細胞骨格：特徴、機能、構造 - 生物学 - 2025

細胞骨格は、フィラメントで構成された細胞構造です。それは細胞質全体に分散しており、その機能は主に支持的であり、細胞の構造と形状を維持します。構造的には、サイズに応じて分類された3種類の繊維で構成されています。

これらは、アクチン繊維、中間フィラメント、および微小管です。それぞれがネットワークに特定のプロパティを付与します。セル内部は、物質の移動や移動が発生する環境です。細胞骨格はこれらの細胞内運動を仲介します。

たとえば、ミトコンドリアやゴルジ体などの細胞小器官は、細胞環境では静止しています。これらは、細胞骨格を経路として使用して移動します。

真核生物では細胞骨格が明らかに優勢ですが、原核生物でも類似の構造が報告されています。

一般的な特性

細胞骨格は「分子の足場」を表す非常に動的な構造です。フィラメントを構成する3種類のフィラメントは、これらの基本単位の組み合わせ方によって、非常に異なる構造を形成できる繰り返し単位です。

人間の骨格との類似点を作成したい場合、細胞骨格は骨系、さらには筋肉系と同等です。

ただし、コンポーネントを組み立てたり分解したりできるため、骨と同一ではなく、形状を変化させて細胞に可塑性を与えることができます。細胞骨格の成分は洗剤に溶けません。

特徴

形状

その名前が示すように、細胞骨格の「直感的な」機能は、細胞に安定性と形状を提供することです。フィラメントがこの複雑なネットワークで組み合わされると、変形に抵抗する特性がセルに与えられます。

この構造がないと、セルは特定の形状を維持できません。ただし、細胞に形状を変化させる特性を与えるのは、（人間の骨格とは対照的に）動的な構造です。

細胞運動と接合部

細胞成分の多くは、細胞質に分散したこの繊維のネットワークに付着しており、それらの空間配置に寄与しています。

細胞は、漂流するさまざまな要素を持つスープのようには見えません。どちらも静的エンティティではありません。むしろ、それは特定の領域に位置するオルガネラを持つ組織化されたマトリックスであり、このプロセスは細胞骨格のおかげで発生します。

細胞骨格は運動に関与しています。これはモータータンパク質のおかげで起こります。これら2つの要素が組み合わされ、セル内での移動が可能になります。

それはまた、食作用（細胞が食物であってもなくてもよい外部環境から粒子を捕獲するプロセス）のプロセスにも参加します。

細胞骨格は、細胞がその外部環境と物理的および生化学的に接続することを可能にします。このコネクタの役割は、組織と細胞接合部の形成を可能にするものです。

構造とコンポーネント

細胞骨格は、アクチン、中間径フィラメント、微小管の3種類のフィラメントで構成されています。

新しい候補は現在、細胞骨格の4番目の鎖であるセプチンとして提案されています。これらの各部分について、以下で詳しく説明します。

アクチンフィラメント

アクチンフィラメントの直径は7 nmです。それらはマイクロフィラメントとしても知られています。フィラメントを構成するモノマーは、バルーン形状の粒子です。

これらは線形構造ですが、「棒」のような形状ではありません。軸を中心に回転し、らせんに似ています。それらは、それらの行動（組織、場所、長さ）​​を調節する一連の特定のタンパク質に付​​着しています。アクチンと相互作用することができる150以上のタンパク質があります。

両極端は区別することができます。1つはプラス（+）と呼ばれ、もう1つはマイナス（-）と呼ばれます。これらの端で、フィラメントは成長または短くなります。プラス側では重合が著しく速くなります。重合が起こるためには、ATPが必要です。

アクチンはまた、モノマーとして存在し、サイトゾルに遊離している可能性があります。これらのモノマーは、重合を妨げるタンパク質に結合しています。

アクチンフィラメントの機能

アクチンフィラメントは細胞運動に関連する役割を持っています。それらは、単細胞生物と多細胞生物（例：免疫系の細胞）の両方の異なる細胞タイプが環境内を移動することを可能にします。

アクチンは、筋収縮におけるその役割でよく知られています。彼らはミオシンと一緒にサルコメアにグループ化します。どちらの構造も、このようなATP依存移動を可能にします。

中間フィラメント

これらのフィラメントのおおよその直径は10 µmです。したがって、「中間」という名前です。その直径は、細胞骨格の他の2つのコンポーネントに対して中間です。

各フィラメントは次のように構造化されています。N末端にあるバルーン型のヘッドと炭素末端にある同様の形状のテールです。これらの端は、アルファヘリックスで構成される線形構造によって互いに接続されています。

