CYTOSKELETON: ลักษณะหน้าที่และโครงสร้าง - ชีววิทยา - 2025

โครงร่างของเซลล์เป็นโครงสร้างของเซลล์สร้างขึ้นจากเส้นใย มันกระจายไปทั่วไซโทพลาสซึมและหน้าที่ของมันส่วนใหญ่สนับสนุนเพื่อรักษาสถาปัตยกรรมและรูปร่างของเซลล์ โครงสร้างประกอบด้วยเส้นใย 3 ประเภทโดยจำแนกตามขนาด

สิ่งเหล่านี้คือเส้นใยแอกตินเส้นใยกลางและไมโครทูบูล แต่ละคนมอบคุณสมบัติเฉพาะให้กับเครือข่าย ภายในเซลล์เป็นสภาพแวดล้อมที่เกิดการเคลื่อนย้ายและการเคลื่อนย้ายของวัสดุ โครงกระดูกเป็นสื่อกลางในการเคลื่อนไหวภายในเซลล์เหล่านี้

ตัวอย่างเช่นออร์แกเนลล์ - เช่นไมโตคอนเดรียหรืออุปกรณ์กอลจิ - คงที่ในสภาพแวดล้อมของเซลล์ การเคลื่อนไหวเหล่านี้โดยใช้โครงร่างโครงกระดูกเป็นทางเดิน

แม้ว่าโครงร่างเซลล์จะมีอิทธิพลเหนือสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตอย่างชัดเจน แต่ก็มีการรายงานโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันในโปรคาริโอต

ลักษณะทั่วไป

โครงร่างโครงกระดูกเป็นโครงสร้างที่มีพลวัตมากซึ่งแสดงถึง "โครงร่างโมเลกุล" เส้นใยทั้งสามประเภทที่ประกอบกันเป็นหน่วยที่ทำซ้ำซึ่งสามารถสร้างโครงสร้างที่แตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับวิธีการรวมหน่วยพื้นฐานเหล่านี้

หากเราต้องการสร้างการเปรียบเทียบกับโครงกระดูกมนุษย์โครงร่างโครงกระดูกจะเทียบเท่ากับระบบกระดูกและนอกจากนี้ระบบกล้ามเนื้อ

อย่างไรก็ตามมันไม่เหมือนกับกระดูกเนื่องจากส่วนประกอบต่างๆสามารถประกอบและสลายตัวได้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและทำให้เซลล์มีความเป็นพลาสติก ส่วนประกอบของโครงร่างโครงร่างไม่ละลายในผงซักฟอก

คุณสมบัติ

รูปร่าง

ตามความหมายของชื่อฟังก์ชัน "ใช้งานง่าย" ของโครงร่างโครงกระดูกคือให้ความเสถียรและรูปร่างแก่เซลล์ เมื่อเส้นใยถูกรวมเข้าด้วยกันในเครือข่ายที่ซับซ้อนนี้จะทำให้เซลล์มีคุณสมบัติในการต่อต้านการเสียรูป

หากไม่มีโครงสร้างนี้เซลล์จะไม่สามารถรักษารูปร่างเฉพาะได้ อย่างไรก็ตามมันเป็นโครงสร้างแบบไดนามิก (ตรงกันข้ามกับโครงกระดูกมนุษย์) ที่ทำให้เซลล์มีคุณสมบัติในการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง

การเคลื่อนไหวของเซลล์และทางแยก

ส่วนประกอบของเซลล์จำนวนมากติดอยู่กับเครือข่ายของเส้นใยที่กระจายอยู่ในไซโทพลาซึมซึ่งมีส่วนช่วยในการจัดเรียงเชิงพื้นที่

เซลล์ดูไม่เหมือนซุปที่มีองค์ประกอบต่าง ๆ ลอยเคว้งคว้าง มันไม่ใช่เอนทิตีแบบคงที่ แต่เป็นเมทริกซ์ที่มีการจัดระเบียบซึ่งมีออร์แกเนลล์อยู่ในพื้นที่เฉพาะและกระบวนการนี้เกิดขึ้นเนื่องจากโครงร่างเซลล์

โครงกระดูกมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหว สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากมอเตอร์โปรตีน องค์ประกอบทั้งสองนี้รวมกันและอนุญาตให้มีการเคลื่อนไหวภายในเซลล์

