Cytoskeleton: definitie, structuur en functie (met diagram)

Inhoud

• Waarom hebben cellen een cytoskelet nodig?
• Cytoskeleton voordelen voor cellen
• Uit welke componenten bestaat het Cytoskeleton
• Grootte doet er toe
• Rol van Microtubules in het Cytoskeleton
• Microtubuli en beweging binnen de cel
• Microtubuli en celbeweging
• Rol van tussenliggende filamenten in het cytoskelet
• Tussenfilamenten en organelverankering
• Rol van microfilamenten in het cytoskelet
• Microfilament-projecties

Je kent waarschijnlijk al de rol die je eigen skelet speelt in je leven; het geeft je lichaam structuur en helpt je te bewegen.

Zonder dat zou je meer een menselijke klodder zijn dan een bewegende, functionerende persoon. Zoals de naam al doet vermoeden, dient het cytoskelet een zeer vergelijkbaar doel in prokaryotisch en eukaryotische cellen.

Heb je je ooit afgevraagd waarom cellen er rond uitzien en voorkomen dat ze in slijmerige bollen vallen? Of hoe de vele organellen in de cel zich in de cel organiseren en bewegen, of hoe de cel zelf reist? Cellen vertrouwen op een cytoskelet voor al deze functies.

De belangrijke structurele eenheid van het cytoskelet is echt een netwerk van eiwitvezels in het cytoplasma dat de cel zijn vorm geeft en in staat stelt belangrijke functies uit te voeren, zoals celbeweging.

Lees meer over de andere cellen, organellen en functies.

Waarom hebben cellen een cytoskelet nodig?

Terwijl sommige mensen cellen als ongestructureerd kunnen beschouwen, onthullen krachtige microscopen die in de celbiologie worden gebruikt, dat cellen erg georganiseerd zijn.

Een hoofdcomponent is van vitaal belang om deze vorm en dit organisatieniveau te handhaven: de cytoskelet van de cel. De eiwitfilamenten waaruit het cytoskelet bestaat, vormen een netwerk van vezels door de cel.

Dit netwerk geeft structurele ondersteuning aan het plasmamembraan, helpt de organellen op hun juiste posities te stabiliseren en stelt de cel in staat de inhoud rond te schudden wanneer dat nodig is. Voor sommige celtypen maakt het cytoskelet het zelfs mogelijk dat de cel beweegt en reist met behulp van gespecialiseerde structuren.

Deze vormen zich uit de eiwitfilamenten wanneer dat nodig is voor celbeweging.

De service die het cytoskelet biedt voor het vormgeven van de cel is logisch. Net als het menselijk skelet creëert het cytoskelet-eiwitnetwerk structurele ondersteuning die cruciaal is voor het behoud van de integriteit van de cel en om te voorkomen dat deze in zijn buren instort.

Voor cellen met zeer vloeibare membranen is het netwerk van eiwitten waaruit het cytoskelet bestaat bijzonder belangrijk om de celinhoud in de cel te houden.

Dit heet membraan integriteit.

Cytoskeleton voordelen voor cellen

Sommige zeer gespecialiseerde cellen vertrouwen ook op het cytoskelet voor structurele ondersteuning.

Voor deze cellen zorgt het behoud van de unieke vorm van de cel ervoor dat de cel goed kan functioneren. Deze omvatten neuronen, of hersencellen, die ronde cellichamen hebben, vertakte armen die dendrieten worden genoemd en uitgestrekte staarten.

Deze karakteristieke celvorm maakt het mogelijk voor neuronen om signalen op te vangen met behulp van hun dendrietarmen en deze signalen door hun axonstaarten te laten gaan naar de wachtende dendrieten van een naburige hersencel. Dit is hoe hersencellen met elkaar communiceren.

Het is ook logisch dat cellen profiteren van de organisatie die het eiwitnetwerk van cytoskeletten hen geeft. Er zijn meer dan 200 soorten cellen in het menselijk lichaam en een totaal van ongeveer 30 biljoen cellen in elke mens op de planeet.

De organellen in al deze cellen moeten een grote verscheidenheid aan uitvoeren celprocessen, zoals het bouwen en afbreken van biomoleculen, het vrijmaken van energie voor het lichaam om te gebruiken en het uitvoeren van een groot aantal chemische reacties die het leven mogelijk maken.

Om deze functies goed te laten werken op het niveau van een heel organisme, heeft elke cel een vergelijkbare structuur en manier van doen nodig.

Uit welke componenten bestaat het Cytoskeleton

Om die belangrijke rollen uit te voeren, vertrouwt het cytoskelet op drie verschillende soorten filamenten:

Deze vezels zijn allemaal zo oneindig klein dat ze volledig onzichtbaar zijn voor het blote oog. Wetenschappers hebben ze pas ontdekt na de uitvinding van de elektronen microscoop bracht het interieur van de cel in beeld.

