Χαρακτηριστικά, λειτουργίες, δομή και συστατικά του κυτταροσκελετού

Το κυτταροσκελετού Πρόκειται για κυτταρική δομή αποτελούμενη από νήματα. Διασκορπίζεται μέσω του κυτταροπλάσματος και η λειτουργία του είναι κυρίως υποστήριξη, για να διατηρηθεί η αρχιτεκτονική και η κυτταρική μορφή. Δομικά αποτελείται από τρεις τύπους ινών, που ταξινομούνται ανάλογα με το μέγεθός τους.

Αυτές είναι οι ίνες ακτίνης, τα ενδιάμεσα νημάτια και οι μικροσωληνίσκοι. Ο καθένας παρέχει συγκεκριμένη ιδιοκτησία στο δίκτυο. Το κυψελοειδές εσωτερικό είναι ένα περιβάλλον όπου συμβαίνει η μετατόπιση και η διέλευση υλικών. Ο κυτταροσκελετός προκαλεί αυτές τις ενδοκυτταρικές κινήσεις.

Για παράδειγμα, τα οργανίδια - όπως τα μιτοχόνδρια ή η συσκευή Golgi - είναι στατικά στο κυτταρικό περιβάλλον. κινούνται χρησιμοποιώντας τον κυτταροσκελετό ως τρόπο.

Αν και ο κυτταροσκελετός κυριαρχεί σαφώς σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς, αναλογική δομή έχει αναφερθεί σε προκαρυωτικά.

Ευρετήριο

• 1 Γενικά χαρακτηριστικά
• 2 Λειτουργίες
  • 2.1 Σχήμα
  • 2.2 Κίνηση και διασταύρωση κυττάρων
• 3 Δομή και εξαρτήματα
  • 3.1 Νήματα ακτίνης
  • 3.2 Ενδιάμεσα νημάτια
  • 3.3 Μικροσωληνίσκοι
• 4 Άλλες επιπλοκές του κυτταροσκελετού
  • 4.1 Στα βακτήρια
  • 4.2 Στον καρκίνο
• 5 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

Ο κυτταροσκελετός είναι μια εξαιρετικά δυναμική δομή που αντιπροσωπεύει ένα "μοριακό ικρίωμα". Οι τρεις τύποι νημάτων που την αποτελούν είναι επαναλαμβανόμενες μονάδες που μπορούν να σχηματίσουν πολύ διαφορετικές δομές, ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο συνδυάζονται αυτές οι θεμελιώδεις μονάδες.

Εάν θέλουμε να δημιουργήσουμε μια αναλογία με τον ανθρώπινο σκελετό, ο κυτταροσκελετός είναι ισοδύναμος με το οστεώδες σύστημα και, επιπλέον, με το μυϊκό σύστημα.

Ωστόσο, δεν είναι πανομοιότυπα με ένα οστό επειδή τα συστατικά μπορούν να συναρμολογηθούν και να αποσυντεθούν, πράγμα που επιτρέπει αλλαγές σχήματος και δίνει πλαστικότητα στο κύτταρο. Τα συστατικά του κυτταροσκελετού δεν είναι διαλυτά σε απορρυπαντικά.

Λειτουργίες

Σχήμα

Όπως υπονοεί το όνομα, η "διαισθητική" λειτουργία του κυτταροσκελετού είναι να παρέχει σταθερότητα και μορφή στο κύτταρο. Όταν τα νημάτια συνδυάζονται σε αυτό το περίπλοκο δίκτυο, δίνουν στο κελί την ιδιότητα να αντιστέκονται στην παραμόρφωση.

Χωρίς αυτή τη δομή, το κελί δεν θα μπορούσε να διατηρήσει ένα συγκεκριμένο σχήμα. Ωστόσο, είναι μια δυναμική δομή (αντίθετα με τον ανθρώπινο σκελετό) που δίνει στα κύτταρα την ιδιότητα να αλλάζουν σχήμα.

Κίνηση και διασταυρώσεις κυττάρων

Πολλά από τα κυτταρικά συστατικά συνδέονται με αυτό το δίκτυο ινών διασπαρμένο στο κυτταρόπλασμα, συμβάλλοντας στη χωροταξική τους διάταξη.

Ένα κύτταρο δεν μοιάζει με ζωμό με διαφορετικά στοιχεία που επιπλέουν. ούτε είναι μια στατική οντότητα. Αντίθετα, είναι ένας οργανωμένος πίνακας με οργανίδια που βρίσκονται σε συγκεκριμένες ζώνες και αυτή η διαδικασία συμβαίνει χάρη στον κυτταροσκελετό.

