If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Цитоскелетът

Цитоскелетът. Микротубули, микрофиламенти (актинови филаменти) и междинни нишки. Центриоли, центрозоли, флагелум и реснички.

Въведение

Какво би се случило, ако някой се промъкне тайно през нощта и открадне скелета ти? За да сме наясно, това е много малко вероятно, говорейки от биологична гледна точка. Но ако по някакъв начин се случи, загубата на скелета ще причини загуба на голяма част от структурната опора на тялото ти. Външната ти форма ще се измени, някои от вътрешните ти органи ще променят положението си и може би ще ти е много трудно да ходиш, говориш или да се движиш.
Интересно е, че същото важи и за клетката. Често си представяме клетките като меки и неструктурирани желета. Но в действителност те са високо структурирани, подобно на телата ни. Клетките имат мрежа от влакна, позната като цитоскелет (буквално – "клетъчен скелет"), която не само поддържа плазмената мембрана и дава на клетката цялостната ѝ форма, но подпомага и правилното разположение на органелите, предоставя "релси" за транспорта на везикули и (при много клетки) прави възможно придвижването на клетката.
В цитоскелета на еукариотите има три вида протеинови влакна: микрофиламенти, интермедиерни филаменти и микротубули. Тук ще разгледаме всеки от изброените видове, както и някои специализирани структури, свързани с цитоскелета.

Микрофиламенти

Измежду трите вида белтъчни влакна в цитоскелета микрофиламентите са най-тънките. Те имат диаметър от около 7 nm и са изградени от много на брой свързани помежду си мономери на белтъка актин. Мономерите са комбинирани в структура, която прилича на двойна спирала. Тъй като са изградени от актинови мономери, микрофиламентите се наричат и актинови филаменти. Актиновите филаметни имат насоченост, което означава, че имат два структурно различни края.
Актинов филамент – структура, подобна на двойна спирала, изградена от актинови мономери (субединици).
Изображение модифицирано от ОупънСтакс Биология.
Актиновите филаменти имат много важни функции в клетката. Например те служат като "релси" за движението на моторен белтък, наречен миозин, който също може да формира филаменти. Поради тази връзка с миозина актинът участва в много клетъчни дейности, за които се изисква движение.
Например при деленето на животинските клетки пръстен от актин и миозин прищъпва клетката на две, за да се получат две нови дъщерни клетки. Актинът и миозинът са в изобилие и в мускулните клетки, където образуват структури от припокриващи се филаменти, наречени саркомери. Когато актиновите и миозиновите филаменти в саркомера се приплъзнат едновременно едни спрямо други, мускулите се съкращават.
Актиновите филаменти служат и като магистрали за превоз на "товари" във вътрешността на клетката, включително везикули, които съдържат протеини, и дори органели. Тези "товари" се превозват от отделни миозинови "мотори", които се движат по снопчета от актинови филаменти start superscript, 1, end superscript.
Актиновите филаменти се "сглобяват" и "разглобяват" бързо, това тяхно свойство ги прави важни за подвижността на клетка (за движението ѝ). Например за движението на белите кръвни клетки в имунната система.
Актиновите филаменти имат и ключова структурна роля в клетката. Повечето животински клетки имат мрежа от актинови филаменти в частта от цитоплазмата, която е на самия ръб на клетката. Тази мрежа, която е свързана с плазмената мембрана от специални свързващи протеини, дава на клетката форма и структура start superscript, 2, comma, 3, end superscript.

Интермедиерни филаменти

Интермедиерните филаменти са елемент на цитoскелета. Изградени са от множество нишки на фибриларни (влакнести) протеини, които са сплетени една в друга. Както подсказва името им, интермедиерните филаменти се нареждат между микрофиламентите и микротубилите (ще говорим за микротубулите по-долу) по големина на диаметъра, средно той е от 8 до 10 nm.
Интермедиерните филаменти в клетката образуват мрежа, която поддържа ядрото, както и други органели на точните им места.
Изображение: "Цитоплазмата и клетъчните органели" от колеж Оупънстакс (CC BY 3.0).
Има различни видове интермедиерни филаменти. Всеки от тях е изграден от различни видове белтъци. Един от белтъците, които изграждат интермедиерни филаменти, се нарича кератин. Това е фибриларен белтък, съдържащ се в косата, ноктите и кожата. Например рекламите за шампоани често твърдят, че шампоанът заглажда кератина в косата ти!
За разлика от актиновите филаменти, които могат да се "сглобяват" и "разглобяват" бързо, интермедиерните филаменти са по-постоянни и играят важна структурна роля в клетките. Те са специализирани да издържат на механично натоварване. Функциите им включват поддържане на формата на клетката и поддържане на ядрото и на другите органели на точните им места.

