Kokia yra pagrindinė mikrovamzdelių funkcija ląstelėje?

Mikrovamzdeliai tiksliai skamba: mikroskopiniai tuščiaviduriai vamzdeliai, randami eukariotų ląstelių viduje, ir kai kurios prokariotinių bakterijų ląstelės, kurios suteikia ląstelei struktūrą ir variklio funkcijas. Biologijos studentai studijų metu sužino, kad yra tik dviejų tipų ląstelės: prokariotinės ir eukariotinės.

Prokariotinės ląstelės sudaro vienaląsčius organizmus, esančius Archaea ir Bacteria srityse pagal Linnaean taksonomijos sistemą - biologinę klasifikavimo sistema, o eukariotinės ląstelės patenka į Eukarya sritį, kuri prižiūri protistus, augalus, gyvūnus ir grybus karalystės. Moneros karalystė nurodo bakterijas. Mikrovamzdeliai prisideda prie daugelio ląstelės funkcijų, kurios visos yra svarbios ląstelių gyvybei.

TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)

Mikrovamzdeliai yra mažos, tuščiavidurės, į granules panašios vamzdinės struktūros, padedančios ląstelėms išlaikyti savo formą. Kartu su mikrofilamentais ir tarpinėmis gijomis jie sudaro ląstelės citoskeletą, taip pat dalyvauja įvairiose ląstelės motorinėse funkcijose.

Kaip ląstelės citoskeleto dalis, mikrovamzdeliai prisideda prie:

• Formos suteikimas ląstelėms ir ląstelių membranoms.
• Ląstelių judėjimas, apimantis raumenų ląstelių susitraukimą ir dar daugiau.
• Konkrečių organelių transportavimas ląstelėje per mikrovamzdelių „kelius“ arba „konvejerio juostas“.
• Mitozė ir mejozė: chromosomų judėjimas ląstelių dalijimosi metu ir mitozės suklio sukūrimas.
  

Mikrovamzdeliai yra maži, tuščiaviduriai, į granules panašūs vamzdžiai ar vamzdeliai, kurių sienos yra sukonstruotos 13 protofilamentų apskritime, susidedančiame iš tubulino ir rutuliško baltymo polimerų. Mikrovamzdeliai primena miniatiūrines karoliuotų kiniškų pirštų gaudyklių versijas. Mikrovamzdeliai gali užaugti 1000 kartų, kol jų plotis. Pagaminta surenkant dimerius - viena molekulė arba dvi identiškos molekulės, sujungtos alfa ir beta tubulinu, - mikrovamzdeliai egzistuoja ir augalų, ir gyvūnų ląstelėse.

Augalų ląstelėse mikrovamzdeliai susidaro daugelyje ląstelės vietų, tačiau gyvūnų ląstelėse - mikrovamzdeliai prasideda nuo centrosomos, organelės šalia ląstelės branduolio, kuri taip pat dalyvauja ląstelėje padalijimas. Minusinis galas reiškia pritvirtintą mikrovamzdelio galą, o jo priešingybė yra pliuso galas. Mikrovamzdelis auga pliuso gale, polimerizuojantis tubulino dimerams, o išsiskyrę mikrovamzdeliai mažėja.

Mikrovamzdeliai suteikia ląstelei struktūrą, kuri padeda atsispirti suspaudimui, ir suteikia greitkelį, kuriame pūslelės (į maišelį panašios struktūros, pernešančios baltymus ir kitus krovinius) juda per ląstelę. Mikrovamzdeliai dalijimosi metu atskiria replikuotas chromosomas iki priešingų ląstelės galų. Šios struktūros gali veikti atskirai arba kartu su kitais ląstelės elementais, kad susidarytų sudėtingesnės struktūros, tokios kaip centriolės, blakstienos ar vėliavos.

Mikrovamzdeliai, kurių skersmuo yra tik 25 nanometrai, dažnai išsisklaido ir reformuojasi taip greitai, kaip to reikia ląstelei. Tubulino pusinės eliminacijos laikas yra tik apie dieną, tačiau mikrovamzdelis gali egzistuoti tik 10 minučių, nes jie yra pastovaus nestabilumo būsenoje. Šis nestabilumo tipas vadinamas dinaminiu nestabilumu, o mikrovamzdeliai gali kauptis ir išardyti, atsižvelgdami į ląstelės poreikius.

Į citoskeletą sudarančius komponentus įeina elementai, pagaminti iš trijų skirtingų baltymų rūšių - mikrofilamentų, tarpinių gijų ir mikrovamzdelių. Siauriausiose iš šių baltymų struktūrų yra mikrofilamentai, dažnai siejami su miozinu - į siūlą panašiu baltymu, kuris kartu su baltymu aktinu (ilgomis, plonomis skaidulomis, kurios taip pat vadinamos „plonaisiais siūlais“), padeda susitraukti raumenų ląsteles ir suteikia standumą bei formą ląstelė.

