Zytoskelett: Definition, Struktur & Funktion (mit Diagramm)

Inhalt

• Warum brauchen Zellen ein Zytoskelett?
• Vorteile des Zytoskeletts für Zellen
• Welche Komponenten bilden das Zytoskelett?
• Die Größe ist wichtig
• Rolle der Mikrotubuli im Zytoskelett
• Mikrotubuli und Bewegung in der Zelle
• Mikrotubuli und Zellbewegung
• Rolle der Zwischenfilamente im Zytoskelett
• Zwischenfilamente und Organellenverankerung
• Rolle von Mikrofilamenten im Zytoskelett
• Mikrofilamentprojektionen

Sie kennen wahrscheinlich bereits die Rolle, die Ihr eigenes Skelett in Ihrem Leben spielt. Es gibt Ihrem Körper Struktur und hilft Ihnen, sich zu bewegen.

Ohne sie wären Sie eher ein menschlicher Klumpen als eine sich bewegende, funktionierende Person. Wie der Name schon sagt, erfüllt das Zytoskelett einen sehr ähnlichen Zweck bei Prokaryonten und eukaryotische Zellen.

Haben Sie sich jemals gefragt, warum Zellen so aussehen und nicht zu schleimigen Klumpen zusammenfallen? Oder wie organisieren und bewegen sich die vielen Organellen in der Zelle oder wie bewegt sich die Zelle selbst? Zellen sind für all diese Funktionen auf ein Zytoskelett angewiesen.

Die wichtige Struktureinheit des Zytoskeletts ist ein Netzwerk von Proteinfasern im Zytoplasma, das der Zelle ihre Form verleiht und wichtige Funktionen wie die Zellbewegung ermöglicht.

Lesen Sie mehr über die anderen Zellorganellen und -funktionen.

Warum brauchen Zellen ein Zytoskelett?

Während sich manche Menschen Zellen als unstrukturiert vorstellen, zeigen leistungsfähige Mikroskope, die in der Zellbiologie eingesetzt werden, dass Zellen sehr gut organisiert sind.

Eine Hauptkomponente ist für die Aufrechterhaltung dieser Form und Organisationsebene von entscheidender Bedeutung: die Zytoskelett der Zelle. Die Proteinfilamente, aus denen das Zytoskelett besteht, bilden ein Netzwerk von Fasern durch die Zelle.

Dieses Netzwerk gibt der Plasmamembran strukturelle Unterstützung, hilft, die Organellen in ihren richtigen Positionen zu stabilisieren, und ermöglicht es der Zelle, ihren Inhalt nach Bedarf zu verschieben. Bei einigen Zelltypen ermöglicht das Zytoskelett sogar, dass sich die Zelle unter Verwendung spezieller Strukturen bewegt und fortbewegt.

Diese bilden sich aus den Proteinfilamenten, wenn sie zur Fortbewegung der Zellen benötigt werden.

Der Dienst, den das Zytoskelett zur Gestaltung der Zelle leistet, ist sehr sinnvoll. Ähnlich wie das menschliche Skelett schafft das Proteinnetzwerk des Zytoskeletts eine strukturelle Unterstützung, die für die Aufrechterhaltung der Integrität der Zelle und für die Verhinderung des Zusammenbruchs mit ihren Nachbarn von entscheidender Bedeutung ist.

Bei Zellen mit sehr flüssigen Membranen ist das Netzwerk der Proteine, aus denen das Zytoskelett besteht, besonders wichtig, um den Zellinhalt in der Zelle zu halten.

Das nennt man Integrität der Membran.

Vorteile des Zytoskeletts für Zellen

Einige hochspezialisierte Zellen stützen sich auch auf das Zytoskelett zur strukturellen Unterstützung.

Wenn Sie für diese Zellen die einzigartige Form der Zelle beibehalten, kann die Zelle ordnungsgemäß funktionieren. Diese schließen ein Neuronenoder Gehirnzellen, die runde Zellkörper, verzweigte Arme, sogenannte Dendriten, und ausgestreckte Schwänze haben.

