Apa Fungsi Utama Mikrotubulus Dalam Sel?

Mikrotubulus persis seperti bunyinya: tabung berongga mikroskopis yang ditemukan di dalam sel eukariotik dan beberapa sel bakteri prokariotik yang menyediakan struktur dan fungsi motorik untuk sel. Siswa biologi belajar selama studi mereka bahwa hanya ada dua jenis sel: prokariotik dan eukariotik.

Sel prokariotik membentuk organisme bersel tunggal yang ditemukan di domain Archaea dan Bakteri di bawah sistem taksonomi Linnaean. sistem klasifikasi semua kehidupan, sedangkan sel eukariotik termasuk dalam domain Eukarya, yang mengawasi protista, tumbuhan, hewan dan jamur. kerajaan. Kerajaan Monera mengacu pada bakteri. Mikrotubulus berkontribusi pada banyak fungsi di dalam sel, yang semuanya penting untuk kehidupan sel.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Mikrotubulus adalah struktur tubular kecil, berongga, seperti manik-manik yang membantu sel mempertahankan bentuknya. Seiring dengan mikrofilamen dan filamen menengah, mereka membentuk sitoskeleton sel, serta berpartisipasi dalam berbagai fungsi motorik sel.

Sebagai bagian dari sitoskeleton sel, mikrotubulus berkontribusi untuk:

• Memberi bentuk pada sel dan membran sel.
• Pergerakan sel, yang meliputi kontraksi pada sel otot dan banyak lagi.
• Transportasi organel tertentu di dalam sel melalui mikrotubulus "jalan raya" atau "sabuk konveyor."
• Mitosis dan meiosis: pergerakan kromosom selama pembelahan sel dan pembuatan gelendong mitosis.
  

Mikrotubulus adalah pipa atau tabung kecil, berongga, seperti manik-manik dengan dinding yang dibangun dalam lingkaran 13 protofilamen yang terdiri dari polimer tubulin dan protein globular. Mikrotubulus menyerupai versi miniatur dari jebakan jari Cina manik-manik. Mikrotubulus dapat tumbuh 1.000 kali lebih panjang dari lebarnya. Dibuat oleh perakitan dimer - satu molekul, atau dua molekul identik yang bergabung bersama dari tubulin alfa dan beta - mikrotubulus ada di sel tumbuhan dan hewan.

Pada sel tumbuhan, mikrotubulus terbentuk di banyak tempat di dalam sel, tetapi pada sel hewan, mikrotubulus mulai dari sentrosom, organel dekat inti sel yang juga berpartisipasi dalam sel divisi. Ujung minus mewakili ujung mikrotubulus yang terpasang sedangkan kebalikannya adalah ujung plus. Mikrotubulus tumbuh di ujung plus melalui polimerisasi dimer tubulin, dan mikrotubulus menyusut dengan pelepasannya.

Mikrotubulus memberikan struktur pada sel untuk membantunya menahan kompresi dan menyediakan jalan raya di mana vesikel (struktur seperti kantung yang mengangkut protein dan muatan lainnya) bergerak melintasi sel. Mikrotubulus juga memisahkan kromosom yang direplikasi ke ujung sel yang berlawanan selama pembelahan. Struktur ini dapat bekerja sendiri atau bersama dengan elemen lain dari sel untuk membentuk struktur yang lebih rumit seperti sentriol, silia atau flagela.

Dengan diameter hanya 25 nanometer, mikrotubulus sering bubar dan terbentuk kembali secepat yang dibutuhkan sel. Waktu paruh tubulin hanya sekitar satu hari, tetapi mikrotubulus mungkin hanya ada selama 10 menit karena mereka berada dalam keadaan ketidakstabilan yang konstan. Jenis ketidakstabilan ini disebut ketidakstabilan dinamis, dan mikrotubulus dapat merakit dan membongkar sebagai respons terhadap kebutuhan sel.

Komponen yang membentuk sitoskeleton termasuk elemen yang terbuat dari tiga jenis protein yang berbeda - mikrofilamen, filamen menengah dan mikrotubulus. Yang tersempit dari struktur protein ini termasuk mikrofilamen, sering dikaitkan dengan miosin, formasi protein seperti benang yang bila digabungkan dengan protein aktin (serat panjang dan tipis yang juga disebut filamen "tipis"), membantu mengontraksikan sel otot dan memberikan kekakuan dan bentuk pada otot. sel.

