Citoskeletas — kas tai? Ląstelės struktūra, funkcijos ir filamentų tipai
Citoskeletas - tai tam tikros rūšies pastoliai, esantys visose ląstelėse. Jis sudarytas iš baltymų.
Jis palaiko ląstelės formą, apsaugo ląstelę ir leidžia ląstelėms judėti (naudojant tokias struktūras kaip blakstienėlės ir blakstienėlės). Jis padeda transportuoti citoplazmoje (pavyzdžiui, vezikulėms ir organelėms judėti) ir dalytis ląstelėms. Šią sąvoką ir terminą (pranc. cytosquelette) 1931 m. įvedė prancūzų embriologas Paulis Wintrebertas.
Eukariotų ląstelėse yra trys pagrindinės citoskeleto filamentų rūšys: mikrofilamentai (aktino filamentai), tarpiniai filamentai ir mikrotubulės. Jie suteikia ląstelei struktūrą ir formą. Citoskeleto elementai glaudžiai ir dažnai sąveikauja su ląstelės membrana ir endoplazminiu tinklu.
Kas yra citoskeletas ir kodėl jis svarbus?
Citoskeletas – tai dinamiška baltymų tinklo sistema, einanti per visą ląstelės citoplazmą. Jis ne tik palaiko formą, bet ir perduoda jėgas, organizuoja organelių padėtį, dalyvauja medžiagų ir signalo pernašoje bei užtikrina ląstelės dalijimosi procesus. Dėl savo dinamiškumo citoskeletas leidžia ląstelei greitai prisitaikyti prie aplinkos pokyčių.
Pagrindinės funkcijos
- Mechaninis palaikymas: suteikia ląstelei formą ir atsparumą mechaniniam stresui.
- Judėjimas: lemiamas ląstelių judėjimas (pvz., makrofagų fagocitozės metu) ir organelių transportas citoplazmoje.
- Intraceliulinis transportas: vezikulės, mitochondrijos ir kitos organelės juda palei filamentus su motorinių baltymų pagalba.
- Dalijimasis: formuoja dalijimosi verpstę (mitozės metu) ir dalyvauja citokinezėje (ląstelės dalijimosi pabaigoje).
- Signalizacija ir adhezija: jungiasi su membraninėmis struktūromis (pvz., fokalinėmis adhezijomis), perduoda mechaninius signalus į ląstelės vidų.
Trijų pagrindinių filamentų tipai
Mikrofilamentai (aktino filamentai)
- Sudaryti iš G-aktino monomerų, kurie polimerizuodami sudaro F-aktino grandines.
- Plonos (~7 nm skersmens) grandinės, kurios susikerta ir formuoja tinklus arba bundlus.
- Atsakingi už ląstelės formos palaikymą, pūslių ir lamellipodijų susidarymą, ląstelės judėjimą ir citokinezės metu susitraukiančią žiedinę struktūrą (aktin-miozino komplekso veikla).
- Bendradarbiauja su motoriniu baltymu miozinu, kuris stumdo vezikules ir dalyvauja raumenų susitraukimuose.
Tarpiniai filamentai
- Stabilūs ir mažiau dinamiški nei aktinas ar mikrotubulės (skersmuo ~10 nm).
- Sudėtyje gali būti įvairių baltymų priklausomai nuo ląstelės tipo: keratinai epiteliui, vimentinas jungiamiesiems audiniams, neurofilamentai neuronams, laminai branduolio struktūrai.
- Pagrindinė funkcija – mechaniškai sustiprinti ląstelę ir palaikyti branduolio struktūrą.
Mikrotubulės
- Sudarytos iš alfa- ir beta-tubulino heterodimerų; jų skersmuo ~25 nm.
- Rūšiuojasi iš mikrotubulių organizacijos centro (MTOC), pvz., centrosomos; pasižymi dinaminiu nestabilumu (greita polimerizacija ir depolimerizacija).
- Atsakingos už organelių ir vezikulų pernašą (naudojant motorinius baltymus kinesiną ir dyneiną), formuoja mitotinę verpstę, dalyvauja cilia ir flagelų struktūroje.
