Hvad er den vigtigste funktion af mikrotubuli i cellen?

Mikrotubuli er nøjagtigt, hvordan de lyder: mikroskopiske hule rør, der findes i eukaryote celler og nogle prokaryote bakterieceller, der giver struktur og motoriske funktioner til cellen. Biologistuderende lærer i løbet af deres studier, at der kun er to typer celler: prokaryotiske og eukaryotiske.

Prokaryote celler udgør de encellede organismer, der findes i Archaea og Bacteria-domænerne under det Linnéske taksonomisystem, et biologisk klassificeringssystem for hele livet, mens eukaryote celler falder ind under Eukarya-domænet, som fører tilsyn med protisten, planterne, dyrene og svampene kongeriger. Monera-kongeriget henviser til bakterier. Mikrotubuli bidrager til flere funktioner i cellen, som alle er vigtige for cellelivet.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

Mikrotubuli er små, hule, perle-lignende rørformede strukturer, der hjælper celler med at opretholde deres form. Sammen med mikrofilamenter og mellemfilamenter danner de cellens cytoskelet samt deltager i en række motorfunktioner for cellen.

Som en del af cellens cytoskelet bidrager mikrotubuli til:

• At give form til celler og cellulære membraner.
• Cellebevægelse, som inkluderer sammentrækning i muskelceller og mere.
• Transport af specifikke organeller inden i cellen via mikrotubuli "vejbaner" eller "transportbånd."
• Mitose og meiose: bevægelse af kromosomer under celledeling og oprettelse af den mitotiske spindel.
  

Mikrotubuli er små, hule, perle-lignende rør eller rør med vægge konstrueret i en cirkel på 13 protofilamenter, der består af polymerer af tubulin og kugleprotein. Mikrotubuli ligner miniaturiserede versioner af perleformede kinesiske fingerfælder. Mikrotubuli kan vokse 1.000 gange så længe som deres bredder. Fremstillet ved samling af dimerer - et enkelt molekyle eller to identiske molekyler forbundet med alfa- og beta-tubulin - findes mikrotubuli i både plante- og dyreceller.

I planteceller dannes mikrotubuli på mange steder i cellen, men i dyreceller mikrotubuli begynde ved centrosomet, en organel nær cellekernen, der også deltager i cellen division. Minusenden repræsenterer den fastgjorte ende af mikrotubuli, mens dens modsatte er plusenden. Mikrotubuli vokser i plusenden gennem polymerisation af tubulin-dimerer, og mikrotubuli krymper med frigivelsen.

Mikrotubuli giver celle struktur for at hjælpe den med at modstå kompression og for at give en motorvej, hvor vesikler (sæklignende strukturer, der transporterer proteiner og anden last) bevæger sig over cellen. Mikrotubuli adskiller også replikerede kromosomer til modsatte ender af en celle under deling. Disse strukturer kan arbejde alene eller sammen med andre elementer i cellen for at danne mere komplicerede strukturer som centrioler, cilier eller flageller.

Med diametre på kun 25 nanometer opløses mikrotubuli ofte og reformeres så hurtigt som cellen har brug for dem. Tubulins halveringstid er kun omkring en dag, men en mikrotubuli kan eksistere i kun 10 minutter, da de er i en konstant ustabilitet. Denne type ustabilitet kaldes dynamisk ustabilitet, og mikrotubuli kan samles og skilles ad som reaktion på cellens behov.

Komponenterne, der udgør cytoskelettet, omfatter elementer fremstillet af tre forskellige typer proteiner - mikrofilamenter, mellemfilamenter og mikrotubuli. Den smaleste af disse proteinstrukturer inkluderer mikrofilamenter, ofte forbundet med myosin, en trådlignende proteindannelse, der, når den kombineres med proteinaktin (lange, tynde fibre, der også kaldes "tynde" filamenter), hjælper med at samle muskelceller og give stivhed og form til celle.

