Citoscheletul

Ce s-ar întâmpla dacă cineva s-ar furișa noaptea și ți-ar fura scheletul? Pentru a clarifica, nu prea are cum să se întâmple asta, din punct de vedere al biologic. Dar dacă s-ar întâmpla cumva, pierderea scheletului ar însemna lipsa structurii corpului tău. Forma ta exterioară s-ar schimba, unele dintre organe și-ar schimba poziția și probabil ți-ar fi foarte greu să mergi, să vorbești sau să te miști.

Interesant este că aceleași lucruri se aplică și pentru celule. Deseori percepem celulele ca niște buline moi și nestructurate. Dar în realitate sunt structurate destul de asemănător cu corpurile noastre. Acestea au o rețea de filamente numită citoschelet (efectiv, "scheletul celulei"), care nu doar că susține membrana plasmatică și conferă forma celulei, dar și ajută la menținerea poziției organitelor, oferind căi pentru transportul veziculelor, și (în cazul multor tipuri de celule) oferă acesteia posibilitatea de a se mișca.

La eucariote există trei tipuri de fibre de proteine în citoschelet: microfilamente, filamente intermediare și microtubuli. În acest articol, vom analiza fiecare tip de filament, dar și câteva structuri specializate care țin de citoschelet.

Dintre cele trei tipuri de fibre de proteină din citoschelet, microfilamentele sunt cele mai înguste. Au diametrul de aproximativ 7 nm și sunt formate din mai mulți monomeri conectați dintr-o proteină numită actină, combinați într-o structură care seamănă cu o spirală dublă. Pentru că sunt formate din monomeri de actină, microfilamentele sunt numite și filamente de actină. Filamentele de actină au direcționalitate, adică au două capete cu structuri diferite.

Filamentele de actină au mai multe roluri importante în celulă. În primul rând, servesc pentru mișcarea unei proteine contractile numite miozină, care poate forma și ea filamente. Datorită relației cu mioza, actina este implicată în multe activități celulare care necesită mișcare.

De exemplu, în diviziunea celulelor animale, un inel din actină şi miozină împarte celula în două celule fiice noi. Actina şi miozina sunt de asemenea abundente în celulele musculare, unde formează structuri organizate de filamente suprapuse, numite sarcomere. Când filamentele actinăculisează printre filamentele de miozină ale unui sarcomer, muşchii se contractă.

Filamentele de actină pot servi și ca străzi în interiorul celulei pentru transportul încărcăturilor, inclusiv vezicule cu proteine și chiar organite. Aceste încărcături sunt transportate de motoare de miozină individuale, care "merg" de-a lungul grămezilor de filamente de actină${}^1$‍.

Filamentele de actină se pot asambla și dezasambla rapid, iar această proprietate le face să joace un rol important în motilitatea (mișcarea) celulei, precum deplasare leucocite în sistemul tău imunitar.

În ultimul rând, filamentele de actină joacă un important rol structural în celulă. În majoritatea celulelor animale, există o rețea de filamente de actină în regiunea citoplasmei, la marginea celulei. Această rețea, care este conectată la membrana plasmatică prin intermediul unor proteine conectoare specializate, conferă celulei structura și forma${}^{2,3}$‍.

Fibrele intermediare sunt un tip de element al citoscheletului format din mai multe fire de proteine fibrilare unite între ele. După cum le sugerează numele, fibrele intermediare au un diametru mediu de la 8 la 10 nm, între cel al microfilamentelor și microtubulilor (analizați mai jos).

Există mai multe varietăți de fibre intermediare, fiecare formată dintr-un tip diferit de proteine. O proteină care formează fibre intermediare este keratina, o proteină fibroasă care se găsește în păr, unghii și piele. De exemplu, probabil ai văzut reclame la șampoane care pretind să-ți netezească keratina din păr!

Spre deosebire de filamentele de actină, care pot creşte şi dezasambla rapid, fibrele intermediare sunt permanente şi joacă un rol structural esenţial în celulă. Ele sunt specializate să suporte tensiuni, iar rolul lor include menţinerea formei celulei şi ancorarea nucleului şi a altor organite la locul lor.