Ο κυτταροσκελετός εμπλέκεται στην κίνηση. Αυτό συμβαίνει χάρη στις πρωτεΐνες του κινητήρα. Αυτά τα δύο στοιχεία συνδυάζουν και επιτρέπουν μετατοπίσεις μέσα στο κελί.

Συμμετέχει επίσης στη διαδικασία φαγοκυττάρωσης (διαδικασία στην οποία ένα κύτταρο συλλαμβάνει ένα σωματίδιο από το εξωτερικό περιβάλλον, το οποίο μπορεί να είναι ή όχι τροφή). 

Ο κυτταροσκελετός επιτρέπει τη σύνδεση του κυττάρου με το εξωτερικό του περιβάλλον, φυσικά και βιοχημικά. Αυτός ο ρόλος σύνδεσης είναι αυτός που επιτρέπει τον σχηματισμό ιστών και διασταυρώσεων κυττάρων.

Δομή και στοιχεία

Ο κυτταροσκελετός αποτελείται από τρεις διαφορετικούς τύπους ινών: ακτίνη, ενδιάμεσα νημάτια και μικροσωληνάρια.

Προς το παρόν προτείνεται ένας νέος υποψήφιος ως τέταρτος τομέας του κυτταροσκελετού: σεπτίνη. Το παρακάτω περιγράφει λεπτομερώς καθένα από αυτά τα μέρη:

Ακτινοειδή νημάτια

Τα νήματα ακτίνης έχουν διάμετρο 7 nm. Είναι επίσης γνωστά ως μικροϊνές. Τα μονομερή που σχηματίζουν τα νήματα είναι σωματίδια σχήματος μπαλονιού.

Αν και είναι γραμμικές δομές, δεν έχουν σχήμα "ράβδου": περιστρέφονται στον άξονά τους και μοιάζουν με έλικα. Συνδέονται με μια σειρά συγκεκριμένων πρωτεϊνών που ρυθμίζουν τη συμπεριφορά τους (οργάνωση, τοποθεσία, μήκος). Υπάρχουν περισσότερες από 150 πρωτεΐνες ικανές να αλληλεπιδρούν με ακτίνη.

Τα άκρα μπορούν να διαφοροποιηθούν. ένα ονομάζεται συν (+) και το άλλο μείον (-). Με αυτά τα άκρα, το νήμα μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί. Ο πολυμερισμός είναι αισθητά ταχύτερος στα πιο ακραία. για να συμβεί πολυμερισμός, απαιτείται ΑΤΡ.

Η ακτίνη μπορεί επίσης να είναι μονομερές και να είναι ελεύθερη στο κυτταρόπλασμα. Αυτά τα μονομερή συνδέονται με πρωτεΐνες που εμποδίζουν τον πολυμερισμό τους.

Λειτουργίες νημάτων ακτίνης

Τα νημάτια ακτίνης έχουν ρόλο που σχετίζεται με την κυτταρική κίνηση. Επιτρέπουν διαφορετικούς τύπους κυττάρων, τόσο μονοκύτταρους όσο και πολυκύτταρους οργανισμούς (ένα παράδειγμα είναι τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος), να κινούνται στο περιβάλλον τους.

Η ακτίνη είναι γνωστή για το ρόλο της στη σύσπαση των μυών. Μαζί με μυοσίνη, ομαδοποιούνται σε σαρκομερή. Και οι δύο δομές καθιστούν δυνατή αυτή την εξαρτώμενη από την ΑΤΡ κίνηση.

Ενδιάμεσα νημάτια

Η κατά προσέγγιση διάμετρος αυτών των νημάτων είναι 10 μm. εξ ου και το όνομα "ενδιάμεσο". Η διάμετρος του είναι ενδιάμεση σε σχέση με τα άλλα δύο συστατικά του κυτταροσκελετού.

Κάθε νήμα είναι δομημένο ως εξής: μία κεφαλή σχήματος μπαλονιού στο Ν-τερματικό και μία ουρά με παρόμοιο σχήμα στον τερματικό άνθρακα. Αυτά τα άκρα συνδέονται μεταξύ τους με μια γραμμική δομή που σχηματίζεται από άλφα έλικες.

Αυτά τα "σχοινιά" έχουν σφαιρικές κεφαλές που έχουν την ιδιότητα της περιέλιξης με άλλα ενδιάμεσα νήματα, δημιουργώντας παχύτερα μεταφρασμένα στοιχεία.

Τα ενδιάμεσα νημάτια βρίσκονται σε όλο το κυτταρόπλασμα των κυττάρων. Επεκτείνονται στη μεμβράνη και συχνά συνδέονται με αυτήν. Αυτά τα νημάτια βρίσκονται επίσης στον πυρήνα, σχηματίζοντας μια δομή που ονομάζεται "πυρηνικό φύλλο".