- Cilijų ir blakstienėlių (flagelų) viduje yra tipinė „9+2“ ašinis mikrotubulų modelis bei dyneino gliutės, leidžiančios judėti.
Motoriniai baltymai
- Miozinas juda palei aktino filamentus (dažniausiai priešinga kryptimi nei miozino galvos) ir svarbus raumenų susitraukimui bei vezikuliniam transportui.
- Kinesinai paprastai juda link mikrotubulių plus galo (nuo centro į periferiją) ir perneša terpes į ląstelės periferiją.
- Dyneinai juda link mikrotubulių minus galo (į centro link) ir taip pat svarbūs cilia judėjimui (axoneminis dyneinas) bei intraceliuliniam transportui.
Dinamika, reguliacija ir farmakologija
Citoskeleto balansą reguliuoja daug baltymų: polimerizacijos reguliatoriai, sąsajos baltymai, stabilizatoriai ir severinimo baltymai. Mokslinėje praktikoje citoskelto elementai yra taikinami specialiais vaistais: pvz., kolchicinas ir vinblastinas stabdo mikrotubulių polimerizaciją, o paklitakselis (taxol) juos stabilizuoja. Aktyvūs citoskeleto pokyčiai stebimi naudojant fluorescencinę mikroskopiją ir gyvų ląstelių vaizdavimo metodikas.
Citoskeleto sutrikimai ir ligos
- Kiliopatijos – cilia funkcijos sutrikimai sukelia kvėpavimo problemas, reprodukcijos sutrikimus, inkstų cistas ir kt.
- Neurodegeneracinės ligos: slydimo ar neteisingas tarpinių filamentų kaupimasis neuronose gali būti siejamas su kai kuriomis nervų sistemos ligomis.
- Ląstelių branduolio ligos: laminų mutacijos gali sukelti progeriją ar kitus genetinius sindromus, susijusius su branduolio stabilumu.
Santrauka
Citoskeletas yra gyvybiškai svarbi ląstelės dalis: tai ne tik „skeletas“, bet ir dinamiškas darbo tinklas, kuris organizuoja ląstelės vidaus srautus, palaiko formą, leidžia judėti ir dalytis. Jo komponentai – mikrofilamentai, tarpiniai filamentai ir mikrotubulės – kartu su motoriniais baltymais sudaro sudėtingą sistemą, kuriai sutrikus gali kilti rimtų biologinių pasekmių.
Eukariotų citoskeletas. Aktino filamentai pavaizduoti raudonai, mikrotubulės - žaliai, branduoliai - mėlynai.
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra citoskeletas?
A: Citoskeletas - tai visose ląstelėse esantis iš baltymų sudarytas karkasas.
K: Kokios yra citoskeleto funkcijos?
A: Citoskeletas palaiko ląstelės formą, apsaugo ląstelę, leidžia ląstelėms judėti, padeda pernešti medžiagas citoplazmos viduje ir ląstelės dalijimosi metu.
K: Kas įvedė sąvoką ir terminą "citoskeletas"?
A: Prancūzų embriologas Paulis Wintrebertas 1931 m. įvedė sąvoką ir terminą "citoskeletas".
K: Kiek pagrindinių citoskeleto gijų rūšių yra eukariotų ląstelėse?
A: Eukariotų ląstelėse yra trys pagrindinės citoskeleto filamentų rūšys: mikrofilamentai (aktino filamentai), tarpiniai filamentai ir mikrotubulės.
K: Su kuo ląstelėse glaudžiai sąveikauja citoskeleto elementai?
A: Citoskeleto elementai glaudžiai sąveikauja su ląstelės membrana ir endoplazminiu tinklu.
K: Kokį vaidmenį citoskeletas atlieka transportuojant citoplazmos viduje?
A: Citoskeletas padeda judėti pūslelėms ir organelėms citoplazmos viduje.
K: Kokia pagrindinė citoskeleto funkcija ląstelės dalijimosi procese?
A.: Citoskeletas atlieka svarbų vaidmenį ląstelės dalijimosi procese.
