Jaká je hlavní funkce mikrotubulů v buňce?

Jak přesně znějí mikrotubuly: mikroskopické duté trubice nacházející se uvnitř eukaryotických buněk a některé buňky prokaryotických bakterií, které zajišťují strukturu a motorické funkce buňky. Studenti biologie se během studia učí, že existují pouze dva typy buněk: prokaryotické a eukaryotické.

Prokaryotické buňky tvoří jednobuněčné organismy nacházející se v doménách Archaea a Bacteria v rámci linajského taxonomického systému, biologického klasifikační systém všeho života, zatímco eukaryotické buňky spadají pod doménu Eukarya, která dohlíží na protistu, rostlinu, zvíře a houby království. Království Monera odkazuje na bakterie. Mikrotubuly přispívají k mnoha funkcím v buňce, které jsou všechny důležité pro buněčný život.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Mikrotubuly jsou drobné, duté trubkovité struktury podobné kuličkám, které pomáhají buňkám udržovat svůj tvar. Spolu s mikrofilamenty a intermediárními vlákny tvoří cytoskelet buňky a podílejí se na různých motorických funkcích buňky.

Mikrotubuly jako součást cytoskeletu buňky přispívají k:

• Dává tvar buňkám a buněčným membránám.
• Pohyb buněk, který zahrnuje kontrakci svalových buněk a další.
• Přeprava konkrétních organel v buňce prostřednictvím „silnic“ nebo „dopravních pásů“ v mikrotubulích.
• Mitóza a meióza: pohyb chromozomů během buněčného dělení a tvorba mitotického vřetene.
  

Mikrotubuly jsou malé, duté trubkovité trubičky nebo trubičky se stěnami zkonstruovanými v kruhu 13 protofilamentů, které se skládají z polymerů tubulinu a globulárního proteinu. Mikrotubuly se podobají miniaturizovaným verzím čínských lapačů prstů. Mikrotubuly mohou růst 1000krát tak dlouho, jak jsou jejich šířky. Vyrobené shromážděním dimerů - jedné molekuly nebo dvou identických molekul spojených alfa a beta tubulinu - existují v rostlinných i živočišných buňkách mikrotubuly.

V rostlinných buňkách se mikrotubuly tvoří na mnoha místech v buňce, ale ve zvířecích buňkách mikrotubuly začínají v centrosomu, organele poblíž jádra buňky, která se také podílí na buňce divize. Mínusový konec představuje připojený konec mikrotubule, zatímco jeho opak je kladný konec. Mikrotubuly rostou na kladném konci polymerací tubulinových dimerů a mikrotubuly se zmenšují jejich uvolňováním.

Mikrotubuly dodávají buňce strukturu, která jí pomáhá odolat kompresi a poskytuje dálnici, po které se po buňce pohybují vezikuly (struktury podobné vakům, které transportují proteiny a další náklad). Mikrotubuly také během dělení oddělují replikované chromozomy na opačné konce buňky. Tyto struktury mohou pracovat samostatně nebo ve spojení s dalšími prvky buňky a vytvářet složitější struktury, jako jsou centrioly, řasinky nebo bičíky.

S průměry pouhých 25 nanometrů se mikrotubuly často rozpadají a reformují tak rychle, jak to buňka potřebuje. Poločas tubulinu je jen asi den, ale mikrotubuly mohou existovat pouze 10 minut, protože jsou v neustálém stavu nestability. Tento typ nestability se nazývá dynamická nestabilita a mikrotubuly se mohou sestavovat a rozkládat v reakci na potřeby buňky.

Mezi komponenty, které tvoří cytoskelet, patří prvky vyrobené ze tří různých typů proteinů - mikrofilamenta, intermediární vlákna a mikrotubuly. Nejužší z těchto proteinových struktur zahrnují mikrofilamenta, často spojená s myosinem, vláknitá formace proteinu, která při kombinaci s proteinem aktin (dlouhá, tenká vlákna, která se také nazývají „tenká“ vlákna), pomáhá stahovat svalové buňky a dodávat ztuhlost a tvar buňka.

