ما هي الوظيفة الرئيسية للأنابيب الدقيقة في الخلية؟

الأنابيب الدقيقة هي بالضبط صوتها: أنابيب مجوفة مجوفة توجد داخل الخلايا حقيقية النواة وبعض خلايا البكتيريا بدائية النواة التي توفر الهيكل والوظائف الحركية للخلية. يتعلم طلاب علم الأحياء أثناء دراستهم أن هناك نوعين فقط من الخلايا: بدائية النواة وحقيقية النواة.

تشكل الخلايا بدائية النواة الكائنات وحيدة الخلية الموجودة في مجالات العتائق والبكتيريا تحت نظام تصنيف Linnaean ، وهو نظام بيولوجي. نظام تصنيف لجميع أشكال الحياة ، بينما تندرج الخلايا حقيقية النواة تحت مجال Eukarya ، الذي يشرف على الكائنات الأولية والنباتية والحيوانية والفطرية ممالك. مملكة مونيرا تشير إلى البكتيريا. تساهم الأنابيب الدقيقة في وظائف متعددة داخل الخلية ، وكلها مهمة للحياة الخلوية.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

الأنابيب الدقيقة هي هياكل أنبوبية صغيرة مجوفة تشبه الحبيبات تساعد الخلايا في الحفاظ على شكلها. إلى جانب الخيوط الدقيقة والخيوط الوسيطة ، فإنها تشكل الهيكل الخلوي للخلية ، وكذلك تشارك في مجموعة متنوعة من الوظائف الحركية للخلية.

كجزء من الهيكل الخلوي للخلية ، تساهم الأنابيب الدقيقة في:

• إعطاء شكل للخلايا والأغشية الخلوية.
• حركة الخلايا ، والتي تشمل تقلص خلايا العضلات والمزيد.
• نقل عضيات معينة داخل الخلية عبر "ممرات" الأنابيب الدقيقة أو "أحزمة النقل".
• الانقسام والانقسام الاختزالي: حركة الكروموسومات أثناء انقسام الخلية وإنشاء المغزل الانقسامي.
  

الأنابيب الدقيقة عبارة عن أنابيب أو أنابيب صغيرة مجوفة تشبه الخرزة بجدران مبنية في دائرة مكونة من 13 خيطًا أوليًا تتكون من بوليمرات من التوبولين والبروتين الكروي. تشبه الأنابيب الدقيقة الإصدارات المصغرة من مصائد الأصابع الصينية المزخرفة بالخرز. يمكن للأنابيب الدقيقة أن تنمو بمقدار 1000 مرة طول عرضها. تم تصنيعها عن طريق تجميع الثنائيات - جزيء واحد ، أو جزيئين متطابقين مرتبطين معًا من ألفا وبيتا توبولين - توجد الأنابيب الدقيقة في كل من الخلايا النباتية والحيوانية.

في الخلايا النباتية ، تتشكل الأنابيب الدقيقة في العديد من المواقع داخل الخلية ، ولكن في الخلايا الحيوانية ، الأنابيب الدقيقة تبدأ من الجسيم المركزي ، وهي عضية بالقرب من نواة الخلية التي تشارك أيضًا في الخلية قطاع. يمثل الطرف السالب الطرف المرفق للأنابيب الدقيقة بينما يمثل الطرف المقابل هو الطرف الزائد. ينمو الأنبوب الدقيق عند الطرف الزائد من خلال بلمرة ثنائيات التوبولين ، وتتقلص الأنابيب الدقيقة مع إطلاقها.

تعطي الأنابيب الدقيقة هيكلًا للخلية لمساعدتها على مقاومة الضغط ولتوفير طريق سريع تتحرك فيه الحويصلات (هياكل تشبه الكيس تنقل البروتينات والبضائع الأخرى) عبر الخلية. تفصل الأنابيب الدقيقة أيضًا الكروموسومات المنسوخة إلى نهايات متقابلة للخلية أثناء الانقسام. يمكن أن تعمل هذه الهياكل بمفردها أو بالاشتراك مع عناصر أخرى من الخلية لتشكيل هياكل أكثر تعقيدًا مثل المريكزات أو الأهداب أو الأسواط.

