Contenuto
- Perché le cellule hanno bisogno di un citoscheletro?
- Vantaggi del citoscheletro per le cellule
- Quali componenti compongono il citoscheletro
- Le dimensioni contano
- Ruolo dei microtubuli nel citoscheletro
- Microtubuli e movimento all'interno della cellula
- Microtubuli e movimento cellulare
- Ruolo dei filamenti intermedi nel citoscheletro
- Filamenti intermedi e ancoraggio di organelli
- Ruolo dei microfilamenti nel citoscheletro
- Proiezioni di microfilamenti
Probabilmente conosci già il ruolo del tuo scheletro nella tua vita; dà la struttura del tuo corpo e ti aiuta a muoverti.
Senza di esso, saresti più simile a una macchia umana che a una persona in movimento e funzionante. Come suggerisce il nome, il citoscheletro ha uno scopo molto simile nei procariotici e cellule eucariotiche.
Ti sei mai chiesto cosa rende le cellule tondeggianti e impedisce loro di collassare in globi viscidi? O come molti organelli all'interno della cellula si organizzano e si muovono all'interno della cellula o come viaggia la cellula stessa? Le cellule si basano su un citoscheletro per tutte queste funzioni.
L'importante unità strutturale del citoscheletro è in realtà una rete di fibre proteiche nel citoplasma che conferisce alla cellula la sua forma e le consente di svolgere importanti funzioni, come il movimento cellulare.
Maggiori informazioni sulle altre cellule organelli e funzioni.
Perché le cellule hanno bisogno di un citoscheletro?
Mentre alcune persone potrebbero immaginare le cellule come non strutturate, i potenti microscopi utilizzati nella biologia cellulare rivelano che le cellule sono molto organizzate.
Un componente principale è vitale per mantenere questa forma e livello di organizzazione: il citoscheletro della cellula. I filamenti proteici che compongono il citoscheletro formano una rete di fibre attraverso la cellula.
Questa rete fornisce supporto strutturale alla membrana plasmatica, aiuta a stabilizzare gli organelli nelle loro posizioni corrette e consente alla cellula di mescolare il suo contenuto in base alle esigenze. Per alcuni tipi di cellule, il citoscheletro consente persino alla cellula di muoversi e viaggiare utilizzando strutture specializzate.
Si formano dai filamenti proteici quando sono necessari per la locomozione cellulare.
Il servizio fornito dal citoscheletro per modellare la cellula ha molto senso. Proprio come lo scheletro umano, la rete proteica del citoscheletro crea un supporto strutturale che è cruciale per mantenere l'integrità della cellula e impedirne il collasso nei vicini.
Per le cellule con membrane molto fluide, la rete di proteine che compongono il citoscheletro è particolarmente importante per mantenere il contenuto cellulare all'interno della cellula.
Questo è chiamato integrità della membrana.
Vantaggi del citoscheletro per le cellule
Alcune cellule altamente specializzate si affidano anche al citoscheletro per il supporto strutturale.
Per queste celle, il mantenimento della forma unica della cella rende possibile il corretto funzionamento della cella. Questi includono neuronio cellule cerebrali, che hanno corpi cellulari rotondi, braccia ramificate chiamate dendriti e code allungate.
Questa caratteristica forma cellulare consente ai neuroni di catturare segnali usando i loro bracci dendrite e di passare quei segnali attraverso le loro code di assoni e nei dendriti in attesa di una cellula cerebrale vicina. Questo è il modo in cui le cellule cerebrali comunicano tra loro.
Ha anche senso che le cellule traggano beneficio dall'organizzazione che la rete di fibre proteiche dei citoscheletri offre loro. Esistono oltre 200 tipi di cellule nel corpo umano e un totale di circa 30 trilioni di cellule in ogni singolo umano del pianeta.
Gli organelli in tutte queste cellule devono eseguire un'ampia varietà di processi cellulari, come la costruzione e la scomposizione di biomolecole, il rilascio di energia per il corpo da utilizzare e l'esecuzione di una serie di reazioni chimiche che rendono possibile la vita.
Perché queste funzioni funzionino bene a livello di un intero organismo, ogni cellula ha bisogno di una struttura e di un modo simili di fare le cose.
Quali componenti compongono il citoscheletro
Per svolgere questi ruoli importanti, il citoscheletro si basa su tre distinti tipi di filamenti:
Queste fibre sono tutte così infinitamente piccole da essere completamente invisibili a occhio nudo. Gli scienziati li hanno scoperti solo dopo l'invenzione del microscopio elettronico ha messo in mostra l'interno della cella.
