CITOSCHELET: CARACTERISTICI, FUNCȚII ȘI STRUCTURĂ - BIOLOGIE - 2025

Citoscheletului este o structură celulară formată din filamente. Este dispersat în întreaga citoplasmă și funcția sa este în principal de susținere, pentru a menține arhitectura și forma celulelor. Din punct de vedere structural, este format din trei tipuri de fibre, clasificate în funcție de mărimea lor.

Acestea sunt fibre de actină, filamente intermediare și microtubuli. Fiecare acordă o proprietate specifică rețelei. Interiorul celulelor este un mediu în care are loc deplasarea și tranzitul materialelor. Citoscheletul mediază aceste mișcări intracelulare.

De exemplu, organele - cum ar fi mitocondriile sau aparatul Golgi - sunt statice în mediul celular; acestea se deplasează folosind citoscheletul ca cale.

Deși citoscheletul predomină clar în organismele eucariote, o structură analogă a fost raportată în procariote.

Caracteristici generale

Cito-scheletul este o structură extrem de dinamică care reprezintă un „eșafod molecular”. Cele trei tipuri de filamente care îl constituie sunt unități repetate care pot forma structuri foarte diferite, în funcție de modul de combinare a acestor unități fundamentale.

Dacă dorim să creăm o analogie cu scheletul uman, citoscheletul este echivalent cu sistemul osos și, în plus, cu sistemul muscular.

Cu toate acestea, nu sunt identice cu oasele, deoarece componentele pot fi asamblate și dezintegrate, permițând schimbări de formă și conferind plasticității celulelor. Componentele citoscheletului nu sunt solubile în detergenți.

Caracteristici

Formă

După cum îi spune și numele, funcția "intuitivă" a citoscheletului este de a oferi stabilitate și formă celulei. Când filamentele sunt combinate în această rețea complicată, aceasta oferă celulei proprietatea de a rezista deformării.

Fără această structură, celula nu ar fi capabilă să păstreze o formă specifică. Cu toate acestea, este o structură dinamică (contrar scheletului uman) care conferă celulelor proprietatea schimbării formei.

Mișcarea și joncțiunile celulare

Multe dintre componentele celulare sunt atașate la această rețea de fibre dispersate în citoplasmă, contribuind la dispunerea lor spațială.

O celulă nu arată ca o supă cu diferite elemente care plutesc în derivă; nici nu este o entitate statică. Mai degrabă, este o matrice organizată cu organele situate în zone specifice, iar acest proces apare datorită citoscheletului.

Citoscheletul este implicat în mișcare. Acest lucru se întâmplă datorită proteinelor motorii. Aceste două elemente se combină și permit mișcarea în interiorul celulei.

De asemenea, participă la procesul de fagocitoză (proces în care o celulă captează o particulă din mediul extern, care poate fi sau nu alimentă).

Cito-scheletul permite celulei să se conecteze cu mediul său extern, fizic și biochimic. Acest rol conector este ceea ce permite formarea de țesuturi și joncțiuni celulare.

Structura și componentele

Citoscheletul este format din trei tipuri diferite de filamente: actină, filamente intermediare și microtubuli.

Un nou candidat este în prezent propus ca o a patra direcție a citoschelei: septina. Fiecare dintre aceste părți este descris în detaliu mai jos:

Filamente de actină

Filamentele de actină au un diametru de 7 nm. Ele sunt cunoscute și sub denumirea de microfilamente. Monomerii care compun filamentele sunt particule în formă de balon.

Deși sunt structuri liniare, nu au formă de „bară”: se rotesc pe axa lor și seamănă cu o helix. Sunt atașate la o serie de proteine ​​specifice care le reglează comportamentul (organizare, locație, lungime). Există peste 150 de proteine ​​capabile să interacționeze cu actina.

Extremele pot fi diferențiate; unul se numește plus (+), iar celălalt minus (-). În aceste capete, filamentul poate crește sau scurta. Polimerizarea este vizibil mai rapidă la capătul plus; Pentru ca polimerizarea să apară, este necesar ATP.

Actina poate fi, de asemenea, ca un monomer și liberă în citosol. Acești monomeri sunt legați de proteine ​​care împiedică polimerizarea lor.

Funcțiile filamentelor de actină

Filamentele de actină au un rol legat de mișcarea celulelor. Ele permit diferite tipuri de celule, atât unicelulare cât și organisme multicelulare (un exemplu sunt celulele sistemului imunitar), să se miște în mediile lor.

Actina este bine cunoscută pentru rolul său în contracția musculară. Împreună cu miozina se grupează în sarcomeres. Ambele structuri fac posibilă o astfel de mișcare dependentă de ATP.

Filamente intermediare

Diametrul aproximativ al acestor filamente este de 10 um; de aici denumirea de „intermediar”. Diametrul său este intermediar în raport cu celelalte două componente ale citoscheletului.

Fiecare filament este structurat după cum urmează: un cap în formă de balon la terminalul N și o coadă în formă similară la terminalul de carbon. Aceste capete sunt conectate între ele printr-o structură liniară formată din elicele alfa.

Aceste „șiruri” au capete globulare, care au proprietatea de a se înfășura cu alte filamente intermediare, creând elemente intercalate mai groase.

Filamentele intermediare sunt localizate în întreaga citoplasmă celulară. Ele se extind la membrană și sunt adesea atașate de ea. Aceste filamente se găsesc și în nucleu, formând o structură numită „lamina nucleară”.

Acest grup este clasificat la rândul său în subgrupuri de filamente intermediare:

- Filamente cu keeratină.

- Filamente Vimentin.

