Какие структуры клетки способствуют ее движению цитоскелет

Цитоскелет

Какие структуры клетки способствуют ее движению цитоскелет

Цитоскелет — это клеточный каркас или скелет, находится в цитоплазме живой клетки. Он присутствует во всех клетках, как эукариот (животных, растений, грибов и простейших), так и прокариот.

Это динамичная структура постоянно меняется, в функции которой входит поддержка и адаптация формы клетки к внешним воздействиям, экзо- и эндоцитоз, обеспечение движения клетки как целого, активный внутриклеточный транспорт и клеточное деление. Цитоскелет образованный белками.

В цитоскелета выделяют несколько основных систем, называемых или основными структурными элементами, заметными при электронно-микроскопических исследованиях (микрофиламенты, промежуточные филаменты, микротрубочки), или по основным белками, входящих в их состав (актин-миозиновых система, кератиновое система, тубулин- динеинова система).

Общий план строения филаментов цитоскелета

Элементы цитоскелета являются полимерами, мономерами которых выступают определенные белковые субъединицы.

В отличие от других биополимеров, таких как сами белки или нуклеиновые кислоты, структурные единицы цитоскелета соединены друг с другом слабыми нековалентными связями.

Полимерная строение выгодна из-за того, что позволяет клетке быстро перегруппировывать цитоскелет: белковые мономеры маленькие, и они могут быстро диссоциировать в цитоплазме, в отличие от длинных филаментов.

[attention type=yellow]

Промежуточные филаменты состоят из субъединиц, которые сами являются удлиненными фибриллярного белка, в то время как мономерами микрофиламентов и микротрубочек является глобулярные белки актин и тубулин соответственно.

[/attention]

Белки цитоскелета могут самоорганизовываться в длинные филаменты, образуя различные типы латеральных контактов и контактов типа «хвост-голова».

В живой клетке этот процесс регулируется огромным количеством вспомогательных белков.

Элементы цитоскелета могут быть одновременно динамичными и очень прочными за того, что они состоят из нескольких протофиламентив — длинных линейных нитей, построенных с мономеров, размещенных в один ряд. Обычно протофиламенты спирально закручиваются друг вокруг друга.

Микротрубочки состоят из тринадцати протофиламентив размещенных по кругу, микрофиламенты — из двух спирально закрученных, а промежуточные филаменты — с восьми.

Вследствие такого строения диссоциация мономера с конца фибриллы происходит значительно легче, чем разрыв посередине, так как для диссоциации необходимо разрушения только одного продольного связи и одного-двух латеральных, а для разрыва — большого количества продольных связей.

Поэтому перестройка элементов цитоскелета происходит относительно легко, и в то же время они могут легко противостоять тепловым повреждением и выдерживать различные механические воздействия.

Элементы цитоскелета эукариот

Основными функциями цитоскелета является поддержание формы клетки и обеспечения перемещения как клетки в целом, так и внутриклеточных компонентов внутри клетки. Цитоскелет состоит из трех основных компонентов: микрофиламентов, микротрубочек и промежуточных филаментов. Это супрамолекулярные, протяжные полимерные структуры, состоящие из белков одного типа.

Сравнительная характеристика основных элементов цитоскелета
МикротрубочкиАктиновые филаментыПромежуточные филаменты
Фотография
Схема строения
СтрукутраТрубка из 13 протофиламентив белка тубулинаДва закрученных одна вокруг одного протофиламенты актинаНесколько протофиламентив, состоящие из фибриллярных белков объединены в канатоподибну структуру
Диаметр25Нм с просветом в 15 нм7 нм8-12нм
Белковые субъединицыТубулин — димер, состоящий из α- и β-тубулинаАктинРазличные белки в зависимости от типа клеток и функции (например кератин, белки ламины, виментину т.д.)
Нуклеотиды нужны для полимеризацииГТФАТФНе нужны
Основные функции
  • Поддержание формы клетки
  • Утоворення ресничек и жгутиков, обеспечивающих локомоциях клетки
  • Расхождения хромосом во время деления клеток
  • Транспорт органелл
  • Поддержание клеточной формы
  • Изменения в форме клеток
  • Сокращение мышц
  • Движение цитоплазмы
  • Локомоция клетки с помощью псевдоподий
  • Обеспечение цитокинеза
  • Поддержание формы клетки
  • Закрепление ядра и других органелл в определенном положении
  • Образование ядерной ламины
  • Поддержка аксонов в нейронах

Динамика элементов цитоскелета

Элементы цитоскелета являются динамическими структурами: их можно сравнить с цепочкой муравьев, которые идут к месту сбора пищи. Хотя сам цепочка может существовать часами, каждый муравей в нем находится в постоянном движении.

