Quelle est la fonction principale des microtubules dans la cellule ?

Les microtubules sont exactement comme ils sonnent: des tubes creux microscopiques trouvés à l'intérieur des cellules eucaryotes et certaines cellules de bactéries procaryotes qui fournissent la structure et les fonctions motrices de la cellule. Les étudiants en biologie apprennent au cours de leurs études qu'il n'existe que deux types de cellules: les procaryotes et les eucaryotes.

Les cellules procaryotes constituent les organismes unicellulaires trouvés dans les domaines des archées et des bactéries sous le système de taxonomie linnéenne, un système biologique système de classification de toute vie, tandis que les cellules eucaryotes relèvent du domaine Eukarya, qui supervise les protistes, les plantes, les animaux et les champignons royaumes. Le royaume Monera fait référence aux bactéries. Les microtubules contribuent à de multiples fonctions au sein de la cellule, qui sont toutes importantes pour la vie cellulaire.

TL; DR (trop long; n'a pas lu)

Les microtubules sont de minuscules structures tubulaires creuses en forme de billes qui aident les cellules à conserver leur forme. Avec les microfilaments et les filaments intermédiaires, ils forment le cytosquelette de la cellule et participent à diverses fonctions motrices de la cellule.

Faisant partie du cytosquelette de la cellule, les microtubules contribuent à :

• Donner forme aux cellules et aux membranes cellulaires.
• Mouvement cellulaire, qui comprend la contraction des cellules musculaires et plus encore.
• Transport d'organites spécifiques à l'intérieur de la cellule via des « routes » ou « bandes transporteuses » de microtubules.
• Mitose et méiose: mouvement des chromosomes lors de la division cellulaire et création du fuseau mitotique.
  

Les microtubules sont de petits tuyaux ou tubes creux en forme de billes avec des parois construites en un cercle de 13 protofilaments constitués de polymères de tubuline et de protéine globulaire. Les microtubules ressemblent à des versions miniaturisées de pièges à doigts chinois perlés. Les microtubules peuvent croître 1 000 fois plus longtemps que leur largeur. Fabriqués par l'assemblage de dimères - une seule molécule ou deux molécules identiques réunies d'alpha et de bêta tubuline - les microtubules existent à la fois dans les cellules végétales et animales.

Dans les cellules végétales, les microtubules se forment à de nombreux endroits de la cellule, mais dans les cellules animales, les microtubules commencer au centrosome, un organite près du noyau de la cellule qui participe également à la cellule division. L'extrémité moins représente l'extrémité attachée du microtubule tandis que son opposé est l'extrémité plus. Le microtubule se développe à l'extrémité plus par polymérisation de dimères de tubuline et les microtubules rétrécissent avec leur libération.

Les microtubules donnent une structure à la cellule pour l'aider à résister à la compression et pour fournir une autoroute dans laquelle les vésicules (structures en forme de sac qui transportent les protéines et autres marchandises) se déplacent à travers la cellule. Les microtubules séparent également les chromosomes répliqués aux extrémités opposées d'une cellule pendant la division. Ces structures peuvent fonctionner seules ou en conjonction avec d'autres éléments de la cellule pour former des structures plus complexes comme les centrioles, les cils ou les flagelles.

Avec des diamètres de seulement 25 nanomètres, les microtubules se dissolvent et se reforment souvent aussi rapidement que la cellule en a besoin. La demi-vie de la tubuline n'est que d'environ un jour, mais un microtubule peut n'exister que pendant 10 minutes car ils sont dans un état constant d'instabilité. Ce type d'instabilité est appelé instabilité dynamique, et les microtubules peuvent s'assembler et se désassembler en réponse aux besoins de la cellule.

Les composants qui composent le cytosquelette comprennent des éléments fabriqués à partir de trois types différents de protéines: les microfilaments, les filaments intermédiaires et les microtubules. Les plus étroites de ces structures protéiques comprennent des microfilaments, souvent associés à la myosine, une formation de protéine filiforme qui, lorsqu'elle est combinée avec la protéine actine (fibres longues et fines également appelées filaments "fins"), aide à contracter les cellules musculaires et à donner de la rigidité et de la forme à la cellule.