- Neurofilamente.

- Foi nucleare.

Rolul filamentelor intermediare

Sunt elemente extrem de puternice și rezistente. De fapt, dacă le comparăm cu celelalte două filamente (actină și microtubuli), filamentele intermediare câștigă în stabilitate.

Datorită acestei proprietăți, funcția sa principală este mecanică, rezistând modificărilor celulare. Se găsesc din abundență în tipurile de celule care prezintă stres mecanic constant; de exemplu, în celulele nervoase, epiteliale și musculare.

Spre deosebire de celelalte două componente ale citoscheletului, filamentele intermediare nu se pot aduna și se desprind la capetele lor polare.

Sunt structuri rigide (pentru a-și putea îndeplini funcția: suportul celulelor și răspunsul mecanic la stres) iar asamblarea filamentelor este un proces dependent de fosforilare.

Filamentele intermediare formează structuri numite desmosomi. Împreună cu o serie de proteine ​​(cadherine), aceste complexe sunt create care formează joncțiunile dintre celule.

microtubuli

Microtubulii sunt elemente goale. Sunt cele mai mari filamente care alcătuiesc citoscheletul. Diametrul microtubulilor din partea sa internă este de aproximativ 25 nm. Lungimea este destul de variabilă, în intervalul de la 200 nm la 25 um.

Aceste filamente sunt indispensabile în toate celulele eucariote. Ele ies (sau se nasc) din structuri mici numite centrosomi, iar de acolo se extind până la marginile celulei, spre deosebire de filamentele intermediare, care se extind în întregul mediu celular.

Microtubulele sunt formate din proteine ​​numite tubuline. Tubulina este un dimer format din două subunități: α-tubulina și β-tubulina. Acești doi monomeri sunt uniți de legături ne-covalente.

Una dintre caracteristicile sale cele mai relevante este capacitatea de a crește și de a scurta, fiind structuri destul de dinamice, ca în filamentele de actină.

Cele două capete ale microtubulilor pot fi diferențiate unele de altele. Din acest motiv se spune că în aceste filamente există o „polaritate”. La fiecare dintre extreme - numit plus p pozitiv și minus sau negativ - are loc procesul de autoasamblare.

Acest proces de asamblare și degradare a filamentului dă naștere unui fenomen de „instabilitate dinamică”.

Funcția microtubulului

Microtubulii pot forma structuri foarte diverse. Ei participă la procesele de diviziune celulară, formând fusul mitotic. Acest proces ajută fiecare celulă fiică să aibă un număr egal de cromozomi.

Ele formează, de asemenea, apendicele asemănătoare cu biciul utilizat pentru mobilitatea celulelor, cum ar fi cilia și flagelul.

Microtubulii servesc ca căi sau „autostrăzi” în care se mișcă diferite proteine ​​care au funcții de transport. Aceste proteine ​​sunt clasificate în două familii: kinezine și dineine. Pot călători pe distanțe lungi în interiorul celulei. Transportul pe distanțe scurte se realizează în general pe actină.

Aceste proteine ​​sunt „pietonii” drumurilor de microtubule. Mișcarea sa seamănă îndeaproape cu o plimbare pe microtubule.

Transportul implică mișcarea diferitelor tipuri de elemente sau produse, cum ar fi veziculele. În celulele nervoase acest proces este bine cunoscut, deoarece neurotransmițătorii sunt eliberați în vezicule.

Microtubulii participă de asemenea la mobilizarea organelor. În special, aparatul Golgi și reticulul endosplasmic depind de aceste filamente pentru a se poziționa corect. În absența microtubulilor (în celulele mutate experimental), aceste organele își schimbă semnificativ poziția.

Alte implicații ale citoscheletului

În bacterii

În secțiunile anterioare, a fost descris citoscheletul eucariotei. Procariotele posedă, de asemenea, o structură similară și au componente analoge celor trei fibre care alcătuiesc citoscheletul tradițional. La aceste filamente i se adaugă una dintre apartenențele sale la bacterii: grupul MinD-ParA.

Funcțiile citoscheletului în bacterii sunt destul de asemănătoare cu funcțiile pe care le îndeplinesc la eucariote: sprijin, diviziune celulară, menținerea formei celulare, printre altele.

În cancer

Clinic, componentele citoscheletului au fost asociate cu cancerul. Deoarece intervin în procesele de divizare, ele sunt considerate „ținte” pentru a înțelege și a ataca dezvoltarea celulelor necontrolate.

Referințe

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … și Walter, P. (2013). Biologia celulară esențială. Garland Science.
2. Fletcher, DA, & Mullins, RD (2010). Mecanica celulară și citoscheletul. Nature, 463 (7280), 485-492.
3. Hall, A. (2009). Citoscheletul și cancerul. Recenzii privind cancerul și metastazarea, 28 (1–2), 5–14.
4. Moseley, JB (2013). O vedere extinsă a citoscheletului eucariot. Biologia moleculară a celulei, 24 (11), 1615-1618.
5. Müller-Esterl, W. (2008). Biochimie. Fundamente pentru medicină și științele vieții. Am inversat.
6. Shih, YL, & Rothfield, L. (2006). Citoscheletul bacterian. Recenzii de microbiologie și biologie moleculară, 70 (3), 729–754.
7. Silverthorn Dee, U. (2008). Fiziologia umană, o abordare integrată. Panamericane medicale. Ediția a 4-a. Bs As.
8. Svitkina, T. (2009). Imaginarea componentelor citoscheletului prin microscopie electronică. În metode și protocoale cito-scheletice (pp. 187–06). Humana Press.