ZYTOSKELETT: EIGENSCHAFTEN, FUNKTIONEN UND STRUKTUR - BIOLOGIE - 2025

Das Zytoskelett ist eine Zellstruktur aus Filamenten. Es ist im gesamten Zytoplasma verteilt und seine Funktion unterstützt hauptsächlich die Erhaltung der Zellarchitektur und -form. Strukturell besteht es aus drei Arten von Fasern, die nach ihrer Größe klassifiziert sind.

Dies sind Aktinfasern, Zwischenfilamente und Mikrotubuli. Jeder gewährt dem Netzwerk eine bestimmte Eigenschaft. Das Zellinnere ist eine Umgebung, in der Materialverschiebung und -transit stattfinden. Das Zytoskelett vermittelt diese intrazellulären Bewegungen.

Zum Beispiel sind Organellen - wie Mitochondrien oder der Golgi-Apparat - in der zellulären Umgebung statisch; Diese bewegen sich über das Zytoskelett als Weg.

Obwohl das Zytoskelett in eukaryotischen Organismen eindeutig vorherrscht, wurde bei Prokaryoten über eine analoge Struktur berichtet.

Allgemeine Charakteristiken

Das Zytoskelett ist eine extrem dynamische Struktur, die ein "molekulares Gerüst" darstellt. Die drei Arten von Filamenten, aus denen es besteht, sind sich wiederholende Einheiten, die je nach Art der Kombination dieser Grundeinheiten sehr unterschiedliche Strukturen bilden können.

Wenn wir eine Analogie zum menschlichen Skelett herstellen wollen, entspricht das Zytoskelett dem Knochensystem und zusätzlich dem Muskelsystem.

Sie sind jedoch nicht mit Knochen identisch, da die Komponenten zusammengebaut und aufgelöst werden können, was Formänderungen ermöglicht und der Zelle Plastizität verleiht. Die Bestandteile des Zytoskeletts sind in Detergenzien nicht löslich.

Eigenschaften

Gestalten

Wie der Name schon sagt, besteht die "intuitive" Funktion des Zytoskeletts darin, der Zelle Stabilität und Form zu verleihen. Wenn die Filamente in diesem komplizierten Netzwerk kombiniert werden, erhält die Zelle die Eigenschaft, einer Verformung zu widerstehen.

Ohne diese Struktur wäre die Zelle nicht in der Lage, eine bestimmte Form beizubehalten. Es ist jedoch eine dynamische Struktur (im Gegensatz zum menschlichen Skelett), die den Zellen die Eigenschaft gibt, ihre Form zu ändern.

Zellbewegung und Verbindungen

Viele der zellulären Komponenten sind an dieses Netzwerk von Fasern gebunden, die im Zytoplasma verteilt sind, und tragen zu ihrer räumlichen Anordnung bei.

Eine Zelle sieht nicht aus wie eine Suppe, in der verschiedene Elemente schweben. Es ist auch keine statische Einheit. Es handelt sich vielmehr um eine organisierte Matrix mit Organellen, die sich in bestimmten Bereichen befinden, und dieser Prozess findet dank des Zytoskeletts statt.

Das Zytoskelett ist an der Bewegung beteiligt. Dies geschieht dank motorischer Proteine. Diese beiden Elemente kombinieren und ermöglichen Bewegungen innerhalb der Zelle.

Es ist auch am Prozess der Phagozytose beteiligt (ein Prozess, bei dem eine Zelle ein Partikel aus der äußeren Umgebung einfängt, bei dem es sich möglicherweise um Lebensmittel handelt oder nicht).

Das Zytoskelett ermöglicht es der Zelle, sich physikalisch und biochemisch mit ihrer äußeren Umgebung zu verbinden. Diese Verbindungsrolle ermöglicht die Bildung von Geweben und Zellkontakten.

Struktur und Komponenten

Das Zytoskelett besteht aus drei verschiedenen Arten von Filamenten: Aktin, Zwischenfilamente und Mikrotubuli.

