微小管はまさにそれらがどのように聞こえるかです：真核細胞といくつかの原核細菌細胞の内部に見られる微細な中空管は、細胞の構造と運動機能を提供します。 生物学の学生は、研究中に、原核生物と真核生物の2種類の細胞しかないことを学びます。
原核細胞は、生物学的であるリンネ分類体系の下で古細菌および細菌ドメインに見られる単細胞生物を構成します 真核細胞は原生生物、植物、動物、菌類を監督するEukaryaドメインに分類されますが、すべての生命の分類システム 王国。 モネラ界はバクテリアを指します。 微小管は細胞内の複数の機能に寄与しており、そのすべてが細胞の生命にとって重要です。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
微小管は、細胞がその形状を維持するのを助ける小さな、中空の、ビーズのような管状構造です。 マイクロフィラメントと中間径フィラメントとともに、それらは細胞の細胞骨格を形成するだけでなく、細胞のさまざまな運動機能に関与します。
細胞内の微小管の主な機能
細胞の細胞骨格の一部として、微小管は以下に寄与します：
- 細胞や細胞膜に形を与える。
- 筋細胞の収縮などを含む細胞の動き。
- 微小管「道路」または「コンベヤーベルト」を介した細胞内の特定の細胞小器官の輸送。
- 有糸分裂と減数分裂：細胞分裂中の染色体の動きと紡錘体の作成。
それらが何であるか：微小管コンポーネントと構造
微小管は、チューブリンと球状タンパク質のポリマーで構成される13個のプロトフィラメントの円で構成された壁を備えた小さな中空のビーズ状のパイプまたはチューブです。 微小管は、ビーズ状のチャイニーズフィンガートラップの小型化バージョンに似ています。 微小管はその幅の1,000倍の長さで成長する可能性があります。 二量体の集合体（単一分子、またはアルファチューブリンとベータチューブリンが結合した2つの同一分子）によって製造された微小管は、植物細胞と動物細胞の両方に存在します。
植物細胞では、微小管は細胞内の多くの部位で形成されますが、動物細胞では、微小管が形成されます 中心体、つまり細胞にも関与する細胞核近くの細胞小器官から始まります 分割。 マイナス端は微小管の付着端を表し、その反対側はプラス端です。 微小管は、チューブリン二量体の重合によってプラス端で成長し、微小管は放出とともに収縮します。
微小管は細胞に構造を与えて、細胞が圧縮に抵抗するのを助け、小胞（タンパク質や他の貨物を運ぶ嚢のような構造）が細胞を横切って移動する高速道路を提供します。 微小管はまた、分裂中に複製された染色体を細胞の両端に分離します。 これらの構造は、単独で、または細胞の他の要素と組み合わせて機能し、中心小体、繊毛、べん毛などのより複雑な構造を形成することができます。
直径がわずか25ナノメートルの微小管は、細胞が必要とするのと同じ速さで解散し、再形成することがよくあります。 チューブリンの半減期は約1日ですが、微小管は常に不安定な状態にあるため、10分間しか存在しない可能性があります。 このタイプの不安定性は動的不安定性と呼ばれ、微小管は細胞のニーズに応じて組み立てたり分解したりすることができます。
微小管と細胞の細胞骨格
細胞骨格を構成する成分には、マイクロフィラメント、中間径フィラメント、微小管の3種類のタンパク質から作られた要素が含まれます。 これらのタンパク質構造の中で最も狭いものには、ミオシンに関連することが多いマイクロフィラメントが含まれます。これは、結合すると糸状のタンパク質形成になります。 タンパク質アクチン（「細い」フィラメントとも呼ばれる長くて細い繊維）を使用すると、筋肉細胞を収縮させ、剛性と形状を提供します。 細胞。
マイクロフィラメントは、平均直径が4〜7 nmの小さな棒状の構造であり、細胞骨格で行われる作業に加えて、細胞の動きにも寄与します。 直径平均10nmの中間径フィラメントは、細胞小器官と核を固定することにより、タイダウンのように機能します。 それらはまた細胞が緊張に耐えるのを助けます。
微小管と動的不安定性
微小管は完全に安定しているように見えるかもしれませんが、それらは一定の流動状態にあります。 いつでも、微小管のグループは溶解の過程にあるかもしれませんが、他のグループは成長の過程にあるかもしれません。 微小管が成長するにつれて、ヘテロダイマー（2つのポリペプチド鎖からなるタンパク質）が微小管の末端にキャップを提供し、微小管が収縮すると再び使用できるようになります。 微小管の動的不安定性は、真の平衡状態とは対照的に、定常状態であると見なされます。これは、微小管が固有の不安定性を持っているためです。
微小管、細胞分裂および有糸分裂紡錘体
細胞分裂は、生命を再生するだけでなく、古い細胞から新しい細胞を作るためにも重要です。 微小管は、後期に複製された染色体の移動に関与する有糸分裂紡錘体の形成に寄与することにより、細胞分裂において重要な役割を果たします。 「高分子機械」として、有糸分裂紡錘体は、2つの娘細胞を作成するときに複製された染色体を反対側に分離します。
微小管の極性は、取り付けられた端がマイナスで、浮動端が正であるため、双極紡錘体のグループ化と目的にとって重要で動的な要素になります。 微小管構造から作られた紡錘体の2つの極は、複製された染色体を確実に分離および分離するのに役立ちます。
微小管は繊毛とべん毛に構造を与える
