If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Cytoszkielet

Cytoszkielet. Mikrotubule, mikrofilamenty (filamenty aktynowe) i filamenty pośrednie. Centriole, centrosomy, wici i rzęski. Tłumaczenie na język polski zrealizowane przez Fundację Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji „HASCO-LEK".

Wprowadzenie

Co by się stało, gdyby ktoś za pomocą magicznej różdżki sprawił, że twój szkielet, rusztowanie twojego ciała, nagle by zniknął? Z całą pewnością, utrata szkieletu spowodowałaby, że twój organizm straciłby swoją budowę. Twój zewnętrzny kształt zmieniłby się, niektóre wewnętrzne organy mogłyby zacząć wycofywać się ze swojego miejsca, prawdopodobnie trudno byłoby poruszać się, chodzić czy mówić.
Co ciekawe, to sama sytuacja dotyczy także komórki. Często myślimy o komórkach jak o delikatnych, pozbawionych struktur kulkach. W rzeczywistości jednak są one wysoce zorganizowane w taki sam sposób, jak nasze własne ciała. Posiadają one sieć włókienek zwanych cytoszkieletem (dosłownie "szkieletem komórkowym"), które nie tylko podtrzymują błonę komórkową i nadają komórce całościowy kształt, ale także pomagają jej we właściwym ustawieniu organelli, dostarczają ścieżek do transportu pęcherzyków i (w wielu typach komórek) umożliwiają przemieszczanie komórki.
W cytoszkielecie eukariota wyróżniamy trzy rodzaje włókien białkowych: mikrofilamenty, filamenty pośrednie i mikrotubule. W tym artykule zajmiemy się każdym z rodzajów włókien, a także niektórymi z wyspecjalizowanych struktur związanych z cytoszkieletem.

Mikrofilamenty

Spośród trzech rodzajów włókien białkowych w cytoszkielecie, mikrofilamenty są najmniejsze. Mają średnicę około 7 nm i składają się z wielu powiązanych monomerów białka o nazwie aktyna, połączonych w strukturę, która przypomina podwójną helisę. Ponieważ są one wytwarzane z monomerów aktynowych, mikrofilamenty znane są również jako filamenty aktynowe. Filamenty aktynowe są ukierunkowane, co oznacza, że ​​mają one dwa różniące się strukturą końce.
Filament aktynowy, struktura podwójnej helisy, zbudowana z monomerów aktynowych (podjednostek).
Obraz zmodyfikowany z OpenStax Biology.
Filamenty aktynowe pełnią wiele ważnych funkcji w komórce. Po pierwsze, służą one jako ścieżki do przemieszczania się białka motorycznego o nazwie miozyna, które również może tworzyć filamenty. Ze względu na relację z miozyną, aktyna jest zaangażowana w wiele zdarzeń komórkowych wymagających ruchu.
Na przykład, w przypadku podziału komórki zwierzęcej, pierścień zbudowany z aktyny i miozyny dzieli komórkę w celu wytworzenia dwóch nowych komórek potomnych. Aktyna i miozyna są obecne w dużej ilości w komórkach mięśniowych, gdzie tworzą zorganizowane struktury nakładających się filamentów zwanych sarkomerami. Kiedy aktynowe i miozynowe filamenty sarkomeru przesuwają się względem siebie, twoje mięśnie się kurczą.
Filamenty aktynowe mogą również służyć jako szlaki wewnątrz komórki do transportu ładunków, w tym pęcherzyków zawierających białko, a nawet organelli. Te ładunki są przewożone przez pojedyncze silniki miozynowe, które "chodzą" wzdłuż wiązek filamentów aktynowychstart superscript, 1, end superscript.
Filamenty aktynowe mogą się szybko składać i rozkładać, co pozwala im na pełnienie ważnej roli w motoryce komórki (przemieszczaniu się), na przykład pełzaniu białej krwinki w twoim układzie odpornościowym.
Ostatecznie, filamenty aktynowe odgrywają kluczową rolę strukturalną w komórce. U większości komórek zwierzęcych, sieć filamentów aktynowych znajduje się w cytoplazmie w obrębie brzegów komórki. Ta sieć, połączona z błoną komórkową przez specjalne białka łączące, nadaje kształt i strukturę komórcestart superscript, 2, comma, 3, end superscript.

