Citoskelet

Citoskelet ili ćelijski skelet je složena, dinamična mreža isprepletenih proteinskih filamenta prisutnih u citoplazmi svih ćelija, uključujući bakterije i archaea. U ranim danima elektronske mikroskopije, biolozi su smatrali da organele unutar eukariotske ćelije plutaju slobodne u citosolu ali su unaprijeđenja u oblastima svjetlosne i elektronske mikroskopije dovela do otkrića citoskeleta - mreže vlakana koja se prostire kroz citoplazmu. Citoskelet se nalazi u dijelu citoplazme koji se naziva citosol.^[1] Proteže se od ćelijskog jedra do ćelijske membrane i sastoji se od sličnih proteina u različitim organizmima. U eukariotima sastoji se od tri glavne komponente, mikrofilamenti, intermedijarni filamenti i mikrotubule, a sve su one sposobne za brzi rast ili rastavljanje ovisno o potrebama ćelije.^[2]

Citoskelet može obavljati mnoštvo funkcija. Njegova primarna funkcija je održavanje oblika i mehaničke otpornosti na deformacije ćeliji, a povezivnjem sa izvanćelijskim vezivnim tkivom i ostalim ćelijama stabilizira cijela tkiva.^[3] Citoskelet se također može suziti, čime deformira ćeliju i njeno okruženje i omogućava ćelijama da migriraju.^[4] Štaviše, uključen je u mnoge ćelijske signalne puteve i u unosu vanćelijskog materijala (endocitoza),^[5] segregaciju hromosoma tokom ćelijske diobe,^[3] faze citokineze, kao skela za organiziranje sadržaja ćelije u prostoru^[4] i u unutarćelijskom transportu (naprimjer kretanje vezikula i organela s unutar ćelije)^[3] i može biti predložak za izgradnju ćelijskog zida.^[3] Nadalje, može formirati specijalizirane strukture, poput bičeva, cilija, lamelipodija i podosoma. Struktura, funkcija i dinamičko ponašanje citoskeleta mogu biti vrlo različiti, ovisno o organizmu i vrsti ćelije. Čak i unutar jedne ćelije, citoskelet se može promijeniti povezivanjem s drugim proteinima i prethodnom historijom mreže.

Primjer djelovanja citoskeleta u velikom razmjeru je kontrakcija mišića. To provode grupe visoko specijaliziranih ćelija koje rade zajedno. Glavna komponenta citoskeleta koja pomaže pokazati pravu funkciju ove mišićne kontrakcije je mikrofilament. Mikrofilamenti su sastavljeni od najobilnijeg ćelijskog proteina poznatog kao aktin. Za vreme kontrakcije mišića, unutar svake mišićne ćelije, miozinski molekularni motori skupno stvaraju paralelne sile sa aktinskim filamentima. Kontrakcija mišića počinje živčanim impulsima što potom izaziva oslobađanje povećane količine kalcija iz sarkoplazmatskog retikuluma. Povećanje kalcija u citosolu omogućava da započne kontrakcija mišića uz pomoć dva proteina, tropomiozina i troponina. Tropomiozin inhibira interakciju između aktina i otpušta inhibiciju.^[6][7] Ova akcija kontrahira mišićne ćelije, a putem sinhronog procesa u mnogim mišićnim ćelijama, čitav mišić.

Citoskelet održava oblik, strujanje u citoplazmi, migraciju ćelija itd. Pored citoskeleta u citoplazmi se nalaze granule glikogena, kao polimeri glikoze, kapljice triglicerida (masne ćelije), visoke koncentracije raznih vrsta proteina, od kojih su enzimi zastupljeni sa 25-50%. Citoskelet obrazuje kompleksnu trodimenzijsku strukturu i pruža se u raznim pravcima, obezbjeđuje kontakt između susjednih ćelija i međućelijskog matriksa. Ima bitnu ulogu u migraciji ćelija, mitozi, mejozi, endocitozi i egzocitozi, intracelularnm transportu, mikrocirkulaciji, pokretanju citoplamatskih organela (kao što su ribosomi, poliribosomi, mitohondrije, vezikule, inkluzije), transportu lizosoma, održavanju polarnosti i oblika ćelija itd. Citoskelet je građen od mikrotubula, mikrofilamenata, i intermedijalnih mikrofilamenata. Glavni proteini koji grade citoskelet su aktin i tubulin. Kao polimeri brzo se spajaju i razdvajaju. Razlikuje se membranski citoskelet vezan za membrane mnogobrojnih jednoćelijskih organizama kao i eukariotskih ćelija i metazoa i citoplazmin citoskelet raspoređen po citoplazmi.

Mikrotubule su upravo nosioci citoskeleta. To su cjevčice promjera 240 A, dugačke više mikrometara. Zidovi su izgrađeni od globularnih proteina, tzv. tubulina. Funkcionalna jedinica tubulina sastoji se od dva različita proteinska lanca (alfa i beta tubulina). Te se globularne jedinice slažu u nizove, tako da 13 nizova zatvaraju plašt mikrotubula. Pored toga što izgrađuju citoskelet ćelije, mikrotubuli se udružuju u specifične sisteme i izgrađuju centriole, bazna tjelašca, bičeve i treplje. Najvažnija njihova funkcija je u izgradnji teznih niti diobenog vretena u toku diobe ćelije čime omogućuju distribuciju genetičkog materijala.

Mikrofilamenti su tanka vlakna - oko 60-80 A u promjeru, nalaze se u svim eukariotskim ćelijama. Najviše ih ima u mišićnim ćelijama, miofibrilima, nosiocima mišićne kontrakcije. Neke epitelne ćelije također imaju sposobnost pokretanja i to zahvaljujući snopu mikrofilamenata koji se protežu njegovim lumenom. Nosioci mišićne kontrakcije i mehanizama pokretanja mikrofilamenata i mikrovila su aktin i miozin. Ovi proteini se nalaze i u drugim vrstama ćelija. Svi miozini mogu razgraditi ATP u prisustvu aktina.^[8][9]

Intermedijalni filamenti su ime dobili po svom djametru koji je veći nego dijametar mikrofilamenata ali manji od mikrotubula. Za razliku od prethodno spomenutih vrsta citoskeleta, intermedijarni filamenti su prisutni jedino u ćelijama nekih životinja, uključujući kičmenjake. Obuhvataju tinofilamente, neurofilamente, glijine filamente sa fibrilarnim proteinima. Ovi filamenti formiraju mrežu koja omogućava interakciju između plazmamembrane, vanjske membrane jedra i citoplazminih organela. Intermedijarni filamenti su stabilnije strukture, za razliku od druge dvije vrste koje često bivaju formirane i rasformirane u raznim dijelovima ćelije. Čak i nakon smrti ćelije, moguće je njihovo postojanje (mrtve ćelije čine vanjski dio naše kože i prepune su keratinskih filamenata - keratin je član porodice proteina koji izgrađuju jedinice ovih filamenata). Ova mreža ima ulogu u održavanju i funkciji ćelija u toku razvića, diferencijaciji i specifičnim funkcijama ćelijskih tkiva i organa.