4.5: Цитоскелет

Last updated
Save as PDF

Page ID: 1728

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Навички для розвитку

Опишіть цитоскелет
Порівняйте ролі мікрофіламентів, проміжних ниток і мікротрубочок
Порівняйте і контрастуйте вії і джгутики
Узагальнити відмінності між компонентами прокаріотичних клітин, клітин тварин та рослинних клітин

Якби ви видалили всі органели з клітини, чи залишилися б плазматична мембрана і цитоплазма? Ні. У цитоплазмі все ще існували б іони та органічні молекули, а також мережа білкових волокон, які допомагають підтримувати форму клітини, закріплюють деякі органели у певних положеннях, дозволяють цитоплазмі та везикулам рухатися всередині клітини та дозволяють клітинам у багатоклітинних організмах рухатися. У сукупності ця мережа білкових волокон відома як цитоскелет. Існує три типи волокон всередині цитоскелета: мікрофіламенти, проміжні нитки та мікротрубочки (рис.\(\PageIndex{1}\)). Тут ми розглянемо кожен.

Мікрофіламенти

З трьох видів білкових волокон в цитоскелеті мікрофіламенти є найбільш вузькими. Вони функціонують в клітинному русі, мають діаметр близько 7 нм, і складаються з двох переплетених між собою ниток кулястого білка, званого актином (рис.\(\PageIndex{2}\)). З цієї причини мікрофіламенти також відомі як актинові нитки.

На цій ілюстрації показані дві актинові нитки, намотані разом. Кожна актинова нитка складається з багатьох актинових субодиниць, з'єднаних між собою, утворюючи ланцюг. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Мікрофіламенти виконані з двох переплетених між собою ниток актину.

Актин живиться від АТФ для складання його ниткоподібної форми, яка служить доріжкою для руху рухового білка, званого міозином. Це дозволяє актину брати участь у клітинних подіях, що вимагають руху, таких як поділ клітин у клітині тварин та потокове цитоплазми, яке є круговим рухом клітинної цитоплазми в клітині рослин. Актин і міозин рясні в м'язових клітині. Коли ваші актинові та міозінні нитки ковзають один за одного, ваші м'язи скорочуються.

Мікрофіламенти також забезпечують деяку жорсткість і форму клітці. Вони можуть деполімеризуватися (розбирати) і швидко реформуватися, тим самим дозволяючи клітині змінювати свою форму і рухатися. Лейкоцити (клітини вашого організму, що борються з інфекцією) добре використовують цю здатність. Вони можуть переміщатися на місце інфекції і фагоцитировать збудника.

Посилання на навчання

Відео\(\PageIndex{1}\): Щоб побачити приклад лейкоцитів у дії, подивіться коротке відео про те, як клітина захоплює дві бактерії. Він охоплює одне, а потім переходить до іншого.

Проміжні нитки

Проміжні нитки виготовляються з декількох ниток волокнистих білків, які згорнуті між собою (рис.\(\PageIndex{3}\)). Ці елементи цитоскелета отримали свою назву від того, що їх діаметр, від 8 до 10 нм, знаходиться між діаметром мікрофіламентів і мікротрубочок.

На цій ілюстрації показано 10 проміжних волокон ниток, з'єднаних між собою. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Проміжні нитки складаються з декількох переплетених між собою ниток волокнистих білків.

Проміжні нитки не мають ніякої ролі в русі клітин. Їх функція суто структурна. Вони несуть напругу, тим самим підтримуючи форму клітини, і закріплюють ядро та інші органели на місці. На малюнку\(\PageIndex{1}\) показано, як проміжні нитки створюють підтримуючі риштування всередині клітини.

Проміжні нитки - найрізноманітніша група цитоскелетних елементів. У проміжних нитках міститься кілька видів волокнистих білків. Ви, мабуть, найбільш знайомі з кератином, волокнистим білком, який зміцнює волосся, нігті та епідерміс шкіри.