Les microfilaments, petites structures en forme de bâtonnets d'un diamètre moyen compris entre 4 et 7 nm, contribuent également au mouvement cellulaire en plus du travail qu'ils effectuent dans le cytosquelette. Les filaments intermédiaires, d'un diamètre moyen de 10 nm, agissent comme des attaches en fixant les organites cellulaires et le noyau. Ils aident également la cellule à résister à la tension.

Les microtubules peuvent sembler complètement stables, mais ils sont en flux constant. À tout moment, des groupes de microtubules peuvent être en train de se dissoudre, tandis que d'autres peuvent être en train de croître. Au fur et à mesure que le microtubule se développe, les hétérodimères (une protéine constituée de deux chaînes polypeptidiques) fournissent des capuchons à l'extrémité du microtubule, qui se détachent lorsqu'il se rétrécit pour être réutilisé. L'instabilité dynamique des microtubules est considérée comme un état stable par opposition à un véritable équilibre car ils ont une instabilité intrinsèque - se déplaçant dans et hors de forme.

La division cellulaire n'est pas seulement importante pour reproduire la vie, mais pour fabriquer de nouvelles cellules à partir d'anciennes. Les microtubules jouent un rôle important dans la division cellulaire en contribuant à la formation du fuseau mitotique, qui participe à la migration des chromosomes dupliqués lors de l'anaphase. En tant que "machine macromoléculaire", le fuseau mitotique sépare les chromosomes répliqués des côtés opposés lors de la création de deux cellules filles.

La polarité des microtubules, avec l'extrémité attachée étant un moins et l'extrémité flottante étant un positif, en fait un élément critique et dynamique pour le groupement et le but du fuseau bipolaire. Les deux pôles du fuseau, constitués de structures de microtubules, aident à séparer et à séparer de manière fiable les chromosomes dupliqués.

Les microtubules contribuent également aux parties de la cellule qui l'aident à se déplacer et sont des éléments structurels des cils, des centrioles et des flagelles. Le spermatozoïde mâle, par exemple, a une longue queue qui l'aide à atteindre sa destination désirée, l'ovule femelle. Appelé flagelle (le pluriel est flagelle), cette longue queue filiforme s'étend de l'extérieur de la membrane plasmique pour alimenter le mouvement de la cellule. La plupart des cellules – dans les cellules qui en possèdent – ​​ont généralement un à deux flagelles. Lorsque des cils existent sur la cellule, nombre d'entre eux s'étendent sur toute la surface de la membrane plasmique externe de la cellule.

Les cils sur les cellules qui tapissent les trompes de Fallope d'un organisme féminin, par exemple, aident à déplacer l'ovule vers sa rencontre fatidique avec le spermatozoïde lors de son voyage vers l'utérus. Les flagelles et les cils des cellules eucaryotes ne sont pas les mêmes structurellement que ceux trouvés dans les cellules procaryotes. Construit avec le même avec les microtubules, les biologistes appellent l'arrangement des microtubules un « tableau 9 + 2 » parce qu'un flagelle ou cil se compose de neuf paires de microtubules dans un anneau qui enferme un duo de microtubules dans le centre.

Les fonctions des microtubules nécessitent des protéines de tubuline, des emplacements d'ancrage et des centres de coordination pour les activités enzymatiques et autres activités chimiques au sein de la cellule. Dans les cils et les flagelles, la tubuline contribue à la structure centrale du microtubule, qui comprend les contributions d'autres structures telles que les bras de dynéine, les liens de nexine et les rayons radiaux. Ces éléments permettent la communication entre les microtubules, les maintenant ensemble d'une manière similaire à la façon dont les filaments d'actine et de myosine se déplacent pendant la contraction musculaire.

Même si les cils et les flagelles sont tous deux constitués de structures de microtubules, les manières dont ils se déplacent sont très différentes. Un seul flagelle propulse la cellule de la même manière que la queue d'un poisson déplace un poisson vers l'avant, dans un mouvement de fouet d'un côté à l'autre. Une paire de flagelles peut synchroniser ses mouvements pour propulser la cellule vers l'avant, comme le fonctionnement des bras d'un nageur lorsqu'il nage la brasse.