นอกจากนี้ยังมีส่วนร่วมในกระบวนการ phagocytosis (กระบวนการที่เซลล์จับอนุภาคจากสิ่งแวดล้อมภายนอกซึ่งอาจเป็นอาหารหรือไม่ก็ได้)

โครงร่างโครงร่างช่วยให้เซลล์สามารถเชื่อมต่อกับสภาพแวดล้อมภายนอกทั้งทางร่างกายและทางชีวเคมี บทบาทตัวเชื่อมต่อนี้เป็นสิ่งที่ช่วยในการสร้างเนื้อเยื่อและทางแยกของเซลล์

โครงสร้างและส่วนประกอบ

โครงร่างโครงร่างประกอบด้วยเส้นใยสามประเภทที่แตกต่างกัน: แอกตินเส้นใยกลางและไมโครทูบูล

ขณะนี้มีการเสนอผู้สมัครใหม่ให้เป็นกลุ่มที่สี่ของไซโตสเคล: เซปติน แต่ละส่วนเหล่านี้มีรายละเอียดอธิบายไว้ด้านล่าง:

เส้นใยแอกติน

เส้นใยแอกตินมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 นาโนเมตร พวกเขาเรียกอีกอย่างว่าไมโครฟิลาเมนต์ โมโนเมอร์ที่ประกอบเป็นเส้นใยเป็นอนุภาครูปบอลลูน

แม้ว่าจะเป็นโครงสร้างเชิงเส้น แต่ก็ไม่ได้มีรูปร่างเหมือน "แท่ง": พวกมันหมุนบนแกนและมีลักษณะคล้ายเกลียว พวกมันติดอยู่กับชุดของโปรตีนเฉพาะที่ควบคุมพฤติกรรมของพวกมัน (องค์กรตำแหน่งความยาว) มีโปรตีนมากกว่า 150 ชนิดที่สามารถทำปฏิกิริยากับแอกติน

ความสุดขั้วสามารถสร้างความแตกต่างได้ หนึ่งเรียกว่าบวก (+) และอีกตัวลบ (-) ที่ปลายเหล่านี้ไส้หลอดสามารถเติบโตหรือสั้นลงได้ พอลิเมอไรเซชันเร็วกว่าอย่างเห็นได้ชัดที่ปลายด้านบวก สำหรับการเกิดพอลิเมอไรเซชันจำเป็นต้องมี ATP

แอกตินยังสามารถเป็นโมโนเมอร์และเป็นอิสระในไซโตซอล โมโนเมอร์เหล่านี้เชื่อมโยงกับโปรตีนที่ป้องกันไม่ให้เกิดโพลิเมอไรเซชัน

หน้าที่ของเส้นใยแอกติน

เส้นใยแอกตินมีหน้าที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของเซลล์ พวกมันอนุญาตให้เซลล์ประเภทต่างๆทั้งสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวและหลายเซลล์ (ตัวอย่างเช่นเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกัน) เคลื่อนที่ไปในสภาพแวดล้อมของพวกมัน

แอกตินเป็นที่รู้จักกันดีว่ามีบทบาทในการหดตัวของกล้ามเนื้อ ร่วมกับไมโอซินพวกเขารวมกลุ่มกันใน sarcomeres โครงสร้างทั้งสองทำให้การเคลื่อนไหวขึ้นอยู่กับ ATP ดังกล่าวเป็นไปได้

เส้นใยกลาง

เส้นผ่านศูนย์กลางโดยประมาณของเส้นใยเหล่านี้คือ 10 µm; จึงมีชื่อว่า "ตัวกลาง" เส้นผ่านศูนย์กลางของมันอยู่ตรงกลางเมื่อเทียบกับอีกสององค์ประกอบของโครงร่างโครงกระดูก

เส้นใยแต่ละเส้นมีโครงสร้างดังนี้หัวรูปบอลลูนที่ขั้ว N และหางที่มีรูปร่างคล้ายกันที่ขั้วคาร์บอน ปลายเหล่านี้เชื่อมต่อกันด้วยโครงสร้างเชิงเส้นที่ประกอบด้วยแอลฟาเฮลิก

"สตริง" เหล่านี้มีส่วนหัวทรงกลมที่มีคุณสมบัติในการพันกับเส้นใยกลางอื่น ๆ ทำให้เกิดองค์ประกอบที่เชื่อมต่อกันหนาขึ้น

