Mikrotubule točno zvuče: mikroskopske šuplje cijevi pronađene unutar eukariotskih stanica i neke stanice prokariontskih bakterija koje pružaju strukturu i motoričke funkcije stanice. Studenti biologije tijekom studija nauče da postoje samo dvije vrste stanica: prokariontska i eukariotska.
Prokariotske stanice čine jednostanične organizme koji se nalaze u domenima Archaea i Bacteria u Linneovom sustavu taksonomije, biološkom klasifikacijski sustav cijelog života, dok eukariotske stanice spadaju pod domenu Eukarya, koja nadgleda protističke, biljne, životinjske i gljive kraljevstva. Kraljevstvo Monera odnosi se na bakterije. Mikrotubule pridonose višestrukim funkcijama unutar stanice, a sve su važne za stanični život.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Mikrotubule su malene, šuplje cjevaste strukture nalik zrncima koje pomažu stanicama da zadrže svoj oblik. Zajedno s mikrofilamentima i srednjim nitima, oni tvore citoskelet stanice, kao i sudjeluju u raznim motoričkim funkcijama stanice.
Glavne funkcije mikrotubula unutar stanice
Kao dio citoskeleta stanice, mikrotubule pridonose:
- Davanje oblika stanicama i staničnim membranama.
- Kretanje stanica, što uključuje kontrakciju u mišićnim stanicama i još više.
- Prijevoz određenih organela unutar ćelije putem "cestovnih prometnica" ili "transportnih traka" mikrotubula.
- Mitoza i mejoza: kretanje kromosoma tijekom stanične diobe i stvaranje mitotskog vretena.
Što su oni: Komponente mikrotubula i konstrukcija
Mikrotubule su male, šuplje cijevi ili cijevi slične zrncima sa zidovima izgrađenim u krugu od 13 protofilamenata koji se sastoje od polimera tubulina i globularnih proteina. Mikrotubule nalikuju minijaturiziranim inačicama zamki kineskih zrnaca zrnaca. Mikrotubule mogu narasti 1.000 puta duže od njihove širine. Izrađene skupom dimera - jedne molekule ili dvije identične molekule spojene alfa i beta tubulinom - mikrotubule postoje i u biljnim i u životinjskim stanicama.
U biljnim stanicama mikrotubule nastaju na mnogim mjestima unutar stanice, ali u životinjskim stanicama, mikrotubule započinju kod centrosoma, organele u blizini jezgre stanice koja također sudjeluje u stanici podjela. Minusni kraj predstavlja pričvršćeni kraj mikrotubule, dok je njegova suprotnost plus kraj. Mikrotubule rastu na plus strani polimerizacijom dimeta tubulina, a mikrotubule se smanjuju njihovim oslobađanjem.
Mikrotubule daju strukturu stanici kako bi joj pomogle da se odupre kompresiji i osiguravaju autocestu u kojoj se vezikule (strukture slične vrećicama koje prenose proteine i drugi teret) kreću kroz stanicu. Mikrotubule također razdvajaju replicirane kromosome na suprotne krajeve stanice tijekom diobe. Te strukture mogu djelovati same ili zajedno s drugim elementima stanice kako bi stvorile složenije strukture poput centriola, trepavica ili bičeva.
S promjerom od samo 25 nanometara, mikrotubule se često rastavljaju i reformiraju onoliko brzo koliko to stanica treba. Poluvrijeme tubulina je samo oko jedan dan, ali mikrotubule mogu postojati samo 10 minuta jer su u stalnom stanju nestabilnosti. Ova vrsta nestabilnosti naziva se dinamička nestabilnost, a mikrotubule se mogu sastaviti i rastaviti kao odgovor na potrebe stanice.
Mikrotubule i stanični citoskelet
Komponente koje čine citoskelet uključuju elemente izrađene od tri različite vrste proteina - mikrofilamenti, srednji filamenti i mikrotubule. Najuža od ovih proteinskih struktura uključuje mikrofilamente, često povezane s miozinom, tvorbom proteina nalik niti koja, kada se kombinira s bjelančevinom aktinom (duga, tanka vlakna koja se nazivaju i "tankim" nitima), pomaže u skupljanju mišićnih stanica i pruža krutost i oblik stanica.
