Mitkä ovat mikrotubulusten päätehtävät solussa?

Mikroputket ovat tarkalleen miten ne kuulostavat: eukaryoottisolujen sisällä olevat mikroskooppiset ontot putket ja jotkut prokaryoottisilla bakteerisoluilla, jotka tarjoavat rakenteen ja motoriset toiminnot solulle. Biologian opiskelijat oppivat opintojensa aikana, että soluja on vain kahden tyyppisiä: prokaryoottisia ja eukaryoottisia.

Prokaryoottisolut muodostavat yksisoluiset organismit, jotka löytyvät Archaea- ja Bacteria-domeeneista Linnaean taksonomiajärjestelmän alaisuudessa. luokittelujärjestelmä koko elämään, kun taas eukaryoottisolut kuuluvat Eukarya-domeeniin, joka valvoo protisteja, kasveja, eläimiä ja sieniä valtakunnat. Moneran valtakunta viittaa bakteereihin. Mikrotubulit edistävät useita toimintoja solussa, jotka kaikki ovat tärkeitä solun elämälle.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Mikrotubulukset ovat pieniä, onttoja, helmimäisiä putkimaisia ​​rakenteita, jotka auttavat soluja säilyttämään muotonsa. Mikrofilamenttien ja välifilamenttien ohella ne muodostavat solun sytoskeletin ja osallistuvat moniin solun motorisiin toimintoihin.

Osana solun sytoskelettia mikrotubulukset edistävät:

• Muodostaa soluja ja solukalvoja.
• Soluliike, joka sisältää supistumisen lihassoluissa ja muissa.
• Tiettyjen organellien kuljettaminen solun sisällä mikrotubulien "tietä" tai "kuljetushihnaa" kautta.
• Mitoosi ja meioosi: kromosomien liike solujen jakautumisen aikana ja mitoottisen karan muodostuminen.
  

Mikrotubulukset ovat pieniä, onttoja, helmimäisiä putkia tai putkia, joiden seinät on rakennettu 13 protofilamentin ympyrään, jotka koostuvat tubuliinin ja pallomaisen proteiinin polymeereistä. Mikrotubulukset muistuttavat pienikokoisia versioita helmillä koristeltuista kiinalaisista sormilukoista. Mikrotubulukset voivat kasvaa 1000 kertaa niin kauan kuin niiden leveydet. Valmistettu dimeerien - yhden molekyylin tai kahden identtisen molekyylin tai alfa- ja beeta-tubuliinin - yhdistämisestä - mikrotubuluksia on sekä kasvi- että eläinsoluissa.

Kasvisoluissa mikrotubulukset muodostuvat monissa solun kohdissa, mutta eläinsoluissa mikrotubulukset alkavat sentrosomista, solun ytimen lähellä olevasta organellista, joka myös osallistuu soluun jako. Miinuspää edustaa mikroputken kiinnittynyttä päätä, kun taas sen vastakohta on plus-pää. Mikroputki kasvaa pluspäässä polymeroimalla tubuliinidimeerejä, ja mikrotubulit kutistuvat vapautuessaan.

Mikrotubulukset antavat solulle rakenteen auttaakseen sitä vastustamaan puristumista ja aikaansaamaan moottoritien, jossa rakkulat (pussimaiset rakenteet, jotka kuljettavat proteiineja ja muuta lastia) liikkuvat solun poikki. Mikrotubulukset erottavat myös replikoituneet kromosomit solun vastakkaisiin päihin jakautumisen aikana. Nämä rakenteet voivat toimia yksin tai yhdessä solun muiden elementtien kanssa muodostaen monimutkaisempia rakenteita, kuten centrioleja, silmukoita tai flagellaa.

Mikrotubulit, joiden halkaisija on vain 25 nanometriä, hajoavat ja uudistuvat usein niin nopeasti kuin solu sitä tarvitsee. Tubuliinin puoliintumisaika on vain noin päivä, mutta mikroputki voi olla olemassa vain 10 minuuttia, koska ne ovat jatkuvassa epävakaudessa. Tämän tyyppistä epävakautta kutsutaan dynaamiseksi epävakaudeksi, ja mikrotubulukset voivat koota ja purkaa vastauksena solun tarpeisiin.

Sytoskeletonin muodostavat komponentit sisältävät elementtejä, jotka on valmistettu kolmesta erityyppisestä proteiinista - mikrofilamenteista, välifilamenteista ja mikrotubuluksista. Kapeampi näistä proteiinirakenteista sisältää mikrofilamentteja, jotka usein liittyvät myosiiniin, langan kaltaiseen proteiinin muodostumiseen, joka yhdistettynä aktiiniproteiinilla (pitkät, ohuet kuidut, joita kutsutaan myös "ohuiksi filamenteiksi"), se auttaa supistamaan lihassoluja ja tarjoamaan jäykkyyttä ja muotoa solu.