Ein neuer Kandidat wird derzeit als vierter Strang der Zytoskelele vorgeschlagen: Septin. Jeder dieser Teile wird nachstehend ausführlich beschrieben:

Aktinfilamente

Aktinfilamente haben einen Durchmesser von 7 nm. Sie werden auch als Mikrofilamente bezeichnet. Die Monomere, aus denen die Filamente bestehen, sind ballonförmige Partikel.

Obwohl es sich um lineare Strukturen handelt, sind sie nicht wie ein "Balken" geformt: Sie drehen sich um ihre Achse und ähneln einer Helix. Sie sind an eine Reihe spezifischer Proteine ​​gebunden, die ihr Verhalten regulieren (Organisation, Ort, Länge). Es gibt mehr als 150 Proteine, die mit Aktin interagieren können.

Die Extreme können unterschieden werden; einer heißt plus (+) und der andere minus (-). An diesen Enden kann das Filament wachsen oder sich verkürzen. Die Polymerisation ist am positiven Ende merklich schneller; Für die Polymerisation ist ATP erforderlich.

Actin kann auch als Monomer und frei im Cytosol sein. Diese Monomere sind an Proteine ​​gebunden, die ihre Polymerisation verhindern.

Funktionen von Aktinfilamenten

Aktinfilamente spielen eine Rolle in Bezug auf die Zellbewegung. Sie ermöglichen es verschiedenen Zelltypen, sowohl einzelligen als auch mehrzelligen Organismen (ein Beispiel sind die Zellen des Immunsystems), sich in ihrer Umgebung zu bewegen.

Actin ist bekannt für seine Rolle bei der Muskelkontraktion. Zusammen mit Myosin gruppieren sie sich zu Sarkomeren. Beide Strukturen ermöglichen eine solche ATP-abhängige Bewegung.

Zwischenfilamente

Der ungefähre Durchmesser dieser Filamente beträgt 10 um; daher der Name "Mittelstufe". Sein Durchmesser liegt in Bezug auf die beiden anderen Komponenten des Zytoskeletts dazwischen.

Jedes Filament ist wie folgt aufgebaut: ein ballonförmiger Kopf am N-Anschluss und ein ähnlich geformter Schwanz am Kohlenstoffanschluss. Diese Enden sind durch eine lineare Struktur aus Alpha-Helices miteinander verbunden.

Diese "Saiten" haben kugelförmige Köpfe, die die Eigenschaft haben, sich mit anderen Zwischenfilamenten aufzuwickeln, wodurch dickere Interlaced-Elemente entstehen.

Zwischenfilamente befinden sich im gesamten Zellzytoplasma. Sie erstrecken sich bis zur Membran und sind häufig daran befestigt. Diese Filamente befinden sich auch im Kern und bilden eine Struktur, die als "Kernschicht" bezeichnet wird.

Diese Gruppe wird wiederum in Untergruppen von Zwischenfilamenten eingeteilt:

- Keratinfilamente.

- Vimentinfilamente.

- Neurofilamente.

- Nuklearblätter.

Rolle der Zwischenfilamente

Sie sind extrem starke und widerstandsfähige Elemente. Wenn wir sie mit den beiden anderen Filamenten (Aktin und Mikrotubuli) vergleichen, gewinnen die Zwischenfilamente an Stabilität.

Dank dieser Eigenschaft ist seine Hauptfunktion mechanisch und widersteht zellulären Veränderungen. Sie kommen häufig in Zelltypen vor, die einer konstanten mechanischen Belastung ausgesetzt sind. zum Beispiel in Nerven-, Epithel- und Muskelzellen.

Im Gegensatz zu den beiden anderen Komponenten des Zytoskeletts können sich die Zwischenfilamente an ihren polaren Enden nicht zusammensetzen und auseinanderfallen.

Sie sind starre Strukturen (um ihre Funktion zu erfüllen: Zellunterstützung und mechanische Reaktion auf Beanspruchung), und der Zusammenbau der Filamente ist ein von der Phosphorylierung abhängiger Prozess.

Die Zwischenfilamente bilden Strukturen, die Desmosomen genannt werden. Zusammen mit einer Reihe von Proteinen (Cadherinen) entstehen diese Komplexe, die die Verbindungen zwischen den Zellen bilden.