Mikrofilmai, mažos lazdelės formos struktūros, kurių vidutinis skersmuo yra nuo 4 iki 7 nm, taip pat prisideda prie ląstelių judėjimo, be jų atliekamo darbo citoskelete. Tarpiniai siūlai, kurių vidutinis skersmuo yra 10 nm, veikia kaip surišimai, apsaugodami ląstelių organelius ir branduolį. Jie taip pat padeda ląstelei atlaikyti įtampą.

Mikrovamzdeliai gali atrodyti visiškai stabilūs, tačiau jie nuolat kinta. Bet kurią akimirką mikrovamzdelių grupės gali ištirpti, o kitos - augti. Mikrovamzdeliui augant, heterodimeriai (baltymas, susidedantis iš dviejų polipeptidinių grandinių) suteikia mikrovamzdelio galus, kurie atsilaisvina, kai jis vėl susitraukia ir vėl naudojamas. Dinaminis mikrovamzdelių nestabilumas laikomas pastoviąja būsena, priešingai nei tikra pusiausvyra, nes jos turi vidinį nestabilumą - juda į formą ir iš jos.

Ląstelių dalijimasis svarbus ne tik norint atkurti gyvybę, bet ir padaryti naujas ląsteles iš senų. Mikrovamzdeliai vaidina svarbų vaidmenį dalijantis ląstelėmis, prisidedant prie mitozinio verpstės susidarymo, kuris vaidina svarbų pasikartojančių chromosomų migraciją anafazės metu. Kaip „makromolekulinė mašina“, sukurdama dvi dukterines ląsteles, mitozinė verpstė atskiria replikuotas chromosomas į priešingas puses.

Mikrovamzdelių poliškumas, kai pritvirtintas galas yra minusas, o plūduriuojantis galas yra teigiamas, daro jį kritiniu ir dinamišku elementu bipolinio suklio grupavimui ir paskirčiai. Du verpstės poliai, pagaminti iš mikrovamzdelių struktūrų, padeda patikimai atskirti ir atskirti pasikartojančias chromosomas.

Mikrovamzdeliai taip pat prisideda prie ląstelės dalių, kurios padeda jai judėti, ir yra struktūriniai blakstienų, centriolių ir vėliavėlių elementai. Pavyzdžiui, vyriška spermatozoidų ląstelė turi ilgą uodegą, kuri padeda pasiekti norimą tikslą - moterišką kiaušialąstę. Vadinama „flagellum“ (daugiskaita yra „flagella“), ta ilga, siūlus primenanti uodega tęsiasi nuo plazmos membranos išorės, kad paskatintų ląstelės judėjimą. Dauguma ląstelių - ląstelėse, kurios jas turi - paprastai turi nuo vienos iki dviejų vėliavėlių. Kai ląstelėje yra blakstienos, daugelis jų plinta visu ląstelės išorinės plazmos membranos paviršiumi.

Pavyzdžiui, ląstelių blakstienos, išklojančios moters organizmo kiaušintakius, padeda perkelti kiaušialąstę į lemtingą susitikimą su spermos ląstele, vykstančia į gimdą. Eukariotinių ląstelių vėliava ir blakstienos struktūriškai nėra tokios pačios, kaip ir prokariotinėse ląstelėse. Sukurtas tuo pačiu su mikrovamzdeliais, biologai mikrovamzdelių išdėstymą vadina „9 + 2 masyvu“, nes flagellum arba cilium susideda iš devynių mikrovamzdelių porų žiede, kuris gaubia mikrovamzdelių duetą. centre.

Mikrovamzdelių funkcijoms reikalingi tubulino baltymai, tvirtinimo vietos ir koordinaciniai centrai fermentų ir kitoms cheminėms veikloms ląstelėje. Cilia ir flagella tubulinas prisideda prie centrinės mikrovamzdelio struktūros, kuri apima kitų struktūrų, tokių kaip dyneino rankos, nexino grandinės ir radialiniai stipinai, indėlį. Šie elementai leidžia bendrauti tarp mikrovamzdelių, laikydami juos kartu panašiai kaip aktino ir miozino gijos juda raumenų susitraukimo metu.

Nors ir blakstienos, ir žievė susideda iš mikrovamzdelių struktūrų, jų judėjimo būdai skiriasi. Vienas pavėsinė varo ląstelę panašiai, kaip žuvies uodega, judėdama į priekį, į šoną į botagą panašiu judesiu. Vėliavėlių pora gali sinchronizuoti savo judesius, kad judėtų ląstelė į priekį, pavyzdžiui, kaip plaukiko rankos veikia plaukiant krūtinės smūgiu.