بأقطار لا تزيد عن 25 نانومترًا ، غالبًا ما تتفكك الأنابيب الدقيقة وتصلح بالسرعة التي تحتاجها الخلية. يبلغ عمر النصف للتوبيولين حوالي يوم واحد فقط ، ولكن قد يتواجد الأنبوب الدقيق لمدة 10 دقائق فقط حيث يكون في حالة ثابتة من عدم الاستقرار. يسمى هذا النوع من عدم الاستقرار بعدم الاستقرار الديناميكي ، ويمكن للأنابيب الدقيقة أن تتجمع وتتفكك استجابة لاحتياجات الخلية.

تشتمل المكونات التي يتكون منها الهيكل الخلوي على عناصر مصنوعة من ثلاثة أنواع مختلفة من البروتينات - الخيوط الدقيقة والخيوط الوسيطة والأنابيب الدقيقة. تشتمل أضيق هذه الهياكل البروتينية على خيوط دقيقة ، وغالبًا ما ترتبط بالميوسين ، وهو تكوين بروتين شبيه بالخيوط ، عند دمج مع بروتين الأكتين (ألياف طويلة ورفيعة تسمى أيضًا خيوط رفيعة) ، تساعد على تقلص خلايا العضلات وتوفير الصلابة والشكل للعضلات زنزانة.

تساهم الألياف الدقيقة ، وهي هياكل صغيرة شبيهة بالقضيب يبلغ متوسط ​​قطرها من 4 إلى 7 نانومتر ، في الحركة الخلوية بالإضافة إلى العمل الذي تؤديه في الهيكل الخلوي. تعمل الخيوط الوسيطة ، التي يبلغ قطرها 10 نانومتر في المتوسط ​​، مثل الروابط من خلال تأمين عضيات الخلية والنواة. كما أنها تساعد الخلية على تحمل التوتر.

قد تبدو الأنابيب الدقيقة مستقرة تمامًا ، لكنها في حالة تدفق مستمر. في أي لحظة ، قد تكون مجموعات الأنابيب الدقيقة في طور الذوبان ، بينما قد تكون مجموعات أخرى في طور النمو. مع نمو الأنابيب الدقيقة ، توفر heterodimers (بروتين يتكون من سلسلتين متعدد الببتيد) أغطية لنهاية الأنابيب الدقيقة ، والتي تنفجر عندما تنكمش لاستخدامها مرة أخرى. يعتبر عدم الاستقرار الديناميكي للأنابيب الدقيقة حالة ثابتة على عكس التوازن الحقيقي لأن لديهم عدم استقرار جوهري - يتحركون داخل وخارج الشكل.

إن الانقسام الخلوي ليس مهمًا فقط لإعادة إنتاج الحياة ، ولكن أيضًا لصنع خلايا جديدة من القديم. تلعب الأنابيب الدقيقة دورًا مهمًا في انقسام الخلايا من خلال المساهمة في تكوين المغزل الانقسامي ، والذي يلعب دورًا في هجرة الكروموسومات المضاعفة أثناء الطور. باعتباره "آلة جزيئية كبيرة" ، يفصل المغزل الانقسامي الكروموسومات المنسوخة إلى جوانب متقابلة عند تكوين خليتين ابنتيتين.

إن قطبية الأنابيب الدقيقة ، مع كون النهاية المرفقة سالبة والنهاية العائمة إيجابية ، تجعلها عنصرًا حيويًا وديناميكيًا لتجميع المغزل ثنائي القطب والغرض منه. يساعد قطبا المغزل ، المصنوعان من هياكل الأنابيب الدقيقة ، على فصل الكروموسومات المضاعفة وفصلها بشكل موثوق.

