделение, те се считат за "цели", за да могат да разбират и атакуват неконтролирано развитие на клетките.