Jakie są główne funkcje mikrotubul w komórce?

Zawartość

• TL; DR (Too Long; Didnt Read)
• Główne funkcje mikrotubul w komórce
• Czym są: elementy mikrotubulowe i konstrukcja
• Mikrotubule i cytoszkielet komórek
• Mikrotubule i niestabilność dynamiczna
• Mikrotubule, podział komórek i wrzeciono mitotyczne
• Mikrotubule nadają strukturę rzęskom i wici
• Ruch rzęsek i wici
• System transportu komórek
• Dwie główne grupy silników mikrotubulowych
• Badania wciąż trwają

Mikrotubule brzmią dokładnie tak, jak brzmią: mikroskopijne puste rurki znajdujące się w komórkach eukariotycznych i niektórych komórkach prokariotycznych bakterii, które zapewniają strukturę i funkcje motoryczne komórce. Studenci biologii dowiadują się podczas studiów, że istnieją tylko dwa rodzaje komórek: prokariotyczny i eukariotyczny.

Komórki prokariotyczne tworzą jednokomórkowe organizmy występujące w domenach Archaea i Bacteria w systemie taksonomii Linnaean, biologicznym systemie klasyfikacji wszelkiego życia, podczas gdy komórki eukariotyczne należą do domeny Eukarya, która nadzoruje królestwa protistyczne, roślinne, zwierzęce i grzybowe . Królestwo Monera odnosi się do bakterii. Mikrotubule przyczyniają się do wielu funkcji w obrębie komórki, z których wszystkie są ważne dla życia komórkowego.

TL; DR (Too Long; Didnt Read)

Mikrotubule są małymi, pustymi, przypominającymi koraliki strukturami rurowymi, które pomagają komórkom utrzymać swój kształt. Wraz z mikrofilamentami i włóknami pośrednimi tworzą cytoszkielet komórki, a także uczestniczą w różnych funkcjach motorycznych komórki.

Główne funkcje mikrotubul w komórce

Jako część cytoszkieletu komórki mikrotubule przyczyniają się do:

Czym są: elementy mikrotubulowe i konstrukcja

Mikrotubule to małe, wydrążone, przypominające koraliki rury lub rurki ze ściankami zbudowanymi z kręgu 13 protofilamentów, które składają się z polimerów tubuliny i białka kulistego. Mikrotubule przypominają zminiaturyzowane wersje chińskich pułapek na palce. Mikrotubule mogą rosnąć 1000 razy dłużej niż ich szerokości. Wytworzone przez połączenie dimerów - pojedynczej cząsteczki lub dwóch identycznych cząsteczek połączonych tubuliny alfa i beta - mikrotubule istnieją zarówno w komórkach roślinnych, jak i zwierzęcych.

W komórkach roślinnych mikrotubule tworzą się w wielu miejscach w komórce, ale w komórkach zwierzęcych mikrotubule zaczynają się od centrosomu, organelli w pobliżu jądra komórki, która również uczestniczy w podziale komórek. Koniec ujemny reprezentuje przyłączony koniec mikrotubuli, podczas gdy jego przeciwieństwo to koniec dodatni. Mikrotubule rosną na dodatnim końcu poprzez polimeryzację dimerów tubuliny, a mikrotubule kurczą się wraz z ich uwalnianiem.

Mikrotubule nadają komórce strukturę, która pomaga jej oprzeć się kompresji i zapewnia autostradę, w której pęcherzyki (struktury podobne do pęcherzyków transportują białka i inne ładunki) przemieszczają się przez komórkę. Mikrotubule rozdzielają również replikowane chromosomy na przeciwległych końcach komórki podczas podziału. Struktury te mogą działać samodzielnie lub w połączeniu z innymi elementami komórki, tworząc bardziej skomplikowane struktury, takie jak centriole, rzęski lub wici.

Przy średnicach zaledwie 25 nanometrów mikrotubule często rozpadają się i reformują tak szybko, jak potrzebuje tego komórka. Okres półtrwania tubuliny wynosi tylko około jednego dnia, ale mikrotubule mogą istnieć tylko przez 10 minut, ponieważ są one w stałym stanie niestabilności. Ten rodzaj niestabilności nazywa się niestabilnością dynamiczną, a mikrotubule mogą się składać i rozkładać w odpowiedzi na potrzeby komórek.

Mikrotubule i cytoszkielet komórek

Składniki tworzące cytoszkielet obejmują elementy wykonane z trzech różnych rodzajów białek - mikrofilamentów, filamentów pośrednich i mikrotubul. Do najwęższych z tych struktur białkowych należą mikrofilamenty, często związane z miozyną, nitkowatą formacją białka, która w połączeniu z aktyną białkową (długie, cienkie włókna zwane również „cienkimi” włóknami) pomaga skurczyć komórki mięśniowe i zapewnia sztywność i kształt komórki.