Mikrofilamen, struktur seperti batang kecil dengan diameter rata-rata antara 4 hingga 7 nm, juga berkontribusi pada pergerakan seluler selain pekerjaan yang mereka lakukan di sitoskeleton. Filamen perantara, rata-rata berdiameter 10 nm, bertindak seperti pengikat dengan mengamankan organel sel dan nukleus. Mereka juga membantu sel menahan ketegangan.

Mikrotubulus mungkin tampak benar-benar stabil, tetapi mereka selalu berubah. Pada suatu saat, kelompok mikrotubulus mungkin dalam proses pembubaran, sementara yang lain mungkin dalam proses pertumbuhan. Saat mikrotubulus tumbuh, heterodimer (protein yang terdiri dari dua rantai polipeptida) menyediakan tutup ke ujung mikrotubulus, yang lepas saat menyusut untuk digunakan lagi. Ketidakstabilan dinamis mikrotubulus dianggap sebagai keadaan mapan yang bertentangan dengan keseimbangan sejati karena mereka memiliki ketidakstabilan intrinsik - bergerak masuk dan keluar dari bentuk.

Pembelahan sel tidak hanya penting untuk mereproduksi kehidupan, tetapi untuk membuat sel-sel baru dari yang lama. Mikrotubulus memainkan peran penting dalam pembelahan sel dengan berkontribusi pada pembentukan gelendong mitosis, yang berperan dalam migrasi duplikat kromosom selama anafase. Sebagai "mesin makromolekul", gelendong mitosis memisahkan kromosom yang direplikasi ke sisi yang berlawanan saat membuat dua sel anak.

Polaritas mikrotubulus, dengan ujung terpasang menjadi minus dan ujung mengambang menjadi positif, menjadikannya elemen kritis dan dinamis untuk pengelompokan dan tujuan kumparan bipolar. Dua kutub gelendong, terbuat dari struktur mikrotubulus, membantu memisahkan dan memisahkan kromosom yang digandakan dengan andal.

Mikrotubulus juga berkontribusi pada bagian sel yang membantunya bergerak dan merupakan elemen struktural silia, sentriol, dan flagela. Sel sperma pria misalnya, memiliki ekor panjang yang membantunya mencapai tujuan yang diinginkan, sel telur wanita. Disebut flagel (bentuk jamaknya adalah flagela), ekor panjang seperti benang memanjang dari bagian luar membran plasma untuk menggerakkan gerakan sel. Sebagian besar sel – dalam sel yang memilikinya – umumnya memiliki satu hingga dua flagela. Ketika silia ada di sel, banyak dari mereka menyebar di sepanjang permukaan penuh membran plasma luar sel.

Silia pada sel yang melapisi saluran telur organisme wanita, misalnya, membantu memindahkan sel telur ke pertemuan yang menentukan dengan sel sperma dalam perjalanannya ke rahim. Flagela dan silia sel eukariotik secara struktural tidak sama dengan yang ditemukan pada sel prokariotik. Dibangun dengan mikrotubulus yang sama, ahli biologi menyebut susunan mikrotubulus sebagai "array 9 + 2" karena flagel atau silia terdiri dari sembilan pasang mikrotubulus dalam cincin yang membungkus duo mikrotubulus di pusat.

Fungsi mikrotubulus membutuhkan protein tubulin, lokasi penahan dan pusat koordinasi untuk enzim dan aktivitas kimia lainnya di dalam sel. Dalam silia dan flagela, tubulin berkontribusi pada struktur pusat mikrotubulus, yang mencakup kontribusi dari struktur lain seperti lengan dynein, tautan nexin, dan jari-jari radial. Elemen-elemen ini memungkinkan komunikasi antara mikrotubulus, menyatukannya dengan cara yang mirip dengan bagaimana filamen aktin dan miosin bergerak selama kontraksi otot.

Meskipun silia dan flagel terdiri dari struktur mikrotubulus, cara mereka bergerak sangat berbeda. Sebuah flagel tunggal mendorong sel dengan cara yang sama seperti ekor ikan menggerakkan ikan ke depan, dalam gerakan seperti cambuk dari sisi ke sisi. Sepasang flagela dapat menyinkronkan gerakan mereka untuk mendorong sel ke depan, seperti bagaimana fungsi lengan perenang saat dia berenang gaya dada.

