Какви са основните функции на микротубулите в клетката?

Микротубулите са точно как звучат: микроскопични кухи тръби, намиращи се в еукариотните клетки и някои прокариотни бактериални клетки, които осигуряват структура и двигателни функции на клетката. Студентите по биология научават по време на следването си, че има само два вида клетки: прокариотни и еукариотни.

Прокариотните клетки съставляват едноклетъчните организми, открити в домейните Archaea и Bacteria под системата на таксономията на Linnee, биологичен класификационна система на целия живот, докато еукариотните клетки попадат в домейна на Eukarya, който контролира протестистите, растенията, животните и гъбите царства. Кралството Monera се отнася до бактерии. Микротубулите допринасят за множество функции в клетката, всички от които са важни за клетъчния живот.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Микротубулите са малки, кухи, подобни на мъниста тръбни структури, които помагат на клетките да поддържат формата си. Заедно с микрофиламентите и междинните нишки, те образуват цитоскелета на клетката, както и участват в различни двигателни функции на клетката.

Като част от цитоскелета на клетката, микротубулите допринасят за:

• Придаване на форма на клетките и клетъчните мембрани.
• Движение на клетките, което включва свиване в мускулните клетки и др.
• Транспортиране на специфични органели в клетката чрез микропътеки „пътища“ или „конвейерни ленти“.
• Митоза и мейоза: движение на хромозомите по време на клетъчно делене и създаване на митотичното вретено.
  

Микротубулите са малки, кухи, подобни на мъниста тръби или тръби със стени, изградени в кръг от 13 протофиламента, които се състоят от полимери на тубулин и глобуларен протеин. Микротубулите наподобяват миниатюризирани версии на китайски капани за пръсти с мъниста. Микротубулите могат да растат 1000 пъти по-дълги от техните ширини. Изработени от сглобяването на димери - една молекула или две еднакви молекули, съединени заедно от алфа и бета тубулин - микротубули съществуват както в растителни, така и в животински клетки.

В растителните клетки микротубулите се образуват на много места в клетката, но в животинските клетки - микротубулите започват от центрозомата, органела близо до ядрото на клетката, която също участва в клетката разделение. Минусният край представлява прикрепеният край на микротубулата, докато противоположният му край е плюс. Микротубулите растат в плюс плюс чрез полимеризация на тубулиновите димери и микротубулите се свиват с тяхното освобождаване.

Микротубулите придават структура на клетката, за да й помогнат да устои на компресията и да осигурят магистрала, по която мехурчетата (подобни на торбички структури, които транспортират протеини и други товари) се движат през клетката. Микротубулите също разделят репликираните хромозоми към противоположните краища на клетката по време на деленето. Тези структури могат да работят самостоятелно или съвместно с други елементи на клетката, за да образуват по-сложни структури като центриоли, реснички или флагели.

С диаметър от само 25 нанометра, микротубулите често се разпадат и реформират толкова бързо, колкото е необходимо на клетката. Полуживотът на тубулин е само около един ден, но микротубула може да съществува само 10 минути, тъй като те са в постоянно състояние на нестабилност. Този тип нестабилност се нарича динамична нестабилност и микротубулите могат да се сглобяват и разглобяват в отговор на нуждите на клетката.

Компонентите, които изграждат цитоскелета, включват елементи, направени от три различни вида протеини - микрофиламенти, междинни нишки и микротубули. Най-тясната от тези протеинови структури включва микрофиламенти, често свързани с миозин, нишкообразно протеиново образувание, което, когато се комбинира с протеина актин (дълги, тънки влакна, които също се наричат ​​"тънки" нишки), помага за свиване на мускулните клетки и осигурява скованост и форма на клетка.

Микрофиламентите, малки подобни на пръчки структури със среден диаметър между 4 до 7 nm, също допринасят за клетъчното движение в допълнение към работата, която извършват в цитоскелета. Междинните нишки, средно с диаметър 10 nm, действат като връзки, като осигуряват клетъчни органели и ядрото. Те също така помагат на клетката да издържи напрежението.

Микротубулите може да изглеждат напълно стабилни, но те са в постоянен поток. Във всеки един момент групи от микротубули могат да бъдат в процес на разтваряне, докато други може да са в процес на растеж. Тъй като микротубулата расте, хетеродимерите (протеин, състоящ се от две полипептидни вериги) осигуряват капачки в края на микротубулата, които се отлепват, когато тя се свива за употреба отново. Динамичната нестабилност на микротубулите се счита за стабилно състояние за разлика от истинското равновесие, тъй като те имат вътрешна нестабилност - придвижване във и извън формата.

Клетъчното делене е важно не само за възпроизвеждане на живота, но и за създаване на нови клетки от стари. Микротубулите играят важна роля в клетъчното делене, като допринасят за образуването на митотичното вретено, което играе роля в миграцията на дублирани хромозоми по време на анафазата. Като "макромолекулна машина", митотичното вретено разделя репликираните хромозоми на противоположните страни, когато създава две дъщерни клетки.

Полярността на микротубулите, като прикрепеният край е минус, а плаващият край е положителен, го прави критичен и динамичен елемент за групиране и предназначение на биполярни шпиндели. Двата полюса на вретеното, направени от микротубулни структури, помагат за надеждното разделяне и разделяне на дублиращите се хромозоми.