Так же и элементы цитоскелета постоянно обмениваются субъединицами с цитоплазмой, где мономеры находятся в растворимой форме.

Относительной стабильностью характеризуются только промежуточные филаменты, поэтому информация о динамике касается в большей степени микротрубочек и актиновых филаментов.

Примером динамичности и гибкости цитоскелета клетки может быть перегруппировки микротрубочек, которые в интерфазе образуют структуру похожую на звезду, лучи которой отходят от центра клетки, а перед разделением способны быстро создать веретено деления.

В то же время некоторые структуры, построенные из элементов цитоскелета могут существовать очень долгое время: например на поверхности волосковых клеток внутреннего уха является вырасти — стереоцили, поддерживаемых пучками микрофиламентов.

Эти пучки существуют на протяжении всей жизни животного, хотя их субъединицы постоянно обновляются

[attention type=red]

Скорость присоединения и диссоциации субъединиц описывается константами k on (измеряется в М -1 × с -1) и k off (измеряется в с -1) соответственно.

[/attention]

Причем скорость присоединения зависит не только от k on, но и от концентрации свободных мономеров в цитоплазме, а скорость диссоциации является постоянной.

Когда филамент растет, то количество свободных мономеров в цитоплазме падает, пока не достигнет определенного уровня — критической концентрации (C C), при которой скорость присоединения будет равна скорости диссоциации: C C × k on = k off, откуда:

Нуклеация

Мономеры элементов цитоскелета могут спонтанно образовывать комплексы в растворе. Однако, такие олигомеры обычно нестабильны, потому что каждая субъединица в них образует связи только с небольшим количеством других. Этих взаимодействий часто недостаточно, чтобы удержать комплекс, и он в основном быстро распадается.

Для образования длинных филаментов необходимо наличие первоначального агрегата с такого количества мономеров, которой будет достаточно для стабилизации, такой агрегат называется ядром, а процесс его образования — нуклеации.

Для актиновых филаментов, ядро ​​должно состоять минимум из трех субъединиц, тогда как образование микротрубочек начинается с сложного комплекса (предположительно, из 13 молекул тубулина, образующих кольцо).

Нуклеация обычно является лимитирующим этапом в образовании длинных филаментов в растворе свободных мономеров. После инициации полимеризации в таком растворе наблюдается лаг-фаза, во время которой не наблюдается образование филаментов.

Ее существование объясняется тем, что нестабильность небольших олигомеров создает кинетический барьер в полимеризации, и длится она до тех пор, пока не произойдет процесс нуклеации.

Если к раствору мономеров добавить готовые комплексы субъединиц (например, состоящие из соединенных ковалентно мономеров), тогда лаг-фазы наблюдаться не будет.

Потребность в нуклеации используется клеткой для регулирования образования новых элементов цитоскелета. Существуют специальные белки, которые могут катализировать нуклеации в специфическом месте, где необходимо образование микротрубочек или актиновых филаментов.

Полярность микротрубочек и микрофиламентов

В отличие от мономеров промежуточных филаментов, актин и тубулин имеют два структурно и функционально разные концы. В составе микрофиламентов и микротрубочек все субъединицы возвращены в одну сторону, таким образом данные элементы цитоскелета обладают полярностью. Два конца этих филаментов отличаются по динамике полимеризации и деполимеризации:

  • конец, на котором полимеризация и деполимеризация происходят быстрее называется плюс концов;
  • конец, на котором полимеризация и деполимеризация происходят медленнее называется минус концов.