Mikrofilamenti, male strukture poput štapića, prosječnog promjera između 4 do 7 nm, također doprinose staničnom kretanju uz posao koji obavljaju u citoskeletonu. Intermedijarni filamenti, prosječno promjera 10 nm, djeluju poput vezivanja osiguravajući stanične organele i jezgru. Oni također pomažu ćeliji da podnese napetost.
Mikrotubule i dinamička nestabilnost
Mikrotubule se mogu činiti potpuno stabilnima, ali su u stalnom toku. U bilo kojem trenutku, skupine mikrotubula mogu biti u procesu otapanja, dok su druge u procesu rasta. Kako mikrotubula raste, heterodimeri (protein koji se sastoji od dva polipeptidna lanca) pružaju čepove na kraju mikrotubule, koji se skidaju kad se opet skupi za upotrebu. Dinamička nestabilnost mikrotubula smatra se stabilnim stanjem za razliku od istinske ravnoteže jer imaju unutarnju nestabilnost - krećući se i izlazeći iz oblika.
Mikrotubule, stanični odjel i mitičko vreteno
Podjela stanica nije važna samo za reprodukciju života, već i za stvaranje novih stanica od starih. Mikrotubule igraju važnu ulogu u diobi stanica pridonoseći stvaranju mitotskog vretena, koje igra ulogu u migraciji dupliciranih kromosoma tijekom anafaze. Kao "makromolekularni stroj", mitotsko vreteno razdvaja replicirane kromosome na suprotne strane kada stvara dvije kćerke stanice.
Polaritet mikrotubula, s pričvršćenim krajem koji je minus, a plutajući kraj pozitivnim, čini ga kritičnim i dinamičnim elementom za grupiranje i svrhu bipolarnih vretena. Dva pola vretena, izrađena od struktura mikrotubula, pomažu u pouzdanom odvajanju i razdvajanju dupliciranih kromosoma.
Mikrotubule daju strukturu Cilii i Flagelumu
Mikrotubule također doprinose dijelovima stanice koji joj pomažu u kretanju i strukturni su elementi trepavica, centriola i bičeva. Na primjer, muška spermatozoida ima dugačak rep koji joj pomaže doći do željenog odredišta, ženske jajne stanice. Nazvan bičevom (množina je bičevi), taj dugački rep nalik nitima proteže se od vanjske strane plazmatske membrane da pokreće stanično kretanje. Većina stanica - u stanicama koje ih imaju - uglavnom imaju jednu do dvije bičeve. Kad trepavice postoje na stanici, mnogi od njih šire se duž cijele površine vanjske plazmatske membrane stanice.
Trepavice na stanicama koje oblažu jajovode ženskog organizma, na primjer, pomažu u premještanju jajne stanice na njezino sudbonosno okupljanje sa spermatozoidom na putu do maternice. Bičevi i cilije eukariotskih stanica strukturno nisu isti kao oni koji se nalaze u prokariotskim stanicama. Izgrađeni s istim mikrotubulama, biolozi aranžman mikrotubula nazivaju "nizom 9 + 2", jer flagellum ili cilium sastoji se od devet parova mikrotubula u prstenu koji zatvara dvojac mikrotubula u centar.
Za funkcije mikrotubula potrebni su proteini tubulina, mjesta sidrišta i koordinacijski centri za enzimske i druge kemijske aktivnosti unutar stanice. U cilijama i bičevima tubulin doprinosi središnjoj strukturi mikrotubule, što uključuje doprinose drugih struktura poput krakova dineina, neksinskih veza i radijalnih žbica. Ti elementi omogućuju komunikaciju između mikrotubula, držeći ih zajedno na način sličan onome kako se aktinski i miozinski filamenti kreću tijekom kontrakcije mišića.
Pokret Cilije i Flageluma
Iako se i trepavice i bičevi sastoje od struktura mikrotubula, načini na koji se kreću izrazito se razlikuju. Jedan bičevac pokreće stanicu na isti način na koji riblji rep pomiče ribu naprijed, kretanjem biča u stranu. Par bičeva može sinkronizirati svoje pokrete kako bi pokrenuo stanicu prema naprijed, na primjer kako ruke plivača funkcioniraju kada pliva dojkom.