Αυτή η ομάδα κατατάσσεται σε υποομάδες ενδιάμεσων νημάτων:

- Κερατίνη.

- Νήματα από βιμεντίνη.

- Νευροεμφυτευμάτων.

- Πυρηνικά φύλλα.

Λειτουργία των ενδιάμεσων νηματίων

Είναι εξαιρετικά ισχυρά και ανθεκτικά στοιχεία. Στην πραγματικότητα, αν τα συγκρίνουμε με τα άλλα δύο νημάτια (ακτίνη και μικροσωληνίσκοι), τα ενδιάμεσα νήματα αποκτούν σταθερότητα.

Χάρη σε αυτή την ιδιότητα, η κύρια λειτουργία της είναι μηχανική, αντέχει στις κυτταρικές αλλαγές. Βρίσκονται άφθονα σε κυτταρικούς τύπους που υφίστανται συνεχή μηχανική καταπόνηση. για παράδειγμα, στα νευρικά, επιθηλιακά και μυϊκά κύτταρα.

Σε αντίθεση με τα άλλα δύο συστατικά του κυτταροσκελετού, τα ενδιάμεσα νημάτια δεν μπορούν να συναρμολογηθούν και να διατεθούν στα πολικά άκρα τους.

Είναι άκαμπτες δομές (για να είναι σε θέση να εκπληρώσουν τη λειτουργία τους: κυτταρική στήριξη και μηχανική απόκριση στο στρες) και η συναρμολόγηση των νηματίων είναι μια διαδικασία εξαρτώμενη από τη φωσφορυλίωση.

Τα ενδιάμεσα νημάτια σχηματίζουν δομές που ονομάζονται δεσμοσώματα. Μαζί με μια σειρά πρωτεϊνών (cadherins), αυτά τα σύμπλοκα δημιουργούνται που σχηματίζουν τους δεσμούς μεταξύ των κυττάρων.

Μικροσωληνίσκοι

Οι μικροσωληνίσκοι είναι κοίλα στοιχεία. Είναι τα μεγαλύτερα νημάτια που συνθέτουν τον κυτταροσκελετό. Η διάμετρος των μικροσωληνίσκων στο εσωτερικό τμήμα τους είναι περίπου 25 nm. Το μήκος είναι αρκετά μεταβλητό, στην περιοχή από 200 nm έως 25 μm.

Αυτά τα νημάτια είναι απαραίτητα σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Αναδύονται (ή γεννιούνται) από μικρές δομές που ονομάζονται κεντροσώματα και από εκεί επεκτείνονται στις άκρες του κυττάρου, σε αντίθεση με τα ενδιάμεσα νημάτια που εκτείνονται σε όλο το κυτταρικό περιβάλλον.

Οι μικροσωληνίσκοι αποτελούνται από πρωτεΐνες που ονομάζονται σωληνώσεις. Η σωβουλίνη είναι ένα διμερές που σχηματίζεται από δύο υπομονάδες: α-τουμπουλίνη και β-τουμπουλίνη. Αυτά τα δύο μονομερή συνδέονται με μη ομοιοπολικούς δεσμούς.

Ένα από τα πιο συναφή χαρακτηριστικά του είναι η δυνατότητα ανάπτυξης και συντόμευσης, που είναι αρκετά δυναμικές δομές, όπως στα νημάτια ακτίνης.

Τα δύο άκρα των μικροσωληνίσκων μπορούν να διαφοροποιηθούν μεταξύ τους. Ως εκ τούτου λέγεται ότι σε αυτά τα νημάτια υπάρχει μια "πολικότητα". Σε κάθε άκρο ονομάζεται πιο θετική και λιγότερο ή αρνητική - η διαδικασία αυτό-συναρμολόγησης εμφανίζεται.

Αυτή η διαδικασία συναρμολόγησης και υποβάθμισης του νήματος δημιουργεί ένα φαινόμενο "δυναμικής αστάθειας".

Λειτουργία μικροσωληνίσκων

Οι μικροσωληνίσκοι μπορούν να σχηματίσουν πολύ διαφορετικές δομές. Συμμετέχουν στις διαδικασίες της κυτταρικής διαίρεσης, σχηματίζοντας τον μιτωτικό άξονα. Αυτή η διαδικασία βοηθά το κάθε θυγατρικό κύτταρο να έχει ίσο αριθμό χρωμοσωμάτων.

Επίσης, σχηματίζουν τα προσαρτήματα που μοιάζουν με μαστίγια που χρησιμοποιούνται για την κινητικότητα των κυττάρων, όπως τα κελύφη και τα μαστίγια.