Om te visualiseren hoe klein deze eiwitvezels zijn, is het handig om het concept van de te begrijpen nanometer, die soms wordt geschreven als nm. Nanometers zijn meeteenheden, net zoals een inch een meeteenheid is.

Je hebt misschien geraden vanuit het basiswoord meter dat de nanometer-eenheid tot het metrische systeem behoort, net als een centimeter.

Grootte doet er toe

Wetenschappers gebruiken nanometers om extreem kleine dingen te meten, zoals atomen en lichtgolven.

Dit komt omdat één nanometer gelijk is aan een miljardste meter. Dit betekent dat als u een meter-meetstok neemt, die ongeveer 3 voet lang is wanneer deze wordt omgezet in het Amerikaanse meetsysteem, en deze in een miljard gelijke stukken opsplitst, één enkel stuk gelijk is aan één nanometer.

Stel je nu voor dat je de eiwitfilamenten waaruit het cytoskelet van de cel bestaat, kunt snijden en het kunt meten diameter over het snijvlak.

Elke vezel zou tussen de 3 en 25 nanometer in diameter meten, afhankelijk van het type gloeidraad. Voor mensen met een con heeft een diameter van 75.000 nanometer. Zoals je kunt zien, zijn de filamenten waaruit het cytoskelet bestaat, ongelooflijk klein.

microtubuli zijn de grootste van de drie vezels van het cytoskelet en hebben een diameter van 20 tot 25 nanometer. Tussenfilamenten zijn de cytoskeletten middelgrote vezels en meten ongeveer 10 nanometer in diameter.

De kleinste eiwitfilamenten in het cytoskelet zijn microfilamenten. Deze draadachtige vezels hebben een diameter van slechts 3 tot 6 nanometer.

In de praktijk is dat maar liefst 25.000 keer kleiner dan de diameter van een gemiddeld mensenhaar.

••• Sciencing

Rol van Microtubules in het Cytoskeleton

Microtubuli ontlenen hun naam aan zowel hun algemene vorm als het type eiwit dat ze bevatten. Ze zijn buisachtig en gevormd uit zich herhalende eenheden van alfa- en beta-tubuline eiwit polymeren aan elkaar koppelen.

Lees meer over de hoofdfunctie van microtubuli in cellen.

Als je microtubulusfilamenten onder een elektronenmicroscoop zou bekijken, zien ze eruit als ketens van kleine eiwitten die in elkaar zijn gedraaid tot een strak spiraalvormig rooster.

Elke eiwiteenheid bindt zich met alle eenheden eromheen, waardoor een zeer sterke, zeer stijve structuur ontstaat. Microtubuli zijn in feite de meest rigide structurele component die je kunt vinden in dierlijke cellen, die geen celwanden hebben zoals plantencellen.

Maar microtubuli zijn niet alleen rigide. Ze zijn ook bestand tegen compressie- en torsiekrachten. Deze kwaliteit verhoogt het vermogen van de microtubule om de celvorm en integriteit te behouden, zelfs onder druk.

Microtubuli geven ook de cel polariteit, wat betekent dat de cel twee unieke zijden of polen heeft. Deze polariteit maakt deel uit van wat het mogelijk maakt dat de cel zijn componenten organiseert, zoals organellen en andere delen van het cytoskelet, omdat het de cel een manier geeft om die componenten ten opzichte van de polen te oriënteren.

Microtubuli en beweging binnen de cel

Microtubuli ondersteunen ook de beweging van celinhoud in de cel.

De microtubulusfilamenten vormen sporen, die werken als spoorbanen of snelwegen in de cel. Vesicle transporters volg deze sporen om cellading in het cytoplasma te verplaatsen. Deze sporen zijn cruciaal voor het verwijderen van ongewenste celinhoud zoals verkeerd gevouwen eiwitten, oude of gebroken organellen en pathogene indringers, zoals bacteriën en virussen.

Vesikeltransporters volgen eenvoudig het juiste spoor van de microtubule om deze lading naar het recyclingcentrum van de cel te brengen, de lysosoom. Daar redt en hergebruikt het lysosoom sommige delen en degradeert andere delen.

Het spoorsysteem helpt de cel ook om nieuw gebouwde biomoleculen, zoals eiwitten en lipiden, uit de productieorganellen te verplaatsen en naar de plaatsen waar de cel de moleculen nodig heeft.

Vesikeltransporters gebruiken bijvoorbeeld sporen van microtubuli om celmembraaneiwitten van de organellen naar het celmembraan te verplaatsen.

Microtubuli en celbeweging

Slechts enkele cellen kunnen gebruiken cel voortbeweging om te reizen, en degenen die over het algemeen vertrouwen op gespecialiseerde beweeglijke structuren gemaakt van microtubulvezels.