Cilia, puno kraća od flageluma, prekriva vanjsku membranu stanice. Citoplazma signalizira cilijama da se koordinirano kreću i pokreću stanicu u smjeru u kojem treba ići. Poput marširajućih bendova, njihovi usklađeni pokreti koračaju u vremenu do istog bubnjara. Pojedinačno, pokret ciliuma ili flageluma djeluje poput pokreta jednog vesla, snažnim potezom prolazeći kroz medij pokrećući stanicu u smjeru u kojem treba ići.
Ova aktivnost može se dogoditi s desecima udaraca u sekundi, a jedan moždani udar može uključivati koordinaciju tisuća trepavica. Pod mikroskopom možete vidjeti koliko brzo trepljači reagiraju na prepreke u svom okruženju brzom promjenom smjera. Biolozi još uvijek proučavaju kako reagiraju tako brzo, a tek trebaju otkriti mehanizam komunikacije pomoću kojeg unutarnji dijelovi stanice govore trepavicama i bičevima kako, kada i kamo ići.
Prijevozni sustav stanice
Mikrotubule služe kao transportni sustav unutar stanice za kretanje mitohondrija, organela i vezikula kroz stanicu. Neki se istraživači pozivaju na način na koji ovaj proces djeluje uspoređujući mikrotubule slične transportnim trakama drugi ih istraživači nazivaju sustavom tragova kojim se mitohondriji, organeli i vezikule kreću kroz stanica.
Kao tvornice energije u stanici, mitohondriji su strukture ili mali organi u kojima se javljaju disanje i proizvodnja energije - oba biokemijska procesa. Organele se sastoje od više malih, ali specijaliziranih struktura unutar stanice, svaka sa svojim vlastitim funkcijama. Vezikule su male strukture slične vrećicama koje mogu sadržavati tekućine ili druge tvari poput zraka. Vezikule se stvaraju iz plazmatske membrane, prikliješte se i stvaraju vrećicu nalik kugli zatvorenoj lipidnim dvoslojem.
Dvije glavne skupine motora s mikrotubulama
Konstrukcija mikrotubula nalik na zrnce služi kao pokretna traka, staza ili autocesta za transport vezikula, organela i drugih elemenata unutar ćelije do mjesta koja trebaju proći. Motori mikrotubula u eukariotskim stanicama uključuju kinezini, koji se pomiču na plus kraj mikrotubule - kraj koji raste - i dineini koji se pomiču na suprotni ili minus kraj gdje se mikrotubula pričvršćuje na plazemsku membranu.
Kao "motorički" proteini, kinezini pokreću organele, mitohondrije i vezikule duž mikrotubule filamenti snagom hidrolize energetske valute stanice, adenozin trifosfata ili ATP. Drugi motorni protein, dinein, hoda tim strukturama u suprotnom smjeru duž filamenata mikrotubula prema minus kraju stanice pretvarajući kemijsku energiju pohranjenu u ATP. I kinezini i dineini su proteinski motori koji se koriste tijekom diobe stanica.
Nedavna istraživanja pokazuju da se proteini dinineina kada dođu na kraj minus strane mikrotubule okupljaju tamo umjesto da otpadnu. Skoče preko raspona kako bi se povezali s drugom mikrotubulom kako bi stvorili ono što neki znanstvenici nazivaju "astrama", za što su znanstvenici mislili da biti važan proces u stvaranju mitotskog vretena pretvaranjem više mikrotubula u jednu cjelinu konfiguracija.
Mitotsko vreteno je molekularna struktura "nogometnog oblika" koja vuče kromosome na suprotne krajeve neposredno prije razdvajanja stanice da bi stvorila dvije stanice kćeri.
Studije još uvijek traju
Proučavanje staničnog života traje od izuma prvog mikroskopa u drugom dijelu 16. stoljeća, ali tek je u posljednjih nekoliko desetljeća došlo do napretka u staničnim biologija. Na primjer, istraživači su otkrili motorni protein kinesin-1 tek 1985. godine pomoću svjetlosnog mikroskopa s pojačanim videom.
Do tada su motorički proteini postojali kao klasa tajanstvenih molekula nepoznatih istraživačima. Kako tehnološki razvoj napreduje, a studije se nastavljaju, istraživači se nadaju da će duboko zaroniti u stanicu kako bi saznali sve što mogu naučiti o tome kako funkcionira unutarnji rad stanice neprimjetno.