Silia, jauh lebih pendek dari flagel, menutupi membran luar sel. Sitoplasma memberi sinyal silia untuk bergerak secara terkoordinasi untuk mendorong sel ke arah yang harus dituju. Seperti marching band, gerakan mereka yang harmonis semua langkah dalam waktu untuk drummer yang sama. Secara individual, gerakan silia atau flagel bekerja seperti dayung tunggal, melewati medium dengan pukulan yang kuat untuk mendorong sel ke arah yang harus dituju.

Aktivitas ini dapat terjadi pada lusinan pukulan per detik, dan satu pukulan mungkin melibatkan koordinasi ribuan silia. Di bawah mikroskop, Anda dapat melihat seberapa cepat ciliate merespons rintangan di lingkungan mereka dengan mengubah arah dengan cepat. Ahli biologi masih mempelajari bagaimana mereka merespons begitu cepat dan belum menemukan mekanisme komunikasi yang digunakan bagian dalam sel untuk memberi tahu silia dan flagela bagaimana, kapan, dan ke mana harus pergi.

Mikrotubulus berfungsi sebagai sistem transportasi di dalam sel untuk memindahkan mitokondria, organel dan vesikel melalui sel. Beberapa peneliti merujuk pada cara kerja proses ini dengan menyamakan mikrotubulus yang mirip dengan ban berjalan, sementara peneliti lain menyebut mereka sebagai sistem lintasan di mana mitokondria, organel, dan vesikel bergerak melalui sel.

Sebagai pabrik energi di dalam sel, mitokondria adalah struktur atau organ kecil di mana terjadi respirasi dan produksi energi – keduanya merupakan proses biokimia. Organel terdiri dari beberapa struktur kecil, tetapi khusus di dalam sel, masing-masing dengan fungsinya sendiri. Vesikel adalah struktur seperti kantung kecil yang mungkin berisi cairan atau zat lain seperti udara. Vesikel terbentuk dari membran plasma, terjepit untuk membuat kantung seperti bola yang tertutup oleh lapisan ganda lipid.

Konstruksi mikrotubulus seperti manik berfungsi sebagai ban berjalan, jalur atau jalan raya untuk mengangkut vesikel, organel, dan elemen lain di dalam sel ke tempat yang mereka tuju. Motor mikrotubulus dalam sel eukariotik meliputi: kinesin, yang bergerak ke ujung plus mikrotubulus – ujung yang tumbuh – dan dynein yang bergerak ke ujung yang berlawanan atau minus di mana mikrotubulus menempel pada membran plasma.

Sebagai protein "motor", kinesin menggerakkan organel, mitokondria, dan vesikel di sepanjang mikrotubulus filamen melalui kekuatan hidrolisis mata uang energi sel, adenosin trifosfat atau ATP. Protein motorik lainnya, dynein, berjalan pada struktur ini dalam arah yang berlawanan sepanjang filamen mikrotubulus menuju ujung minus sel dengan mengubah energi kimia yang disimpan dalam ATP. Baik kinesin dan dynein adalah motor protein yang digunakan selama pembelahan sel.

Studi terbaru menunjukkan bahwa ketika protein dynein berjalan ke ujung sisi minus mikrotubulus, mereka berkumpul di sana bukannya jatuh. Mereka melompat melintasi rentang untuk terhubung ke mikrotubulus lain untuk membentuk apa yang oleh beberapa ilmuwan disebut "aster", yang dianggap oleh para ilmuwan untuk menjadi proses penting dalam pembentukan gelendong mitosis dengan mengubah beberapa mikrotubulus menjadi satu konfigurasi.

Gelendong mitosis adalah struktur molekul "berbentuk sepak bola" yang menyeret kromosom ke ujung yang berlawanan tepat sebelum sel membelah untuk membentuk dua sel anak.

Studi tentang kehidupan seluler telah berlangsung sejak penemuan mikroskop pertama di bagian terakhir abad ke-16, tetapi hanya dalam beberapa dekade terakhir kemajuan telah terjadi di seluler biologi. Sebagai contoh, para peneliti hanya menemukan protein motor kinesin-1 pada tahun 1985 dengan menggunakan mikroskop cahaya yang disempurnakan dengan video.

Sampai saat itu, protein motorik ada sebagai kelas molekul misterius yang tidak diketahui oleh para peneliti. Seiring kemajuan teknologi, dan penelitian terus berlanjut, para peneliti berharap untuk mempelajari sel secara mendalam untuk mengetahui segala sesuatu yang mungkin dapat mereka pelajari tentang bagaimana cara kerja bagian dalam sel beroperasi begitu mulus.