เส้นใยตัวกลางจะอยู่ทั่วไซโทพลาซึมของเซลล์ พวกมันขยายไปถึงเมมเบรนและมักจะยึดติดกับมัน นอกจากนี้ยังพบเส้นใยเหล่านี้ในนิวเคลียสทำให้กลายเป็นโครงสร้างที่เรียกว่า "ลามินานิวเคลียร์"

กลุ่มนี้ถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยของเส้นใยกลาง:

- เส้นใยเคราติน

- เส้นใยวิเมนติน

- ใยประสาท

- แผ่นนิวเคลียร์

บทบาทของเส้นใยกลาง

เป็นองค์ประกอบที่แข็งแกร่งและทนทานมาก ในความเป็นจริงถ้าเราเปรียบเทียบกับอีกสองเส้นใย (แอกตินและไมโครทูบลีส) เส้นใยตัวกลางจะมีความคงตัว

ด้วยคุณสมบัตินี้หน้าที่หลักของมันคือกลไกที่ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ พบมากในเซลล์ประเภทที่มีความเครียดเชิงกลคงที่ ตัวอย่างเช่นในเซลล์ประสาทเยื่อบุผิวและกล้ามเนื้อ

ซึ่งแตกต่างจากส่วนประกอบอื่น ๆ อีกสองอย่างของโครงร่างโครงร่างโครงกระดูกตรงกลางไม่สามารถรวมตัวกันและแยกออกจากกันที่ปลายขั้วของมัน

โครงสร้างเหล่านี้เป็นโครงสร้างที่แข็ง (เพื่อให้สามารถตอบสนองการทำงานได้: การรองรับเซลล์และการตอบสนองเชิงกลต่อความเครียด) และการประกอบเส้นใยเป็นกระบวนการที่ขึ้นอยู่กับฟอสโฟรีเลชัน

เส้นใยกลางสร้างโครงสร้างที่เรียกว่า desmosomes ร่วมกับชุดของโปรตีน (แคเดอริน) คอมเพล็กซ์เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นซึ่งเป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างเซลล์

microtubules

Microtubules เป็นองค์ประกอบกลวง เป็นเส้นใยที่ใหญ่ที่สุดที่ประกอบเป็นโครงกระดูก เส้นผ่านศูนย์กลางของ microtubules ในส่วนภายในอยู่ที่ประมาณ 25 นาโนเมตร ความยาวค่อนข้างแปรผันอยู่ในช่วง 200 นาโนเมตรถึง 25 µm

เส้นใยเหล่านี้ขาดไม่ได้ในเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมด พวกมันโผล่ออกมา (หรือเกิด) จากโครงสร้างเล็ก ๆ ที่เรียกว่าเซนโทรโซมและจากที่นั่นพวกมันขยายไปถึงขอบของเซลล์ในทางตรงกันข้ามกับเส้นใยกลางซึ่งขยายไปทั่วสภาพแวดล้อมของเซลล์

Microtubules ประกอบด้วยโปรตีนที่เรียกว่า tubulins Tubulin เป็นเครื่องหรี่ที่ประกอบด้วยสองหน่วยย่อย: α-tubulin และβ-tubulin โมโนเมอร์ทั้งสองนี้เชื่อมต่อกันด้วยพันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์

ลักษณะที่เกี่ยวข้องมากที่สุดประการหนึ่งคือความสามารถในการเติบโตและการย่อส่วนซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีพลวัตค่อนข้างมากเช่นเดียวกับเส้นใยแอกติน

ปลายทั้งสองของ microtubules สามารถแยกออกจากกันได้ ด้วยเหตุนี้จึงกล่าวได้ว่าในเส้นใยเหล่านี้มี "ขั้ว" ในแต่ละขั้ว - เรียกว่าบวก p บวกและลบหรือลบ - กระบวนการประกอบตัวเองจะเกิดขึ้น

กระบวนการประกอบและการย่อยสลายของไส้หลอดนี้ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ "ความไม่เสถียรแบบไดนามิก"

ฟังก์ชัน Microtubule

Microtubules สามารถสร้างโครงสร้างที่หลากหลายมาก พวกเขามีส่วนร่วมในกระบวนการแบ่งเซลล์สร้างแกนหมุนไมโทติก กระบวนการนี้ช่วยให้เซลล์ลูกสาวแต่ละเซลล์มีจำนวนโครโมโซมเท่ากัน

นอกจากนี้ยังสร้างอวัยวะที่คล้ายแส้ที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายเซลล์เช่นซิเลียและแฟลกเจลลา