Diese charakteristische Zellform ermöglicht es Neuronen, Signale mit ihren Dendritenarmen abzufangen und diese Signale durch ihre Axonschwänze in die wartenden Dendriten einer benachbarten Gehirnzelle zu leiten. So kommunizieren Gehirnzellen miteinander.

Es ist auch sinnvoll, dass Zellen von der Organisation profitieren, die das Proteinfaser-Netzwerk des Zytoskeletts ihnen bietet. Es gibt über 200 Arten von Zellen im menschlichen Körper und insgesamt etwa 30 Billionen Zellen in jedem einzelnen Menschen auf dem Planeten.

Die Organellen in all diesen Zellen müssen eine Vielzahl von Funktionen erfüllen ZellprozesseB. Biomoleküle aufbauen und abbauen, Energie für den Körper freisetzen und eine Vielzahl chemischer Reaktionen durchführen, die Leben ermöglichen.

Damit diese Funktionen auf der Ebene des gesamten Organismus gut funktionieren, benötigt jede Zelle eine ähnliche Struktur und Arbeitsweise.

Welche Komponenten bilden das Zytoskelett?

Um diese wichtigen Aufgaben zu erfüllen, stützt sich das Zytoskelett auf drei verschiedene Filamenttypen:

Diese Fasern sind alle so unendlich klein, dass sie für das bloße Auge völlig unsichtbar sind. Wissenschaftler entdeckten sie erst nach der Erfindung des Elektronenmikroskop brachte das Innere der Zelle in Sicht.

Um zu visualisieren, wie klein diese Proteinfasern sind, ist es hilfreich, das Konzept der Nanometer, das manchmal als nm geschrieben wird. Nanometer sind Maßeinheiten, genau wie ein Zoll eine Maßeinheit ist.

Sie könnten aus dem Grundwort erraten haben Meter dass die Nanometereinheit genau wie ein Zentimeter zum metrischen System gehört.

Die Größe ist wichtig

Wissenschaftler messen mit Nanometern extrem kleine Dinge wie Atome und Lichtwellen.

Dies liegt daran, dass ein Nanometer einem Milliardstel Meter entspricht. Das bedeutet, wenn Sie einen Meter-Messstab nehmen, der beim Umrüsten auf das amerikanische Messsystem ungefähr 2 Meter lang ist, und ihn in eine Milliarde gleiche Stücke zerlegen, entspricht ein einzelnes Stück einem Nanometer.

Stellen Sie sich nun vor, Sie könnten die Proteinfilamente, aus denen sich das Zytoskelett der Zelle zusammensetzt, abschneiden und die Durchmesser über die Schnittfläche.

Jede Faser hätte je nach Filamenttyp einen Durchmesser zwischen 3 und 25 Nanometern. Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von 75.000 Nanometern. Wie Sie sehen können, sind die Filamente, aus denen das Zytoskelett besteht, unglaublich klein.

Mikrotubuli sind die größten der drei Fasern des Zytoskeletts mit einem Durchmesser von 20 bis 25 Nanometern. Zwischenfilamente sind die mittelgroßen Fasern des Zytoskeletts und messen etwa 10 Nanometer im Durchmesser.

Die kleinsten Proteinfilamente im Zytoskelett sind Mikrofilamente. Diese fadenförmigen Fasern haben einen Durchmesser von nur 3 bis 6 Nanometern.

In der Praxis ist das sogar 25.000-mal kleiner als der Durchmesser eines durchschnittlichen Menschenhaars.

••• Wissenschaft

Rolle der Mikrotubuli im Zytoskelett

Mikrotubuli haben ihren Namen sowohl von ihrer allgemeinen Form als auch von der Art des Proteins, das sie enthalten. Sie sind röhrenförmig und bestehen aus sich wiederholenden Einheiten von alpha- und beta-Tubulin Protein Polymere miteinander verbinden.

Lesen Sie mehr über die Hauptfunktion von Mikrotubuli in Zellen.

Wenn Sie Mikrotubuli-Filamente unter einem Elektronenmikroskop betrachten, sehen sie aus wie Ketten kleiner Proteine, die zu einem engen Spiralgitter verdreht sind.