Mikrofilamenter, små stavlignende strukturer med en gennemsnitlig diameter på mellem 4 og 7 nm, bidrager også til cellulær bevægelse ud over det arbejde, de udfører i cytoskeletet. De mellemliggende filamenter, i gennemsnit 10 nm i diameter, fungerer som bindinger ved at sikre celleorganeller og kernen. De hjælper også cellen med at modstå spændinger.

Mikrotubuli kan virke helt stabile, men de er i konstant strøm. På et hvilket som helst øjeblik kan grupper af mikrotubuli være i opløsning, mens andre kan være i vækstproces. Når mikrotubuli vokser, tilvejebringer heterodimerer (et protein bestående af to polypeptidkæder) hætter til enden af ​​mikrotubuli, som løsner, når det krymper til brug igen. Den dynamiske ustabilitet af mikrotubuli betragtes som en stabil tilstand i modsætning til en ægte ligevægt, fordi de har iboende ustabilitet - bevæger sig ind og ud af form.

Celledeling er ikke kun vigtigt for at reproducere liv, men for at gøre nye celler gamle. Mikrotubuli spiller en vigtig rolle i celledeling ved at bidrage til dannelsen af ​​den mitotiske spindel, som spiller en rolle i migrationen af ​​duplikerede kromosomer under anafase. Som en "makromolekylær maskine" adskiller den mitotiske spindel replikerede kromosomer til modsatte sider, når der oprettes to datterceller.

Polariteten på mikrotubuli, hvor den vedhæftede ende er et minus, og den flydende ende er en positiv, gør det til et kritisk og dynamisk element til bipolar spindelgruppering og formål. De to poler i spindelen, fremstillet af mikrotubulusstrukturer, hjælper med at adskille og adskille duplikerede kromosomer pålideligt.

Mikrotubuli bidrager også til de dele af cellen, der hjælper den med at bevæge sig og er strukturelle elementer af cilier, centrioler og flageller. Den mandlige sædcelle har for eksempel en lang hale, der hjælper den med at nå sin ønskede destination, det kvindelige æg. Kaldet en flagellum (flertallet er flagella), den lange trådlignende hale strækker sig fra det ydre af plasmamembranen for at drive cellens bevægelse. De fleste celler - i celler der har dem - har generelt en til to flageller. Når der findes cilier på cellen, spredes mange af dem langs hele overfladen af ​​cellens ydre plasmamembran.

Cilierne på celler, der linjer en kvindelig organisms æggeleder, hjælper for eksempel med at flytte æg til dets skæbnesvangre mødet med sædcellen på sin rejse til livmoderen. Flagella og cilier af eukaryote celler er ikke de samme strukturelt som dem, der findes i prokaryote celler. Bygget med det samme med mikrotubuli kalder biologer mikrotubuli-arrangementet for et "9 + 2-array", fordi en flagellum eller cilium består af ni mikrotubuli-par i en ring, der omslutter en mikrotubuli-duo i centrum.

Mikrotubuli-funktioner kræver tubulinproteiner, forankringssteder og koordinerende centre for enzym og andre kemiske aktiviteter i cellen. I cilier og flageller bidrager tubulin til mikrotubuliens centrale struktur, som inkluderer bidrag fra andre strukturer som dyneinarme, nexinled og radiale eger. Disse elementer tillader kommunikation mellem mikrotubuli og holder dem sammen på en måde, der ligner, hvordan actin- og myosinfilamenter bevæger sig under muskelkontraktion.

Selvom både flimmerhår og flagellum består af mikrotubulusstrukturer, er måderne, hvorpå de bevæger sig, forskellige. Et enkelt flagellum fremdriver cellen meget på samme måde som en fiskehale bevæger en fisk fremad, i en side-til-side pisk-lignende bevægelse. Et par flageller kan synkronisere deres bevægelser for at drive cellen fremad, ligesom hvordan en svømmers arme fungerer, når hun svømmer brystslag.