تساهم الأنابيب الدقيقة أيضًا في أجزاء الخلية التي تساعدها على الحركة وهي عناصر هيكلية للأهداب والمريكزات والسوط. خلية الحيوانات المنوية الذكرية على سبيل المثال لها ذيل طويل يساعدها على الوصول إلى وجهتها المرغوبة ، البويضة الأنثوية. يُطلق عليه اسم السوط (الجمع هو السوط) ، يمتد هذا الذيل الطويل الشبيه بالخيط من الجزء الخارجي من غشاء البلازما لتشغيل حركة الخلية. تحتوي معظم الخلايا - في الخلايا التي تحتوي عليها - بشكل عام على واحد إلى اثنين من الأسواط. عندما توجد أهداب على الخلية ، ينتشر العديد منها على طول السطح الكامل لغشاء البلازما الخارجي للخلية.

تساعد الأهداب الموجودة على الخلايا التي تبطن قناة فالوب في أنثى الكائن الحي ، على سبيل المثال ، على تحريك البويضة إلى لقائها المصيري مع خلية الحيوانات المنوية في رحلتها إلى الرحم. لا تتشابه أسواط وأهداب الخلايا حقيقية النواة من الناحية الهيكلية مع تلك الموجودة في الخلايا بدائية النواة. وقد أطلق علماء الأحياء على ترتيب الأنابيب الدقيقة ، الذي تم إنشاؤه بنفس الطريقة مع الأنابيب الدقيقة ، "مصفوفة 9 + 2" لأن يتكون السوط أو الهدب من تسعة أزواج من الأنابيب الدقيقة في حلقة تحتوي على ثنائي الأنابيب الدقيقة في المركز.

تتطلب وظائف الأنابيب الدقيقة بروتينات التوبولين ومواقع التثبيت ومراكز التنسيق للأنزيم والأنشطة الكيميائية الأخرى داخل الخلية. في الأهداب والسوط ، يساهم التوبولين في البنية المركزية للأنابيب الدقيقة ، والتي تتضمن مساهمات من هياكل أخرى مثل أذرع داينين ​​وروابط نيكسين ومكبرات شعاعية. تسمح هذه العناصر بالاتصال بين الأنابيب الدقيقة ، وتثبتها معًا بطريقة مشابهة لكيفية تحرك خيوط الأكتين والميوسين أثناء تقلص العضلات.

على الرغم من أن كلا من الأهداب والجلد يتكونان من هياكل الأنابيب الدقيقة ، إلا أن الطرق التي تتحرك بها تختلف اختلافًا واضحًا. يدفع السوط الفردي الخلية إلى حد كبير بنفس الطريقة التي يحرك بها ذيل السمكة السمكة إلى الأمام ، في حركة تشبه السوط من جانب إلى جانب. قد يزامن زوج من السوط حركاته لدفع الخلية إلى الأمام ، مثل كيفية عمل ذراعي السباح عندما يسبح في سكتة دماغية.

الأهداب ، أقصر بكثير من السوط ، تغطي الغشاء الخارجي للخلية. يشير السيتوبلازم إلى تحرك الأهداب بطريقة منسقة لدفع الخلية في الاتجاه الذي تحتاجه للذهاب. مثل فرقة المسيرة ، فإن حركاتهم المنسقة تتدرج في الوقت المناسب إلى نفس عازف الدرامز. بشكل فردي ، تعمل حركة الهدب أو السوط مثل حركة المجذاف الفردي ، حيث تمر عبر الوسط بضربة قوية لدفع الخلية في الاتجاه الذي تحتاجه للذهاب.

قد يحدث هذا النشاط بعشرات السكتات الدماغية في الثانية ، وقد تنطوي السكتة الدماغية الواحدة على تنسيق آلاف الأهداب. تحت المجهر ، يمكنك معرفة مدى سرعة استجابة الشركات العملاقة للعقبات في بيئتها عن طريق تغيير الاتجاهات بسرعة. لا يزال علماء الأحياء يدرسون كيفية استجابتهم بهذه السرعة ولم يكتشفوا بعد آلية الاتصال التي تخبر بها الأجزاء الداخلية للخلية الأهداب والسوط كيف ومتى وأين تذهب.