În ciuda prefixului de "micro" din denumire, microtubulii reprezintă cel mai mare tip de fibre din citoschelet, având un diametru de cam 25 nm. Un microtubul este alcătuit din proteine de tubulină care sunt tuburi goale, ca un pai, iar fiecare proteină de tubulină este formată din două subunități, tubulina α și tubulina β.

Microtubulii, precum filamentele de actină, sunt structuri dinamice: se pot mări și micșora prin adăugarea sau înlăturarea proteinelor de tubulină. Din nou asemănător filamentelor de actină, microtubulii au direcționalitate, adică au două capete diferite unul față de altul din punct de vedere al structurii. Într-o celulă, microtubulii joacă un rol structural foarte important, ajutând celula să reziste forțelor de compresie.

Pe lângă rolul structural, microtubulii mai joacă o varietate de roluri specializate în celulă. De exemplu, oferă canale pentru proteinele motorii numite kinesină și dineină, care transportă vezicule și alte încărcături prin interiorul celulei${}^4$‍. În timpul diviziunii celulare, microtubulii se asamblează într-o structură numită fus de diviziune, care trage cromozomii în direcții opuse.

Microtubulii sunt de asemenea componente cheie a trei structuri celulare eucariote mai specializate: flagei, cili și centrozomi. S-ar putea să vă amintiți că prietenele noastre procariotele au de asemenea structuri care au flagei pe care îi folosesc să se deplaseze. Nu vă derutați—flageii eucarioți pe care urmează să îi discutăm au practic același rol, dar o structură foarte diferită.

Flagelii (singural, flagel) sunt structuri lungi, ca un fir de păr care se extind din suprafața celulei și sunt folosite pentru a muta întreaga celulă, ca spermatozoizii. Dacă o celulă prezintă flageli, de obicei are unul sau doar câțiva. Cilii mobili (singular, cil) sunt similari, dar sunt mai scurți și apar, în general, în număr mai mare pe suprafața celulei. Când celule cu cili mobili formează țesuturi, aceștia ajută la mutarea materialelor de-a lungul suprafeței țesutului. De exemplu, cilii celulelor din sistemul respirator ajută la mutarea prafului și a particulelor în exterior spre nări.

În ciuda diferenței de număr și lungime, flagelii și cilii au un model structural asemănător. Majoritatea flagelilor și cililor prezintă 9 perechi de microtubuli aranjate într-un cerc și 2 microtubuli suplimentari în centrul inelului. Acest aranjament se numește structura de 9 + 2. Structura 9+2 poate fi observată în imaginea microscopică electronică din stânga, care prezintă două secțiuni de flageli.

La flageli și cili, proteine motorii numite dineine se deplasează de-a lungul microtubulilor, generând o forță care determină flagelul sau cilul să bată. Legăturile structurale dintre perechile de microtubuli și coordonarea mișcării dineinei permit producerea de bătăi regulate${}^{5,6}$‍.

Poate observi o altă caracteristică în diagrama de mai sus: cilul sau flagelul are un corp bazal la bază. Corpul bazal este format din microtubuli și joacă un rol esențial în asamblarea cilului sau flagelului. Odată ce structura este asamblată, reglementează ce proteine pot ieși și intra${}^7$‍.

Corpusculul bazal este, de fapt, doar un centriol modificat${}^7$‍. Un centriol este un cilindru cu nouă tripleți de microtubuli, ținuți împreună de proteine. Centriolii sunt binecunoscuți pentru rolul lor în centrozomi, structuri care acționează ca centre de organizare a microtubulilor în celulele animale. Un centrozom este format din doi centrioli orientați perpendicular unul pe celălalt, înconjurați de "materialul pericentriolar", care conferă microtubulilor zone de ancorare${}^7$‍.

Centrozomul se dublează înainte de diviziunea celulelor, iar centrozomii pereche par să joace un rol în organizarea microtubulilor care separă cromozomii în timpul diviziunii celulare. Totuși, funcția exactă a centriolilor în acest proces nu este clară, încă. Celulele cu centrozomul eliminat se pot diviza, iar celulele plantelor, care nu au centrozomi, se pot divide fără nici o problemă.