Intermediárne filamenty spájajú denné telieska funkcie

Charakteristickou črtou živých systémov, a teda aj bunky, sú rôzne druhy biologického pohybu: pohyb chromozómov v mitóze, premiestňovanie organel, prúdenie cytoplazmy, pohyb celých buniek.

Tento pohyb sa uskutočňuje vďaka prítomnosti cytoskeletu. Predpokladá sa, že cytoskelet vznikol už v skorých štádiách evolúcie. Cytoskelet tvorí pohybovú aj opornú sústavu bunky.

Základná cytoplazma je vyplnená zložkami cytoskeletu a poskytuje oporu pre bunkové organely. Táto sieťovina so všetkými súčasťami sa súhrnne nazýva cytoskelet.

Schéma živočíšnej bunky s vyznačenými zložkami cytoskeletu.

Zložky cytoskeletu

Cytoskelet je sieťovinou, ktorá sa rozprestiera od cytoplazmovej membrány až po jadro. Tvoria ho tri hlavné typy vlákien:

Mikrofilamenty
Intermediárne filamenty
Mikrotubuly

Mikrofilamenty

Mikrofilamenty majú priemerne hrúbku 4 - 7 nm. Základnou jednotkou mikrofilamenta sú dve molekuly vláknitého F-aktínu (ako filamentum, čiže vlákno), ktoré sa okolo seba obtáčajú a vytvárajú aktínové filamentum. Samotné vlákno F-aktínu sa skladá z polymerizovaných globulárnych podjednotiek G-aktínu (ako globulárny). Cytoplazmaticky aktín je značne podobný svalovému aktínu, ktorý zabezpečuje svalovú kontrakciu.

Integrálnou zložkou mikrofilamentov je aj nesvalový myozín, ktorý sa od svalového odlišuje rozdielnym usporiadaním aminokyselín. Mechanizmus kontrakcie v bunke je podobný, nie však identický so svalovou bunkou. Vyžaduje si prítomnosť energie z ATP a iónov Ca²⁺.

Mikrofilamenty sa vyskytujú v rôznych typoch buniek, obzvlášť bohaté sú v bunkách, ktoré aktívne menia tvar. Vyskytujú sa jednotlivo alebo vo zväzkoch v základnej cytoplazme, často v blízkosti mikrotubulov, plazmalémy alebo iných zložiek bunky. V hustých zväzkoch sa nachádzajú pod plazmatickou membránou, v pseudopódiách a mikroklkoch. Interfázové usporiadanie mikrofilamentov tvorí trojrozmernú sieť smerujúcu od jadra k plazmaléme. Toto sa v štádiu profázy poruší.

Umiestnenie aktínových filament sa neustále mení v závislosti na stave bunky, či je v pokoji alebo pohybe. Mikrofilamenty v bunke plnia celý rad funkcií. Zabezpečujú prúdenie cytoplazmy, pohyb organel, pohyb bunky ako celku (kontraktilné štruktúry). Z vnútornej strany stabilizujú plazmalému. Mikrotrabekuly spájajú rozličné bunkové štruktúry navzájom aj s bunkovou membránou. Pokladajú sa za vlastnú kostru, oporu bunky.

Intermediárne filamenty

Intermediárne filamenty predstavujú rozsiahly systém vláknitých štruktúr bunky s priemerom asi 10 nm. Je to dynamický systém, ktorý sa mení s aktivitou bunky. Považujú sa za zložku, ktorá má výhradne štrukturálnu funkciu (kostra bunky). Ide teda o nekontraktilné elementy.

Bunke zabezpečujú mechanickú pevnosť, odolnosť na ťah a tlak. Zohrávajú úlohu aj pri transmembránovej signalizácii. Intermediarne filamenty spájajú denné telieska funkcie.

Vizualizácia cytoskeletu.

Mikrotubuly

Mikrotubuly sú štruktúry pozorovateľné aj vo svetelnom mikroskope. Sú to systém jemných tubulov s hrúbkou 20 - 40 nm a s lúmenom 10 - 20 nm. Ich základ tvorí globulárna bielkovina tubulín. Samotný tubulín je heterodimér zložený z dvoch podjednotiek: α-tubulín a β-tubulín. Spájaním molekúl (polymerizáciou) tubulínu sa vytvára vláknitý útvar, tzv. protofilamentum. Naložením 10−12 protofilamentov vedľa seba vzniká valcovitý útvar − mikrotubulus.

Tubulín je bielkovina, ktorá sa syntetizuje na ribozómoch v základnej cytoplazme koncom S-fázy a začiatkom G2-fázy. Nové podjednotky sa nachádzajú v depolymerizovanom stave v cytoplazme. Množstvo voľného tubulínu je v dynamickej rovnováhe s polymerizovaným tubulínom. Molekula tubulínu je polárna, má + a - koniec. Takéto chemické vlastnosti umožňujú vzájomné spájanie molekúl tubulínu a predlžovanie mikrotubulu v jednom smere (tzv. polárny rast). Polymerizáciou sa mikrotubuly predlžujú, depolymerizáciou skracujú.

Zdrojom energie pre tento proces je, ako v mnohých energeticky podmienených procesoch, guanozíntrifosfát (GTP, obdoba ATP). V bunkách je proces novotvorby mikrotubulov (polymerizácia tubulínu) spojený s mikrotubulami organizujúcimi centrami (MTOC). Nové mikrotubuly vznikajú len v miestach MTOC: v živočíšnych bunkách je to centrozóm pre mitotické vretienko, bazálne telieska pre organizáciu mikrotubulov v riasinkách a bičíkoch.

Spolu s mikrofilamentami predstavujú cytoskeletový systém, ktorý kontroluje všetky topografické zmeny v bunke (rozloženie a orientáciu organel). Zúčastňujú sa toku tekutín v cytoplazme a transportu elektrolytov. V neurónoch sa označujú ako neurotubuly a tvoria v bunke hustú sieť. Ide o cesty, pozdĺž ktorých sa uskutočňuje transport intracelulárnych látok. V erytrocytoch a trombocytoch určujú špeciálny tvar bunky. Podieľajú sa aj na posunoch melanínových granúl v pigmentových bunkách. Majú účasť aj pri exocytóze a stabilizácii plazmatickej membrány.

Cytoskelet má spevňujúcu funkciu, pretože je odolný voči ťahu a tlaku. Mikrotubuly sa podieľajú na zabezpečovaní toku tekutín v cytoplazme. V neurónoch sa mikrotubuly označujú ako neurotubuly a nachádzajú sa v axonoplazme nervových buniek. Mikrotrabekuly spájajú rozličné bunkové štruktúry navzájom aj s bunkovou membránou. Pokladajú sa za vlastnú kostru, oporu bunky i v mnohobunkových organizmoch.

Porovnanie zložiek cytoskeletu:

Zložka	Priemer	Základná jednotka	Funkcia
Mikrofilamenty	4-7 nm	Aktín	Pohyb bunky, stabilizácia plazmalémy
Intermediárne filamenty	~10 nm	Rôzne proteíny	Mechanická pevnosť, odolnosť voči ťahu a tlaku
Mikrotubuly	20-40 nm	Tubulín	Transport intracelulárnych látok, tok tekutín v cytoplazme

Cytoskelet | Štruktúra bunky | Biológia | Khan Academy