Les cils, beaucoup plus courts que le flagelle, recouvrent la membrane externe de la cellule. Le cytoplasme signale aux cils de se déplacer de manière coordonnée pour propulser la cellule dans la direction dont elle a besoin. Comme une fanfare, leurs mouvements harmonisés s'accordent tous au même batteur. Individuellement, le mouvement d'un cil ou d'un flagelle fonctionne comme celui d'une seule rame, traversant le milieu d'un coup puissant pour propulser la cellule dans la direction qu'elle doit suivre.

Cette activité peut se produire à des dizaines de coups par seconde, et un coup peut impliquer la coordination de milliers de cils. Au microscope, vous pouvez voir à quelle vitesse les ciliés réagissent aux obstacles de leur environnement en changeant rapidement de direction. Les biologistes étudient toujours comment ils réagissent si rapidement et n'ont pas encore découvert le mécanisme de communication par lequel les parties internes de la cellule indiquent aux cils et aux flagelles comment, quand et où aller.

Les microtubules servent de système de transport à l'intérieur de la cellule pour déplacer les mitochondries, les organites et les vésicules à travers la cellule. Certains chercheurs font référence à la manière dont ce processus fonctionne en comparant les microtubules à des bandes transporteuses, tandis que d'autres chercheurs les appellent un système de pistes par lequel les mitochondries, les organites et les vésicules se déplacent à travers le cellule.

En tant qu'usines d'énergie dans la cellule, les mitochondries sont des structures ou de petits organes dans lesquels se produisent la respiration et la production d'énergie – deux processus biochimiques. Les organites sont constitués de plusieurs structures petites mais spécialisées au sein de la cellule, chacune ayant ses propres fonctions. Les vésicules sont de petites structures en forme de sac qui peuvent contenir des fluides ou d'autres substances comme l'air. Des vésicules se forment à partir de la membrane plasmique, se pinçant pour créer un sac en forme de sphère entouré d'une bicouche lipidique.

La construction en forme de billes des microtubules sert de bande transporteuse, de piste ou d'autoroute pour transporter les vésicules, les organites et d'autres éléments à l'intérieur de la cellule vers les endroits où ils doivent aller. Les moteurs des microtubules dans les cellules eucaryotes comprennent kinésines, qui se déplacent vers l'extrémité plus du microtubule - l'extrémité qui se développe - et dynéines qui se déplacent vers l'extrémité opposée ou négative où le microtubule se fixe à la membrane plasmique.

En tant que protéines « motrices », les kinésines déplacent les organites, les mitochondries et les vésicules le long du microtubule filaments grâce au pouvoir d'hydrolyse de la monnaie énergétique de la cellule, l'adénosine triphosphate ou ATP. L'autre protéine motrice, la dynéine, parcourt ces structures dans la direction opposée le long des filaments de microtubules vers l'extrémité négative de la cellule en convertissant l'énergie chimique stockée dans l'ATP. Les kinésines et les dynéines sont les moteurs protéiques utilisés lors de la division cellulaire.

Des études récentes montrent que lorsque les protéines de dynéine marchent jusqu'au bout du côté négatif du microtubule, elles s'y rassemblent au lieu de tomber. Ils sautent à travers la travée pour se connecter à un autre microtubule pour former ce que certains scientifiques appellent des "asters", pensés par les scientifiques pour être un processus important dans la formation du fuseau mitotique en transformant les multiples microtubules en un seul configuration.

Le fuseau mitotique est une structure moléculaire "en forme de football" qui entraîne les chromosomes vers des extrémités opposées juste avant que la cellule ne se divise pour former deux cellules filles.

L'étude de la vie cellulaire se poursuit depuis l'invention du premier microscope dans la dernière partie du XVIe siècle, mais ce n'est qu'au cours des dernières décennies que des progrès ont eu lieu dans la biologie. Par exemple, les chercheurs n'ont découvert la protéine motrice kinésine-1 qu'en 1985 à l'aide d'un microscope optique amélioré par vidéo.

Jusque-là, les protéines motrices existaient comme une classe de molécules mystérieuses inconnues des chercheurs. À mesure que les développements technologiques progressent et que les études se poursuivent, les chercheurs espèrent approfondir la cellule pour découvrir tout ce qu'ils peuvent éventuellement apprendre sur le fonctionnement interne de la cellule afin en toute transparence.