Filamenty pośrednie

Filamenty pośrednie są rodzajem komponentu cytoszkieletu składającego się z wielu pasm białek włókienkowych zwiniętych razem. Jak sugeruje ich nazwa, średnica filamentów pośrednich wynosi średnio od 8 do 10 nm, co plasuje je pomiędzy mikrofilamentami a mikrotubulami (omówione poniżej).
Filamenty pośrednie w komórce, tworzące sieci, które utrzymują jądro i inne organella w miejscu.
Image credit: "The cytoplasm and cellular organelles," by OpenStax College (CC BY 3.0).
Filamenty pośrednie występują w wielu różnych odmianach, każda zaś zbudowana jest z innego rodzaju białka. Jednym z białek, które tworzy filamenty pośrednie, jest keratyna, białko włókniste występujące we włosach, paznokciach i skórze. Zapewne widziałeś reklamy szamponów wygładzających strukturę włosa, zawierających keratynę.
W przeciwieństwie do filamentów aktynowych, które mogą składać się i rozkładać w bardzo krótkim czasie, filamenty pośrednie są trwalsze i odgrywają istotną rolę strukturalną w komórce. Są wyspecjalizowane w utrzymywaniu napięcia, a ich zadania obejmują zachowanie kształtu komórki i zakotwiczenie jądra i innych organelli w miejscu.

Mikrotubule

Pomimo "mikro" w ich nazwie mikrotubule są największymi spośród trzech rodzajów włókien cytoszkieletowych, o średnicy około 25 nm. Mikrotubula składa się z białek tubuliny rozmieszczonych w celu utworzenia pustej, rurki, wyglądającej jak słomka, a każde białko tubuliny składa się z dwóch podjednostek, α-tubuliny i β-tubuliny.
Mikrotubule, tak jak filamenty aktynowe, są strukturami dynamicznymi: mogą rosnąć i kurczyć się szybko przez dodanie lub usunięcie białek tubuliny. Podobnie jak filamenty aktynowe, mikrotubule mają kierunkowość, co oznacza, że ​​mają one dwa końce, które są strukturalnie różne od siebie. W komórce mikrotubule odgrywają ważną rolę strukturalną, pomagając komórce oprzeć się siłom kompresji.
Po lewej: model 3D mikrotubuli, pokazujący, że jest ona pustym cylindrem zbudowanym z białek.. Po prawej: schematyczny rysunek mikrotubuli, pokazujący, że składa się z dwóch różnych typów podjednostek (alfa i beta). Podjednostki tworzą dimery, a dimery są połączone w spiralny wzór, tworząc wydrążoną rurkę mikrotubuli.
Źródło obrazu: OpenStax Biology.
Oprócz zapewniania wsparcia strukturalnego, mikrotubule odgrywają szereg bardziej wyspecjalizowanych ról w komórce. Na przykład dostarczają ścieżek dla białek motorycznych zwanych kinezynami i dyneinami, które transportują pęcherzyki i inne ładunki wokół wnętrza komórkistart superscript, 4, end superscript. Podczas podziału komórek mikrotubule gromadzą się w strukturze zwanej wrzecionem, które odgrywa ważną rolę w procesie "wędrówki" chromosomów do przeciwległych biegunów komórki.

