Wie und warum sich Zellen bewegen

Zelle Bewegung ist eine notwendige Funktion in Organismen. Ohne die Fähigkeit, sich zu bewegen, könnten Zellen nicht wachsen und sich teilen oder in Bereiche wandern, in denen sie benötigt werden. Das Zytoskelett ist der Bestandteil der Zelle, der die Zellbewegung ermöglicht. Dieses Fasernetzwerk ist über die gesamte Zelle verteilt Zytoplasma und hält Organellen an ihrem richtigen Platz. Zytoskelettfasern bewegen auch Zellen von einem Ort zum anderen auf eine Weise, die einem Kriechen ähnelt.

Warum bewegen sich Zellen?

Diese Fibroblastenzelle ist wichtig für die Wundheilung. Diese Bindegewebszelle wandert zu Verletzungsstellen, um die Gewebereparatur zu unterstützen. Rolf Ritter/Cultura Science/Getty Images

Zelle Bewegung ist für eine Reihe von Aktivitäten im Körper erforderlich. weiße Blutkörperchen , wie Neutrophile und Makrophagen müssen schnell zu Infektions- oder Verletzungsstellen wandern, um Bakterien und andere Keime zu bekämpfen. Die Zellbeweglichkeit ist ein grundlegender Aspekt der Formbildung ( Morphogenese ) beim Aufbau von Geweben, Organe und die Bestimmung der Zellform. In Fällen von Wundverletzungen und -reparaturen, Bindegewebe Zellen müssen zu einer Verletzungsstelle reisen, um beschädigtes Gewebe zu reparieren.Krebszellenhaben auch die Fähigkeit, zu metastasieren oder sich von einem Ort zum anderen auszubreiten, indem sie sich bewegen Blutgefäße und Lymphgefäße . In dem Zellzyklus , Bewegung ist erforderlich, damit der Zellteilungsprozess der Zytokinese bei der Bildung von zwei auftritt Tochterzellen .

Schritte der Zellbewegung

HeLa-Zellen, Fluoreszenzlichtmikroskopische Aufnahme. Die Zellkerne enthalten die Erbsubstanz Chromatin (rot). Die Proteine, aus denen das Zytoskelett der Zelle besteht, wurden mit verschiedenen Farben gefärbt: Aktin ist blau und Mikrotubuli sind gelb. DR. Torsten Wittmann/Science Photo Library/Getty Image

Zellbeweglichkeit wird durch die Tätigkeit von erreicht Fasern des Zytoskeletts . Zu diesen Fasern gehören Mikrotubuli B. Mikrofilamente oder Aktinfilamente und Zwischenfilamente. Mikrotubuli sind hohle, stäbchenförmige Fasern, die helfen, Zellen zu stützen und zu formen. Aktinfilamente sind feste Stäbchen, die für Bewegung und Muskelkontraktion unerlässlich sind. Zwischenfilamente helfen bei der Stabilisierung Mikrotubuli und Mikrofilamente indem Sie sie an Ort und Stelle halten. Während der Zellbewegung zerlegt das Zytoskelett Aktinfilamente und Mikrotubuli und baut sie wieder zusammen. Die für die Bewegung benötigte Energie stammt aus Adenosintriphosphat (ATP). ATP ist ein hochenergetisches Molekül, das in produziert wird Zellatmung .

Schritte der Zellbewegung

Zelladhäsionsmoleküle auf Zelloberflächen halten Zellen an Ort und Stelle, um eine ungerichtete Migration zu verhindern. Adhäsionsmoleküle halten Zellen an anderen Zellen, Zellen an der extrazelluläre Matrix (ECM) und die ECM zum Zytoskelett. Die extrazelluläre Matrix ist ein Netzwerk von Proteine , Kohlenhydrate und Flüssigkeiten, die Zellen umgeben. Die ECM hilft, Zellen in Geweben zu positionieren, Kommunikationssignale zwischen Zellen zu transportieren und Zellen während der Zellmigration neu zu positionieren. Die Zellbewegung wird durch chemische oder physikalische Signale ausgelöst, die von darauf gefundenen Proteinen erkannt werden Zellmembranen . Sobald diese Signale erkannt und empfangen werden, beginnt sich die Zelle zu bewegen. Es gibt drei Phasen der Zellbewegung.

In der ersten Phaselöst sich die Zelle an ihrer vordersten Stelle von der extrazellulären Matrix und dehnt sich nach vorne aus.In der zweiten Phase, bewegt sich der abgelöste Teil der Zelle nach vorne und heftet sich an einer neuen vorderen Position wieder an. Auch der hintere Teil der Zelle löst sich von der extrazellulären Matrix.In der dritten Phasewird die Zelle durch das Motorprotein Myosin an eine neue Position gezogen. Myosin nutzt die von ATP abgeleitete Energie, um sich entlang der Aktinfilamente zu bewegen, wodurch Zytoskelettfasern aneinander entlang gleiten. Diese Aktion bewirkt, dass sich die gesamte Zelle vorwärts bewegt.

Die Zelle bewegt sich in Richtung des detektierten Signals. Reagiert die Zelle auf ein chemisches Signal, bewegt sie sich in Richtung der höchsten Konzentration an Signalmolekülen. Diese Art der Bewegung ist bekannt als Chemotaxis .

Bewegung innerhalb von Zellen

Diese farbige rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (REM) zeigt ein weißes Blutkörperchen, das Krankheitserreger (rot) durch Phagozytose verschlingt. JÜRGEN BERGER/Science Photo Library/Getty Image

Nicht jede Zellbewegung beinhaltet die Neupositionierung einer Zelle von einem Ort zum anderen. Bewegung findet auch innerhalb von Zellen statt. Vesikeltransport, Organelle Migration und Chromosom Bewegung während Mitose sind Beispiele für Arten innerer Zellbewegung.

Vesikeltransport beinhaltet die Bewegung von Molekülen und anderen Substanzen in und aus einer Zelle. Diese Substanzen werden für den Transport in Vesikel eingeschlossen. Endozytose, Pinozytose , und Exozytose sind Beispiele für Vesikeltransportprozesse. Im Phagozytose , eine Art Endozytose, werden Fremdstoffe und unerwünschtes Material von weißen Blutkörperchen verschlungen und zerstört. Die Zielsache, wie z Bakterium , wird internalisiert, in ein Vesikel eingeschlossen und durch Enzyme abgebaut.

Organellenmigration und Chromosomenbewegung treten während der Zellteilung auf. Diese Bewegung stellt sicher, dass jede replizierte Zelle das entsprechende Komplement von Chromosomen und Organellen erhält. Die intrazelluläre Bewegung wird motorisch ermöglicht Proteine , die entlang von Zytoskelettfasern wandern. Wenn sich die Motorproteine ​​entlang der Mikrotubuli bewegen, tragen sie Organellen und Vesikel mit sich.

Zilien und Flagellen

Farbige rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (SEM) von Zilien auf dem Epithel, das die Luftröhre (Luftröhre) auskleidet. DR. G. MOSCOSO/Science Photo Library/Getty Image

Einige Zellen besitzen zellanhangsartige Vorsprünge, die als Zellfortsätze bezeichnet werden Zilien und Flagellen . Diese Zellstrukturen werden aus spezialisierten Gruppierungen von Mikrotubuli gebildet, die gegeneinander gleiten, wodurch sie sich bewegen und biegen können. Im Vergleich zu Flagellen sind Zilien viel kürzer und zahlreicher. Zilien bewegen sich in einer wellenartigen Bewegung. Flagellen sind länger und haben eher eine peitschenartige Bewegung. Zilien und Flagellen sind in beiden zu finden Pflanzenzellen und tierische Zellen .

Spermazellen sind Beispiele für Körperzellen mit einem einzigen Flagellum. Das Flagellum treibt die Samenzelle in Richtung der weiblichen Eizelle für Düngung . Zilien befinden sich in Bereichen des Körpers wie z Lunge und Atmungssystem , Teile des Verdauungstrakt , sowie im weiblichen Fortpflanzungstrakt . Flimmerhärchen erstrecken sich von dem Epithel, das das Lumen dieser Körpersystembahnen auskleidet. Diese haarähnlichen Fäden bewegen sich in einer schwungvollen Bewegung, um den Fluss von Zellen oder Trümmern zu lenken. Zum Beispiel helfen Zilien in den Atemwegen, Schleim zu transportieren, Pollen , Staub und andere Substanzen von der Lunge fernhalten.

_Quellen:

• _{Lodish H., Berk A., Zipursky SL, et al. Molekulare Zellbiologie. 4. Auflage. New York: W. H. Freeman; 2000. Kapitel 18, Zellbeweglichkeit und Form I: Mikrofilamente. Verfügbar unter: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21530/}
• _{Ananthakrishnan R, Ehrlicher A. Die Kräfte hinter der Zellbewegung. Int. J. Biol. Sci. 2007; 3(5):303-317. doi:10.7150/ijbs.3.303. Verfügbar unter http://www.ijbs.com/v03p0303.htm}