Per visualizzare quanto sono piccole queste fibre proteiche, è utile comprendere il concetto di nanometro, che a volte è scritto come nm. I nanometri sono unità di misura proprio come un pollice è un'unità di misura.
Potresti aver indovinato dalla parola radice metro che l'unità nanometrica appartiene al sistema metrico, proprio come fa un centimetro.
Le dimensioni contano
Gli scienziati usano i nanometri per misurare cose estremamente piccole, come atomi e onde luminose.
Questo perché un nanometro equivale a un miliardesimo di metro. Ciò significa che se prendessi un metro misuratore, che è lungo circa 3 piedi quando convertito nel sistema di misura americano, e lo rompi in un miliardo di pezzi uguali, un singolo pezzo sarebbe uguale a un nanometro.
Ora immagina di poter tagliare i filamenti proteici che compongono il citoscheletro della cellula e misurare il diametro attraverso la faccia tagliata.
Ogni fibra misurerebbe tra 3 e 25 nanometri di diametro, a seconda del tipo di filamento. Per contro, un capello umano ha un diametro di 75.000 nanometri. Come puoi vedere, i filamenti che compongono il citoscheletro sono incredibilmente piccoli.
I microtubuli sono la più grande delle tre fibre del citoscheletro, con un diametro compreso tra 20 e 25 nanometri. Filamenti intermedi sono le fibre di media dimensione dei citoscheletri e misurano circa 10 nanometri di diametro.
I più piccoli filamenti proteici trovati nel citoscheletro sono microfilamenti. Queste fibre filiformi misurano da 3 a 6 nanometri di diametro.
In termini reali, è fino a 25.000 volte più piccolo del diametro di un capello umano medio.
••• ScienzeRuolo dei microtubuli nel citoscheletro
I microtubuli prendono il nome dalla loro forma generale e dal tipo di proteina che contengono. Sono simili a tubi e formati da unità ripetitive di alfa e beta-tubulina proteina polimeri collegamento insieme.
Maggiori informazioni sulla funzione principale dei microtubuli nelle cellule.
Se dovessi vedere i filamenti di microtubuli al microscopio elettronico, sembrerebbero catene di piccole proteine intrecciate in un reticolo a spirale stretto.
Ogni unità proteica si lega a tutte le unità circostanti, producendo una struttura molto forte e molto rigida. In effetti, i microtubuli sono il componente strutturale più rigido che puoi trovare nelle cellule animali, che non hanno pareti cellulari come fanno le cellule vegetali.
Ma i microtubuli non sono solo rigidi. Resistono anche alle forze di compressione e torsione. Questa qualità aumenta la capacità del microtubulo di mantenere la forma e l'integrità delle cellule, anche sotto pressione.
I microtubuli danno anche alla cellula polarità, il che significa che la cella ha due lati o poli unici. Questa polarità fa parte di ciò che consente alla cellula di organizzare i suoi componenti, come organelli e altre porzioni del citoscheletro, perché fornisce alla cellula un modo per orientare tali componenti in relazione ai poli.
Microtubuli e movimento all'interno della cellula
I microtubuli supportano anche il movimento del contenuto cellulare all'interno della cellula.
I filamenti di microtubuli formano tracce, che agiscono come binari ferroviari o autostrade nella cella. Trasportatori di vescicole seguire queste tracce per spostare il carico cellulare nel citoplasma. Queste tracce sono cruciali per la rimozione di contenuti cellulari indesiderati come proteine mal ripiegate, organelli vecchi o rotti e invasori patogeni, come batteri e virus.
I trasportatori di vescicole seguono semplicemente la corretta pista di microtubuli per spostare questo carico nel centro di riciclaggio della cellula, il lisosomi. Lì, il lisosoma recupera e riutilizza alcune parti e degrada altre parti.
Il sistema di tracciamento aiuta anche la cellula a spostare biomolecole di nuova costruzione, come proteine e lipidi, fuori dagli organelli di produzione e nei punti in cui la cellula ha bisogno delle molecole.
Ad esempio, i trasportatori di vescicole usano tracce di microtubuli per spostare le proteine della membrana cellulare dagli organelli alla membrana cellulare.
Microtubuli e movimento cellulare
Solo alcune celle possono usare locomozione cellulare viaggiare, e quelli che generalmente fanno affidamento su strutture mobili specializzate fatte di fibre di microtubuli.
La cellula spermatica è probabilmente il modo più semplice per visualizzare queste cellule viaggianti.
