ЦИТОСКЕЛЕТ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ И СТРУКТУРА - БИОЛОГИЯ - 2025

В цитоскелет е клетъчна структура, съставена от нишки. Разпръснат е по цялата цитоплазма и нейната функция е главно поддържаща, за да поддържа архитектурата и формата на клетките. В структурно отношение той е съставен от три вида влакна, класифицирани според размера им.

Това са актинови влакна, междинни нишки и микротрубове. Всеки от тях предоставя конкретна собственост на мрежата. Вътрешността на клетката е среда, в която се извършва изместване и транзит на материали. Цитоскелетът медиира тези вътреклетъчни движения.

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

Въпреки че цитоскелетът ясно преобладава в еукариотните организми, е съобщена аналогична структура при прокариотите.

Основни характеристики

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

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

Те обаче не са идентични с костите, тъй като компонентите могат да бъдат сглобени и разпаднати, което позволява промяна на формата и придава на клетката пластичност. Компонентите на цитоскелета не са разтворими в детергенти.

Характеристика

форма

Както подсказва името му, „интуитивната“ функция на цитоскелета е да осигурява стабилност и форма на клетката. Когато нишките се комбинират в тази сложна мрежа, тя дава на клетката свойството да се съпротивлява на деформация.

Без тази структура клетката не би била в състояние да поддържа конкретна форма. Въпреки това, динамичната структура (противно на човешкия скелет) дава на клетките свойството да променят формата си.

Движение на клетката и кръстовища

Много от клетъчните компоненти са прикрепени към тази мрежа от влакна, разпръснати в цитоплазмата, допринасяйки за тяхното пространствено разположение.

Клетка не прилича на супа с различни елементи, плаващи отдолу; нито е статично образувание. По-скоро това е организирана матрица с органели, разположени в специфични области, и този процес се осъществява благодарение на цитоскелета.

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

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

Цитоскелетът позволява на клетката да се свързва с външната си 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 микротрубове.

В момента се предлага нов кандидат като четвърта верига на цитоскелета: септин. Всяка от тези части е описана подробно по-долу:

Актинови нишки

Актиновите нишки имат диаметър 7 nm. Известни са също като микрофиламенти. Мономерите, които изграждат нишките, са частици с форма на балон.

Макар да са линейни структури, те не са оформени като „лента“: въртят се по оста си и приличат на спирала. Те са прикрепени към поредица от специфични протеини, които регулират поведението им (организация, местоположение, дължина). Има повече от 150 протеина, способни да взаимодействат с актина.

Крайностите могат да бъдат диференцирани; единият се нарича плюс (+), а другият минус (-). В тези краища нишката може да расте или да се съкрати. Полимеризацията е забележимо по-бърза в плюс края; За да настъпи полимеризация, е необходим ATP.

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

Функции на актиновите нишки

Актиновите нишки имат роля, свързана с движението на клетките. Те позволяват на различни видове клетки, както едноклетъчни, така и многоклетъчни организми (пример са клетките на имунната система), да се движат в техните среди.

Актинът е добре известен с ролята си в свиването на мускулите. Заедно с миозина те се групират в саркомери. И двете структури правят възможно такова движение на ATP.

Междинни нишки

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

Всеки нишка е структуриран по следния начин: глава с форма на балон на N терминал и опашка с подобна форма на въглеродния терминал. Тези краища са свързани помежду си с линейна структура, изградена от алфа спирали.

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

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

Тази група се класифицира от своя страна в подгрупи от междинни нишки:

- Кератинови нишки.

- Виментинови нишки.

- Неврофиламенти.

- Ядрени листове.

Роля на междинните нишки

Те са изключително силни и устойчиви елементи. В действителност, ако ги сравним с другите две нишки (актин и микротрубки), междинните нишки придобиват стабилност.

Благодарение на това свойство основната му функция е механична, устойчива на клетъчните промени. Те се срещат изобилно в типове клетки, които изпитват постоянно механично натоварване; например в нервните, епителните и мускулните клетки.

За разлика от другите два компонента на цитоскелета, междинните нишки не могат да се съберат и да се разпадат в полярните си краища.

Те са твърди структури (за да могат да изпълняват функцията си: поддържане на клетките 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) се създават тези комплекси, които образуват кръстовищата между клетките.

микротубулите

Микротубулите са кухи елементи. Те са най-големите нишки, които съставят 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 възникват (или се раждат) от малки структури, наречени центрозоми, а оттам се простират до краищата на клетката, за разлика от междинните нишки, които се простират в цялата клетъчна среда.

Микротубулите са изградени от протеини, наречени тубулини. Тубулинът е димер, съставен от две субединици: α-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, като е доста динамична структура, както при актиновите нишки.

Двата края на микротубулите могат да бъдат разграничени един от друг. Поради тази причина се казва, че в тези нишки има "полярност". Във всяка от крайностите - наречена плюс p положителна и минус или отрицателна - протича процесът на самосглобяване.

Този процес на сглобяване и разграждане на нишката поражда феномен на "динамична нестабилност".

Функция на микротрубочки

Микротубулите могат да образуват много разнообразни 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 образуват придатъци, подобни на камшик, използвани за клетъчна подвижност, като реснички и жлези.

Микротубулите служат като пътища или "магистрали", по които се движат различни протеини, които имат транспортни функции. Тези протеини са класифицирани в две фамилии: кинезини и динин. Те могат да изминават дълги разстояния в рамките на клетката. Транспортирането на къси разстояния обикновено се извършва на актин.

Тези протеини са "пешеходците" на микротрубовите пътища. Движението му много прилича на разходка по микротрубката.

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

Микротубулите също участват в мобилизацията на органели. По-специално апаратът на Голджи и ендоплазматичният ретикулум зависят от тези нишки, за да заемат правилното си положение. При липса на микротубули (в експериментално мутирали клетки) тези органели забележимо променят позицията си.

Други последици от цитоскелета

В бактериите

В предишните раздели е описан цитоскелетът на еукариоти. Прокариотите също притежават подобна структура и имат компоненти, аналогични на трите влакна, съставляващи традиционния цитоскелет. Към тези нишки се добавя и една от собствените му принадлежности към бактериите: групата MinD-ParA.

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

При рак

Клинично компонентите на цитоскелета са свързани с рак. Тъй като се намесват в процесите на делене, те се считат за „мишени“, за да разберат и атакуват неконтролираното развитие на клетките.

Препратки

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Съществена клетъчна биология. Garland Science.
2. Fletcher, DA, & Mullins, RD (2010). Клетъчна механика и цитоскелет. Природа, 463 (7280), 485-492.
3. Хол, А. (2009). Цитоскелетът и ракът. Отзиви за рак и метастази, 28 (1–2), 5–14.
4. Moseley, JB (2013). Разширен изглед на еукариотичния цитоскелет. Молекулярна биология на клетката, 24 (11), 1615–1618.
5. Müller-Esterl, W. (2008). Биохимия. Основи за медицината и науките за живота. Обърнах се.
6. Shih, YL и Rothfield, L. (2006). Бактериалният цитоскелет. Рецензии за микробиология и молекулярна биология, 70 (3), 729–754.
7. Silverthorn Dee, U. (2008). Човешката физиология, интегриран подход. Панамерикански медицински. 4-то издание. Bs As.
8. Свиткина, Т. (2009). Представяне на компоненти на цитоскелета чрез електронна микроскопия. В методите и протоколите на цитоскелета (стр. 187–06). Humana Press.