Mikrofilamentit, pienet sauvamaiset rakenteet, joiden keskimääräinen läpimitta on 4-7 nm, myötävaikuttavat myös solujen liikkumiseen sytoskeletossa tekemänsä työn lisäksi. Välifilamentit, joiden halkaisija on keskimäärin 10 nm, toimivat kuten sidokset varmistamalla solun organellit ja ydin. Ne auttavat myös solua kestämään jännitteitä.

Mikrotubulukset voivat näyttää täysin stabiileilta, mutta ne ovat jatkuvassa virtauksessa. Milloin tahansa mikrotubulusten ryhmät voivat olla liukenemisvaiheessa, kun taas toiset voivat olla kasvussa. Mikroputken kasvaessa heterodimeerit (kahdesta polypeptidiketjusta koostuva proteiini) antavat mikroputken päähän korkit, jotka irtoavat, kun se kutistuu käytettäväksi uudelleen. Mikrotubulusten dynaamista epävakautta pidetään vakaana tilana toisin kuin todellinen tasapaino, koska niillä on luonnollinen epävakaus - liikkuvat muodostaan ​​ja muodostaan.

Solujen jakautuminen ei ole vain tärkeää elämän lisääntymisen kannalta, vaan myös uusien solujen valmistamiseksi vanhoista. Mikrotubuleilla on tärkeä rooli solujen jakautumisessa myötävaikuttaen mitoottisen karan muodostumiseen, jolla on merkitys päällekkäisten kromosomien migraatiossa anafaasin aikana. "Makromolekyylikoneena" mitoottinen kara erottaa replikoidut kromosomit vastakkaisiin puoliin luodessaan kaksi tytärsolua.

Mikrotubulusten napaisuus, kun kiinnittynyt pää on miinus ja kelluva pää on positiivinen, tekee siitä kriittisen ja dynaamisen elementin kaksisuuntaisen karan ryhmittelyssä ja tarkoituksessa. Karan kaksi napaa, jotka on valmistettu mikrotubulusrakenteista, auttavat erottamaan ja erottamaan kaksoiskappaleet luotettavasti.

Mikrotubulukset myötävaikuttavat myös solun osiin, jotka auttavat sitä liikkumaan, ja ne ovat sikiöiden, sentriolien ja flagellien rakenteellisia elementtejä. Esimerkiksi urospuolisella siittiösolulla on pitkä pyrstö, joka auttaa sitä saavuttamaan halutun määränpään, naarasmunan. Kutsutaan flagellumiksi (monikko on flagella), että pitkä, lankamäinen pyrstö ulottuu plasmamembraanin ulkopuolelta solun liikkeen tehostamiseksi. Suurimmalla osalla soluista - soluissa, joissa niitä on - on yleensä 1-2 lipukkaa. Kun soluja on soluissa, monet niistä leviävät solun ulomman plasmakalvon koko pintaa pitkin.

Esimerkiksi naisorganismin munanjohtimia reunustavat solut auttavat siirtämään munasolun kohtalokkaaseen tapaamiseensa siittiösolun kanssa matkalla kohtuun. Eukaryoottisolujen lippulaiva ja silmä eivät ole rakenteellisesti samat kuin prokaryoottisoluissa. Rakennettu samalla mikrotubulusten kanssa, biologit kutsuvat mikrotubulijärjestelyä "9 + 2-ryhmäksi", koska flagellum tai cilium koostuu yhdeksästä mikroputkiparista renkaassa, joka sulkee mikrotubulusduo keskusta.

Mikroputken toiminnot edellyttävät tubuliiniproteiineja, ankkurointipaikkoja ja koordinointikeskuksia entsyymille ja muille kemiallisille aktiivisuuksille solussa. Cilia ja flagella tubuliini myötävaikuttaa mikrotubuluksen keskirakenteeseen, joka sisältää muiden rakenteiden, kuten dyneiinivarsien, nexiinilinkkien ja säteittäisten pinnojen, osuudet. Nämä elementit mahdollistavat mikrotubulusten välisen viestinnän pitämällä niitä yhdessä tavalla, joka on samanlainen kuin aktiini- ja myosiinifilamentit liikkuvat lihasten supistumisen aikana.

Vaikka sekä ripset että lippalakit koostuvat mikrotubulusrakenteista, niiden liikkumistavat ovat selvästi erilaiset. Yksittäinen lippu työntää solua paljon samalla tavalla kuin kalan pyrstö siirtää kalaa eteenpäin ruoskanmuotoisella liikkeellä. Lippupari voi synkronoida liikkeensa kuljettamaan solua eteenpäin, kuten kuinka uimarin käsivarret toimivat, kun hän ui rintojen aivohalvausta.

