CYTOSKELET: CHARAKTERISTIKA, FUNKCE A STRUKTURA - BIOLOGIE - 2025

Cytoskelet je buněčná struktura skládá z nekonečných vláken. Je rozptýlen v celé cytoplazmě a jeho funkce je hlavně podpůrná, pro zachování architektury a tvaru buněk. Strukturálně se skládá ze tří druhů vláken, tříděných podle jejich velikosti.

Jedná se o aktinová vlákna, střední vlákna a mikrotubuly. Každý z nich uděluje síti specifickou vlastnost. Interiér buňky je prostředí, ve kterém dochází k přemísťování a přenosu materiálů. Cytoskelet zprostředkuje tyto intracelulární pohyby.

Například organely - jako jsou mitochondrie nebo Golgiho aparát - jsou v buněčném prostředí statické; tyto se pohybují pomocí cytoskeletu jako cesty.

Ačkoli cytoskelet jasně převládá v eukaryotických organismech, u prokaryot byla popsána analogická struktura.

Obecné vlastnosti

Cytoskelet je extrémně dynamická struktura, která představuje "molekulární skafold". Tři typy vláken, které ji tvoří, jsou opakujícími se jednotkami, které mohou tvořit velmi odlišné struktury, v závislosti na způsobu, jakým jsou tyto základní jednotky kombinovány.

Pokud chceme vytvořit analogii s lidskou kostrou, je cytoskelet rovnocenný kostnímu systému a navíc svalovému systému.

Nejsou však identické s kostmi, protože komponenty mohou být sestaveny a rozloženy, což umožňuje změny tvaru a dává plasticitě buněk. Složky cytoskeletu nejsou v detergentech rozpustné.

Funkce

Tvar

Jak již název napovídá, „intuitivní“ funkcí cytoskeletu je poskytnout buňce stabilitu a tvar. Když jsou vlákna kombinována v této složité síti, dává buňce vlastnost odolávat deformaci.

Bez této struktury by buňka nebyla schopna udržet konkrétní tvar. Je to však dynamická struktura (na rozdíl od lidské kostry), která dává buňkám vlastnost měnícího se tvaru.

Pohyb buněk a křižovatky

Mnoho buněčných komponent je připojeno k této síti vláken rozptýlených v cytoplazmě, což přispívá k jejich prostorovému uspořádání.

Buňka nevypadá jako polévka s různými prvky plovoucími koly; není to ani statická entita. Spíše jde o organizovanou matici s organely umístěnými ve specifických oblastech a k tomuto procesu dochází díky cytoskeletu.

Cytoskelet se podílí na pohybu. To se děje díky motorickým proteinům. Tyto dva prvky se kombinují a umožňují pohyb uvnitř buňky.

Podílí se také na procesu fagocytózy (proces, při kterém buňka zachycuje částici z vnějšího prostředí, které může nebo nemusí být potravou).

Cytoskelet umožňuje buňce spojit se s vnějším prostředím, fyzicky i biochemicky. Tato role spojnice je to, co umožňuje tvorbu tkání a buněčných spojení.

Struktura a komponenty

Cytoskelet je tvořen třemi různými typy filamentů: aktinem, intermediárními filamenty a mikrotubuly.

Nový kandidát je v současné době navrhován jako čtvrtý řetězec cytoskele: septin. Každá z těchto částí je podrobně popsána níže:

Aktinová vlákna

Aktinová vlákna mají průměr 7 nm. Oni jsou také známí jako mikrofilamenty. Monomery, které tvoří vlákna, jsou částice ve tvaru balónu.

Ačkoli jsou to lineární struktury, nejsou tvarovány jako „tyč“: rotují na své ose a připomínají spirálu. Jsou připojeny k řadě specifických proteinů, které regulují jejich chování (organizace, umístění, délka). Existuje více než 150 proteinů schopných interakce s aktinem.

Extrémy lze rozlišit; jeden se nazývá plus (+) a druhý mínus (-). Na těchto koncích může vlákno růst nebo zkracovat. Polymerace je zřetelně rychlejší na kladném konci; Aby došlo k polymeraci, je vyžadován ATP.

Aktin může být také jako monomer a volný v cytosolu. Tyto monomery jsou vázány na proteiny, které brání jejich polymeraci.

Funkce aktinových vláken

Aktinová vlákna mají roli související s pohybem buněk. Umožňují pohyb různých typů buněk, jednobuněčných i mnohobuněčných organismů (příkladem jsou buňky imunitního systému), pohybovat se ve svém prostředí.

Actin je dobře známý svou úlohou při svalové kontrakci. Společně s myosinem se sdružují do sarkomery. Obě struktury umožňují takový pohyb závislý na ATP.

Mezilehlá vlákna

Přibližný průměr těchto vláken je 10 um; odtud název „střední“. Jeho průměr je střední vzhledem k ostatním dvěma složkám cytoskeletu.

Každé vlákno má následující strukturu: hlava ve tvaru balónu na N-terminálu a podobně tvarovaný ocas na uhlíkovém terminálu. Tyto konce jsou vzájemně spojeny lineární strukturou tvořenou alfa helixy.

Tyto „struny“ mají kulovité hlavy, které mají vlastnost navíjení s jinými mezilehlými vlákny, čímž se vytvářejí silnější prokládané prvky.

Meziprodukty jsou umístěny v buněčné cytoplazmě. Sáhnou k membráně a jsou k ní často připevněny. Tato vlákna se také nacházejí v jádru a vytvářejí strukturu zvanou „jaderná lamina“.

Tato skupina je dále zařazena do podskupin mezilehlých vláken:

- Keratinová vlákna.

