Цитоскелет

Цитоскелет - это опорно-двигательная система клеток эукариот, образованная нитчатыми белковыми структурами. Он поддерживает форму клетки, подавляет внутри клетки броуновское движение частиц и обеспечивает направленные перемещения самих клеток и клеточных органоидов.Выделяют три основных компонента цитоскелета - микротрубочки, промежуточные филаменты и микрофиламенты. Все эти компоненты нестабильны. В клетке они постоянно

Микрофиламенты - нити толщиной 4-7 нм. Они состоят в основном из одного белка - актина (похожего, но не тождественного актину, входящему в состав мышечных волокон). В небольших количествах в их составе присутствуют некоторые другие белки. Подобно тубулину микротрубочек, актин из различных типов клеток имеет незначительные различия. Но в отличие от микротрубочек отдельные микрофиламенты в световой микроскоп не видны; можно видеть только места их скоплений.подвергаются сборке и разборке, т. е. находятся в динамическом равновесии с соответствующими белками.

Микрофиламенты в клетках животных создают сплошное сплетение под плазматической мембраной и связаны со многими ее белками. Они обеспечивают движение некоторых белков вдоль поверхности мембраны. Под поверхностью и в глубине клетки микрофиламенты могут образовывать сплошную трехмерную сеть (так называемый актиновый гель) либо толстые (до 1 мкм в диаметре) пучки. Пучки характерны для малоподвижных или почти неподвижных клеток. В клетках растений также встречаются пучки микрофиламентов - здесь они обеспечивают движение цитоплазмы.

Структура и функции

Цитоскелет выполняет три главные функции.

1. Служит клетке механическим каркасом, который придает клетке типическую форму и обеспечивает связь между мембраной и органеллами. Каркас представляет собой динамичную структуру, которая постоянно обновляется по мере изменения внешних условий и состояния клетки.

2. Действует как «мотор» для клеточного движения. Двигательные (сократительные) белки содержатся не только в мышечных клетках (см. с. 324), но и в других тканях. Компоненты цитоскелета определяют направление и координируют движение, деление, изменение формы клеток в процессе роста, перемещение органелл, движение цитоплазмы.

3. Служит в качестве «рельсов» для транспорта органелл и других крупных комплексов внутри клетки.

А. Микрофиламенты и промежуточные волокна

В качестве примера функционирования компонентов цитоскелета на рисунке показан срез микроворсинок клетки кишечного эпителия.

Микрофиламенты, построенные из F-актина, пронизывают микроворсинки, образуя узлы. Эти микроволокна удерживаются вместе с помощью актинсвязывающих белков, наиболее важными из которых являются фимбрин и виллин. Кальмодулин и миозиноподобная АТФ-аза соединяют крайние микроволокна с плазматической мембраной. Еще один актинсвязывающий белок, фодрин, соединяет волокна актина у основании, а также прикрепляет их к цитоплазматической мембране и к сетке, построенной из промежуточных волокон.

В рассмотренном случае микрофиламенты актина выполняют главным образом статическую функцию. Однако чаще всего актин принимает участие в динамических процессах, таких, как мышечное сокращение, движение клетки, фагоцитоз, образование микровыпячиваний и ламеллиподий (клеточных расширений), а также акросом в процессе слияния сперматозоида с яйцеклеткой.

Б. Микротрубочки
Они отходят радиально во всех направлениях от структуры вблизи ядра — центросомы. (+)-Конец микротрубочек постоянно находится в состоянии роста и разборки, а (-)-конец блокирован ассоциированными белками в центриоле (см. рис. 207). (+)-Конец может также быть стабилизирован ассоциированными белками, когда, например, микротрубочки достигают цитоплазматической мембраны.

Микротрубочки принимают участие в поддержании формы клетки. Они же служат направляющими «рельсами» для транспорта органелл. Вместе с ассоциированными белками (динеин, кинезин) микротрубочки способны осуществлять механическую работу, например транспорт митохондрий, движение ресничек (волосоподобных выростов клеток в эпителии легких, кишечника и яйцеводов) и биение жгутика сперматозоида. Кроме того, микротрубочки выполняют важные функции во время деления клеток.

В. Архитектура

Сложная плотная сетчатая структура цитоскелета хорошо видна на приведенных рисунках, где компоненты цитоскелета выявлены с помощью антител.

1. На границе клетки кишечного эпителия (см. также схему Б) хорошо видно, как микрофиламенты(а) простираются от центра в микроворсинки. Филаменты плотно связаны ассоциированным белком спектрином (б) и прикреплены к промежуточным волокнам (в).

2. В фибробласте видны только микротрубочки. Они отходят от центра организации микротрубочек центросомы и расходятся радиально к плазматической мембране.

3. В этой эпителиальной клетке помечены кератиновые филаменты, которые относятся к группе промежуточных волокон.