Mis on mikrotuubulite peamine funktsioon rakus?

Mikrotuubulid täpselt nii kõlavad: mikroskoopilised õõnes torud, mis on leitud eukarüootsete rakkude sees, ja mõned prokarüootsete bakterite rakud, mis tagavad raku struktuuri ja motoorse funktsiooni. Bioloogiaüliõpilased õpivad õpingute ajal, et rakke on ainult kahte tüüpi: prokarüootsed ja eukarüootsed.

Prokarüootsed rakud moodustavad Linnaea taksonoomiasüsteemis Archaea ja Bacteria domeenides leiduvad üherakulised organismid - bioloogiline kogu elu klassifitseerimissüsteem, samas kui eukarüootsed rakud kuuluvad protisti, taime, looma ja seente järelevalvet teostava Eukarya domeeni alla kuningriigid. Monera kuningriik viitab bakteritele. Mikrotuubulid aitavad rakus rakendada mitut funktsiooni, mis kõik on raku elu jaoks olulised.

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Mikrotuubulid on pisikesed õõnsad helmestega sarnased torukujulised struktuurid, mis aitavad rakkudel oma kuju säilitada. Koos mikrofilamentide ja vahepealsete niitidega moodustavad nad raku tsütoskeleti, samuti osalevad raku mitmesugustes motoorsetes funktsioonides.

Osana raku tsütoskeletist aitavad mikrotuubulid kaasa:

• Rakkudele ja rakumembraanidele kuju andmine.
• Rakkude liikumine, mis hõlmab lihasrakkude kokkutõmbumist ja muud.
• Spetsiifiliste organellide transport rakus mikrotuubulite "teede" või "konveierilintide" kaudu.
• Mitoos ja meioos: kromosoomide liikumine rakkude jagunemisel ja mitootilise spindli teke.
  

Mikrotuubulid on väikesed, õõnsad, helmestega sarnased torud või torud, mille seinad on ehitatud 13 protofilamenti ringi, mis koosnevad tubuliini ja kerakujulise valgu polümeeridest. Mikrotuubulid sarnanevad hiina helmestega sõrmepüüniste miniatuursetele versioonidele. Mikrotuubulid võivad kasvada 1000 korda nii pikaks kui nende laiused. Valmistatud dimeeride - üks molekul või kaks identset molekuli, mis on ühendatud alfa- ja beeta-tubuliinist - kokkupanekuga - mikrotuubulid eksisteerivad nii taime- kui ka loomarakkudes.

Taimerakkudes moodustuvad mikrotuubulid rakus paljudes kohtades, loomarakkudes aga mikrotuubulid algavad tsentrosoomist, raku tuuma lähedal asuvast organellist, mis samuti rakus osaleb jaotus. Miinusots tähistab mikrotuubi kinnitatud otsa, selle vastand on aga plussots. Mikrotuubul kasvab plussotsas tubuliini dimeeride polümerisatsiooni teel ja mikrotuubulid nende vabanemisega kahanevad.

Mikrotuubulid annavad rakule struktuuri, mis aitab tal kokkusurumisele vastu seista, ja tagavad kiirtee, kus vesiikulid (kotikulaadsed struktuurid, mis transpordivad valke ja muud lasti) liiguvad rakus. Mikrotuubulid eraldavad paljunenud kromosoomid ka jagunemise ajal raku vastastikku. Need struktuurid võivad töötada üksi või koos raku teiste elementidega, et moodustada keerulisemaid struktuure, nagu tsentrioolid, ripsmed või lipud.

Ainult 25 nanomeetri läbimõõduga mikrotuubulid lagunevad ja muutuvad sageli nii kiiresti, kui rakk seda vajab. Tubuliini poolväärtusaeg on ainult umbes päev, kuid mikrotuubul võib eksisteerida ainult 10 minutit, kuna need on pidevas ebastabiilsuses. Seda tüüpi ebastabiilsust nimetatakse dünaamiliseks ebastabiilsuseks ja mikrotuubulid saavad raku vajadustele vastuseks kokku panna ja lahti võtta.

Tsütoskeleti moodustavad komponendid hõlmavad elemente, mis on valmistatud kolmest erinevat tüüpi valkudest - mikrofilamentidest, vahefilamentidest ja mikrotuubulitest. Nendest valgu struktuuridest kõige kitsam on mikrofilament, mis on sageli seotud müosiiniga, niiditaolise valgu moodustumisega, mis kombineerituna koos valgu aktiiniga (pikad, õhukesed kiud, mida nimetatakse ka "õhukesteks kiududeks"), aitab see kokku tõmmata lihasrakke ning anda jäikus ja kuju kamber.