Jede Proteineinheit bindet mit allen Einheiten um sie herum und erzeugt eine sehr starke, sehr starre Struktur. Tatsächlich sind Mikrotubuli die steifste Strukturkomponente, die Sie in tierischen Zellen finden können, die keine Zellwände wie Pflanzenzellen haben.

Mikrotubuli sind aber nicht nur starr. Sie widerstehen auch Druck- und Verdrehungskräften. Diese Qualität erhöht die Fähigkeit der Mikrotubuli, die Form und Integrität der Zellen auch unter Druck aufrechtzuerhalten.

Mikrotubuli geben auch die Zelle PolaritätDies bedeutet, dass die Zelle zwei eindeutige Seiten oder Pole hat. Diese Polarität ist Teil dessen, was es der Zelle ermöglicht, ihre Bestandteile wie Organellen und andere Teile des Zytoskeletts zu organisieren, da sie der Zelle die Möglichkeit gibt, diese Bestandteile in Bezug auf die Pole auszurichten.

Mikrotubuli und Bewegung in der Zelle

Mikrotubuli unterstützen auch die Bewegung des Zellinhalts innerhalb der Zelle.

Die Mikrotubuli-Filamente bilden Spuren, die wie Eisenbahnschienen oder Autobahnen in der Zelle wirken. Vesikeltransporter Folgen Sie diesen Spuren, um die Zellfracht im Zytoplasma zu bewegen. Diese Spuren sind entscheidend für die Entfernung unerwünschter Zellinhalte wie fehlgefalteter Proteine, alter oder gebrochener Organellen und Krankheitserreger wie Bakterien und Viren.

Vesikeltransporter folgen einfach der richtigen Mikrotubuli-Spur, um diese Ladung zum Recycling-Zentrum der Zelle zu befördern, dem Lysosom. Dort wird das Lysosom geborgen und einige Teile wiederverwendet und andere Teile abgebaut.

Das Tracking-System hilft der Zelle auch dabei, neu gebaute Biomoleküle wie Proteine ​​und Lipide aus den Fertigungsorganellen zu den Orten zu befördern, an denen die Zelle die Moleküle benötigt.

Zum Beispiel verwenden Vesikeltransporter Mikrotubuli-Spuren, um Zellmembranproteine ​​von den Organellen zur Zellmembran zu bewegen.

Mikrotubuli und Zellbewegung

Nur einige Zellen können verwenden Zellbewegung zu reisen, und diejenigen, die im Allgemeinen auf spezialisierten beweglichen Strukturen aus Mikrotubulusfasern beruhen.

Die Samenzelle ist wahrscheinlich der einfachste Weg, diese sich bewegenden Zellen zu visualisieren.

Wie Sie wissen, sehen Spermien ein bisschen aus wie Kaulquappen mit langen Schwänzen oder Geißel, die sie peitschen, um an ihr Ziel zu schwimmen und eine Eizelle zu düngen. Der Spermaschwanz besteht aus Tubulin und ist ein Beispiel für ein Mikrotubulus-Filament, das zur Fortbewegung der Zellen verwendet wird.

Eine weitere bekannte Bewegungsstruktur, die auch bei der Reproduktion eine Rolle spielt, ist die cilia. Diese haarartigen, beweglichen Strukturen säumen die Eileiter und bewegen das Ei mit einer winkenden Bewegung durch den Eileiter in die Gebärmutter. Diese Zilien sind Mikrotubulusfasern.

Rolle der Zwischenfilamente im Zytoskelett

Zwischenfilamente sind der zweite Fasertyp, der im Zytoskelett vorkommt. Sie können sich diese als das wahre Gerüst der Zelle vorstellen, da ihre einzige Rolle die strukturelle Unterstützung ist. Diese Proteinfasern enthalten KeratinDies ist ein weit verbreitetes Protein, das Sie an Körperpflegeprodukten erkennen können.