В микротрубочках α-субъединицы тубулина возвращены в минус-конца, а β — до плюс. В Микрофиламентов мономеры актина размещены таким образом, что их АТФ-связывающая щель указывает в сторону минус конца.

Несмотря на то, что абсолютные занчення k on и k off могут сильно отличаться для плюс и минус конца, их соотношение является постоянной величиной.

[attention type=green]

Поскольку изменение свободной энергии ΔG вследствие диссоциации или присоединения новой субъединицы одинакова, не в зависимости от того, на каком конце филамента произошли изменения.

[/attention]

Поэтому, когда концентрация свободных мономеров C C C, оба конца растут. Это подтверждается только при отсутствии гидролиза нуклеозидтрифосфатов (АТФ или ГТФ).

Гидролиз нуклеотидтрифосфатив

Актин и тубулин — это не просто мономеры элементов цитоскелета, они также являются ферментами, которые могут осуществлять гидролиз АТФ и ГТФ соответственно.

Одна молекула актина связывает одну молекулу АТФ, тогда как димер тубулина — две молекулы ГТФ (по одной на каждую субъединицу), то ГТФ, что находится в α-субъединицы никогда не гидролизуетья и не обменивается, тогда как ГТФ β-субъединицы может превращаться на ГДФ.

В свободных мономерах актина и тубулина гидролиз нуклеотидов происходит очень медленно, для ускорения этого процесса необходимо действие определенного фактора — ГТФаза- или АТФаза-активирующих белков.

Причем для тубулина и актина такими факторами являются другие молекулы тубулина или актина соответственно, поэтому гидролиз нуклеотидтрифосфату значительно ускоряется после инкорпорации мономера в филамент цитоскелета, где он взаимодействует с другими идентичинмы молекулами.

Микротрубочки и микрофиламенты могут существовать в двух формах «Т-форме» (мономеры связаны с ГТФ или АТФ) и «Д-форме» (мономеры связаны с ГДФ или АДФ).

После гидролиза нуклеотидтрифосфату большая часть энергии, высвобождаемой «хранится» в структуре филаментов.

Поэтому изменение свободной энергии для диссоциации мономера с Д-формы становится негативный, чем для диссоциации с Т-формы, а следовательно и соотношение k off / k on, равное значению критической концентрации, будет больше для Д-формы, чем для Т. Иными словами, Д-форма более «склонна» к диссоциации. При определенном значении концентрации свободных субъединиц C, когда C C (T)

Источник: https://info-farm.ru/alphabet_index/c/citoskelet.html

Цитоскелет – это важная составляющая клетки. Строение и функции цитоскелета

Какие структуры клетки способствуют ее движению цитоскелет

Вновь посвящая публикацию биологической тематике, поговорим об одной из важнейших в ней – цитоскелет (от греческого “цитос”, что означает “клетка”). Также рассмотрим строение и функции цитоскелета.

Общее понятие

Прежде чем говорить на эту тему, следует дать понятие цитоплазмы. Это внутренняя полужидкая среда клетки, которая ограничена цитоплазматической мембраной. В эту внутреннюю среду не входят ядро и вакуоли клетки.

А цитоскелет – это каркас клетки, который находится в цитоплазме клетки. Он есть в клетках эукариот (живые организмы, содержащие в клетках ядро). Является динамичной структурой, которая способна изменяться.

В некоторых источниках, рассматриваемых строение и функции цитоскелета, дается несколько иное, сформулированное другими словами определение. Он является опорно-двигательной системой клеток, которая образована белковыми нитчатыми структурами. Участвует в движении клетки.

Строение

Рассмотрим строение данной структуры, далее узнаем, какие функции выполняет цитоскелет.

Цитоскелет образовался за счет белков. В его структуре выделяется несколько систем, название которых происходит от основных структурных элементов, либо от основных белков, которые входят в состав данных систем.

Поскольку цитоскелет – это структура, то в ней выделяют три основные составляющие. Они играют важную роль в жизни и движении клеток.