これらの「ロープ」は、他の中間フィラメントと一緒に巻き取られ、より厚いインターレース要素を作成する特性を持つ球状の頭部を持っています。

中間フィラメントは細胞質全体にあります。それらは膜に伸びており、しばしばそれに付着しています。これらのフィラメントは核にも見られ、「核ラミナ」と呼ばれる構造を形成しています。

このグループは次に中間フィラメントのサブグループに分類されます。

-ケラチンフィラメント。

-ビメンチンフィラメント。

-ニューロフィラメント。

-核シート。

中間フィラメントの役割

それらは非常に強く、抵抗力のある要素です。実際、他の2つのフィラメント（アクチンと微小管）と比較すると、中間のフィラメントが安定性を増しています。

この特性のおかげで、その主な機能は機械的であり、細胞の変化に抵抗します。それらは、一定の機械的ストレスを受ける細胞タイプに豊富に見られます。たとえば、神経細胞、上皮細胞、筋肉細胞などです。

細胞骨格の他の2つのコンポーネントとは異なり、中間径フィラメントは組み立てられず、その極端でバラバラになります。

それらは（それらの機能を果たすことができるようにするための）堅固な構造である：細胞支持およびストレスに対する機械的応答）そしてフィラメントの集合はリン酸化に依存するプロセスである。

中間フィラメントはデスモソームと呼ばれる構造を形成します。一連のタンパク質（カドヘリン）とともに、これらの複合体が作成され、細胞間の接合部を形成します。

微小管

微小管は中空の要素です。それらは細胞骨格を構成する最大のフィラメントです。その内部の微小管の直径は約25 nmです。長さは非常に可変で、200 nmから25 µmの範囲内です。

これらのフィラメントはすべての真核細胞に不可欠です。それらは、中心体と呼ばれる小さな構造から出現し（または生まれ）、そこから細胞の端まで伸びます。これは、細胞環境全体に広がる中間フィラメントとは対照的です。

微小管は、チューブリンと呼ばれるタンパク質で構成されています。チューブリンは、α-チューブリンとβ-チューブリンという2つのサブユニットで構成される二量体です。これらの2つのモノマーは、非共有結合によって結合されます。

その最も重要な特性の1つは、成長および短縮する能力であり、アクチンフィラメントのように非常に動的な構造です。

微小管の両端は互いに区別することができます。このため、これらのフィラメントには「極性」があると言われています。両極-プラスp正およびマイナスまたは負と呼ばれる-で自己組織化のプロセスが発生します。

フィラメントの組み立てと劣化のこのプロセスは、「動的不安定性」の現象を引き起こします。

微小管機能

微小管は非常に多様な構造を形成することができます。それらは細胞分裂の過程に参加し、有糸分裂紡錘体を形成します。このプロセスは、各娘細胞が同数の染色体を持つのに役立ちます。

それらはまた、繊毛や鞭毛などの細胞移動に使用される鞭のような付属肢を形成します。

微小管は、輸送機能を持つさまざまなタンパク質が移動する経路または「ハイウェイ」として機能します。これらのタンパク質は、キネシンとダイニンの2つのファミリーに分類されます。彼らは細胞内を長距離移動できます。短距離の輸送は、一般的にアクチンで行われます。

これらのタンパク質は、微小管路の「歩行者」です。その動きは、微小管の上を歩くことによく似ています。

輸送には、小胞などのさまざまな種類の要素または製品の移動が含まれます。神経細胞では、神経伝達物質が小胞で放出されるため、このプロセスはよく知られています。

微小管もオルガネラ動員に参加します。特に、ゴルジ体と小胞体は、これらのフィラメントが適切な位置をとることに依存しています。（実験的に変異した細胞内の）微小管がない場合、これらのオルガネラはその位置を著しく変化させます。

細胞骨格の他の意味

バクテリアで

前のセクションでは、真核生物の細胞骨格について説明しました。原核生物にも同様の構造があり、従来の細胞骨格を構成する3つの繊維に類似したコンポーネントがあります。これらのフィラメントには、細菌に属する独自の1つであるMinD-ParAグループが追加されています。

バクテリアの細胞骨格の機能は、真核生物でそれらが果たす機能と非常によく似ています。とりわけ、サポート、細胞分裂、細胞形状の維持などです。

がんで

臨床的に、細胞骨格の構成要素は癌と関連している。それらは分裂の過程に介入するので、制御されていない細胞の発達を理解して攻撃するための「標的」と見なされます。

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