Mikrowłókna, małe struktury przypominające pręciki o średniej średnicy od 4 do 7 nm, również przyczyniają się do ruchu komórkowego oprócz pracy, jaką wykonują w cytoszkieletie. Włókna pośrednie, średnio o średnicy 10 nm, działają jak wiązania poprzez zabezpieczenie organelli komórkowych i jądra. Pomagają również komórce wytrzymać napięcie.

Mikrotubule i niestabilność dynamiczna

Mikrotubule mogą wydawać się całkowicie stabilne, ale są w ciągłym przepływie. W dowolnym momencie grupy mikrotubul mogą się rozpuszczać, podczas gdy inne mogą się rozwijać. Gdy mikrotubule rosną, heterodimery (białko składające się z dwóch łańcuchów polipeptydowych) zapewniają zakończenia na końcu mikrotubuli, które odpadają, gdy kurczą się do ponownego użycia. Dynamiczna niestabilność mikrotubul uważana jest za stan ustalony, w przeciwieństwie do prawdziwej równowagi, ponieważ mają one wewnętrzną niestabilność - wchodzenie i wychodzenie z formy.

Mikrotubule, podział komórek i wrzeciono mitotyczne

Podział komórek jest nie tylko ważny dla reprodukcji życia, ale także dla tworzenia nowych komórek ze starych. Mikrotubule odgrywają ważną rolę w podziale komórek, przyczyniając się do powstawania wrzeciona mitotycznego, które odgrywa rolę w migracji zduplikowanych chromosomów podczas anafazy. Jako „maszyna makromolekularna” mitotyczne wrzeciono oddziela replikowane chromosomy na przeciwne strony podczas tworzenia dwóch komórek potomnych.

Biegunowość mikrotubul, z przyłączonym końcem będącym minusem, a pływającym końcem dodatnim, czyni go krytycznym i dynamicznym elementem dla grupowania i celu wrzeciona bipolarnego. Dwa bieguny wrzeciona, wykonane ze struktur mikrotubul, pomagają w niezawodnym segregowaniu i oddzielaniu powielonych chromosomów.

Mikrotubule nadają strukturę rzęskom i wici

Mikrotubule przyczyniają się również do tych części komórki, które pomagają jej się poruszać i są elementami strukturalnymi rzęsek, centrioli i wici. Na przykład męska plemnik ma długi ogon, który pomaga mu dotrzeć do pożądanego miejsca docelowego, żeńskiej komórki jajowej. Nazywany wici (liczba mnoga to wici), ten długi, nitkowaty ogon rozciąga się od zewnętrznej strony błony plazmatycznej, aby zasilać ruch komórek. Większość komórek - w komórkach, które je mają - na ogół ma od jednej do dwóch wici. Gdy rzęski istnieją w komórce, wiele z nich rozprzestrzenia się wzdłuż całej powierzchni zewnętrznej błony komórkowej osocza.

Na przykład rzęski na komórkach wyściełających jajowody Tubylce pomagają przenieść komórkę jajową do jej fatalnego spotkania z komórką nasienia w drodze do macicy. Wici i rzęski komórek eukariotycznych nie są takie same strukturalnie jak te znajdujące się w komórkach prokariotycznych. Zbudowane z tym samym mikrotubulami biolodzy nazywają układ mikrotubul „układem 9 + 2”, ponieważ wici lub cilium składa się z dziewięciu par mikrotubul w pierścieniu otaczającym duet mikrotubul w środku.

Funkcje mikrotubul wymagają białek tubuliny, miejsc zakotwiczenia i centrów koordynacyjnych dla aktywności enzymatycznej i innych działań chemicznych w komórce. W rzęskach i wici tubulina przyczynia się do centralnej struktury mikrotubuli, która obejmuje wkład innych struktur, takich jak ramiona dyniny, ogniwa nexin i szprychy promieniowe. Elementy te umożliwiają komunikację między mikrotubulami, utrzymując je razem w sposób podobny do ruchu filamentów aktyny i miozyny podczas skurczu mięśni.

Ruch rzęsek i wici

Mimo że zarówno rzęski, jak i wici składają się ze struktur mikrotubul, sposoby ich poruszania się są wyraźnie różne. Pojedyncza wici napędza komórkę w ten sam sposób, w jaki rybi ogon przesuwa rybę do przodu, ruchem biczowym z boku na bok.Para wici może zsynchronizować swoje ruchy, aby popchnąć komórkę do przodu, na przykład jak działają ramiona pływaków podczas pływania po udarze.