Lisaks tsütoskeletis tehtavale tööle aitavad raku liikumisele kaasa ka mikrokiud, väikesed vardakujulised struktuurid, mille keskmine läbimõõt on vahemikus 4 kuni 7 nm. Vahepealsed niidid, läbimõõduga keskmiselt 10 nm, toimivad nagu sidemed, kinnitades raku organellid ja tuuma. Need aitavad rakul ka pinget taluda.

Mikrotuubulid võivad tunduda täiesti stabiilsed, kuid need on pidevas voos. Ühel hetkel võivad mikrotuubulite rühmad olla lahustumises, teised aga kasvamas. Mikrotuubuli kasvades annavad heterodimeerid (kahest polüpeptiidahelast koosnev valk) mikrotuubi otsa korgid, mis eralduvad, kui see uuesti kokku tõmbub. Mikrotuubulite dünaamilist ebastabiilsust peetakse püsiseisundiks vastupidiselt tõelisele tasakaalule, kuna neil on sisemine ebastabiilsus - liikumine vormi ja vormist välja.

Rakkude jagunemine pole oluline ainult elu taastootmiseks, vaid ka uute rakkude valmistamiseks vanadest. Mikrotuubulitel on rakkude jagunemisel oluline roll, aidates kaasa mitootilise spindli moodustumisele, mis mängib rolli dubleeritud kromosoomide rändel anafaasis. "Makromolekulaarse masinana" eraldab mitootiline spindel kahe tütarraku loomisel paljundatud kromosoomid vastaskülgedele.

Mikrotuubulite polaarsus, mille kinnitatud ots on miinus ja ujuv ots on positiivne, muudab selle bipolaarse spindli rühmitamise ja otstarbe jaoks kriitiliseks ja dünaamiliseks elemendiks. Mikrotuubulite struktuuridest tehtud spindli kaks poolust aitavad dubleeritud kromosoome usaldusväärselt eraldada ja eraldada.

Mikrotuubulid aitavad kaasa ka raku liikumisele kaasa aitavatele osadele ja on ripsmete, tsentrioolide ja lipsu struktuurielemendid. Näiteks isasel seemnerakul on pikk saba, mis aitab tal jõuda soovitud sihtkohta, emase munarakuni. Selle nimega flagellum (mitmus on flagella), see pikk, niiditaoline saba ulatub plasmamembraani välisküljest raku liikumise võimendamiseks. Enamikul rakkudel - rakkudes, kus neid on - on tavaliselt üks kuni kaks lipukest. Kui rakul on ripsmed, levivad paljud neist raku välise plasmamembraani kogu pinnal.

Näiteks naisorganismi munajuhasid vooderdavate rakkude ripsmed aitavad munaraku viia saatuslikule kohtumisele seemnerakuga emakasse minnes. Eukarüootsete rakkude lipuke ja ripsmed ei ole struktuurilt samad, mis prokarüootsetes rakkudes. Ehitatud sama mikrotuubulitega, nimetavad bioloogid mikrotuubulite paigutust "9 + 2 massiiviks", kuna flagellum või rõngas koosneb üheksast mikrotuubulipaarist rõngas, mis ümbritseb mikrotuubulite duot Keskus.

Mikrotuubulite funktsioonid nõuavad rakus olevaid tubuliinvalke, ankurduskohti ja ensüümide ning muude keemiliste toimingute koordineerivaid keskusi. Cilia ja flagella korral aitab tubuliin kaasa mikrotuubi keskstruktuurile, mis hõlmab ka teiste struktuuride, nagu dyneiinivarred, nexini sidemed ja radiaalsed kodarad, panuseid. Need elemendid võimaldavad mikrotuubulite vahelist suhtlemist, hoides neid koos viisil, mis sarnaneb aktiini ja müosiini filamentide liikumisega lihaste kokkutõmbumisel.

Ehkki nii ripsmed kui ka rännakud koosnevad mikrotuubulite struktuuridest, on nende liikumisviisid selgelt erinevad. Üksik lipuke tõukab rakku palju samal viisil, nagu kala saba liigutab kala edasi, külg-külje piitsataolise liigutusega. Paar lipukest võib sünkroniseerida oma liigutused, et rakku edasi lükata, näiteks kuidas ujuja käed rinnanäärme ujumisel toimivad.