Микротубулите също допринасят за частите на клетката, които й помагат да се движи и са структурни елементи на ресничките, центриолите и флагелите. Мъжката сперматозоидна клетка например има дълга опашка, която й помага да достигне желаната дестинация, женската яйцеклетка. Наречен бич (множествено число е бич), тази дълга, подобна на нишка опашка се простира от външната страна на плазмената мембрана, за да задвижва движението на клетката. Повечето клетки - в клетките, които ги имат - обикновено имат една до две бичури. Когато ресничките съществуват в клетката, много от тях се разпространяват по цялата повърхност на външната плазмена мембрана на клетката.

Ресничките върху клетките, които облицоват фалопиевите тръби на женския организъм, например помагат да се премести яйцеклетката до нейното съдбовно срещане със сперматозоидите по време на пътуването й до матката. Флагелите и ресничките на еукариотните клетки структурно не са същите като тези в прокариотните клетки. Построен със същото с микротубули, биолозите наричат ​​подреждането на микротубулите "масив 9 + 2", тъй като флагелум или ресничка се състои от девет двойки микротубули в пръстен, който затваря дуото на микротубулите в център.

Функциите на микротубулите изискват тубулинови протеини, места за закрепване и координационни центрове за ензимни и други химични дейности в клетката. В ресничките и флагелите тубулинът допринася за централната структура на микротубулата, която включва принос от други структури като динеинови рамена, нексинови връзки и радиални спици. Тези елементи позволяват комуникация между микротубулите, като ги задържат по начин, подобен на начина, по който актиновите и миозиновите нишки се движат по време на мускулното свиване.

Въпреки че ресничките и флагелът се състоят от микротубулни структури, начините, по които те се движат, са значително различни. Единичен флагел задвижва клетката по същия начин, по който рибната опашка придвижва рибата напред, в движение, подобно на камшик. Двойка биччета могат да синхронизират движенията си, за да задвижат клетката напред, като например как функционират ръцете на плувеца, когато тя плува на гърдата.

Cilia, много по-къси от флагелума, покриват външната мембрана на клетката. Цитоплазмата сигнализира на ресничките да се движат координирано, за да задвижат клетката в посоката, в която трябва да отиде. Подобно на маршируваща група, техните хармонизирани движения стъпват във времето към един и същ барабанист. Поотделно движението на цилиум или бич работи като това на едно гребло, преминавайки през средата с мощен удар, за да задвижи клетката в посоката, в която трябва да отиде.

Тази активност може да се случи при десетки удари в секунда и един удар може да включва координацията на хиляди реснички. Под микроскоп можете да видите колко бързо ресничките реагират на препятствията в заобикалящата ги среда, като бързо променят посоките си. Биолозите все още изучават как реагират толкова бързо и тепърва трябва да открият механизма за комуникация, чрез който вътрешните части на клетката да казват на ресничките и бичурите как, кога и къде да отидат.

Микротубулите служат като транспортна система в клетката за придвижване на митохондриите, органелите и везикулите през клетката. Някои изследователи се позовават на начина, по който този процес работи, като оприличават микротубули, подобни на конвейерни ленти други изследователи ги наричат ​​система от следи, по която митохондриите, органелите и везикулите се движат през клетка.

Като енергийни фабрики в клетката, митохондриите са структури или малки органи, в които се случват дишането и производството на енергия - и двете биохимични процеси. Органелите се състоят от множество малки, но специализирани структури в клетката, всяка със свои функции. Везикулите са малки подобни на торбички структури, които могат да съдържат течности или други вещества като въздух. Везикулите се образуват от плазмената мембрана, прищипвайки се, за да създадат сфероподобен сак, затворен от липиден бислой.

Подобната на мъниста конструкция на микротубулите служи като конвейер, коловоз или магистрала за транспортиране на везикули, органели и други елементи в клетката до местата, които трябва да преминат. Микротубулните двигатели в еукариотните клетки включват кинезини, които се преместват в плюс края на микротубулата - края, който расте - и динеини които се придвижват към противоположния или минусовия край, където микротубулата се прикрепя към плазмената мембрана.

Като „двигателни“ протеини, кинезините придвижват органелите, митохондриите и везикулите по микротубулата нишки чрез силата на хидролиза на енергийната валута на клетката, аденозин трифосфат или ATP. Другият двигателен протеин, динеин, разхожда тези структури в обратна посока по микротубулните нишки към минусовия край на клетката чрез преобразуване на химическата енергия, съхранявана в АТФ. И кинезините, и динеините са протеиновите двигатели, използвани по време на клетъчното делене.

Последните проучвания показват, че когато динеиновите протеини преминават към края на минусовата страна на микротубулата, те се събират там, вместо да отпаднат. Те скачат през обхвата, за да се свържат с друга микротубула, за да образуват това, което някои учени наричат ​​"астри", смятано от учените за да бъде важен процес при формирането на митотичното вретено чрез преобразуване на множеството микротубули в едно цяло конфигурация.

Митотичното вретено е „футболна форма“ на молекулярна структура, която влачи хромозомите към противоположните краища точно преди клетката да се раздели, за да образува две дъщерни клетки.

Изследването на клетъчния живот продължава от изобретяването на първия микроскоп във втората част от 16-ти век, но едва през последните няколко десетилетия се наблюдава напредък в клетъчните биология. Например, изследователите откриха двигателния протеин кинезин-1 едва през 1985 г. с помощта на видеозасилен светлинен микроскоп.

До този момент двигателните протеини съществуват като клас мистериозни молекули, неизвестни на изследователите. С напредването на технологичните разработки и продължаването на изследванията изследователите се надяват да се задълбочат дълбоко в клетката за да разберат всичко, което евентуално могат да научат за това как функционира вътрешната работа на клетката безпроблемно.