Rzęski, znacznie krótsze niż wici, pokrywają zewnętrzną błonę komórki. Cytoplazma sygnalizuje rzęskom ruch w skoordynowany sposób, aby napędzać komórkę w kierunku, w którym musi iść. Podobnie jak orkiestra marszowa, ich zharmonizowane ruchy zbliżają się w czasie do tego samego perkusisty. Indywidualnie ruch rzęsek lub wici działa jak ruch pojedynczego wiosła, przechodząc przez medium potężnym uderzeniem, aby popchnąć komórkę w kierunku, w którym musi iść.

Ta aktywność może występować przy kilkudziesięciu uderzeniach na sekundę, a jedno uderzenie może wymagać koordynacji tysięcy rzęsek. Pod mikroskopem możesz zobaczyć, jak szybko rzęski reagują na przeszkody w swoim otoczeniu, szybko zmieniając kierunki. Biolodzy wciąż badają, jak reagują tak szybko i nie odkryli jeszcze mechanizmu komunikacji, za pomocą którego wewnętrzne części komórki informują rzęski i wici jak, kiedy i gdzie iść.

System transportu komórek

Mikrotubule służą jako system transportu w komórce do przenoszenia mitochondriów, organelli i pęcherzyków przez komórkę. Niektórzy badacze odnoszą się do sposobu, w jaki działa ten proces, porównując mikrotubule podobne do pasów transmisyjnych, podczas gdy inni badacze nazywają je systemem torowym, przez który mitochondria, organelle i pęcherzyki przemieszczają się przez komórkę.

Jako fabryki energii w komórce mitochondria to struktury lub małe narządy, w których zachodzi oddychanie i wytwarzanie energii - oba procesy biochemiczne. Organelle składają się z wielu małych, ale wyspecjalizowanych struktur w komórce, z których każda ma własne funkcje. Pęcherzyki to małe struktury przypominające woreczki, które mogą zawierać płyny lub inne substancje, takie jak powietrze. Z błony plazmatycznej tworzą się pęcherzyki, zaciskając się, tworząc woreczek przypominający kulę, zamknięty dwuwarstwą lipidową.

Dwie główne grupy silników mikrotubulowych

Konstrukcja mikrotubul przypominająca kulki służy jako przenośnik taśmowy, tor lub autostrada do transportu pęcherzyków, organelli i innych elementów w komórce do miejsc, do których muszą się udać. Silniki mikrotubul w komórkach eukariotycznych obejmują kinezyny, które przechodzą na dodatni koniec mikrotubuli - koniec, który rośnie - i dyniny które poruszają się na przeciwległym lub ujemnym końcu, gdzie mikrotubule przyczepiają się do błony plazmatycznej.

Jako białka „motoryczne”, kinezyny poruszają organelle, mitochondria i pęcherzyki wzdłuż włókien mikrotubul poprzez siłę hydrolizy waluty energetycznej komórki, trifosforanu adenozyny lub ATP. Drugie białko motoryczne, dynina, prowadzi te struktury w przeciwnym kierunku wzdłuż włókien mikrotubul w kierunku ujemnego końca komórki, przekształcając energię chemiczną zmagazynowaną w ATP. Zarówno kinezyny, jak i dyniny są silnikami białkowymi stosowanymi podczas podziału komórek.

Ostatnie badania pokazują, że kiedy białka dyneiny przechodzą do końca ujemnej strony mikrotubuli, gromadzą się tam zamiast spadać. Przeskakują przez rozpiętość, aby połączyć się z inną mikrotubulą, tworząc coś, co niektórzy naukowcy nazywają „asterami”, uważanymi przez naukowców za ważny proces w tworzeniu wrzeciona mitotycznego poprzez przekształcenie wielu mikrotubul w jedną konfigurację.

Wrzeciono mitotyczne to struktura molekularna w kształcie piłki nożnej, która ciągnie chromosomy do przeciwnych końców tuż przed podziałem komórki, tworząc dwie komórki potomne.

Badania wciąż trwają

Badania nad życiem komórkowym trwają od momentu wynalezienia pierwszego mikroskopu w drugiej połowie XVI wieku, ale dopiero w ostatnich dziesięcioleciach nastąpił postęp w biologii komórkowej. Na przykład naukowcy odkryli białko motoryczne kinezynę-1 dopiero w 1985 r. Przy użyciu mikroskopu świetlnego z wideo.

Do tego momentu białka motoryczne istniały jako klasa tajemniczych cząsteczek nieznanych badaczom. W miarę postępu technologii i badań naukowcy mają nadzieję zagłębić się w komórkę, aby dowiedzieć się wszystkiego, czego mogą się dowiedzieć o tym, jak wewnętrzne funkcjonowanie komórki działa tak płynnie.