[attention type=yellow]

Цитоскелет состоит из микротрубочек, промежуточных филаментов и микрофиламентов. Последние иначе называют актиновыми филаментами. Все они по своей природе нестабильны: постоянно собираются и разбираются. Таким образом, все компоненты имеют динамическое равновесие с белками, им соответствующими.

[/attention]

Микротрубочки цитоскелета, представляющие собой жесткую структуру, присутствуют в цитоплазме эукариотов, а также в ее выростах, которые называются жгутиками и ресничками. Их длина может варьироваться, некоторые достигают несколько микрометров в длину. Иногда микротрубочки объединяются с помощью ручек или мостиков.

Микрофиламенты состоят из актина – белка, похожего на тот, что входит в состав мышц. В их строении в малом количестве есть и другие белки. Главное отличие актиновых филаментов от микротрубочек состоит в том, что некоторых из них нельзя увидеть в световом микроскопе. В животных клетках они объединяются в сплетение под мембраной и, таким образом, связаны с ее белками.

Микрофиламенты животных и растительных клеток также взаимодействуют с белком миозином. При этом их система имеет способность к сокращению.

Промежуточные филаменты состоят из различных белков. Данный структурный компонент достаточно не изучен. Есть вероятность, что у растений он вообще отсутствует.

Также некоторые ученые считают, что промежуточные филаменты являются дополнением к микротрубочкам.

Точно доказано то, что при рзрушении системы микротрубочек филаменты перестраиваются, а при обратной процедуре влияние филаментов практически не сказывается на микротрубочках.

Функции

Говоря о строении и функциях цитоскелета, перечислим, каким именно образом он влияет на клетку.

Благодаря микрофиламентам, происходит движение белков вдоль мембраны цитоплазмы. Актин, содержащийся в них, принимает участие в мышечных сокращениях, фагоцитозе, движениях клетки, а также в процессе слияния сперматозоидов и яйцеклеток.

Микротрубочки активно участвуют в поддержании клеточной формы. Еще одна их функция – транспортная. Они переносят органеллы. Они могут выполнять механическую работу, куда входит перемещение митохондрий и ресничек. Особо важная роль принадлежит микротрубочкам в процессе клеточного деления.

Они направлены на создание или сохранение определенной клеточной асимметрии. Под определенным воздействием микротрубочки разрушаются. Это может привести к утрате данной асимметрии.

К функциям цитоскелета также относятся адаптация клетки ко внешнему воздействию, процессы эндо- и экзоцитоза.

Таким образом, мы рассмотрели, какие функции выполняет цитоскелет в живом организме.

Эукариоты

Между эукариотами и прокариотами существует определенная разница. Поэтому важно рассмотреть цитоскелет данных животных. Эукариоты (животные, имеющие в клетке ядро) имеют три типа филаментов.

Актиновые филаменты (иначе говоря, микрофиламенты) размещаются у мембраны клетки. Они принимают участие в межклеточном взаимодействии, а также передают сигналы.

Промежуточные филаменты – это наименее динамичная часть цитоскелета.

Микротрубочки являются полыми цилиндрами, они – очень динамичная структура.

Прокариоты

К прокариотам относятся одноклеточные организмы – бактерии и археи, которые не имеют сформированного ядра. Считалось, что прокариоты не имеют цитоскелета. Но с 2001-го года начались активные исследования их клеток. Были найдены гомологи (схожие, подобные) всех элементов эукариотного цитоскелета.

Ученые установили, что одна из белковых групп бактериального клеточного скелета не имеет аналогов среди эукариотов.

Заключение

Таким образом, мы рассмотрели строение и функции цитоскелета. Он играет исключительно важную роль в жизнедеятельности клетки, обеспечивая важнейшие ее процессы.

Все цитоскелетные компоненты взаимодействуют. Это подтверждается существованием прямых контактов микрофиламентов, промежуточных филаментов и микротрубочек.

Согласно современным представлениям, важнейшим звеном, которое объединяет различные клеточные части и осуществляет передачу данных, является именно цитоскелет.

Источник: https://FB.ru/article/331770/tsitoskelet---eto-vajnaya-sostavlyayuschaya-kletki-stroenie-i-funktsii-tsitoskeleta

Медик
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: