साइटोस्केलेटल यांत्रिकी

प्रोटीन तंतुओं—एक्टिन, सूक्ष्मनलिकाएं (microtubules), और मध्यवर्ती तंतु (intermediate filaments)—की यांत्रिकी, जिनकी संयोजन, कठोरता और नेटवर्किंग कोशिकाओं को उनका संरचनात्मक ढाँचा प्रदान करती है।

Definition

साइटोस्केलेटल यांत्रिकी साइटोस्केलेटल तंतुओं और उनके नेटवर्कों के यांत्रिक व्यवहार का अध्ययन है, जिसमें तंतु कठोरता, संयोजन गतिकी और क्रॉसलिंक्ड संरचनाओं की लोच शामिल है।

Scope

यह विषय साइटोस्केलेटल तंतुओं के यांत्रिक गुणों को अर्ध-लचीले बहुलक (semiflexible polymers) के रूप में शामिल करता है: उनकी बंकन कठोरता (bending stiffness) और दृढ़ता लंबाई (persistence length), तंतु संयोजन के ऊष्मागतिकी (thermodynamics) और गतिकी (kinetics), और क्रॉसलिंक्ड नेटवर्क की यांत्रिकी। यह एकल-तंतु व्यवहार को उन नेटवर्कों की लोच से जोड़ता है जो कोशिकीय भार वहन करते हैं, जबकि संपूर्ण-कोशिका रियोलॉजी (rheology) और मोटर बल उत्पादन को पड़ोसी विषयों में वर्णित किया गया है।

Core questions

• साइटोस्केलेटल तंतु कितने कठोर होते हैं, और दृढ़ता लंबाई (persistence length) से क्या तात्पर्य है?
• तंतु कैसे संयोजित और विघटित होते हैं, और यह बल कैसे उत्पन्न या मुक्त करता है?
• क्रॉसलिंक व्यक्तिगत तंतुओं को भार-वहन करने वाले नेटवर्कों में कैसे बदलते हैं?
• एक्टिन, सूक्ष्मनलिकाएं (microtubules), और मध्यवर्ती तंतु (intermediate filaments) की यांत्रिक भूमिकाएं भिन्न क्यों होती हैं?

Key theories

अर्ध-लचीले बहुलक (semiflexible polymer) का वर्णन

साइटोस्केलेटल तंतुओं को अर्ध-लचीले बहुलक के रूप में प्रतिरूपित किया जाता है जिनकी दृढ़ता लंबाई (persistence length)—ऊष्मीय ऊर्जा के सापेक्ष बंकन दृढ़ता (bending rigidity) द्वारा निर्धारित—यह निर्धारित करती है कि वे ऊष्मीय उतार-चढ़ाव और लगाए गए भार के तहत कितना मुड़ते हैं।

संयोजन-प्रेरित बल और गतिकी

तंतुओं का बहुलकीकरण (polymerisation) और विबहुलकीकरण (depolymerisation) न्यूक्लियोटाइड-युग्मित प्रक्रियाएं हैं जो स्वयं धकेलने या खींचने वाले बल उत्पन्न कर सकती हैं, जो संयोजन की रसायन विज्ञान को कोशिकीय यांत्रिकी से जोड़ती हैं।

Mechanisms

प्रत्येक तंतु प्रकार एक बहुलक है जिसकी एक विशिष्ट बंकन दृढ़ता (bending rigidity) होती है: सूक्ष्मनलिकाएं (microtubules) मिलीमीटर की दृढ़ता लंबाई के साथ कठोर होती हैं, एक्टिन माइक्रोमीटर की दृढ़ता लंबाई के साथ अर्ध-लचीला होता है, और मध्यवर्ती तंतु (intermediate filaments) नरम और विस्तार योग्य होते हैं। तंतु न्यूक्लियोटाइड-निर्भर चक्रों में उप-इकाइयों को जोड़कर या खोकर बढ़ते और सिकुड़ते हैं, और यह गतिशील संयोजन सीधे बल उत्पन्न कर सकता है। क्रॉसलिंकिंग प्रोटीन तंतुओं को बंडलों और नेटवर्कों में जोड़ते हैं जिनकी सामूहिक लोच—अरेखीय और अक्सर तनाव-कठोरता—व्यक्तिगत तंतुओं द्वारा प्रदान की जाने वाली लोच से अधिक होती है और कोशिकीय यांत्रिक शक्ति का आधार बनती है।

Clinical relevance

साइटोस्केलेटल यांत्रिकी कोशिका विभाजन, प्रवासन और आकार का आधार है, और साइटोस्केलेटन-लक्ष्यीकरण दवाओं और बीमारी में बाधित होती है, जो नैदानिक मार्गदर्शन के बजाय कोशिका जीव विज्ञान और औषध विज्ञान के लिए शैक्षिक पृष्ठभूमि प्रदान करती है।

History

एक्टिन संयोजन के ओसावा के बहुलक सिद्धांत और बाद में एकल-तंतु कठोरता मापन ने साइटोस्केलेटन को एक मात्रात्मक यांत्रिक प्रणाली के रूप में स्थापित किया, और क्रॉसलिंक्ड नेटवर्कों के अध्ययनों ने तंतु गुणों को कोशिका की लोच से जोड़ा।

Key figures

• Jonathon Howard
• Fumio Oosawa
• Thomas Pollard

Seminal works

• howard2001
• boal2012

Frequently asked questions

दृढ़ता लंबाई (persistence length) क्या है?

यह वह लंबाई है जिस पर एक तंतु ऊष्मीय बंकन के विरुद्ध लगभग सीधा रहता है; एक लंबी दृढ़ता लंबाई का अर्थ है एक कठोर तंतु, जिसमें सूक्ष्मनलिकाएं (microtubules) एक्टिन की तुलना में कहीं अधिक कठोर होती हैं।

क्या बढ़ते तंतु चीजों को धकेल सकते हैं?

हाँ; एक तंतु सिरे पर उप-इकाइयों का जुड़ना धकेलने वाला बल उत्पन्न कर सकता है, जिसका उपयोग कोशिकाएं झिल्ली के उभार (membrane protrusion) और अन्य गतियों को चलाने के लिए करती हैं।