мікротрубочки

Як випливає з їх назви, мікротрубочки - це невеликі порожнисті трубки. Стінки мікротрубочки виготовлені з полімеризованих димерів α-тубуліну і β-тубуліну, двох кулястих білків (рис.\(\PageIndex{4}\)). При діаметрі близько 25 нм мікротрубочки є найширшими складовими цитоскелета. Вони допомагають клітині протистояти стисненню, забезпечують доріжку, по якій бульбашки рухаються по клітці, і тягнуть репліковані хромосоми до протилежних кінців ділильної клітини. Як і мікрофіламенти, мікротрубочки можуть швидко розчинятися і реформуватися.

Ліва частина цього малюнка являє собою молекулярну модель 13 полімеризованих димерів альфа- і бета-тубуліну, з'єднаних між собою, утворюючи порожнисту трубку. Права частина цього зображення показує структуру тубуліну у вигляді кільця сфер, з'єднаних між собою. — Малюнок\(\PageIndex{4}\): Мікротрубочки порожнисті. Їх стінки складаються з 13 полімеризованих димерів α-тубуліну і β-тубуліну (зображення праворуч). На лівому зображенні показана молекулярна структура трубки.

Мікротрубочки - це також структурні елементи джгутиків, вій і центриолей (останні є двома перпендикулярними тілами центросоми). По суті, в клітині тварин центросома є центром, що організує мікротрубочки. У клітинок еукаріот джгутики і вії досить сильно відрізняються за структурою від своїх побратимів у прокаріот, про що йдеться нижче.

Джгутики і вії

Щоб освіжити пам'ять, джгутики (сингулярні = джгутики) - це довгі, схожі на волосся структури, які відходять від плазматичної мембрани і використовуються для переміщення цілої клітини (наприклад, сперматозоїда, евглена). При його наявності осередок має всього один джгутик або кілька джгутиків. При наявності війок (сингулярних = війок), однак багато хто з них поширюються по всій поверхні плазматичної мембрани. Вони являють собою короткі, схожі на волосся структури, які використовуються для переміщення цілих клітин (таких як парамеція) або речовин уздовж зовнішньої поверхні клітини (наприклад, вії клітин, що вистилають маткові труби, які рухають яйцеклітину до матки, або вії, що вистилають клітини дихальних шляхів, які затримують тверді частинки матерія і рухайте її до своїх ніздрів.)

Незважаючи на свої відмінності в довжині і кількості, джгутики і вії мають спільне структурне розташування мікротрубочок, зване «масивом 9 + 2». Це відповідна назва тому, що один джгутик або війка зроблений з кільця з дев'яти мікротрубочок дублянок, оточуючих одну мікротрубочку дублет в центрі (рис.\(\PageIndex{5}\)).

Ця просвічувальна електронна мікрофотографія показує поперечний переріз дев'яти мікротрубочок дублетів, які утворюють порожнисту трубку. Ще одна мікротрубочка дублет сидить в центрі трубки. — Малюнок\(\PageIndex{5}\): Ця просвічувальна електронна мікрофотографія двох джгутиків показує масив мікротрубочок 9 + 2: дев'ять мікротрубочок дублетів оточують одну мікротрубочку дублет. (кредит: модифікація роботи Дартмутського електронного мікроскопа, Дартмутський коледж; дані шкали від Метта Рассела)

Зараз ви завершили широке обстеження компонентів прокаріотичних та еукаріотичних клітин. Короткий зміст клітинних компонентів в прокаріотичних і еукаріотичних клітині наведено в табл\(\PageIndex{1}\).