De zaadcel is waarschijnlijk de gemakkelijkste manier om deze reizende cellen te visualiseren.

Zoals u weet, lijken zaadcellen een beetje op kikkervisjes met lange staarten, of flagella, die ze kloppen om naar hun bestemming te zwemmen en een eicel te bevruchten. De spermastaart is gemaakt van tubuline en is een voorbeeld van een microtubulus filament dat wordt gebruikt voor celbeweging.

Een andere bekende beweeglijke structuur speelt ook een rol bij de voortplanting is de wimpers. Deze haarachtige beweeglijke structuren vormen een lijn tussen de eileiders en gebruiken een zwaaiende beweging om het ei door de eileider naar de baarmoeder te bewegen. Deze trilharen zijn microtubulus vezels.

Rol van tussenliggende filamenten in het cytoskelet

Tussenliggende filamenten zijn het tweede type vezel dat in het cytoskelet wordt gevonden. Je kunt deze zien als het ware skelet van de cel, omdat hun enige rol structurele ondersteuning is. Deze eiwitvezels bevatten keratine, een veel voorkomend eiwit dat u mogelijk herkent in lichaamsverzorgingsproducten.

Dit eiwit vormt zowel menselijk haar en vingernagels als de bovenste laag van de huid. Het is ook het eiwit dat hoorns, klauwen en hoeven van andere dieren vormt. Keratine is zeer sterk en nuttig voor het beschermen tegen schade.

De belangrijkste rol van intermediaire filamenten is de vorming van de matrix van structurele eiwitten onder de celmembraan. Dit is als een ondersteunend gaas dat structuur en vorm aan de cel geeft. Het geeft ook enige elasticiteit aan de cel, waardoor deze flexibel kan reageren onder stress.

Tussenfilamenten en organelverankering

Een van de belangrijke taken van tussenliggende filamenten is om organellen op de juiste plaatsen in de cel te houden. Tussenliggende filamenten verankeren bijvoorbeeld de kern op de juiste plaats in de cel.

Deze verankering is cruciaal voor celprocessen omdat de verschillende organellen in een cel moeten samenwerken om die celfuncties uit te voeren. In het geval van de kern, het binden van dit belangrijke organel aan de cytoskeletmatrix betekent dat de organellen die vertrouwen op DNA-instructies van de kern om hun werk te doen, gemakkelijk toegang kunnen krijgen tot die informatie met behulp van boodschappers en transporters.

Deze belangrijke taak kan onmogelijk zijn als de kern niet verankerd was omdat die boodschappers en transporteurs zouden moeten rondreizen op zoek door het cytoplasma naar een rondzwervende kern!

Rol van microfilamenten in het cytoskelet

Microfilamenten, ook wel genoemd actine filamenten, zijn ketens van actine-eiwitten gedraaid in een spiraalstaaf. Dit eiwit is het best bekend om zijn rol in spiercellen. Daar werken ze met een ander eiwit genaamd myosine om spiercontractie mogelijk te maken.

Als het gaat om het cytoskelet, zijn microfilamenten niet alleen de kleinste vezels. Ze zijn ook de meest dynamische. Zoals alle cytoskeletvezels geven microfilamenten de cel structurele ondersteuning. Vanwege hun unieke eigenschappen verschijnen microfilamenten meestal aan de randen van de cel.

De dynamische aard van actinefilamenten betekent dat deze eiwitvezels snel van lengte kunnen veranderen om te voldoen aan de veranderende structurele behoeften van de cel. Dit maakt het mogelijk voor de cel om zijn vorm of grootte of zelfs vorm te veranderen speciale projecties die zich buiten de cel uitstrekken, zoals filopodia, lamellipodia en microvilli.

Microfilament-projecties

Je kunt je voorstellen filopodia als voelers die een cel projecteert om de omgeving eromheen te voelen, chemische signalen op te pikken en zelfs de richting van de cel te veranderen, als deze in beweging is. Wetenschappers noemen soms ook filopodia microspikes.

Filopodia kan deel uitmaken van een ander type speciale projectie, lamellipodia. Dit is een voetachtige structuur die de cel helpt bewegen en reizen.

microvilli zijn als kleine haartjes of vingers die door de cel worden gebruikt tijdens diffusie. De vorm van deze projecties vergroot het oppervlak zodat er meer ruimte is voor moleculen om door het membraan te bewegen door processen zoals absorptie.

Deze vingers vervullen ook een fascinerende functie genaamd cytoplasma streaming.

Dit gebeurt wanneer de actinefilamenten door het cytoplasma kammen om het in beweging te houden. Streaming van cytoplasma verhoogt verspreiding en helpt bij het verplaatsen van gewenste materialen, zoals voedingsstoffen, en ongewenste materialen, zoals afval en celresten, in de cel.