Микротубули

Въпреки че в името им има "микро", микротубулите са най-големите от трите вида елементи на цитоскелета. Диаметърът им е около 25 nm. Микротубулът е изграден от тубулинови белтъци, подредени така, че да изградят куха тръбичка, подобна на сламка. Всеки тубулинов белтък се състои от две субединици, α-тубулин и β-тубулин.
Микротубулите, подобно на актиновите филаменти, са динамични структури. Те могат да бъдат "сглобени" и "разглобени" бързо чрез добавяне или премахване на белтъка тубулин. Друга прилика между микротубулите и актиновите филаменти е, че микротубулите също имат насоченост. Те имат два края, които са структурно различни един от друг. В клетката микротубулите имат важна структурна функция – те помагат на клетката да устои на натиск.
Ляво: 3D модел на микротубул, представен като кух цилиндър от протеини. Дясно: диаграма на микротубул, показваща, че той е изграден от два вида субединици (алфа и бета). Субединиците образуват димери, а димерите са свързани в спирала, за да формират кухата тръбичка на микротубула.
Изображение: ОупънСтакс Биология.
Освен че предоставят структурна опора, микротубулите играят и различни по-специализирани роли в клетката. Например те служат за "релси" на моторните белтъци кинезин и динеин, които транспортират везикули и други товари във вътрешността на клеткатаstart superscript, 4, end superscript. По време на клетъчното делене микротубулите сформират структура, наречена делително вретено, която разделя хромозомите.

Камшичета, реснички и центрозоми

Микротубулите са и ключови компоненти на три по-специализирани структури в еукариотните клетки: камшичета, реснички и центрозоми. Може би си спомняш, че нашите приятели прокариотите също имат камшичета. Не се обърквай — камшичетата при еукариотите, за които ще говорим сега, имат доста сходна функция с тази при прокариотите, но много различна структура.
Камшичето (флагелум) е дълъг, нишковиден придатък, който се простира навън от повърхността на клетката, и се използва за придвижване на цялата клетка, например на сперматозоид. Ако клетката има камшиче, то е едно или са малко на брой. Ресничките (цилии), които се използват за движение, са подобни на камшичето, но са по-къси и обикновено са много на брой по клетъчната повърхност. Когато клетки с двигателни реснички образуват тъкани, ударите на ресничките подпомагат движението на материали по повърхността на тъканта. Например ресничките на клетките от горните дихателни пътища помагат за придвижването на прах и други частици навън към ноздрите.
Въпреки разликите в дължината и броя, камшичетата и двигателните реснички имат сходно устройство. Повечето камшичета и двигателни реснички са изградени от 9 двойки микротубили, наредени в кръг, а в центъра на кръга има още два микротубула. Тази структура се нарича подреждане 9+2. Можеш да видиш подреждането 9+2 на снимката от електронен микроскоп вляво, тя показва напречен срез на две камшичета.
Горе: Снимка от трансмисионен електронен микроскоп на напречен срез на камшиче, виждаме организацията на миркотубулите в подреждане 9+2.
Долу: Рисунка на двигателна ресничка, която показва единичните микротубули в центъра, външните двойки микротубули, подредени в кръг около единичните микротубули, и динеините, закрепени за двойките микротубули. Цялата структура е заобиколена от плазмена мембрана. В основата на ресничката е разположено базалното телце, което също е изградено от микротубули.
_Изображение: горен панел, "Цитоскелетът: фигура 5" от колеж Оупънстакс, Биология (CC BY 3.0). Модификация на работата на съоръжение за електронна микроскопия Дартмът, колеж Дартмът; данни за мащаба от Мат Ръсел. Долен панел, модификация на "Диаграма на ресничка на еукариот" от Мариана Руиз Виляреал (обществено достояние)._
При камшичетата и двигателните реснички моторни протеини, наречени динеини, се движат по протежението на микротубулите и създават сила, която кара камшичето или ресничката да извърши удар. Структурните връзки между двойките микротубули и координираното движение на динеиновите белтъци позволяват на моторните белтъци извършване на равномерни удариstart superscript, 5, comma, 6, end superscript.
Може би забелязваш, че на диаграмата по-горе има още една структура: ресничката или камшичето има и базално телце, разположено в основата на органела. Базалното телце е изградено от микротубули и играе важна роля за изграждането на ресничката или камшичето. Щом структурата е завършена, базалното телце регулира кои протеини могат да влязат или да напуснат структуратаstart superscript, 7, end superscript.
Базалното телце всъщност е модифицирана центриолаstart superscript, 7, end superscript. Центриолата е цилиндър, изграден от тройки микротубули, свързани заедно от поддържащи протеини. Центриолите са най-добре познати с ролята си в центрозомите, структури, които служат като организатори на микротубулите в животинската клетка. Центрозомата се състои от две ортогонално разположени центриоли (под прав ъгъл една спрямо друга), заобиколени от маса перицентриоларен материал, който предоставя места за закрепяне на микротубулитеstart superscript, 8, end superscript.
Диаграма на центрозома. Центрозомата се състои от две ортогонално подредени (сключващи прав ъгъл една с друга) центриоли.
Изображение: модификация от "Центриола" от Kelvinsong (CC BY 3.0)
Центрозомата се удвоява преди разделяне на клетката и двойката центрозоми участва в организиране на микротубулите, които разделят хромозомите при клетъчно делене. Въпреки това точната функция на центриолите в този процес все още не е напълно ясна. Ако центрозомата се премахне от клетките, те все още могат да се делят. Също така растителни клетки, които нямат центрозоми, също могат да се делят нормално.