Innhold
- Hvorfor trenger celler en cytoskelett?
- Cytoskeletfordeler for celler
- Hvilke komponenter utgjør cytoskelettet
- Størrelse er viktig
- Rollen til mikrotubuli i cytoskjelettet
- Mikrotubuli og bevegelse i cellen
- Mikrotubuli og cellebevegelse
- Rollen av mellomliggende filamenter i cytoskelettet
- Mellomfilamenter og organellforankring
- Rollen til mikrofilamenter i cytoskelettet
- Anslag på mikrofilament
Du vet sannsynligvis allerede hvilken rolle ditt eget skjelett spiller i livet ditt; det gir kroppen din struktur og hjelper deg å bevege deg.
Uten det ville du vært mer som en menneskelig klatt enn en bevegende, fungerende person. Som navnet antyder tjener cytoskjelettet et veldig likt formål i prokaryotisk og eukaryote celler.
Har du noen gang lurt på hva som får celler til å se seg rundt og forhindrer dem i å kollapse i slimete glober? Eller hvordan de mange organellene inne i cellen organiserer seg og beveger seg rundt i cellen, eller hvordan selve cellen reiser? Celler er avhengige av et cytoskjelett for alle disse funksjonene.
Den viktige strukturelle enheten til cytoskjelettet er virkelig et nettverk av proteinfibre i cytoplasma som gir cellen sin form og gjør at den kan utføre viktige funksjoner, for eksempel cellebevegelse.
Les mer om de andre cellene organeller og funksjoner.
Hvorfor trenger celler en cytoskelett?
Mens noen mennesker kan forestille seg celler som ustrukturerte, avslører kraftige mikroskop som brukes i cellebiologi at celler er veldig organiserte.
En hovedkomponent er viktig for å opprettholde denne formen og organisasjonsnivået: cytoskjelettet av cellen. Proteinfilamentene som utgjør cytoskjelettet, danner et nettverk av fibre gjennom cellen.
Dette nettverket gir strukturell støtte til plasmamembranen, hjelper til med å stabilisere organellene i sine rette posisjoner og gjør det mulig for cellen å blande innholdet rundt etter behov. For noen celletyper gjør cytoskelettet til og med det mulig for cellen å bevege seg og ferdes ved hjelp av spesialiserte strukturer.
Disse dannes fra proteinfilamentene når det er nødvendig for celleflytning.
Tjenesten cytoskjelettet gir for å forme cellen gir mye mening. På samme måte som det menneskelige skjelettet, skaper cytoskjelettproteinetettverket strukturell støtte som er avgjørende for å opprettholde cellenes integritet og for å forhindre at den faller sammen i naboene.
For celler med veldig flytende membraner er nettverket av proteiner som utgjør cytoskjelettet spesielt viktig for å holde celleinnholdet inne i cellen.
Dette kalles membranintegritet.
Cytoskeletfordeler for celler
Noen høyt spesialiserte celler er også avhengige av cytoskjelettet for strukturell støtte.
For å opprettholde cellens unike form gjør det mulig for disse cellene å fungere ordentlig. Disse inkluderer nevroner, eller hjerneceller, som har runde cellekropper, forgrenede armer kalt dendritter og utstrakte haler.
Denne karakteristiske celleformen gjør det mulig for nevroner å fange signaler ved å bruke sine dendrite-armer og føre disse signalene gjennom deres aksonhaler og inn i de ventende dendrittene til en nabobygd hjernecelle. Slik kommuniserer hjerneceller med hverandre.
Det er også fornuftig at celler drar nytte av organisasjonen som cytoskjelettens proteinfibernettverk gir dem. Det er over 200 typer celler i menneskekroppen og totalt 30 billioner celler i hvert menneske på planeten.
Organellene i alle disse cellene må utføre et bredt utvalg av celleprosesser, som å bygge og bryte ned biomolekyler, frigjøre energi for kroppen til å bruke og utføre en rekke kjemiske reaksjoner som gjør livet mulig.
For at disse funksjonene skal fungere bra på et helt organismenivå, trenger hver celle en lignende struktur og måte å gjøre ting på.
Hvilke komponenter utgjør cytoskelettet
For å utføre de viktige rollene, er cytoskeletten avhengig av tre forskjellige filamenttyper:
Disse fibrene er alle så uendelig små at de er helt usynlige for det blotte øye. Forskere oppdaget dem først etter oppfinnelsen av elektronmikroskop førte det indre av cellen til syne.
For å visualisere hvor små disse proteinfibrene er, er det nyttig å forstå konseptet med nanometer, som noen ganger er skrevet som nm. Nanometre er måleenheter akkurat som en tomme er en måleenhet.
Du har kanskje gjettet fra rotordet måler at nanometerenheten tilhører det metriske systemet, akkurat som en centimeter.
Størrelse er viktig
Forskere bruker nanometer for å måle ekstremt små ting, for eksempel atomer og lysbølger.
Dette er fordi en nanometer tilsvarer en milliarddel meter. Dette betyr at hvis du tok en meter målepinne, som er omtrent 3 meter lang når du konverteres til det amerikanske målesystemet, og bryter den i en milliard like store deler, vil en enkelt brikke være lik en nanometer.
Tenk deg at du kan klippe proteinfilamentene som utgjør cellens cytoskelett og måle diameter på tvers av det kuttede ansiktet.
Hver fiber ville måle mellom 3 og 25 nanometer i diameter, avhengig av glødetypen. For con er et menneskehår 75.000 nanometer i diameter. Som du kan se, er trådene som utgjør cytoskjelettet utrolig små.
mikrotubuli er den største av de tre fibrene i cytoskjelettet, og åpner seg med en diameter på 20 til 25 nanometer. Mellomtråd er cellene i mellomstore fibre og måler omtrent 10 nanometer i diameter.
De minste proteinfilamentene som finnes i cytoskjelettet er microfilaments. Disse trådlignende fibrene måler bare 3 til 6 nanometer i diameter.
I virkelige termer er det så mye som 25 000 ganger mindre enn diameteren til et gjennomsnittlig menneskehår.
••• SciencingRollen til mikrotubuli i cytoskjelettet
Mikrotubuli får navnet sitt fra både sin generelle form og den type protein de inneholder. De er rørlignende og er dannet av repeterende enheter av alfa- og beta-tubulin protein polymerene koble sammen.
Les mer om hovedfunksjonen til mikrotubuli i celler.
Hvis du skulle se mikrotubulære filamenter under et elektronmikroskop, ville de sett ut som kjeder av små proteiner som var vridd sammen til et tett spiralgitter.
Hver proteinenhet binder seg til alle enhetene rundt seg og gir en veldig sterk, veldig stiv struktur. Faktisk er mikrotubuli den mest stive strukturelle komponenten du kan finne i dyreceller, som ikke har cellevegger slik planteceller gjør.
Men mikrotubuli er ikke bare stive. De motstår også kompresjon og vridningskrefter. Denne kvaliteten øker mikrotubulens evne til å opprettholde cellens form og integritet, selv under trykk.
Mikrotubuli gir også cellen polaritet, som betyr at cellen har to unike sider, eller poler. Denne polariteten er en del av det som gjør det mulig for cellen å organisere komponentene, for eksempel organeller og andre deler av cytoskjelettet, fordi den gir cellen en måte å orientere komponentene på i forhold til polene.
Mikrotubuli og bevegelse i cellen
Mikrotubuli støtter også bevegelse av celleinnhold i cellen.
Mikrotubule filamentene danner spor, som fungerer som jernbanespor eller motorveier i cellen. Vesikkeltransportører følg disse sporene for å flytte cellelast rundt i cytoplasma. Disse sporene er avgjørende for å fjerne uønsket celleinnhold som feilfoldede proteiner, gamle eller ødelagte organeller og patogeninntrengere, for eksempel bakterier og virus.
Vesikkeltransportører følger ganske enkelt riktig mikrotubulespor for å flytte denne lasten til cellens resirkuleringssentral, the lysosome. Der berger og gjenbruk lysosomet noen deler og ødelegger andre deler.
Sporsystemet hjelper også cellen med å flytte nybygde biomolekyler, som proteiner og lipider, ut av produksjonsorganellene og til de stedene cellen trenger molekylene.
For eksempel bruker vesikkeltransportere mikrotubulespor for å flytte cellemembranproteiner fra organellene til cellemembranen.
Mikrotubuli og cellebevegelse
Bare noen celler kan bruke celleflytning å reise, og de som generelt er avhengige av spesialiserte motoriske strukturer laget av mikrotubulusfibre.
Sædcellen er sannsynligvis den enkleste måten å visualisere disse omreisende cellene.
Som kjent ser sædceller litt ut som rumpetroll med lange haler, eller flag, som de pisker for å svømme til bestemmelsesstedet og befrukte en eggcelle. Sædhalten er laget av tubulin og er et eksempel på et mikrotubulusfilament brukt til celleflytning.
En annen kjent motil struktur spiller også en rolle i reproduksjon er cilia. Disse hårlignende bevegelige strukturer linjer egglederne og bruker en bølgende bevegelse for å bevege egget gjennom egglederen og inn i livmoren. Disse flimmerhårene er mikrotubulusfibre.
Rollen av mellomliggende filamenter i cytoskelettet
Mellomfilamenter er den andre fibertypen som finnes i cytoskjelettet. Du kan se på disse som det sanne skjelettet til cellen, siden deres eneste rolle er strukturell støtte. Disse proteinfibrene inneholder keratin, som er et vanlig protein du kanskje kjenner igjen fra kroppspleieprodukter.
Dette proteinet utgjør menneskehår og negler, så vel som det øverste laget av huden. Det er også proteinet som danner horn, klør og høve fra andre dyr. Keratin er veldig sterk og nyttig for å beskytte mot skade.
Mellomfilamenternes viktigste rolle er dannelsen av matrisen av strukturelle proteiner under cellemembran. Dette er som et støttende nett som gir struktur og form til cellen. Det gir også en viss elastisitet til cellen, slik at den kan reagere fleksibelt under stress.
Mellomfilamenter og organellforankring
En av de viktige jobbene som utføres av mellomfilamenter er å hjelpe til med å holde organeller på de rette stedene i cellen. For eksempel forankrer mellomliggende filamenter kjernen på sin rette plass i cellen.
Denne forankringen er avgjørende for celleprosesser fordi de forskjellige organellene inne i en celle må samarbeide for å utføre disse cellefunksjonene. I tilfelle av cellekjernen, å knytte denne viktige organellen til cytoskelettmatrisen, betyr at organellene som er avhengige av DNA-instruksjoner fra kjernen til å gjøre sine jobber, lett kan få tilgang til denne informasjonen ved hjelp av budbringere og transportører.
Denne viktige oppgaven kan være umulig hvis kjernen ikke var forankret fordi disse budbringere og transportører ville trenge å reise rundt og lete gjennom cytoplasmaet etter en vandrende kjerne!
Rollen til mikrofilamenter i cytoskelettet
Mikrofilamenter, også kalt aktinfilamenter, er kjeder av aktinproteiner vridd inn i en spiralstang. Dette proteinet er mest kjent for sin rolle i muskelceller. Der jobber de med et annet protein som heter myosin for å muliggjøre muskelsammentrekning.
Når det gjelder cytoskjelettet, er ikke mikrofilamenter bare de minste fibrene. De er også de mest dynamiske. Som alle cytoskjelettfibre, gir mikrofilamenter cellen strukturell støtte. På grunn av sine unike egenskaper, har mikrofilamenter en tendens til å dukke opp i kantene av cellen.
Den dynamiske naturen til aktinfilamenter betyr at disse proteinfibrene raskt kan endre lengder for å imøtekomme cellens skiftende strukturelle behov. Dette gjør det mulig for cellen å endre sin form eller størrelse eller til og med form spesielle anslag som strekker seg utenfor cellen, for eksempel filopodia, lamellipodia og microvilli.
Anslag på mikrofilament
Du kan se for deg filopodia som følere av at en celle projiserer for å føle omgivelsene rundt seg, plukke opp kjemiske ledetråder og til og med endre cellens retning, hvis den beveger seg. Forskere kaller også noen ganger filopodia microspikes.
Filopodia kan inngå i en annen type spesiell projeksjon, lamellipodia. Dette er en fotlignende struktur som hjelper cellen å bevege seg og reise.
microvilli er som bittesmå hår eller fingre som brukes av cellen under diffusjon. Formen på disse fremspringene øker overflaten, slik at det er mer plass for molekyler å bevege seg over membranen gjennom prosesser som absorpsjon.
Disse fingrene utfører også en fascinerende funksjon som heter cytoplasma streaming.
Dette skjer når aktinfilamentene kamrer gjennom cytoplasmaen for å holde den i bevegelse. Streaming av cytoplasma øker spredning og hjelper med å flytte ønsket materiale, som næringsstoffer, og uønskede materialer, som avfall og cellevfall, rundt i cellen.