Cytoszkielet
Cytoszkielet jest złożoną siecią włókien, która wspiera wnętrze komórki. Połączony przez łączniki molekularne w systemy wspierające błony komórkowe, utrzymuje struktury wewnętrzne, takie jak jądro, na miejscu i kontroluje różne rodzaje ruchu komórek.
Prawie wszystkie komórki eukariotyczne, w tym komórki roślinne, mają cytoszkielet. Systemy cytoszkieletowe rozciągają się wewnętrznie od membrany pokrywającej powierzchnię komórki do powierzchni systemu membran otaczających jądro komórkowe. Istnieją przesłanki, że cytoszkieletowy system wspierający wzmacnia również wnętrze jądra.
Włókna cytoszkieletu również zakotwiczają komórki do struktur zewnętrznych poprzez połączenia, które rozciągają się przez błonę powierzchniową. Materiał cytoszkieletowy, zamiast być stały i niezmienny, zmienia się pod względem budowy i struktury w miarę rozwoju, ruchu, wzrostu i podziału komórek.
Elementy strukturalne
Cytoszkielet, w zależności od typu komórki, jest zbudowany z jednego lub więcej z trzech głównych włókien strukturalnych: mikrotubul, mikrofilamentów i filamentów pośrednich.
Mikrotubule są drobnymi, nierozgałęzionymi pustymi rurkami o ścianach zbudowanych z podjednostek składających się z białka tubuliny. Mikrotubule mają średnicę około 25 nanometrów, grubość ścian około 4 do 5 nanometrów, a ich długość waha się od kilku do wielu mikrometrów.
Te elementy strukturalne, które mogą być ułożone pojedynczo lub w sieci lub równoległe wiązki, prawdopodobnie zapewniają wytrzymałość na rozciąganie i sztywność regionom komórkowym, które je zawierają. Forma rurkowa łączy w sobie lekkość z wytrzymałością i elastycznością.
Mikrofilamenty, zwane również filamentami aktynowymi, są liniowymi, nierozgałęzionymi włóknami zbudowanymi z białka aktyny. Mikrofilamenty są włóknami stałymi, znacznie mniejszymi niż mikrotubule – o średnicy około 5 do 7 nanometrów, niewiele grubszymi niż ściana mikrotubuli. Mikrofilamenty występują pojedynczo, w sieciach i w równoległych wiązkach w cytoszkielecie.
Elementy strukturalne
Konsystencja cytoplazmy (żywej materii komórki, z wyłączeniem jądra), która może się zmieniać od bardzo płynnej do stałej i żelopodobnej, jest regulowana przez stopień, w jakim mikrofilamenty są usieciowane w sieci.
Mikrofilamenty są również ułożone w równoległe wiązki, które nadają wytrzymałość na rozciąganie i elastyczność regionom komórek i rozszerzeniom. Wiele typów komórek zawiera liczne rozszerzenia podobne do palców, które są wzmocnione wewnętrznie przez wewnętrzne równoległe wiązki mikrofilamentów.
Mikrotubule i mikrofilamenty stanowią podstawę prawie wszystkich ruchów komórkowych. W tych ruchliwych systemach, mikrotubule i mikrofilamenty są pobudzane przez ruchliwe białka, które są w stanie przekształcić energię chemiczną w energię mechaniczną ruchu.
Białka ruchliwe powodują, że mikrotubule lub mikrofilamenty ślizgają się z siłą, lub przemieszczają struktury komórkowe i cząsteczki nad powierzchniami tych dwóch elementów.
Mikrotubule i mikrofilamenty występują jako strukturalne podpory cytoszkieletu wszystkich komórek roślinnych, zwierzęcych, grzybowych i pierwotniakowych. Trzeci element strukturalny, filament pośredni, jest bardziej obfity w komórkach zwierzęcych niż w roślinnych.
Ten typ włókien, nazywany „pośrednim”, ponieważ jego wymiary mieszczą się pomiędzy wymiarami mikrotubul i mikrofilamentów, ma średnicę około 10 nanometrów.