Dieses Protein bildet menschliches Haar und Fingernägel sowie die oberste Hautschicht. Es ist auch das Protein, das Hörner, Klauen und Hufe anderer Tiere bildet. Keratin ist sehr stark und nützlich zum Schutz vor Beschädigungen.

Die Hauptrolle von Intermediärfilamenten ist die Bildung der Matrix von Strukturproteinen unter der Zellmembran. Dies ist wie ein unterstützendes Netz, das der Zelle Struktur und Form verleiht. Es verleiht der Zelle auch eine gewisse Elastizität, sodass sie unter Stress flexibel reagieren kann.

Zwischenfilamente und Organellenverankerung

Eine der wichtigsten Aufgaben von Intermediärfilamenten besteht darin, die Organellen an den richtigen Stellen in der Zelle zu halten. Beispielsweise verankern Zwischenfilamente den Kern an seiner richtigen Stelle in der Zelle.

Diese Verankerung ist für Zellprozesse von entscheidender Bedeutung, da die verschiedenen Organellen in einer Zelle zusammenarbeiten müssen, um diese Zellfunktionen auszuführen. Im Falle der KernWenn diese wichtige Organelle an die Zytoskelettmatrix gebunden wird, können die Organellen, die sich bei ihrer Arbeit auf DNA-Anweisungen des Zellkerns verlassen, mithilfe von Boten und Transportern leicht auf diese Informationen zugreifen.

Diese wichtige Aufgabe könnte unmöglich sein, wenn der Kern nicht verankert wäre, da diese Boten und Transporter herumreisen müssten, um das Zytoplasma nach einem wandernden Kern zu durchsuchen!

Rolle von Mikrofilamenten im Zytoskelett

Mikrofilamente, auch genannt Aktinfilamentesind Ketten von Aktinproteinen, die zu einem Spiralstab verdreht sind. Dieses Protein ist am besten für seine Rolle in Muskelzellen bekannt. Dort arbeiten sie mit einem anderen Protein namens Myosin Muskelkontraktion zu ermöglichen.

Wenn es um das Zytoskelett geht, sind Mikrofilamente nicht nur die kleinsten Fasern. Sie sind auch die dynamischsten. Wie alle Zytoskelettfasern unterstützen Mikrofilamente die Zellstruktur. Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften neigen Mikrofilamente dazu, sich an den Rändern der Zelle zu zeigen.

Die dynamische Natur von Aktinfilamenten bedeutet, dass diese Proteinfasern ihre Länge schnell ändern können, um den sich ändernden strukturellen Anforderungen der Zelle gerecht zu werden. Dies ermöglicht es der Zelle, ihre Form oder Größe oder sogar Form zu ändern spezielle Projektionen die sich außerhalb der Zelle erstrecken, wie z Filopodia, Lamellipodie und Mikrovilli.

Mikrofilamentprojektionen

Du kannst dir vorstellen Filopodia Nehmen Sie als Fühler, die eine Zelle projiziert, um die Umgebung zu erfassen, chemische Hinweise auf und ändern Sie sogar die Richtung der Zelle, wenn sie sich bewegt. Wissenschaftler nennen auch manchmal Filopodia Mikrospikes.

Filopodia kann Teil einer anderen Art von Sonderprojektion sein, Lamellipodie. Dies ist eine fußähnliche Struktur, die der Zelle hilft, sich zu bewegen und zu reisen.

Microvilli sind wie winzige Haare oder Finger, die die Zelle während der Diffusion benutzt. Die Form dieser Vorsprünge vergrößert die Oberfläche, so dass mehr Platz für Moleküle vorhanden ist, die sich durch Prozesse wie Absorption über die Membran bewegen können.

Diese Finger üben auch eine faszinierende Funktion aus Zytoplasma-Streaming.

Dies geschieht, wenn die Aktinfilamente das Zytoplasma kämmen, um es in Bewegung zu halten. Das Zytoplasma-Streaming wird verstärkt Diffusion und hilft dabei, gewünschte Materialien wie Nährstoffe und unerwünschte Materialien wie Abfall und Zelltrümmer in der Zelle zu bewegen.