Centrosom: Definition, struktur och funktion (med diagram)

Innehåll

• Strukturen hos centriolen
• Centrosomen som en del av cytoskeletten
• Centrosomens roll i celldelningen
• Centriole-replikering
• Roll i Cilia Formation

De centrosom ("mellankroppen") är en struktur som finns i cellerna hos de flesta växter och djur. Det är från denna organell som proteinstrukturerna kallas mikrotubuli forma och förlänga.

Dessa mikrotubulor kommer ut från mikrotubulisorganiseringscentret (MTOC) och är integrerade i ett antal eukaryota cellfunktioner och processer under en celllivslängd. De är kanske mest kända för sin viktiga roll i processen för celldelning, som inkluderar mitos (uppdelningen av ett cellkärnmaterial i dotterkärnor) följde i kort ordning av cytokines (uppdelningen av en hel cell i dotterceller).

Denna delningsprocess förmedlas av centrioler av centrosomer.

Strukturen hos centriolen

Centrosomer är strukturer som innehåller centriolerna, som ger upphov till mikrotubulerna som fungerar som den mitotiska spindeln. Det är mycket att föreställa mig, så en titt på var och en av dessa i termer ger en tydligare uppfattning om den fysiska uppsättningen av centrosomer.

Under interfas, som är den period under vilken en cell inte aktivt delar sig, varje cell innehåller en centrosom som inkluderar ett par centrioler. Var och en av dessa centrioler består av nio mikrotubulära tripletter i ett cylindriskt arrangemang; med andra ord, en enda centriole inkluderar totalt 27 mikrotubuli springer från slut till slut. De två centriolerna är orienterade i vinkelrätt mot varandra. Tripletterna själva liknar små parallella rör som är i en linje.
Läs mer om vad som händer i intervallet.

Även under intervallet replikeras alla celler av baskomponenter, inklusive centrosomen och dess centriopar. Inledningsvis förblir de två centrosomerna, eller par av centrioler, i nära fysisk närhet. När mitos är på gång är de två centriolerna migrera mot motsatta ändar av cellen som förbereder sig för att delas upp i två dotterceller.

Centrosom kontra Centromere: Varken "centrosom" eller "centriole" bör förväxlas med centromeren, som är den fysiska övergången mellan systerkromatiderna i en kromosom som förbereder sig för att delas som en del av mitos.)

Som nämnts har mikrotubulor ett antal olika funktioner i celler, men deras huvudsakliga syfte i celldelning är att tjäna som spindelfibrerna som hjälper till att kontrollera och genomföra separationen av cellkomponenter under uppdelningsprocessen.

Centrosomen som en del av cytoskeletten

Förutom att delta i mitos, centrosomen spelar en viktig strukturell roll i cellen genom att generera mikrotubuli som bildar cytoskelettet, vilket är vad som ger celler deras form och integritet.

Även om det kanske är frestande att föreställa sig celler som bräckliga, gelatinösa jordklot som är lite mer än runda behållare, är varje cell extremt dynamisk, inklusive dess membran, som noggrant kontrollerar vilka ämnen som eventuellt passerar in i och utanför cellen.

Läs mer om mikrotubuluscellernas huvudfunktion.

Deras syfte liknar det i din egen kropps skelett, vilket ger resten av er din allmänna fysiska form och fungerar som ett slags rack som håller dina andra viktiga fysiska komponenter - dina organ, muskler och vävnader.

Cytoskelettarrangemang och sammansättning: Mikrotubulorna som bildar cytoskeletten är gängade över cytoplasman i cellens inre och bildar en serie hängslen mellan cellernas gräns och dess kärna nära mitten. Dessa rör består i sin tur av monomera enheter tillverkade av ett protein som kallas tubulin.

Denna tubulin, som många proteiner i naturen, finns i en mängd olika undertyper; de vanligaste i mikrotubuli är:

Endast i närvaro av en centrosom bildar dessa monomerer spontant sig till mikrotubulor, på ungefär samma sätt, kanske, eftersom ägg, socker och choklad bara formar sig till kakor i närvaro av ett mänskligt bemannat kök.

Dessutom kallade proteiner dyneins och kinesiner delta i mitos; dessa hjälper till att orientera ändarna på mikrotubulorna till sina korrekta platser längs eller nära de snart-delade kromosomerna, som står i linje längs metafasplattan.

Vikten av centrosomer: Det är ännu inte känt hur exakt duplicering av centrosomer under intervallet sker. Det är också anmärkningsvärt att medan centrosomer och centrioler förekommer i de flesta växtceller, mitos kan förekomma i växter i frånvaro av dessa strukturer. I vissa djurceller kan mitos faktiskt fungera även när centriolerna har förstörts medvetet, men detta resulterar i allmänhet i ett ovanligt stort antal replikationsfel.

Det antas därför att centrosomer hjälper till att ge en viss kontroll under hela processen, och biokemister strävar efter att belysa mekanismerna för detta eftersom de troligen är viktiga i uppkomsten och utvecklingen av cancer och andra störningar som är beroende av cellreplikation och -delning.

••• Dana Chen | Sciencing

Centrosomens roll i celldelningen

Celldelning är en viktig del av cellbiologin. Centrosomer spelar en viktig roll denna process.

Kom ihåg att de två centriolerna i en enda centrosom är orienterade i rät vinkel mot varandra, vilket innebär att mikrotubulerna i dessa centrioler kommer att anordnas i en av två inbördes vinkelräta riktningar. Kom också ihåg att de två centrosomerna i en cell som ännu inte är helt delande ligger på motsatta ändar av gränssnittscellen.