Microtubules ทำหน้าที่เป็นทางเดินหรือ "ทางหลวง" ซึ่งโปรตีนต่าง ๆ ที่มีหน้าที่ในการขนส่งเคลื่อนที่ โปรตีนเหล่านี้แบ่งออกเป็นสองตระกูล: ไคนินและดีนีน พวกมันสามารถเดินทางเป็นระยะทางไกลภายในเซลล์ โดยทั่วไปการขนส่งในระยะทางสั้น ๆ จะดำเนินการโดยใช้แอกติน

โปรตีนเหล่านี้คือ "คนเดินถนน" ของถนนไมโครทูบูล การเคลื่อนไหวของมันคล้ายกับการเดินบนไมโครทูบูล

การขนส่งเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ขององค์ประกอบหรือผลิตภัณฑ์ประเภทต่างๆเช่นถุง ในเซลล์ประสาทกระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันดีเนื่องจากสารสื่อประสาทถูกปล่อยออกมาในถุง

Microtubules ยังมีส่วนร่วมในการระดมออร์แกเนลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องมือ Golgi และเรติคูลัมเอนโดสพลาสมิกขึ้นอยู่กับเส้นใยเหล่านี้เพื่อให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม ในกรณีที่ไม่มี microtubules (ในเซลล์ที่กลายพันธุ์ทดลอง) ออร์แกเนลล์เหล่านี้จะเปลี่ยนตำแหน่งอย่างชัดเจน

ผลกระทบอื่น ๆ ของโครงร่างโครงร่าง

ในแบคทีเรีย

ในส่วนก่อนหน้านี้มีการอธิบายโครงร่างของเซลล์ยูคาริโอต โปรคาริโอตยังมีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันและมีส่วนประกอบที่คล้ายคลึงกับเส้นใยทั้งสามที่ประกอบกันเป็นโครงร่างเซลล์แบบดั้งเดิม สำหรับเส้นใยเหล่านี้จะมีการเพิ่มหนึ่งในของตัวเองที่เป็นของแบคทีเรีย: กลุ่ม MinD-ParA

หน้าที่ของโครงร่างเซลล์ในแบคทีเรียค่อนข้างคล้ายกับหน้าที่ที่พวกมันเติมเต็มในยูคาริโอต: การสนับสนุนการแบ่งเซลล์การบำรุงรักษารูปร่างของเซลล์และอื่น ๆ

ในโรคมะเร็ง

ในทางคลินิกส่วนประกอบของโครงร่างโครงกระดูกมีความเกี่ยวข้องกับมะเร็ง เนื่องจากพวกมันเข้าไปแทรกแซงกระบวนการแบ่งพวกมันจึงถูกมองว่าเป็น "เป้าหมาย" เพื่อที่จะเข้าใจและโจมตีการพัฒนาของเซลล์ที่ไม่มีการควบคุม

อ้างอิง

1. Alberts, B. , Bray, D. , Hopkin, K. , Johnson, A. , Lewis, J. , Raff, M. , … & Walter, P. (2013) ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น การ์แลนด์วิทยาศาสตร์.
2. Fletcher, DA, & Mullins, RD (2010) กลศาสตร์ของเซลล์และโครงร่างเซลล์ ธรรมชาติ, 463 (7280), 485-492
3. ฮอลล์ก. (2552). โครงกระดูกและมะเร็ง Cancer and Metastasis Reviews, 28 (1–2), 5–14.
4. โมสลีย์เจบี (2013). มุมมองที่กว้างขึ้นของโครงร่างเซลล์ยูคาริโอต อณูชีววิทยาของเซลล์, 24 (11), 1615–1618
5. Müller-Esterl, W. (2008). ชีวเคมี. พื้นฐานด้านการแพทย์และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ ฉันย้อนกลับ
6. Shih, YL และ Rothfield, L. (2006). โครงกระดูกของแบคทีเรีย Microbiology and Molecular Biology Reviews, 70 (3), 729–754.
7. ซิลเวอร์ธรดี, อู่. (2551). สรีรวิทยาของมนุษย์แนวทางบูรณาการ การแพทย์แพนอเมริกัน พิมพ์ครั้งที่ 4. Bs เป็น.
8. สวิทกินา, T. (2552). การถ่ายภาพส่วนประกอบของโครงร่างโครงกระดูกโดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ใน Cytoskeleton Methods and Protocols (หน้า 187–06) กด Humana