تعمل الأنابيب الدقيقة كنظام نقل داخل الخلية لتحريك الميتوكوندريا والعضيات والحويصلات عبر الخلية. يشير بعض الباحثين إلى الطريقة التي تعمل بها هذه العملية عن طريق تشبيه الأنابيب الدقيقة مثل الأحزمة الناقلة ، بينما يشير إليها باحثون آخرون على أنها نظام تتبع تتحرك من خلاله الميتوكوندريا والعضيات والحويصلات عبر زنزانة.

بصفتها مصانع طاقة في الخلية ، فإن الميتوكوندريا عبارة عن هياكل أو أعضاء صغيرة يحدث فيها التنفس وإنتاج الطاقة - وكلاهما من العمليات البيوكيميائية. تتكون العضيات من عدة هياكل صغيرة ولكنها متخصصة داخل الخلية ، ولكل منها وظائفها الخاصة. الحويصلات عبارة عن هياكل صغيرة تشبه الكيس قد تحتوي على سوائل أو مواد أخرى مثل الهواء. تتكون الحويصلات من غشاء البلازما ، وتنضغط لتكوين كيس شبيه بالكروي محاط بطبقة دهنية ثنائية.

يعمل البناء الشبيه بالخرز للأنابيب الدقيقة كحزام ناقل أو مسار أو طريق سريع لنقل الحويصلات والعضيات والعناصر الأخرى داخل الخلية إلى الأماكن التي يحتاجون للذهاب إليها. تشمل محركات الأنابيب الدقيقة في الخلايا حقيقية النواة kinesins، والتي تنتقل إلى النهاية الإضافية للأنابيب الدقيقة - النهاية التي تنمو - و داينينز التي تنتقل إلى الطرف المعاكس أو السالب حيث تتصل الأنابيب الدقيقة بغشاء البلازما.

كبروتينات "حركية" ، تحرك الكينيسينات العضيات والميتوكوندريا والحويصلات على طول الأنابيب الدقيقة خيوط من خلال قوة التحلل المائي لعملة الطاقة للخلية ، أدينوسين ثلاثي الفوسفات أو ATP. يسير بروتين المحرك الآخر ، dynein ، في هذه الهياكل في الاتجاه المعاكس على طول خيوط الأنابيب الدقيقة نحو النهاية السالبة للخلية عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في ATP. كل من kinesins و dyneins هي محركات البروتين المستخدمة أثناء انقسام الخلية.

تظهر الدراسات الحديثة أنه عندما تسير بروتينات داينين ​​إلى نهاية الجانب الناقص من الأنابيب الدقيقة ، فإنها تتجمع هناك بدلاً من السقوط. يقفزون عبر الامتداد للاتصال بأنبيب دقيق آخر لتشكيل ما يسميه بعض العلماء "زهور النجمة" ، التي يعتقد العلماء أنها تكون عملية مهمة في تكوين المغزل الانقسامي عن طريق تحويل الأنابيب الدقيقة المتعددة إلى واحدة إعدادات.

المغزل الانقسامي هو بنية جزيئية "على شكل كرة القدم" تسحب الكروموسومات إلى نهايات متقابلة قبل أن تنقسم الخلية مباشرة لتشكيل خليتين ابنتيتين.

استمرت دراسة الحياة الخلوية منذ اختراع أول مجهر في الجزء الأخير من القرن السادس عشر ، ولكن في العقود القليلة الماضية فقط حدث تقدم في مجال الخلوية مادة الاحياء. على سبيل المثال ، اكتشف الباحثون البروتين الحركي kinesin-1 فقط في عام 1985 باستخدام مجهر ضوئي محسّن بالفيديو.

حتى تلك النقطة ، كانت البروتينات الحركية موجودة كفئة من الجزيئات الغامضة غير معروفة للباحثين. مع تقدم التطورات التكنولوجية ، واستمرار الدراسات ، يأمل الباحثون في الخوض في عمق الخلية لاكتشاف كل ما يمكنهم تعلمه حول كيفية عمل الأعمال الداخلية للخلية بسلاسة.