En implikation av denna geometri är att när mittspindfibrerna börjar bildas, de sträcker sig från varje sida (eller "pol”) Av cellen mot dess centrum, där celldelningen i slutändan är mest tydlig, och de sträcker sig också eller "fan" utåt i en rad riktningar från varje centrosom själv.

Försök hålla dina stängda nävar hållna isär, och öppna dem sedan långsamt medan du sträcker ut dina nyligen synliga fingrar mot varandra. Detta ger en allmän bild av vad som utvecklas vid centrosomerna när mitos fortskrider.

Mitos i sig inkluderar fyra faser (ibland listade som fem). I ordning är dessa:

Vissa källor inkluderar också prometafas mellan profas och metafas. När mitos pågår, rör sig mikrotubulerna som växer från den begynnande mitotiska spindeln vid varje pol mot centrum av cellen, där de replikerade kromosomerna arrangerade i par är uppradade längs den så kallade metafasplatta (en osynlig linje längs klyvningen av kärnan inträffar).

Dessa varierande ändar av spindelfibrerna lindas upp på en av tre platser: på kinetochore av varje kromosompar, som är strukturen vid vilken kromosomerna faktiskt skiljer sig; på kromosomernas armar; och i själva cytoplasman väl på andra sidan cellen, närmare den motsatta centrosomen än dessa fibers ursprungspunkt.

Spindelfibrer i drift: Räckvidden för förankringspunkter på spindelfibrernas ändar vittnar om den mitotiska processens elegans och komplexitet. Det är ett slags "dragkamp", men det måste vara extremt väl samordnat, så att division "går igenom" exakt mitten av varje kromosompar för att säkerställa att varje dottercell får exakt en kromosom från varje par.

Spindelfibrerna gör därför en del "tryckning" såväl som en hel del "dragning" för att säkerställa att celldelningen inte bara är kraftfull utan också korrekt. Mikrotubulorna deltar i uppdelningen av kärnan enbart, men deltar också i uppdelningen av hela cellen (dvs cytokinesis) och omhöljet av varje ny dottercell i sitt eget cellmembran.

Ett sätt att kanske föreställa sig allt detta: Cellerna har inte muskler, men mikrotubulorna är ungefär så nära som cellkomponenterna kommer.

Centriole-replikering

Som sagt replikeras centrosomerna i cellerna under intervallet, den relativt långa delen av cellcykeln mellan mitotiska uppdelningar. Replikeringen av centrioler i centrosomer är inte helt konservativ, vilket betyder att de två bildade dottercentriolerna inte är helt identiska, som skulle inträffa i en konservativ process. Istället är centriole-replikering semikonservativ.

Medan den exakta mekanismen för centrosomreplikation under S-fas (syntesfas) av cellinterfas återstår att förstå fullt ut, har forskare insett att när en centriole delar sig, en av de resulterande centriolerna behåller egenskaperna hos "modern" och kan generera operationella mikrotubuli.

Denna centriole har "stamcellliknande" egenskaper, medan den andra, "dottern" blir helt differentierad. Varje delande cell har ett moder-dotter centriolepar vid varje pol, så varje ny dottercell innehåller, som du kan förvänta dig, en modercentriole och en dottercentriole i varje par. Under det intervall som snart följer kommer denna centriole att delas upp för att åter skapa två modercentriole-dottercentriolepar.

Centrioler i differentierade strukturer: De subtila skillnaderna i funktion mellan de rätvinklade centriolerna i varje par blir tydliga när till exempel modercentriolen fästs till det inre av cellens plasmamembran för att bilda en struktur som kallas en basal kropp. Denna kropp är vanligtvis en del av en cilium eller hårliknande förlängning med flera mikrotubuli, som inte är rörlig; det vill säga den rör sig inte.

Vissa cilier (plural of "cilium") form flageller (singular "flagellum") som rör sig, som ofta driver hela celler med medan de i andra fall fungerar som miniatyr kvastar av ett slag som rensar skräp från regionen av flagellum.

Medan biologer har mycket att lära sig om den exakta dynamiken i centrosomer, ger cancer ett fönster i vad som går fel med centrosomer i fall av onormal celldelning. Forskare har till exempel observerat det cancerceller innehåller ofta ovanligt antal centrosomer istället för det förväntade ett eller två, och vissa anticancerläkemedel (till exempel Taxol och vincristin) utövar sina effekter genom att störa mikrotubulaggregatet.

Roll i Cilia Formation

En flagellum är ett sortiment av mikrotubuli som möjliggör rörelse, som i fallet med en spermiecell. Ett flagellum härstammar från en enda baskropp på plasmamembranets inre yta. Således innehåller en spermiercelle ett enda centriolepar.

Eftersom en spermiercells slutliga öde är att smälta samman med en äggcelloch en äggcell saknar en basal kropp, det är spermierna som säkerställer att en nybildad zygot (produkten från ägg-spermier som går samman och det första steget i generationen av en ny organisme i reproduktionen) kommer att kunna delas, eftersom centriole innehåller instruktioner och komponenter som behövs för delningsprocessen.

Vissa organismer har cilia på vissa celler. Detta inkluderar några av cellerna i ditt eget andningsorgan. De epitel (ytceller; din hud är ett slags epitel) som linjer dina lungor bildar ett antal anslutna baskroppar, vilket är vad en cilium faktiskt är. De rörformiga förlängningarna av dessa cilierade celler fungerar för att röra sig längs slem och partiklar och skyddar därför det inre av lungorna.