Elementy strukturalne
W przeciwieństwie do mikrotubul i mikrofilamentów, z których każdy ma bardzo jednolitą strukturę i jest zbudowany z jednego rodzaju białka, filamenty pośrednie występują w sześciu różnych typach, z których każdy składa się z innego białka lub grupy białek.
Ale chociaż białka tworzące różne filamenty pośrednie są różne, są one powiązane zarówno w ich trójwymiarowych strukturach, jak i sekwencjach aminokwasów.
Filamenty pośrednie występują w sieciach i wiązkach w cytoplazmie. Wydają się być o wiele bardziej elastyczne niż mikrotubule czy mikrofilamenty, dlatego uważa się za prawdopodobne, że tworzą elastyczne więzy utrzymujące struktury komórkowe na miejscu, podobnie jak gumki komórkowe. Jednakże rzeczywiste role tych elementów w cytoszkielecie pozostają niepewne w komórkach roślinnych.
Reakcje montażu-dezasemblacji
Mikrotubule i mikrofilamenty mogą być łatwo przekształcane pomiędzy formami zmontowanymi i zdemontowanymi. W konwersji, białkowe podjednostki mikrotubul i mikrofilamentów są szybko wymieniane pomiędzy w pełni zmontowanym elementem a dużymi pulami zdekompletowanych podjednostek w roztworze w cytoplazmie. Komórki mogą kontrolować równowagę między montażem i demontażem z dużą precyzją.
W rezultacie podjednostki białkowe mogą być poddawane recyklingowi, a struktury cytoszkieletowe zawierające mikrotubule i mikrofilamenty mogą być tworzone lub rozbierane, gdy komórka zmienia swoją funkcję. Gdy następuje podział komórki, na przykład, mikrotubule i mikrofilamenty tworzące struktury cytoszkieletowe typowe dla rosnących komórek są szybko demontowane, a następnie ponownie montowane w struktury, które biorą udział w podziale komórki.
Reakcje montażu-dezasemblacji mikrotubul i mikrofilamentów przebiegają tak łatwo, że stosunkowo łatwo jest przeprowadzić je w próbówce. Mikrotubule i mikrofilamenty, w rzeczywistości, były jednymi z pierwszych struktur komórkowych, które można było eksperymentalnie rozebrać i złożyć z powrotem.
Strumieniowanie cytoplazmatyczne i podziały komórkowe
Pośród czynności komórkowych, z którymi związane są mikrofilamenty, jest strumieniowanie cytoplazmatyczne, czyli cykloza. Podstawowa funkcja strumienia cytoplazmatycznego, który występuje we wszystkich żywych komórkach, nie jest znana.
Jednakże uważa się, że ruchome prądy cytoplazmy ułatwiają transport składników odżywczych, enzymów i innych substancji między komórką a jej otoczeniem oraz w samej komórce.
Typowa komórka roślinna składa się ze ściany komórkowej i jej zawartości, zwanej protoplastem. Protoplast składa się z cytoplazmy i jądra. Wewnątrz cytoplazmy znajdują się organelle, błony i inne struktury. W płynie cytoplazmatycznym zawieszona jest jedna lub więcej wypełnionych płynem wakuol, a wakuolę ogranicza błona zwana tonoplastem.
W strumieniu cytoplazmatycznym organelle i inne substancje przemieszczają się w ramach ruchomych prądów pomiędzy mikrofilamentami a tonoplastem. Uważa się, że organelle w cytoplazmie strumieniowej są pośrednio przyłączone do mikrofilamentów, a to przyłączenie tworzy ruch ciągnący lub holujący, odpowiedzialny za ruch cząstek cytoplazmatycznych.
Mikrofilamenty, w ich stale zmieniających się układach, również ułatwiają specyficzne działania w komórce, w tym rozszczepianie komórek podczas mitozy. Mikrofilamenty pośredniczą w przemieszczaniu się jądra komórkowego przed i po podziale komórki.
.