Mikrotubuli

Mikrotubuli sind hohle Elemente. Sie sind die größten Filamente, aus denen das Zytoskelett besteht. Der Durchmesser der Mikrotubuli in ihrem inneren Teil beträgt etwa 25 nm. Die Länge ist ziemlich variabel und liegt im Bereich von 200 nm bis 25 um.

Diese Filamente sind in allen eukaryotischen Zellen unverzichtbar. Sie entstehen (oder werden geboren) aus kleinen Strukturen, die als Zentrosomen bezeichnet werden, und erstrecken sich von dort bis zu den Rändern der Zelle, im Gegensatz zu den Zwischenfilamenten, die sich über die gesamte zelluläre Umgebung erstrecken.

Mikrotubuli bestehen aus Proteinen, die Tubuline genannt werden. Tubulin ist ein Dimer, das aus zwei Untereinheiten besteht: α-Tubulin und β-Tubulin. Diese beiden Monomere sind durch nichtkovalente Bindungen verbunden.

Eine der wichtigsten Eigenschaften ist die Fähigkeit zu wachsen und zu verkürzen, da es sich um sehr dynamische Strukturen handelt, wie bei Aktinfilamenten.

Die beiden Enden der Mikrotubuli können voneinander unterschieden werden. Aus diesem Grund wird gesagt, dass in diesen Filamenten eine "Polarität" vorhanden ist. An jedem der Extreme - Plus p positiv und Minus oder negativ genannt - findet der Prozess der Selbstorganisation statt.

Dieser Prozess des Zusammenbaus und Abbaus des Filaments führt zu einem Phänomen der "dynamischen Instabilität".

Mikrotubuli-Funktion

Mikrotubuli können sehr unterschiedliche Strukturen bilden. Sie sind an den Prozessen der Zellteilung beteiligt und bilden die mitotische Spindel. Dieser Prozess hilft jeder Tochterzelle, eine gleiche Anzahl von Chromosomen zu haben.

Sie bilden auch die peitschenartigen Anhänge, die für die Zellmobilität verwendet werden, wie Zilien und Flagellen.

Mikrotubuli dienen als Wege oder "Autobahnen", auf denen sich verschiedene Proteine ​​mit Transportfunktionen bewegen. Diese Proteine ​​werden in zwei Familien eingeteilt: Kinesine und Dyneine. Sie können lange Strecken innerhalb der Zelle zurücklegen. Der Transport über kurze Strecken erfolgt in der Regel mit Aktin.

Diese Proteine ​​sind die "Fußgänger" der Mikrotubuli-Straßen. Seine Bewegung ähnelt stark einem Spaziergang auf den Mikrotubuli.

Beim Transport werden verschiedene Arten von Elementen oder Produkten wie Vesikel bewegt. In Nervenzellen ist dieser Prozess bekannt, da Neurotransmitter in Vesikeln freigesetzt werden.

Mikrotubuli sind auch an der Mobilisierung von Organellen beteiligt. Insbesondere der Golgi-Apparat und das endosplasmatische Retikulum hängen von diesen Filamenten ab, um ihre richtige Position einzunehmen. In Abwesenheit von Mikrotubuli (in experimentell mutierten Zellen) ändern diese Organellen ihre Position deutlich.

Andere Implikationen des Zytoskeletts

In Bakterien

In den vorhergehenden Abschnitten wurde das Zytoskelett von Eukaryoten beschrieben. Prokaryoten besitzen ebenfalls eine ähnliche Struktur und haben Komponenten analog zu den drei Fasern, aus denen das traditionelle Zytoskelett besteht. Zu diesen Filamenten wird eines seiner eigenen Bakterien hinzugefügt: die MinD-ParA-Gruppe.

Die Funktionen des Zytoskeletts in Bakterien sind den Funktionen, die sie in Eukaryoten erfüllen, sehr ähnlich: Unterstützung, Zellteilung, Aufrechterhaltung der Zellform unter anderem.

Bei Krebs

Klinisch wurden Komponenten des Zytoskeletts mit Krebs in Verbindung gebracht. Da sie in die Teilungsprozesse eingreifen, werden sie als "Ziele" betrachtet, um die unkontrollierte Zellentwicklung zu verstehen und anzugreifen.

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