Come sapete, gli spermatozoi sembrano un po 'girini con lunghe code, o flagelli, che frustano per nuotare verso la loro destinazione e fecondare una cellula uovo. La coda dello sperma è fatta di tubulina ed è un esempio di un filamento di microtubulo utilizzato per la locomozione cellulare.
Un'altra struttura motile ben nota gioca anche un ruolo nella riproduzione è la ciglia. Queste strutture mobili a forma di capelli rivestono le tube di Falloppio e usano un movimento ondulatorio per spostare l'uovo attraverso la tuba di Falloppio e nell'utero. Queste ciglia sono fibre di microtubuli.
Ruolo dei filamenti intermedi nel citoscheletro
I filamenti intermedi sono il secondo tipo di fibra presente nel citoscheletro. Puoi immaginarli come il vero scheletro della cellula poiché il loro unico ruolo è il supporto strutturale. Queste fibre proteiche contengono cheratina, che è una proteina comune che potresti riconoscere dai prodotti per la cura del corpo.
Questa proteina costituisce i capelli e le unghie umani e lo strato superiore della pelle. È anche la proteina che forma corna, artigli e zoccoli di altri animali. La cheratina è molto forte e utile per proteggere dai danni.
Il ruolo principale dei filamenti intermedi è la formazione della matrice di proteine strutturali sotto il membrana cellulare. È come una rete di supporto che dà struttura e forma alla cellula. Inoltre conferisce una certa elasticità alla cellula, consentendole di rispondere in modo flessibile sotto stress.
Filamenti intermedi e ancoraggio di organelli
Uno dei lavori importanti eseguiti dai filamenti intermedi è di aiutare a tenere gli organelli nei posti giusti all'interno della cellula. Ad esempio, i filamenti intermedi ancorano il nucleo nella sua posizione corretta all'interno della cellula.
Questo ancoraggio è cruciale per i processi cellulari perché i vari organelli all'interno di una cellula devono lavorare insieme per svolgere quelle funzioni cellulari. Nel caso del nucleo, legare questo importante organello alla matrice del citoscheletro significa che gli organelli che fanno affidamento sulle istruzioni del DNA del nucleo per svolgere il proprio lavoro possono accedere facilmente a tali informazioni tramite messaggeri e trasportatori.
Questo importante compito potrebbe essere impossibile se il nucleo non fosse ancorato perché quei messaggeri e trasportatori dovrebbero spostarsi alla ricerca nel citoplasma di un nucleo errante!
Ruolo dei microfilamenti nel citoscheletro
Microfilamenti, anche chiamati filamenti di actina, sono catene di proteine dell'actina intrecciate in un'asta a spirale. Questa proteina è nota soprattutto per il suo ruolo nelle cellule muscolari. Lì, lavorano con un'altra proteina chiamata miosina per consentire la contrazione muscolare.
Quando si tratta del citoscheletro, i microfilamenti non sono solo le fibre più piccole. Sono anche i più dinamici. Come tutte le fibre di citoscheletro, i microfilamenti forniscono supporto strutturale alle cellule. A causa dei loro tratti unici, i microfilamenti tendono a presentarsi ai bordi della cellula.
La natura dinamica dei filamenti di actina significa che queste fibre proteiche possono cambiare rapidamente lunghezza per soddisfare le mutevoli esigenze strutturali della cellula. Ciò consente alla cellula di modificarne la forma, le dimensioni o persino la forma proiezioni speciali che si estendono all'esterno della cella, come ad esempio filopodi, lamellipodi e microvilli.
Proiezioni di microfilamenti
Puoi immaginare filopodi sentendo che una cellula proietta di rilevare l'ambiente circostante, raccogliere segnali chimici e persino cambiare la direzione della cellula, se si sta muovendo. Gli scienziati a volte chiamano anche filopodia microspikes.
Filopodia può far parte di un altro tipo di proiezione speciale, lamellipodi. Questa è una struttura footlike che aiuta la cellula a muoversi e viaggiare.
microvilli sono come minuscoli peli o dita usati dalla cellula durante la diffusione. La forma di queste proiezioni aumenta l'area della superficie in modo che vi sia più spazio per le molecole di muoversi attraverso la membrana attraverso processi come l'assorbimento.
Queste dita svolgono anche un'affascinante funzione chiamata streaming del citoplasma.
Ciò si verifica quando i filamenti di actina penetrano nel citoplasma per mantenerlo in movimento. Lo streaming del citoplasma aumenta diffusione e aiuta a spostare materiali ricercati, come nutrienti e materiali indesiderati, come rifiuti e detriti cellulari, all'interno della cellula.