微小管はまた、細胞が動くのを助ける細胞の部分に寄与し、繊毛、中心小体、べん毛の構造要素です。 たとえば、男性の精子細胞は、目的の目的地である女性の卵子に到達するのに役立つ長い尾を持っています。 べん毛（複数形はべん毛）と呼ばれる、その長い糸のような尾は、細胞膜の外側から伸びて、細胞の動きに動力を与えます。 ほとんどの細胞は、それらを持っている細胞の中で、一般的に1つから2つのべん毛を持っています。 繊毛が細胞に存在する場合、それらの多くは細胞の外側の原形質膜の全面に沿って広がります。
たとえば、女性の有機体の卵管を裏打ちする細胞の繊毛は、子宮への移動中に精子細胞との運命的な出会いに卵子を移動させるのに役立ちます。 真核細胞のべん毛と繊毛は、原核細胞に見られるものと構造的に同じではありません。 微小管と同じように構築された生物学者は、微小管の配置を「9 +2アレイ」と呼んでいます。 べん毛または繊毛は、微小管デュオを囲むリング内の9つの微小管ペアで構成されています。 センター。
微小管機能には、チューブリンタンパク質、固定位置、および細胞内の酵素およびその他の化学的活性のための調整センターが必要です。 繊毛とべん毛では、チューブリンは微小管の中心構造に寄与します。これには、ダイニンアーム、ネキシンリンク、ラジアルスポークなどの他の構造からの寄与が含まれます。 これらの要素は微小管間のコミュニケーションを可能にし、筋肉の収縮中にアクチンとミオシンのフィラメントが動くのと同じように微小管を一緒に保持します。
繊毛とべん毛の動き
繊毛とべん毛はどちらも微小管構造で構成されていますが、その動き方は明らかに異なります。 単一のべん毛は、魚の尻尾が魚を前後に鞭のように動かすのと同じように、細胞を推進します。 べん毛のペアは、平泳ぎを泳いでいるときのスイマーの腕の機能のように、細胞を前方に推進するためにそれらの動きを同期させることがあります。
べん毛よりはるかに短い繊毛は、細胞の外膜を覆っています。 細胞質は繊毛に信号を送り、協調して移動し、細胞を必要な方向に推進します。 マーチングバンドのように、彼らの調和した動きはすべて同じドラマーに合わせて歩みます。 個々に、繊毛またはべん毛の動きは、単一のオールの動きのように機能し、強力なストロークで培地を通過して、細胞を必要な方向に推進します。
この活動は毎秒数十回の脳卒中で発生する可能性があり、1回の脳卒中は数千本の繊毛の調整を伴う可能性があります。 顕微鏡下では、方向をすばやく変えることで、繊毛虫が環境内の障害物にどれだけ速く反応するかを確認できます。 生物学者はまだ彼らがどのように素早く反応するかを研究しており、細胞の内部が繊毛とべん毛にどのように、いつ、どこに行くかを伝えるコミュニケーションメカニズムをまだ発見していません。
セルの輸送システム
微小管は、ミトコンドリア、細胞小器官、および小胞を細胞内で移動させるための細胞内の輸送システムとして機能します。 一部の研究者は、このプロセスがコンベヤーベルトに似た微小管に例えることによって機能する方法に言及していますが、 他の研究者は、ミトコンドリア、細胞小器官、小胞が通過するトラックシステムとしてそれらを参照しています 細胞。
細胞内のエネルギー工場であるミトコンドリアは、呼吸とエネルギー生成が発生する構造または小さな器官であり、どちらも生化学的プロセスです。 オルガネラは、細胞内の複数の小さいが特殊な構造で構成されており、それぞれが独自の機能を持っています。 小胞は小さな嚢のような構造であり、液体や空気などの他の物質が含まれている可能性があります。 小胞は原形質膜から形成され、ピンチオフして脂質二重層で囲まれた球形の嚢を作成します。
微小管モーターの2つの主要なグループ
微小管のビーズのような構造は、細胞内の小胞、細胞小器官、およびその他の要素を必要な場所に輸送するためのコンベヤーベルト、トラック、または高速道路として機能します。 真核細胞の微小管モーターには以下が含まれます キネシン、微小管のプラス端（成長する端）に移動し、 ダイニン 微小管が原形質膜に付着する反対側またはマイナス端に移動します。
「モーター」タンパク質として、キネシンは細胞小器官、ミトコンドリア、小胞を微小管に沿って移動させます 細胞のエネルギー通貨であるアデノシン三リン酸の加水分解力によるフィラメント またはATP。 もう1つのモータータンパク質であるダイニンは、ATPに蓄積された化学エネルギーを変換することにより、微小管フィラメントに沿って細胞のマイナス端に向かって反対方向にこれらの構造を歩きます。 キネシンとダイニンはどちらも、細胞分裂中に使用されるタンパク質モーターです。
最近の研究では、ダイニンタンパク質が微小管のマイナス側の端まで歩くと、落下するのではなく、そこに集まることが示されています。 彼らはスパンを飛び越えて別の微小管に接続し、一部の科学者が「アスター」と呼ぶものを形成します。 複数の微小管を単一に変形させることにより、有糸分裂紡錘体の形成における重要なプロセスである 構成。
有糸分裂紡錘体は、細胞が分裂して2つの娘細胞を形成する直前に、染色体を両端に引きずる「サッカーの形をした」分子構造です。
研究はまだ進行中
細胞の生命の研究は、後半の最初の顕微鏡の発明以来続けられてきました 16世紀の、しかしセルラーの進歩が起こったのは過去数十年のことです 生物学。 たとえば、研究者は、ビデオで強化された光学顕微鏡を使用して、1985年にモータータンパク質キネシン-1のみを発見しました。
その時点まで、モータータンパク質は研究者には知られていない不思議な分子のクラスとして存在していました。 技術開発が進み、研究が続くにつれて、研究者は細胞を深く掘り下げることを望んでいます 細胞の内部の働きがどのように機能するかについて彼らが学ぶことができるすべてを見つけるために シームレスに。