Citoscheletul
Citoscheletul este o rețea complexă de fibre care susține interiorul unei celule. Reticulat prin conectori moleculari în sisteme care susțin membranele celulare, acesta menține structurile interne, cum ar fi nucleul, la locul lor și controlează diferite tipuri de mișcare celulară.
Practic toate celulele eucariote, inclusiv cele vegetale, au un citoschelet. Sistemele citoscheletice se extind în interior de la membrana care acoperă suprafața celulei până la suprafața sistemului de membrane care înconjoară nucleul celulei. Există indicii că un sistem de susținere citoscheletală întărește și interiorul nucleului.
Fibrele citoscheletului ancorează, de asemenea, celulele de structurile externe prin legături care se extind prin membrana de suprafață. Materialul citoscheletului, în loc să fie fix și neschimbător, variază în alcătuire și structură pe măsură ce celulele se dezvoltă, se mișcă, cresc și se divid.
Elemente structurale
Citoscheletul, în funcție de tipul de celulă, este asamblat din una sau mai multe dintre cele trei fibre structurale majore: microtubuli, microfilamente și filamente intermediare.
Microtubuli sunt tuburi goale fine, neramificate, cu pereți construiți din subunități formate din proteina tubulină. Microtubulele au un diametru de aproximativ 25 de nanometri, pereții au o grosime de aproximativ 4 până la 5 nanometri și variază în lungime de la câțiva până la mulți micrometri.
Aceste elemente structurale, care pot fi dispuse individual sau în rețele sau fascicule paralele, asigură probabil rezistența la tracțiune și rigiditatea regiunilor celulare care le conțin. O formă tubulară combină ușurința cu rezistența și elasticitatea.
Microfilamentele, numite și filamente de actină, sunt fibre liniare, neramificate, construite din proteina actină. Microfilamentele sunt fibre solide care sunt mult mai mici decât microtubulii – aproximativ 5 până la 7 nanometri în diametru, nu mult mai groase decât peretele unui microtubul. Microfilamentele apar singure, în rețele și în mănunchiuri paralele în citoschelet.
Elemente structurale
Constanța citoplasmei (materia vie a unei celule, cu excepția nucleului), care poate varia de la foarte lichidă la solidă și gelatinoasă, este reglată de gradul în care microfilamentele sunt reticulate în rețele.
Microfilamentele sunt, de asemenea, dispuse în fascicule paralele care conferă rezistență la tracțiune și elasticitate regiunilor și extensiilor celulare. Multe tipuri de celule conțin numeroase prelungiri asemănătoare unor degete care sunt întărite în interior de fascicule paralele interne de microfilamente.
Atât microtubulii, cât și microfilamentele formează baza pentru aproape toate mișcările celulare. În aceste sisteme mobile, microtubulii și microfilamentele sunt acționate de proteine mobile care sunt capabile să convertească energia chimică în energia mecanică a mișcării.
Proteinele motile determină microtubulii sau microfilamentele să alunece cu forță sau să deplaseze structurile și moleculele celulare pe suprafețele celor două elemente.
Microtubulii șimicrofilamentele apar ca suporturi structurale ale citoscheletului tuturor celulelor vegetale, animale, fungice și protozoare. Cel de-al treilea element structural, filamentul intermediar, este mai abundent în celulele animale decât în cele vegetale.
Acest tip de fibră, numită „intermediară” pentru că dimensiunile sale se situează între cele ale microtubulilor și microfilamentelor, are un diametru de aproximativ 10 nanometri.
Elemente structurale
Spre deosebire de microtubuli și microfilamente, care au fiecare o structură foarte uniformă și sunt realizate dintr-un singur tip de proteină, filamentele intermediare apar în șase tipuri diferite, fiecare fiind alcătuit dintr-o proteină sau un grup de proteine diferite.
Deși proteinele care alcătuiesc diferitele filamente intermediare sunt diferite, ele sunt înrudite atât în structurile lor tridimensionale, cât și în secvențele de aminoacizi.
Filamentele intermediare apar în rețele și fascicule în citoplasmă. Ele par a fi mult mai flexibile decât microtubulele sau microfilamentele, astfel încât se consideră probabil că ele formează legături elastice care mențin structurile celulare la locul lor, la fel ca elasticele celulare. Cu toate acestea, rolurile reale ale acestor elemente în citoschelet rămân incerte în celulele vegetale.
Reacții de asamblare-dezasamblare
Atât microtubulii cât și microfilamentele pot fi transformate cu ușurință între formele asamblate și dezasamblate. În cadrul conversiei, subunitățile proteice ale microtubulilor și microfilamentelor sunt schimbate rapid între elementul complet asamblat și bazinele mari de subunități dezasamblate aflate în soluție în citoplasmă. Celulele pot controla cu mare precizie echilibrul dintre asamblare și dezasamblare.
Ca urmare, subunitățile proteice pot fi reciclate, iar structurile citoscheletice care conțin microtubuli și microfilamente pot fi alcătuite sau demontate pe măsură ce celula își schimbă funcția. Atunci când are loc diviziunea celulară, de exemplu, microtubulii și microfilamentele care formează structurile citoscheletice tipice celulelor în creștere sunt rapid dezasamblate și apoi reasamblate în structuri care iau parte la diviziunea celulară.
Reacțiile de asamblare-dezasamblare a microtubulilor și microfilamentelor se desfășoară atât de ușor încât este relativ ușor de transportat moțul într-o eprubetă. Microtubulii și microfilamentele, de fapt,au fost printre primele structuri celulare care au fost demontate și asamblate la loc în mod experimental.
Fluxul citoplasmatic și diviziunea celulară
Printre activitățile celulare cu care sunt asociate microfilamentele se numără fluxul citoplasmatic, saucicloza. Funcția primară a fluxului citoplasmatic, care apare în toate celulele vii, este necunoscută.
Cu toate acestea, se crede că curenții de citoplasmă în mișcare facilitează transportul de nutrienți, enzime și alte substanțe între celulă și mediul înconjurător, precum și în interiorul celulei însăși.
O celulă vegetală tipică este formată dintr-un perete celular și conținutul său, numit protoplast. Protoplastul este format din citoplasmă și un nucleu. În interiorul citoplasmei se află organite, membrane și alte structuri. Suspendate în fluidul citoplasmatic se află unul sau mai multe vacuole umplute cu lichid, iar o vacuolă este delimitată de o membrană numită tonoplast.
În fluxul citoplasmatic, organitele și alte substanțe se deplasează în cadrul unor curenți în mișcare între microfilamente și tonoplast. Se crede că organitele din citoplasma curgătoare sunt atașate indirect de microfilamente, iar acest atașament creează o mișcare de tracțiune sau de remorcare, responsabilă de mișcarea particulelor citoplasmatice.
Temicrofilamentele, în rețelele lor în continuă schimbare, facilitează, de asemenea, activități specifice în interiorul celulei, inclusiv scindarea celulelor în timpul mitozei. Microfilamentele mediază mișcarea nucleului celular înainte și după diviziunea celulară.
Microtubulele, care sunt mai lungi, deplasează cromozomii divizați către celulele nou formate în mitoză și joacă un rol în formarea plăcilor celulare în celulele care se divid.
În organizarea altor componente ale celulei, citoscheletul este astfel intim implicat în procesele de diviziune, creștere și diferențiere celulară. Citoscheletul menține forma generală a celulei și este responsabil pentru mișcarea diferitelor organite din interiorul acesteia. La organismele unicelulare, cum ar fi amiba, citoscheletul este responsabil pentru locomoția celulei însăși.