Wici, rzęski i centrosomy

Mikrotubule są także kluczowymi składnikami trzech bardziej wyspecjalizowanych struktur komórek eukariotycznych: wici, rzęsek i centrosomów. Zapewne pamiętasz, że nasi przyjaciele prokariota również mają wici, których używają do poruszania się. Zwróć uwagę - eukariotyczne wici pełnią podobną funkcję ale mają zupełnie inną strukturę.
Wici (l. pojedyncza, wić) to długie, włoskowate struktury, które rozciągają się od powierzchni komórki i są wykorzystywane do przemieszczania całej komórki, na przykład takiej jak plemnik. Jeśli komórka posiada wić, to zazwyczaj jedną lub kilka. Ruchome rzęski (l. pojedyncza, rzęska) są podobne, ale krótsze i zwykle pojawiają się w dużych ilościach na powierzchni komórki. Kiedy komórki z ruchomymi rzęskami tworzą tkanki, pulsacje pomagają przemieszczać różnego rodzaju materiały po powierzchni tkanki. Na przykład, rzęski komórek w górnej części twojego układu oddechowego pomagają przemieszczać kurz i pyłki w kierunku nozdrzy.
Pomimo różnic w długości i liczbie, wici i rzęski ruchowe mają wspólny strukturalny wzór. U większości wici i rzęsek ruchowych znajduje się 9 par mikrotubuli ułożonych w okrąg, a także dodatkowe dwie mikrotubule w środku pierścienia. Układ ten nazywa się wzorem 9 + 2. Możesz zauważyć widoczny wzór 9 + 2 w obrazie wykonanym dzięki mikroskopii elektronowej znajdującym się po lewej stronie, obraz pokazuje dwie wici w przekroju poprzecznym.
Góra: Transmisyjna mikroskopia elektronowa wici w przekroju poprzecznym, przedstawiająca organizację wzoru mikrotubul 9 + 2.
Poniżej: rysunek schematyczny rzęski ruchowej, ukazujący pojedyncze mikrotubule w środku, zewnętrzne mikrotubule podwójne ułożone w okrąg wokół mikrotubul pojedynczych, a także dyneiny przyłączone do mikrotubul podwójnych. Cała struktura otoczona jest błoną komórkową. U podstawy rzęski leży ciałko podstawowe, który również składa się z mikrotubul.
_Obraz zapożyczony: górny panel, "Cytoszkielet: Obraz 5," by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). Modyfikacja pracy Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College; pasek skali Matt Russell. Dolny panel, modyfikacja "Schemat rzęski eukariotycznej," przez Mariana Ruiz Villareal (domena publiczna)._
U wici i rzęsek ruchowych białka motoryczne o nazwie dyneiny poruszają się wzdłuż mikrotubul, wytwarzając siłę, która wywołuje pulsację wici lub rzęsek. Połączenia strukturalne pomiędzy parami mikrotubul i koordynacją ruchu dynein pozwalają na wytworzenie wzorca regularnych pulsacjistart superscript, 5, comma, 6, end superscript.
Mogłeś zauważyć inną cechę w powyższym schemacie: rzęska lub wić ma ciałko podstawowe umiejscowione u jej podstawy. Ciałko podstawowe jest wykonane z mikrotubul i odgrywa kluczową rolę w przytwierdzeniu rzęski lub wici. Kiedy struktura zostanie przytwierdzona, ciałko reguluje także transport białekstart superscript, 7, end superscript.
Ciałko podstawowe jest po prostu zmodyfikowaną centrioląstart superscript, 7, end superscript. Centriola ma strukturę cylindryczną z dziewięcioma tripletami mikrotubulowymi, utrzymywanymi razem przez białka wspierające. Centriole są najlepiej znane z roli pełnionej w centrosomach, strukturach, które działają jako ośrodki organizacyjne mikrotubuli w komórkach zwierzęcych. Centrosom składa się z dwóch centrioli ułożonych po kątem prostym do siebie, otoczonych masą "materiału okołocentriolowego", co zapewnia miejsca kotwiczenia mikrotubulstart superscript, 8, end superscript.
Obraz centrosomu. Centrosom zawiera dwie centriole ustawione pod kątem prostym względem siebie.
Image credit: modification of "Centriole," by Kelvinsong (CC BY 3.0)
Centrosom jest duplikowany, zanim komórka podzieli się, a sparowane centrosomy wydają się odgrywać rolę w organizacji mikrotubul, które oddzielają chromosomy podczas podziału komórki. Jednak dokładna funkcja centrioli w tym procesie wciąż nie jest jasna. Komórki z usuniętym centrosomem mogą nadal dzielić się, a komórki roślinne, które nie mają centrosomów, dzielą się poprawnie.