צינורות מיקרו הם בדיוק איך הם נשמעים: צינורות חלולים מיקרוסקופיים שנמצאים בתוך תאים אוקריוטיים וכמה תאי חיידק פרוקריוטיים המספקים פונקציות מבניות ותנועות לתא. סטודנטים לביולוגיה לומדים במהלך לימודיהם כי ישנם רק שני סוגים של תאים: פרוקריוטים ואוקריוטים.
תאים פרוקריוטים מהווים את האורגניזמים החד תאיים שנמצאים בתחומי ארכאה וחיידקים תחת מערכת הטקסונומיה הלינאית, ביולוגית מערכת סיווג של כל החיים, בעוד שתאים אוקריוטים נופלים תחת תחום האוקריה, המפקח על הפרוטיסט, הצמח, החיה והפטריות. ממלכות. ממלכת מונרה מתייחסת לחיידקים. מיקרו-צינורות תורמים לתפקודים מרובים בתוך התא, שכולם חשובים לחיי הסלולר.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
צינורות מיקרו הם מבנים צינוריים זעירים, חלולים ודמויי חרוזים המסייעים לתאים לשמור על צורתם. יחד עם מיקרו-חוטים וחוטים ביניים, הם יוצרים את השלד הציטו של התא, כמו גם משתתפים במגוון פונקציות מוטוריות עבור התא.
פונקציות עיקריות של צינוריות בתוך התא
כחלק משלד התא, מיקרו צינורות תורמים ל:
- מתן צורה לתאים ולממברנות התאיות.
- תנועת תאים הכוללת כיווץ בתאי שריר ועוד.
- הובלה של אברונים ספציפיים בתוך התא דרך "כבישים" או "מסועים".
- מיטוזה ומיוזה: תנועה של כרומוזומים במהלך חלוקת תאים ויצירת הציר המיטוטי.
מה הם: רכיבי מיקרובובולה ובנייה
צינורות המיקרו הם צינורות קטנים או חלולים דמויי חרוזים או צינורות עם קירות הבנויים במעגל של 13 סיבי פרוטו המורכבים מפולימרים של טובולין וחלבון כדור. צינורות מיקרו דומים לגרסאות ממוזערות של מלכודות אצבעות סיניות בחרוזים. צינורות מיקרו יכולים לגדול פי 1,000 מרוחבם. מיוצר על ידי הרכבת דימרים - מולקולה אחת, או שתי מולקולות זהות המחוברות זו לזו של אלפא ובטא טובולין - מיקרו-צינוריות קיימות הן בתאי הצומח והן בתאי החי.
בתאי הצמח מיקרו-צינורות נוצרים באתרים רבים בתוך התא, אך בתאים של בעלי-חיים, צינורות התחל בצנטרוזום, אברון ליד גרעין התא שמשתתף גם בתא חֲלוּקָה. קצה המינוס מייצג את הקצה המחובר של המיקרו-צינור ואילו ההפך שלו הוא הקצה הפלוס. המיקרובוביה צומחת בקצה הפלוס באמצעות פילמור של דימרים טובולינים, והמיקרו-צינורות מתכווצים עם שחרורם.
צינורות מיקרו נותנים מבנה לתא כדי לעזור לו להתנגד לדחיסה ולספק כביש מהיר בו שלפוחיות (מבנים דמויי שק המעבירים חלבונים ומטענים אחרים) עוברות על פני התא. מיקרו-צינורות מפרידים גם כרומוזומים משוכפלים לקצוות מנוגדים של תא במהלך החלוקה. מבנים אלה יכולים לעבוד לבד או בשילוב עם אלמנטים אחרים בתא ליצירת מבנים מסובכים יותר כמו צנטריולות, סיליות או דגלים.
בקטרים של 25 ננומטר בלבד, מיקרו-צינורות מתפרקים לעיתים קרובות ומתחדשים מהר ככל שהתא זקוק להם. מחצית החיים של טובולין היא בערך יממה, אך מיקרו-צינור עשוי להתקיים רק 10 דקות מכיוון שהם נמצאים במצב מתמיד של חוסר יציבות. סוג זה של חוסר יציבות נקרא חוסר יציבות דינמי, ומיקרו צינורות יכולים להרכיב ולהתפרק בתגובה לצרכי התא.
צינוריות מיקרו-שלד התא
המרכיבים המרכיבים את השלד הציטודי כוללים אלמנטים העשויים משלושה סוגים שונים של חלבונים - מיקרו פילמנטים, חוטים בינוניים ומיקרו צינורות. הצר ביותר מבין מבני החלבון הללו כולל מיקרו פילמנטים, הקשורים לעיתים קרובות למיוזין, היווצרות חלבון דמוי חוט, אשר בשילוב עם החלבון אקטין (סיבים ארוכים ודקים המכונים גם חוטים "דקים"), מסייע בכיווץ תאי השריר ומספק נוקשות וצורה ל תָא.