Cilia, palju lühem kui flagellum, katab raku välismembraani. Tsütoplasma annab teada, et ripsmed liiguvad koordineeritult raku liikumiseks selles suunas, kuhu ta peab minema. Nagu marssiv bänd, astuvad nende ühtlustatud liikumised ajas samale trummarile. Individuaalselt toimib tsiliumi või lipsu liikumine nagu ühe aeruga, läbides keskkonda võimsa käiguga, et rakk edasi liikuda vajalikus suunas.

See tegevus võib ilmneda kümnete löögisagedustega sekundis ja üks insult võib hõlmata tuhandete ripsmete koordineerimist. Mikroskoobi all näete, kui kiiresti tsiliaarid reageerivad oma keskkonna takistustele, muutes kiiret suunda. Bioloogid uurivad endiselt, kuidas nad nii kiiresti reageerivad, ja pole veel avastanud kommunikatsioonimehhanismi, mille abil raku siseosad ütlevad ripsmetele ja lipukestele, kuidas, millal ja kuhu minna.

Mikrotuubulid toimivad rakusisesena transpordisüsteemina, et liikuda raku kaudu mitokondrid, organellid ja vesiikulid. Mõned teadlased viitavad selle protsessi toimimisviisile, võrreldes konveierilintidega sarnaseid mikrotuubuleid teised teadlased viitavad neile kui raja süsteemile, mille kaudu mitokondrid, organellid ja vesiikulid läbi kamber.

Rakus olevad energiatehased on mitokondrid struktuurid või väikesed organid, milles toimub hingamine ja energia tootmine - mõlemad biokeemilised protsessid. Organellid koosnevad raku sees mitmest väikesest, kuid spetsialiseerunud struktuurist, millel kõigil on oma funktsioonid. Vesiikulid on väikesed kotitaolised struktuurid, mis võivad sisaldada vedelikke või muid aineid, näiteks õhku. Vesiikulid moodustuvad plasmamembraanist, pigistades maha kerakujulise koti, mis on ümbritsetud lipiidide kahekihiga.

Mikrotuubulite helmesarnane konstruktsioon toimib konveierilindi, rööbastee või kiirteena vesiikulite, organellide ja muude elementide transportimiseks raku sees kohtadesse, kuhu nad peavad minema. Mikrotuubulite mootorid eukarüootsetes rakkudes hõlmavad järgmist kinsiinid, mis liiguvad mikrotuubi plussotsasse - kasvavasse otsa - ja dyneiinid mis liiguvad vastassuunas või miinusotsas, kus mikrotuubul kinnitub plasmamembraanile.

"Mootorvalkudena" liigutavad kinesiinid mööda mikrotuubulit organoelle, mitokondreid ja vesiikulit niidid raku energiavaluuta hüdrolüüsi teel, adenosiintrifosfaat või ATP. Teine motoorne valk, dyneiin, kõnnib ATP-sse salvestatud keemilise energia muundamise teel neid struktuure vastassuunas mööda mikrotuubulifilamente raku miinus otsa suunas. Nii kinsiinid kui ka dyneiinid on rakkude jagunemisel kasutatavad valgumootorid.

Hiljutised uuringud näitavad, et kui dyneiinvalgud kõnnivad mikrotuubi miinuspoole lõpuni, kogunevad nad sinna kukkumise asemel. Nad hüppavad üle vahemiku, et ühenduda teise mikrotuubuliga, moodustamaks seda, mida mõned teadlased nimetavad astrideks, millele teadlased arvasid olla oluline protsess mitootilise spindli moodustumisel, morfiseerides mitu mikrotuubulit üheks seadistamine.

Mitootiline spindel on "jalgpallikujuline" molekulaarne struktuur, mis lohistab kromosoomid vastassuundadesse vahetult enne raku lõhenemist, moodustades kaks tütarrakku.

Rakulise elu uurimine on kestnud alates esimese mikroskoobi leiutamisest teises osas sajandist, kuid mobiilsides on toimunud edusamme vaid viimastel aastakümnetel bioloogia. Näiteks avastasid teadlased mootorvalgu kinesiin-1 alles 1985. aastal videopõhise valgusmikroskoobi kasutamisel.

Kuni selle hetkeni eksisteerisid motoorsed valgud kui salapäraste molekulide klass, mida teadlased ei teadnud. Kui tehnoloogia areng areneb ja uuringud jätkuvad, loodavad teadlased rakku süveneda et teada saada kõike, mida nad saavad teada raku sisemise töö kohta sujuvalt.