Mikrovlákna, malé tyčovité struktury se středním průměrem mezi 4 až 7 nm, kromě práce, kterou vykonávají v cytoskeletu, také přispívají k buněčnému pohybu. Mezilehlá vlákna, průměrná v průměru 10 nm, fungují jako tie-downs zajištěním buněčných organel a jádra. Pomáhají také buňce odolat napětí.

Mikrotubuly se mohou zdát zcela stabilní, ale jsou v neustálém toku. V jednom okamžiku mohou být skupiny mikrotubulů v procesu rozpouštění, zatímco jiné mohou být v procesu růstu. Jak mikrotubule rostou, heterodimery (protein skládající se ze dvou polypeptidových řetězců) poskytují čepičky na konci mikrotubulů, které se uvolňují, když se opět zmenší pro další použití. Dynamická nestabilita mikrotubulů je považována za ustálený stav na rozdíl od skutečné rovnováhy, protože mají vnitřní nestabilitu - pohybují se dovnitř a ven z formy.

Buněčné dělení není důležité pouze k reprodukci života, ale také k vytváření nových buněk ze starých. Mikrotubuly hrají důležitou roli v dělení buněk tím, že přispívají k tvorbě mitotického vřetene, které hraje roli v migraci duplikovaných chromozomů během anafáze. Jako „makromolekulární stroj“ odděluje mitotické vřeteno replikované chromozomy na opačné strany při vytváření dvou dceřiných buněk.

Polarita mikrotubulů, přičemž připojený konec je minus a plovoucí konec je kladný, z něj činí kritický a dynamický prvek pro bipolární seskupení vřeten a účel. Dva póly vřetena, vyrobené z mikrotubulárních struktur, pomáhají spolehlivě oddělit a oddělit duplikované chromozomy.

Mikrotubuly také přispívají k částem buňky, které jí pomáhají pohybovat se a jsou strukturálními prvky řasinek, centriolů a bičíků. Například mužská spermie má dlouhý ocas, který jí pomáhá dosáhnout požadovaného cíle, ženského vajíčka. Tento dlouhý, nitkovitý ocas, zvaný bičík (množné číslo je bičík), se táhne od vnější strany plazmatické membrány, aby poháněl pohyb buňky. Většina buněk - v buňkách, které je mají - má obvykle jeden až dva bičíky. Když na buňce existují řasy, mnoho z nich se šíří po celém povrchu vnější plazmatické membrány buňky.

Řasinky na buňkách, které lemují vejcovody ženského organismu, například pomáhají přemístit vajíčko k jeho osudovému setkání se spermie na cestě do dělohy. Bičíky a řasinky eukaryotických buněk nejsou strukturálně stejné jako ty, které se nacházejí v prokaryotických buňkách. Biologové postavili totéž s mikrotubuly a nazývají uspořádání mikrotubulů „sadou 9 + 2“, protože bičík nebo cilium se skládá z devíti párů mikrotubulů v kruhu, který uzavírá duo mikrotubulů v centrum.

Funkce mikrotubulů vyžadují tubulinové proteiny, místa ukotvení a koordinační centra pro enzymové a jiné chemické aktivity v buňce. U řasinek a bičíků tubulin přispívá k centrální struktuře mikrotubulů, což zahrnuje příspěvky z jiných struktur, jako jsou ramena dyneinu, vazby nexinů a radiální paprsky. Tyto prvky umožňují komunikaci mezi mikrotubuly a drží je pohromadě způsobem, který je podobný tomu, jak se aktinová a myosinová vlákna pohybují během svalové kontrakce.

Přestože řasinky i bičíky se skládají z mikrotubulárních struktur, způsoby jejich pohybu se výrazně liší. Jediné bičík pohání buňku stejným způsobem, jakým rybí ocas pohybuje rybou dopředu, pohybem ze strany na stranu bičem. Dvojice bičíků může synchronizovat své pohyby, aby poháněla buňku dopředu, například to, jak fungují paže plavec, když plave na prsou.