מיקרופילמנטים, מבנים דמויי מוט קטנים וקוטרם הממוצע בין 4 ל -7 ננומטר, תורמים גם הם לתנועה סלולרית בנוסף לעבודה שהם מבצעים בשלד הציטו. חוטי הביניים, בקוטר של 10 ננומטר בממוצע, מתנהגים כמו קשירה על ידי אבטחת אברוני התא והגרעין. הם גם עוזרים לתא לעמוד במתח.
צינורות מיקרו ואי יציבות דינמית
מיקרו-צינורות עשויים להראות יציבים לחלוטין, אך הם נמצאים בשטף מתמיד. בכל רגע, קבוצות של מיקרו-צינורות עשויות להימצא, ואילו אחרות יכולות להיות בתהליך צמיחה. עם צמיחת המיקרו-צינור, הטרודימרים (חלבון המורכב משתי שרשראות פוליפפטיד) מספקים כובעים לקצה המיקרו-צינור, אשר יורדים כאשר הוא מתכווץ לשימוש שוב. חוסר היציבות הדינמי של המיקרו-צינורות נחשב למצב יציב לעומת שיווי משקל אמיתי מכיוון שיש להם חוסר יציבות מהותי - לנוע ולצאת מהצורה.
מיקרובוביות, חלוקת תאים וציר מיטוטי
חלוקת תאים חשובה לא רק להעתקת חיים, אלא לייצור תאים חדשים מהישן. למיקרו-צינורות תפקיד חשוב בחלוקת התאים בכך שהם תורמים להיווצרות הציר המיטוטי, אשר ממלא תפקיד בנדידת הכרומוזומים המשוכפלים במהלך אנאפאזה. כ"מכונה מקרומולקולרית ", הציר המיטוטי מפריד כרומוזומים משוכפלים לצדדים מנוגדים בעת יצירת שני תאי בת.
הקוטביות של צינורות המיקרו, כאשר הקצה המחובר הוא מינוס והקצה הצף חיובי, הופך אותו לאלמנט קריטי ודינמי לקיבוץ ציר דו-קוטבי ולמטרה. שני הקטבים של הציר, עשויים ממבני מיקרו-צינור, עוזרים להפריד ולהפריד בין כרומוזומים משוכפלים באופן אמין.
מיקרובוביות נותנות מבנה לסיליה ולפלאגום
מיקרו-צינורות תורמים גם לחלקי התא המסייעים לו לנוע ומהווים אלמנטים מבניים של סיליה, צנטריולות ופלגלה. לתא הזרע הגברי למשל, יש זנב ארוך המסייע לו להגיע ליעדו הרצוי, הביצית הנשית. נקרא דגל (הרבים הוא פלאגלה), הזנב הארוך, דמוי החוט, משתרע מהחלק החיצוני של קרום הפלזמה כדי להניע את תנועת התא. לרוב התאים - בתאים שיש בהם - יש בדרך כלל דגל אחד לשניים. כאשר קיימות סיליות בתא, רבות מהן מתפשטות על פני השטח המלא של קרום הפלזמה החיצוני של התא.
הסיליות בתאים שמרפדות את החצוצרות של אורגניזם נקבה, למשל, עוזרות להעביר את הביצית למפגש הגורלי שלה עם תא הזרע במסעו אל הרחם. הדגלים והסיליות של תאים אוקריוטים אינם זהים מבנית לאלה שנמצאים בתאים פרוקריוטים. נבנה עם אותו עם צינורות מיקרו, ביולוגים מכנים את סידור המיקרובולה "מערך 9 + 2" מכיוון ש דגל או צליום מורכב מתשעה זוגות מיקרו צינורות בטבעת הסוגרת צמד מיקרו צינורות בתוך מֶרְכָּז.
פונקציות מיקרוטובולה דורשות חלבוני טובולין, מיקומי עיגון ומרכזי תיאום לפעילות אנזים וכימיקלים אחרים בתא. ב cilia ו flagella, טובולין תורם למבנה המרכזי של microtubule, הכולל תרומות ממבנים אחרים כמו זרועות dynein, קישורי nexin ו חישורים רדיאליים. אלמנטים אלה מאפשרים תקשורת בין צינוריות, ומחזיקים אותם בצורה הדומה לאופן שבו חוטים של אקטין ומיוזין נעים במהלך כיווץ השרירים.
תנועת הסיליה והפלגלום
למרות שגם הסיליה וגם הדגל מורכבים ממבנים מיקרובוביים, דרכי התנועה שלהם שונות באופן שונה. דגל בודד מניע את התא באופן זהה לזה שזנב הדג מזיז דג קדימה, בתנועה דמוית שוט מצד לצד. זוג דגלים עשויים לסנכרן את תנועותיהם כדי להניע את התא קדימה, כמו כיצד פועלות זרועותיו של שחיינית כשהיא שוחה את מכת השד.