- Vimentinová vlákna.

- Neurofilamenty.

- Jaderné listy.

Úloha mezilehlých vláken

Jsou to extrémně silné a odolné prvky. Ve skutečnosti, pokud je porovnáme s ostatními dvěma vlákny (aktinem a mikrotubuly), získají mezivlákna stabilitu.

Díky této vlastnosti je jeho hlavní funkce mechanická, odolává buněčným změnám. Nacházejí se hojně v typech buněk, u nichž dochází k neustálému mechanickému namáhání; například v nervových, epiteliálních a svalových buňkách.

Na rozdíl od ostatních dvou složek cytoskeletu se mezivlákna nemohou sestavit a rozpadnout se na jejich polárních koncích.

Jsou to tuhé struktury (aby byly schopny plnit svou funkci: podpora buněk a mechanická reakce na stres) a sestavení vláken je proces závislý na fosforylaci.

Střední vlákna tvoří struktury zvané desmosomy. Spolu s řadou bílkovin (kadherinů) se vytvářejí tyto komplexy, které tvoří spojení mezi buňkami.

Mikrotubuly

Mikrotubuly jsou duté prvky. Jsou to největší vlákna, která tvoří cytoskelet. Průměr mikrotubulů ve své vnitřní části je kolem 25 nm. Délka je velmi variabilní, v rozmezí 200 nm až 25 um.

Tato vlákna jsou nezbytná ve všech eukaryotických buňkách. Vynořují se (nebo se rodí) z malých struktur zvaných centrosomy a odtud se rozprostírají k okrajům buňky, na rozdíl od mezivláken, která se rozprostírají v buněčném prostředí.

Mikrotubuly jsou tvořeny bílkovinami zvanými tubuliny. Tubulin je dimer tvořený dvěma podjednotkami: a-tubulin a β-tubulin. Tyto dva monomery jsou spojeny nekovalentními vazbami.

Jednou z jeho nejdůležitějších vlastností je schopnost růstu a zkracování, což jsou docela dynamické struktury, jako u aktinových vláken.

Oba konce mikrotubulů lze od sebe odlišit. Z tohoto důvodu se říká, že v těchto vláknech je „polarita“. V každém z extrémů - zvaných plus p pozitivní a mínus nebo negativní - dochází k procesu sebestavení.

Tento proces montáže a degradace vlákna způsobuje fenomén „dynamické nestability“.

Funkce mikrotubule

Mikrotubuly mohou tvořit velmi rozmanité struktury. Účastní se procesů buněčného dělení a tvoří mitotické vřeteno. Tento proces pomáhá každé dceřiné buňce mít stejný počet chromozomů.

Tvoří také bičovité přívěsky používané pro buněčnou mobilitu, jako je řasenka a bičíky.

Mikrotubuly slouží jako cesty nebo „dálnice“, ve kterých se pohybují různé proteiny, které mají transportní funkce. Tyto proteiny jsou rozděleny do dvou rodin: kineziny a dyneiny. Mohou cestovat na velké vzdálenosti uvnitř buňky. Transport na krátké vzdálenosti se obvykle provádí na aktinu.

Tyto proteiny jsou „chodci“ na mikrotubulárních cestách. Jeho pohyb se podobá procházce po mikrotubulu.

Transport zahrnuje pohyb různých typů prvků nebo produktů, jako jsou vezikuly. V nervových buňkách je tento proces dobře známý, protože neurotransmitery jsou uvolňovány ve vesikulách.

Mikrotubuly se také podílejí na mobilizaci organel. Zejména Golgiho aparát a endosplasmatické retikulum závisí na těchto vláknech, aby zaujaly svou správnou polohu. V nepřítomnosti mikrotubulů (v experimentálně zmutovaných buňkách) tyto organely výrazně mění svou polohu.

Další důsledky cytoskeletu

V bakteriích

V předchozích oddílech byl popsán cytoskelet eukaryot. Prokaryoty mají také podobnou strukturu a mají složky analogické ke třem vláknům, která tvoří tradiční cytoskelet. K těmto vláknům je přidána jedna z jejích vlastních bakterií: skupina MinD-ParA.

Funkce cytoskeletu v bakteriích jsou velmi podobné funkcím, které plní v eukaryotech: podpora, buněčné dělení, udržování tvaru buněk, mimo jiné.

V rakovině

Klinicky byly složky cytoskeletu spojeny s rakovinou. Protože zasahují do procesů dělení, považují se za „cíle“, aby pochopili a napadli nekontrolovaný vývoj buněk.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Základní buněčná biologie. Věnec věnec.
2. Fletcher, DA, a Mullins, RD (2010). Buněčná mechanika a cytoskelet. Nature, 463 (7280), 485-492.
3. Hall, A. (2009). Cytoskelet a rakovina. Recenze rakoviny a metastáz, 28 (1–2), 5–14.
4. Moseley, JB (2013). Rozšířený pohled na eukaryotický cytoskelet. Molekulární biologie buňky, 24 (11), 1615–1618.
5. Müller-Esterl, W. (2008). Biochemie. Základy medicíny a biologických věd. Obrátil jsem se.
6. Shih, YL, a Rothfield, L. (2006). Bakteriální cytoskelet. Recenze mikrobiologie a molekulární biologie, 70 (3), 729–754.
7. Silverthorn Dee, U. (2008). Fyziologie člověka, integrovaný přístup. Panamerická medicína. 4. vydání. Bs As.
8. Svitkina, T. (2009). Zobrazování cytoskeletových komponent elektronovou mikroskopií. In Cytoskeleton Methods and Protocols (pp. 187–06). Humana Press.