Cilia, mnohem kratší než bičík, pokrývají vnější membránu buňky. Cytoplazma signalizuje řasinkám, aby se pohybovaly koordinovaným způsobem a poháněly buňku ve směru, kterým musí jít. Jako pochodová kapela jejich harmonizované pohyby postupují časem ke stejnému bubeníkovi. Pohyb cilium nebo bičík jednotlivě funguje jako pohyb jednoho vesla a silným tahem prochází médiem, aby poháněl buňku ve směru, kterým musí jít.

Tato aktivita může nastat při desítkách úderů za sekundu a jeden úder může zahrnovat koordinaci tisíců řasinek. Pod mikroskopem můžete vidět, jak rychle nálevníci reagují na překážky v jejich prostředí rychlou změnou směru. Biologové stále studují, jak tak rychle reagují, a ještě musí objevit komunikační mechanismus, kterým vnitřní části buňky říkají řasinkám a bičíkům, jak, kdy a kam jít.

Mikrotubuly slouží jako transportní systém v buňce k pohybu mitochondrií, organel a vezikul buňkou. Někteří vědci odkazují na způsob, jakým tento proces funguje, tím, že přirovnávají mikrotubuly podobné dopravním pásům jiní vědci je označují jako dráhový systém, kterým se mitochondrie, organely a vezikuly pohybují přes buňka.

Jako energetické továrny v buňce jsou mitochondrie struktury nebo malé orgány, ve kterých dochází k dýchání a výrobě energie - oba biochemické procesy. Organely se skládají z několika malých, ale specializovaných struktur v buňce, z nichž každá má své vlastní funkce. Vezikuly jsou malé struktury podobné vakům, které mohou obsahovat tekutiny nebo jiné látky, jako je vzduch. Vezikuly se tvoří z plazmatické membrány a odštěpením vytvoří sférický vak uzavřený lipidovou dvojvrstvou.

Korálkovitá konstrukce mikrotubulů slouží jako dopravní pás, dráha nebo dálnice k přepravě vezikul, organel a dalších prvků v buňce na místa, kam potřebují. Mezi mikrotubulové motory v eukaryotických buňkách patří kinesiny, které se pohybují na plusový konec mikrotubulu - konec, který roste - a dyneiny které se pohybují na opačném nebo minusovém konci, kde se mikrotubule váže na plazmatickou membránu.

Jako „motorické“ proteiny pohybují kinesiny organely, mitochondrie a vezikuly podél mikrotubulu vlákna prostřednictvím hydrolýzy energetické měny buňky, adenosintrifosfátu nebo ATP. Druhý motorický protein, dynein, prochází těmito strukturami v opačném směru podél mikrotubulárních vláken směrem k mínus konci buňky přeměnou chemické energie uložené v ATP. Kinesiny i dyneiny jsou proteinové motory používané při dělení buněk.

Nedávné studie ukazují, že když proteiny dyneinu kráčejí na konec minusové strany mikrotubulu, shlukují se tam místo toho, aby odpadly. Vrhají se napříč rozpětím, aby se spojili s jinou mikrotubulí a vytvořili to, co někteří vědci nazývají „astry“, jak si vědci mysleli být důležitým procesem při tvorbě mitotického vřetene proměnou více mikrotubulů do jednoho konfigurace.

Mitotické vřeteno je „fotbalová“ molekulární struktura, která táhne chromozomy na opačné konce těsně předtím, než se buňka rozdělí a vytvoří dvě dceřiné buňky.

Studium buněčného života probíhá od vynálezu prvního mikroskopu ve druhé části 16. století, ale teprve v posledních několika desetiletích došlo v buněčném vývoji k pokroku biologie. Například vědci objevili motorický protein kinesin-1 až v roce 1985 pomocí světelného mikroskopu s vylepšeným videem.

Až do tohoto bodu existovaly motorické proteiny jako třída tajemných molekul neznámých vědcům. Jak technologický vývoj postupuje a studie pokračují, vědci doufají, že se ponoří hluboko do buňky zjistit vše, co se mohou naučit o tom, jak funguje vnitřní fungování buňky bezproblémově.