Οι μικροσωληνίσκοι χρησιμεύουν ως μονοπάτια ή "δρόμοι" στους οποίους κινούνται διαφορετικές πρωτεΐνες που έχουν μεταφορική λειτουργία. Αυτές οι πρωτεΐνες ταξινομούνται σε δύο οικογένειες: κινεσίνες και δυνεΐνες. Μπορούν να ταξιδεύουν σε μεγάλες αποστάσεις μέσα στο κελί. Η μεταφορά σε μικρές αποστάσεις γίνεται συνήθως με ακτίνη.

Αυτές οι πρωτεΐνες είναι οι "πεζοί" δρόμων που σχηματίζονται από μικροσωληνίσκους. Η κίνησή του μοιάζει αρκετά με μια βόλτα στον μικροσωληνίσκο.

Η μεταφορά συνεπάγεται την κίνηση διαφόρων τύπων στοιχείων ή προϊόντων, όπως κυστίδια. Στα νευρικά κύτταρα αυτή η διαδικασία είναι γνωστή επειδή οι νευροδιαβιβαστές απελευθερώνονται σε κυστίδια.

Οι μικροσωληνίσκοι συμμετέχουν επίσης στην κινητοποίηση οργανιδίων. Συγκεκριμένα, η συσκευή Golgi και το ενδοσπλαλιακό δίκτυο εξαρτώνται από αυτά τα νημάτια για να πάρουν την κατάλληλη θέση τους. Απουσία μικροσωληναρίων (σε πειραματικά μεταλλαγμένα κύτταρα), αυτά τα οργανίδια αλλάζουν αισθητά τη θέση τους.

Άλλες επιπλοκές του κυτταροσκελετού

Στα βακτήρια

Στα προηγούμενα τμήματα περιγράφηκε ο κυτταροσκελετός των ευκαρυωτικών. Τα προκαρυωτικά έχουν παρόμοια δομή και έχουν συστατικά ανάλογα με τις τρεις ίνες που αποτελούν τον παραδοσιακό κυτταροσκελετό. Σε αυτά τα νήματα προσθέτουμε ένα από τα δικά μας μέλη στα βακτήρια: την ομάδα MinD-ParA.

Οι λειτουργίες του κυτταροσκελετού στα βακτήρια είναι αρκετά παρόμοιες με τις λειτουργίες που εκπληρώνουν σε ευκαρυωτικές ομάδες: υποστήριξη, κυτταρική διαίρεση, διατήρηση του κυτταρικού σχήματος, μεταξύ άλλων.

Σε καρκίνο

Κλινικά, τα συστατικά του κυτταροσκελετού έχουν συνδεθεί με τον καρκίνο. Δεδομένου ότι παρεμβαίνουν στις διαδικασίες διαίρεσης, θεωρούνται "στόχοι" για να είναι σε θέση να κατανοήσουν και να επιτεθούν στην ανεξέλεγκτη ανάπτυξη κυττάρων.

Αναφορές

1. Alberts, Β., Bray, D., Hopkin, Κ., Johnson, Α., Lewis, J., Raff, Μ., & Walter,. Βασική βιολογία των κυττάρων. Garland Science.
2. Fletcher, D. Α., & Mullins, R.D. (2010). Η κυτταρική μηχανική και ο κυτταροσκελετός. Φύση, 463(7280), 485-492.
3. Hall, Α. (2009). Ο κυτταροσκελετός και ο καρκίνος. Καρκίνος και μεταστάσεις, 28(1-2), 5-14.
4. Moseley, J. Β. (2013). Μια εκτεταμένη άποψη του ευκαρυωτικού κυτταροσκελετού. Μοριακή βιολογία του κυττάρου, 24(11), 1615-1618.
5. Müller-Esterl, W. (2008). Βιοχημεία Βασικές αρχές για την ιατρική και τις βιοεπιστήμες. Αντίστροφα.
6. Shih, Υ. L. & Rothfield, L. (2006). Ο βακτηριακός κυτταροσκελετός. Μικροβιολογία και ανασκοπήσεις μοριακής βιολογίας, 70(3), 729-754.
7. Silverthorn Dee, U. (2008). Ανθρώπινη φυσιολογία, μια ολοκληρωμένη προσέγγιση. Pan American Medical 4η έκδοση. Bs As.
8. Svitkina, Τ. (2009). Απεικόνιση των συστατικών του κυτταροσκελετού με ηλεκτρονική μικροσκοπία. Στο Μέθοδοι και Πρωτόκολλα Κυτταροσκελετού (σελ. 187-06). Humana Press.