Cilia, meget kortere end flagellum, dækker cellens ydre membran. Cytoplasma signalerer cilier om at bevæge sig på en koordineret måde for at drive cellen i den retning, den har brug for at gå. Som et marcherende band trænger deres harmoniserede bevægelser sig i tide til den samme trommeslager. Individuelt fungerer en cilium- eller flagellums bevægelse som den for en enkelt åre, der passerer gennem mediet i et kraftigt slag for at drive cellen i den retning, den skal gå.

Denne aktivitet kan forekomme med snesevis af slagtilfælde pr. Sekund, og et slagtilfælde kan involvere koordination af tusinder af cilier. Under et mikroskop kan du se, hvor hurtigt ciliater reagerer på forhindringer i deres miljø ved hurtigt at ændre retning. Biologer undersøger stadig, hvordan de reagerer så hurtigt og endnu ikke har fundet den kommunikationsmekanisme, hvormed de indre dele af cellen fortæller cilier og flageller, hvordan, hvornår og hvor de skal hen.

Mikrotubuli fungerer som transportsystemet i cellen for at bevæge mitokondrier, organeller og vesikler gennem cellen. Nogle forskere henviser til den måde, hvorpå denne proces fungerer, ved at sammenligne mikrotubuli, der ligner transportbånd, mens andre forskere henviser til dem som et sporsystem, hvormed mitokondrier, organeller og vesikler bevæger sig gennem celle.

Som energifabrikker i cellen er mitokondrier strukturer eller små organer, hvor respiration og energiproduktion forekommer - begge biokemiske processer. Organeller består af flere små, men specialiserede strukturer i cellen, hver med deres egne funktioner. Vesikler er små sac-lignende strukturer, der kan indeholde væsker eller andre stoffer som luft. Vesikler dannes fra plasmamembranen og klemmer sig ud for at skabe en kuglelignende pose lukket af et lipid dobbeltlag.

Den perlelignende konstruktion af mikrotubuli fungerer som et transportbånd, spor eller motorvej til at transportere vesikler, organeller og andre elementer i cellen til de steder, de har brug for at gå. Mikrotubuli-motorer i eukaryote celler inkluderer kinesins, som bevæger sig til plusenden af ​​mikrotubuli - den ende, der vokser - og dyneiner der bevæger sig til den modsatte eller minus ende, hvor mikrotubuli fæstner sig til plasmamembranen.

Som "motoriske" proteiner bevæger kinesiner organeller, mitokondrier og vesikler langs mikrotubuli filamenter gennem kraften i hydrolyse af celleens energivaluta, adenosintrifosfat eller ATP. Det andet motorprotein, dynein, går disse strukturer i den modsatte retning langs mikrotubuli-filamenter mod minusenden af ​​cellen ved at omdanne den kemiske energi, der er lagret i ATP. Både kinesiner og dyneiner er de proteinmotorer, der anvendes under celledeling.

Nylige studier viser, at når dyneinproteiner går til enden af ​​minus-siden af ​​mikrotubuli, samles de der i stedet for at falde af. De hopper over hele spektret for at oprette forbindelse til en anden mikrotubuli for at danne det, som nogle forskere kalder "asters", tænkt af forskere være en vigtig proces i dannelsen af ​​den mitotiske spindel ved at morphere de flere mikrotubuli til en enkelt konfiguration.

Den mitotiske spindel er en "fodboldformet" molekylær struktur, der trækker kromosomer til modsatte ender lige før cellen deler sig for at danne to datterceller.

Undersøgelsen af ​​cellulært liv har foregået siden opfindelsen af ​​det første mikroskop i sidste del fra det 16. århundrede, men det har kun været i de sidste par årtier, at der er sket fremskridt inden for cellulære biologi. For eksempel opdagede forskere kun motorproteinet kinesin-1 i 1985 ved hjælp af et videoforbedret lysmikroskop.

Indtil det tidspunkt eksisterede motorproteiner som en klasse af mystiske molekyler, der var ukendte for forskere. Efterhånden som teknologiudviklingen skrider frem, og studier fortsætter, håber forskere at komme dybt ned i cellen for at finde ud af alt, hvad de muligvis kan lære om, hvordan celleens indre funktion fungerer sådan problemfrit.