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Клітинні компоненти в прокаріотичних і еукаріотичних клітині.
Компонент комірки	Функція	Присутній у прокаріотів?	Присутні в клітині тварин?	Присутні в рослинних клітині?
Плазмові мембрани	Відокремлює клітину від зовнішнього середовища; контролює проходження органічних молекул, іонів, води, кисню та відходів у клітину та з неї	Так	Так	Так
цитоплазма	Забезпечує тургорний тиск на клітини рослин у вигляді рідини всередині центральної вакуолі; місце багатьох метаболічних реакцій; середовище, в якому знаходяться органели	Так	Так	Так
Ядрыця	Затемнена область всередині ядра, де синтезуються рибосомальні субодиниці.	Ні	Так	Так
Ядро	Клітинна органела, яка містить ДНК і керує синтезом рибосом і білків	Ні	Так	Так
Рибосоми	Синтез білка	Так	Так	Так
Мітохондрії	Виробництво АТФ/клітинне дихання	Ні	Так	Так
пероксисоми	Окислює і таким чином розщеплює жирні кислоти і амінокислоти, а також детоксикує отрути	Ні	Так	Так
Везикули і вакуолі	Зберігання та транспортування; травна функція в клітині рослин	Ні	Так	Так
Центросома	Неуточнена роль у поділі клітин у клітині тварин; джерело мікротрубочок у клітині тварин	Ні	Так	Ні
Лізосоми	Травлення макромолекул; утилізація зношених органел	Ні	Так	Ні
Клітинна стінка	Захист, структурна підтримка та підтримка форми клітин	Так, перш за все пептидоглікан	Ні	Так, перш за все целюлоза
хлоропласти	Фотосинтез	Ні	Ні	Так
Ендоплазматичний ретикулум	Модифікує білки і синтезує ліпіди	Ні	Так	Так
Апарат Гольджі	Модифікує, сортує, мітки, пакунки та розподіляє ліпіди та білки	Ні	Так	Так
Цитоскелет	Підтримує форму клітини, закріплює органели в конкретних положеннях, дозволяє цитоплазмі та везикулам рухатися всередині клітини, а також дозволяє одноклітинним організмам рухатися самостійно	Так	Так	Так
джгутики	Клітинна локомоція	Деякі	Деякі	Ні, за винятком деяких рослинних сперматозоїдів.
Вії	Клітинна локомоція, рух частинок по позаклітинній поверхні плазматичної мембрани та фільтрація	Деякі	Деякі	Ні

Резюме

Цитоскелет має три різних типи білкових елементів. Від найвужчих до найширших - це мікрофіламенти (актинові нитки), проміжні нитки та мікротрубочки. Мікрофіламенти часто пов'язані з міозином. Вони забезпечують жорсткість і форму клітці і полегшують клітинні рухи. Проміжні нитки несуть напругу і закріплюють ядро та інші органели на місці. Мікротрубочки допомагають клітині протистояти стисненню, служать доріжками для рухових білків, які переміщують бульбашки через клітину, і тягнуть репліковані хромосоми до протилежних кінців ділильної клітини. Вони також є структурним елементом центриолей, джгутиків, вій.

Глосарій

вії: (множина = вії) коротка, схожа на волосся структура, яка простягається від плазматичної мембрани у великій кількості і використовується для переміщення цілої клітини або переміщення речовин по зовнішній поверхні клітини

цитоскелет: мережа білкових волокон, які в сукупності підтримують форму клітини, закріплюють деякі органели в конкретних положеннях, дозволяють цитоплазмі і везикулам рухатися всередині клітини, і дозволяють одноклітинним організмам рухатися самостійно

джгутик: (множина = джгутики) довга, схожа на волосся структура, яка простягається від плазматичної мембрани і використовується для переміщення клітини

проміжна нитка: цитоскелетний компонент, що складається з декількох переплетених ниток волокнистого білка, який несе напругу, підтримує клітинно-клітинні з'єднання та закріплює клітини до позаклітинних структур

мікронитка: найвужчий елемент системи цитоскелета, забезпечує жорсткість і форму клітині та забезпечує клітинні рухи

мікротрубочки: найширший елемент системи цитоскелета; він допомагає клітці протистояти стисненню, забезпечує доріжку, по якій по клітці переміщаються бульбашки, тягне репліковані хромосоми до протилежних кінців ділильної клітини, і є структурним елементом центриол, джгутиків, війок