Cilia, paljon lyhyempi kuin flagellum, peittää solun ulkokalvon. Sytoplasma antaa sikiöille liikkua koordinoidusti solun kuljettamiseksi siihen suuntaan, johon sen on mentävä. Kuten marssiva bändi, heidän harmonisoidut liikkeensa astuvat ajoissa samalle rumpalille. Yksilöllisesti, ciliumin tai flagellumin liike toimii kuin yhden airon liike, joka kulkee väliaineen läpi voimakkaalla iskulla solun kuljettamiseksi siihen suuntaan, johon sen on mentävä.

Tätä toimintaa voi esiintyä kymmenillä aivohalvauksilla sekunnissa, ja yhteen aivohalvaukseen voi liittyä tuhansien silmien koordinaatio. Mikroskoopin alla voit nähdä, kuinka nopeasti siroeläimet reagoivat ympäristössä oleviin esteisiin muuttamalla suuntaa nopeasti. Biologit tutkivat edelleen, kuinka he reagoivat niin nopeasti, eivätkä he ole vielä löytäneet viestintämekanismia, jolla solun sisäosat kertovat silmäille ja lippuille miten, milloin ja minne mennä.

Mikrotubulukset toimivat kuljetusjärjestelmänä solun sisällä mitokondrioiden, organellien ja rakkuloiden siirtämiseksi solun läpi. Jotkut tutkijat viittaavat tapaan, jolla tämä prosessi toimii, vertaamalla mikrohiukkasia, jotka muistuttavat kuljetinhihnoja muut tutkijat viittaavat niihin seurantajärjestelmänä, jolla mitokondriot, organellit ja rakkulat liikkuvat solu.

Solun energiatehtaina mitokondriot ovat rakenteita tai pieniä elimiä, joissa esiintyy hengitystä ja energiantuotantoa - molemmat biokemiallisia prosesseja. Organellit koostuvat useista pienistä, mutta erikoistuneista rakenteista solussa, joista jokaisella on omat toiminnonsa. Vesikkelit ovat pieniä pussimaisia ​​rakenteita, jotka voivat sisältää nesteitä tai muita aineita, kuten ilmaa. Vesikkelit muodostuvat plasmamembraanista, puristuvat pois muodostaen pallomaisen pussin, jonka sulkee lipidikaksoiskerros.

Mikrotubulusten helmimäinen rakenne toimii kuljetinhihnana, radana tai moottoritietä kuljettamaan rakkuloita, organelleja ja muita elementtejä solun sisällä niiden tarvitsemiin paikkoihin. Eukaryoottisolujen mikroputkimoottorit sisältävät kinesiinit, jotka siirtyvät mikroputken plus-päähän - kasvavaan päähän - ja dyneiinit jotka siirtyvät vastakkaiseen tai miinuspäähän, jossa mikrotubuli kiinnittyy plasmamembraaniin.

"Motorisina" proteiineina kinesiinit liikkuvat organelleja, mitokondrioita ja rakkuloita mikrotubulia pitkin hehkulangat solun energiavaluutan, adenosiinitrifosfaatin, hydrolyysin avulla tai ATP. Toinen moottoriproteiini, dyneiini, kulkee näitä rakenteita vastakkaiseen suuntaan mikrotubulusfilamentteja pitkin solun miinuspäätä muuntamalla ATP: hen varastoitu kemiallinen energia. Sekä kinesiinit että dyneiinit ovat proteiinimoottoreita, joita käytetään solujen jakautumisen aikana.

Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että kun dyneiiniproteiinit kulkevat mikrotubuluksen miinuspuolen loppuun, ne kokoontuvat sinne putoamisen sijaan. He hyppääväylän yli muodostaakseen yhteyden toiseen mikroputkeen muodostaakseen jotkut tutkijat kutsuvat "astriksi", jonka tutkijat ajattelevat olla tärkeä prosessi mitoottisen karan muodostumisessa morfoimalla useita mikrotubuluksia yhdeksi kokoonpano.

Mitoottinen kara on "jalkapallon muotoinen" molekyylirakenne, joka vetää kromosomeja vastakkaisiin päihin juuri ennen kuin solu hajoaa muodostamaan kaksi tytärsolua.

Soluelämän tutkiminen on jatkunut ensimmäisen mikroskoopin keksimisestä jälkimmäisessä osassa 1500-luvulta, mutta vasta viime vuosikymmeninä on tapahtunut edistystä solujen kautta biologia. Esimerkiksi tutkijat löysivät moottoriproteiini kinesiini-1: n vasta vuonna 1985 käyttämällä videotehostettua valomikroskooppia.

Siihen asti moottoriproteiinit olivat olemassa salaperäisten molekyylien ryhmänä, joita tutkijat eivät tunne. Kun tekniikan kehitys etenee ja tutkimukset jatkuvat, tutkijat toivovat kaivautuvan syvälle soluun saadakseen selville kaiken, mitä he voivat oppia siitä, miten solun sisäinen toiminta toimii niin saumattomasti.