Cilia, daug trumpesnė nei flagellum, padengia išorinę ląstelės membraną. Citoplazma signalizuoja blakstienas judėti koordinuotai, kad ląstelė būtų varoma reikiama kryptimi. Kaip ir žygio grupė, jų harmoningi judesiai laiku pereina prie to paties būgnininko. Atskirai ciliumo ar flagelio judėjimas veikia kaip vieno irklo judėjimas, galingu smūgiu pereidamas per terpę, kad ląstelė būtų varoma reikiama kryptimi.

Ši veikla gali pasireikšti dešimtimis insultų per sekundę, o vienas smūgis gali apimti tūkstančių blakstienų koordinaciją. Pagal mikroskopą galite pamatyti, kaip greitai ciliarai reaguoja į kliūtis savo aplinkoje, greitai pakeisdami kryptis. Biologai vis dar tiria, kaip jie reaguoja taip greitai, ir dar neatrado ryšio mechanizmo, pagal kurį vidinės ląstelės dalys nurodo blakstienoms ir vėliavoms, kaip, kada ir kur eiti.

Mikrovamzdeliai tarnauja kaip transportavimo sistema ląstelėje, kad per ląstelę judėtų mitochondrijos, organeliai ir pūslelės. Kai kurie tyrinėtojai nurodo šio proceso veikimo būdą, lygindami mikrovamzdelius, panašius į konvejerio juostas kiti tyrėjai juos vadina bėgių sistema, kuria mitochondrijos, organeliai ir pūslelės juda per ląstelė.

Kaip ląstelės energijos gamyklos mitochondrijos yra struktūros arba maži organai, kuriuose vyksta kvėpavimas ir energijos gamyba - abu biocheminiai procesai. Organelės susideda iš kelių mažų, bet specializuotų ląstelės struktūrų, kurių kiekviena turi savo funkcijas. Pūslelės yra mažos į maišelį panašios struktūros, kuriose gali būti skysčių ar kitų medžiagų, pavyzdžiui, oro. Pūslelės susidaro iš plazmos membranos, nusispaudusios, kad būtų sukurtas į rutulį panašus maišelis, kurį uždaro dvigubas lipidų sluoksnis.

Mikrovamzdelių formos, panašios į karoliukus, yra konvejerio juosta, kelias ar magistralė, kad pūslelės, organelės ir kiti elementai būtų pernešti ląstelėje į vietas, į kurias jiems reikia eiti. Eukariotų ląstelių mikrovamzdelių varikliai apima kinezinai, kurios juda į pliusinį mikrovamzdelio galą - galą, kuris auga - ir dyneinai kurie juda į priešingą arba minusinį galą, kur mikrovamzdelis tvirtinasi prie plazmos membranos.

Būdami „motoriniais“ baltymais, kinezinai per mikrovamzdelį judina organelius, mitochondrijas ir pūsleles gijos per ląstelės energijos valiutos, adenozino trifosfato, hidrolizės galią arba ATP. Kitas variklio baltymas, dyneinas, eina šias struktūras priešinga kryptimi palei mikrovamzdelių gijas link minuso ląstelės galo, paversdamas ATP sukauptą cheminę energiją. Tiek kinezinai, tiek dyneinai yra baltymų varikliai, naudojami ląstelių dalijimosi metu.

Naujausi tyrimai rodo, kad kai dyneino baltymai eina iki mikrovamzdelio minusinės pusės galo, jie ten susirenka, o ne nukrenta. Jie šokinėja per tarpą, kad prisijungtų prie kito mikrovamzdelio, kad susidarytų tai, ką kai kurie mokslininkai vadina „astrais“, kaip manė mokslininkai būti svarbus mitozinio verpstės susidarymo procesas, sukeldamas kelias mikrovamzdeles į vieną konfigūracija.

Mitozinė verpstė yra „futbolo formos“ molekulinė struktūra, kuri chromosomas tempia į priešingus galus prieš pat ląstelei suskaidant, kad susidarytų dvi dukterinės ląstelės.

Ląstelių gyvenimo tyrimas tęsiasi nuo pirmojo mikroskopo išradimo antrojoje dalyje XVI a., tačiau tik pastaraisiais dešimtmečiais pažanga įvyko korinio ryšio srityje biologija. Pavyzdžiui, mokslininkai motorinį baltymą kineziną-1 atrado tik 1985 m., Naudodami vaizdo įrašais sustiprintą šviesos mikroskopą.

Iki to laiko motoriniai baltymai egzistavo kaip paslaptingų molekulių klasė, nežinoma tyrėjams. Tobulėjant technologijoms ir tęsiantis tyrimams, mokslininkai tikisi gilintis į ląstelę sužinoti viską, ką jie gali sužinoti, kaip veikia vidinis ląstelės darbas sklandžiai.