Cilia, הרבה יותר נמוך מאשר דגל, מכסה את הקרום החיצוני של התא. הציטופלזמה מאותתת לסיליות לנוע בצורה מתואמת כדי להניע את התא בכיוון שהוא צריך ללכת. כמו להקה צועדת, תנועותיהן ההרמוניות צועדות בזמן לאותו המתופף. באופן אינדיבידואלי, תנועת סיליום או דגל פועלת כמו של משוט יחיד ועוברת במדיום במכה חזקה כדי להניע את התא בכיוון שהוא צריך ללכת.
פעילות זו עשויה להתרחש בעשרות פעימות לשנייה, ואירוע מוחי אחד עשוי להיות כרוך בתיאום של אלפי סיליות. תחת מיקרוסקופ, אתה יכול לראות כמה מהר מגיבים מגיבים למכשולים בסביבתם על ידי שינוי כיוונים במהירות. ביולוגים עדיין חוקרים כיצד הם מגיבים כל כך מהר ועדיין לא גילו את מנגנון התקשורת שבאמצעותו החלקים הפנימיים של התא מספרים לסיליות ולדגלים איך, מתי ולאן ללכת.
מערכת התחבורה של התא
מיקרובובולות משמשות כמערכת התחבורה בתוך התא להעברת המיטוכונדריה, אברונים ושלפוחיות דרך התא. ישנם חוקרים המתייחסים לאופן בו פועל תהליך זה על ידי השוואת צינורות מיקרו הדומים לרצועות מסוע, בעוד חוקרים אחרים מכנים אותם כמערכת מסלול שבאמצעותה המיטוכונדריה, האברונים והשלפוחית נעים דרך תָא.
כמפעלי אנרגיה בתא, המיטוכונדריה היא מבנים או איברים קטנים בהם מתרחשים נשימה וייצור אנרגיה - שניהם תהליכים ביוכימיים. אברונים מורכבים ממספר מבנים קטנים אך מיוחדים בתוך התא, כל אחד עם פונקציות משלו. שלפוחית הם מבנים דמויי שק קטנים שיכולים להכיל נוזלים או חומרים אחרים כמו אוויר. שלפוחיות נוצרות מקרום הפלזמה, צובטות ליצירת שק דמוי כדור המוקף על ידי שכבה דו שומנית.
שתי קבוצות עיקריות של מנועי מיקרו-טובולה
הבנייה דמוית החרוזים של מיקרו-צינורות משמשת כמסוע, מסלול או כביש מהיר להובלת שלפוחיות, אברונים ואלמנטים אחרים בתוך התא למקומות שהם צריכים להגיע אליהם. מנועי מיקרוטובולה בתאים אוקריוטיים כוללים קינסינים, שעוברים לקצה הפלוס של המיקרו-צינור - הקצה שצומח - ו דיינינים שעוברים לקצה הנגדי או המינוס שבו המיקרו-צינור מתחבר לקרום הפלזמה.
כחלבונים "מוטוריים", קינזינים מעבירים אברונים, מיטוכונדריה ושלפוחית לאורך המיקרובולה חוטים באמצעות כוח ההידרוליזה של מטבע האנרגיה של התא, אדנוזין טריפוספט או ATP. החלבון המוטורי האחר, דיינין, עובר מבנים אלה בכיוון ההפוך לאורך חוטים צינוריים לעבר קצה מינוס התא על ידי המרת האנרגיה הכימית המאוחסנת ב- ATP. הן הקינזינים והן הדינינים הם מנועי החלבון המשמשים במהלך חלוקת התאים.
מחקרים אחרונים מראים שכאשר חלבוני דינין הולכים לקצה הצד המינוס של המיקרו-צינור, הם מתכנסים שם במקום ליפול. הם קופצים על פני הטווח כדי להתחבר למיקרו-צינור אחר כדי ליצור מה שחלק מהמדענים מכנים "אסטרס", כך חשבו המדענים להיות תהליך חשוב ביצירת הציר המיטוטי על ידי הפיכת המיקרו-צינורות המרובים ליחיד תְצוּרָה.
הציר המיטוטי הוא מבנה מולקולרי "בצורת כדורגל" שגורר כרומוזומים לקצוות מנוגדים ממש לפני שהתא מתפצל ליצירת שני תאי בת.
הלימודים עדיין נמשכים
חקר חיי הסלולר נמשך מאז המצאת המיקרוסקופ הראשון בחלקו האחרון של המאה ה -16, אך רק בעשורים האחרונים התרחשה ההתקדמות בסלולר ביולוגיה. לדוגמא, חוקרים גילו את החלבון המוטורי kinesin-1 רק בשנת 1985 בעזרת מיקרוסקופ אור משופר בווידיאו.
עד לאותה נקודה היו חלבונים מוטוריים כמעמד של מולקולות מסתוריות שלא היו ידועות לחוקרים. ככל שהתפתחויות הטכנולוגיה מתקדמות והמחקרים נמשכים, החוקרים מקווים להעמיק בתא כדי לגלות את כל מה שהם יכולים ללמוד על אופן הפעולה הפנימית של התא כך בצורה חלקה.