Kāda ir mikrotubulu galvenā funkcija šūnā?

Mikrocaurules ir tieši tādas, kā tās izklausās: mikroskopiskas dobas caurules, kas atrodamas eikariotu šūnu iekšienē, un dažas prokariotu baktēriju šūnas, kas nodrošina šūnas struktūru un motora funkcijas. Bioloģijas studenti studiju laikā uzzina, ka ir tikai divu veidu šūnas: prokariotu un eikariotu.

Prokariotu šūnas veido vienšūnas organismus, kas sastopami Archaea un Bacteria domēnos saskaņā ar Linnaean taksonomijas sistēmu - bioloģisku visas dzīves klasifikācijas sistēma, savukārt eikariotu šūnas ietilpst Eukarya domēnā, kas pārrauga protistu, augu, dzīvnieku un sēņu karaļvalstis. Monera valstība attiecas uz baktērijām. Mikrocaurules veicina vairākas funkcijas šūnā, kas visas ir svarīgas šūnu dzīvībai.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Mikrocaurules ir niecīgas, dobas, lodītēm līdzīgas cauruļveida struktūras, kas palīdz šūnām saglabāt savu formu. Kopā ar mikrofilamentiem un starpposma pavedieniem tie veido šūnas citoskeletu, kā arī piedalās dažādās šūnas motora funkcijās.

Kā daļa no šūnu citoskeleta mikrotubulīši veicina:

• Šūnu un šūnu membrānu formas piešķiršana.
• Šūnu kustība, kas ietver kontrakciju muskuļu šūnās un daudz ko citu.
• Konkrētu organoīdu transportēšana šūnā, izmantojot mikrocaurulīšu "ceļus" vai "konveijera lentes".
• Mitoze un mejoze: hromosomu kustība šūnu dalīšanās laikā un mitotiskās vārpstas izveide.
  

Mikrocaurules ir mazas, dobas, lodītēm līdzīgas caurules vai caurules ar sienām, kas izveidotas 13 protofilamentu lokā, kas sastāv no tubulīna un lodveida proteīna polimēriem. Mikrocaurules atgādina ķīniešu pirkstu slazdu miniaturizētas versijas. Mikrocaurules var izaugt 1000 reizes garākas par to platumu. Izgatavots, veidojot dimērus - viena molekula vai divas identiskas molekulas, kas savienotas kopā ar alfa un beta tubulīnu, mikrotubulīši pastāv gan augu, gan dzīvnieku šūnās.

Augu šūnās mikrotubulīši veidojas daudzās šūnas vietās, bet dzīvnieku šūnās - mikrocaurulītēs sākas pie centrozomas, organellas pie šūnas kodola, kas arī piedalās šūnā sadalīšana. Mīnus gals apzīmē pievienoto mikrocaurules galu, savukārt tā pretstats ir plus gals. Mikrocaurule aug plus galā, polimerizējot tubulīna dimērus, un mikrotubulas samazinās līdz ar to izdalīšanos.

Mikrociļņi piešķir šūnai struktūru, lai tā varētu pretoties saspiešanai, un nodrošina lielceļu, kurā pūslīši (maisiņveida struktūras, kas pārvadā olbaltumvielas un citas kravas) pārvietojas pa šūnu. Mikrociļņi dalīšanās laikā arī atdala replikētās hromosomas līdz pretējiem šūnas galiem. Šīs struktūras var darboties atsevišķi vai kopā ar citiem šūnas elementiem, veidojot sarežģītākas struktūras, piemēram, centrioles, cilijas vai flagellas.

Ar diametru, kas ir tikai 25 nanometri, mikrocaurulītes bieži izirst un reformējas tik ātri, cik šūnai nepieciešams. Tubulīna pusperiods ir tikai aptuveni diena, bet mikrocaurule var pastāvēt tikai 10 minūtes, jo tās atrodas nemainīgā nestabilitātes stāvoklī. Šāda veida nestabilitāti sauc par dinamisko nestabilitāti, un mikrotubulas var salikt un izjaukt, reaģējot uz šūnas vajadzībām.

Komponenti, kas veido citoskeletu, ietver elementus, kas izgatavoti no trīs dažādu veidu olbaltumvielām - mikrofilamentiem, starpposma pavedieniem un mikrotubulām. Šaurākā no šīm olbaltumvielu struktūrām ir mikrofilamenti, kas bieži saistīti ar miozīnu, diegveida olbaltumvielu veidošanos, kas, apvienojot ar olbaltumvielu aktīnu (garas, plānas šķiedras, kuras sauc arī par "plānām" pavedieniem), palīdz sarauties muskuļu šūnās un nodrošina stīvumu un formu šūna.

Mikrofilmas, mazas stienim līdzīgas struktūras ar vidējo diametru no 4 līdz 7 nm, papildus darbam, ko tās veic citoskeletā, veicina arī šūnu kustību. Starpposma pavedieni, kuru diametrs ir vidēji 10 nm, darbojas kā piesaistes, nostiprinot šūnu organellus un kodolu. Tie arī palīdz šūnai izturēt spriedzi.

Mikrocaurules var šķist pilnīgi stabilas, taču tās pastāvīgi plūst. Jebkurā brīdī mikrotubulu grupas var izšķīst, bet citas - augšanas procesā. Pieaugot mikrotubulim, heterodimēri (olbaltumviela, kas sastāv no divām polipeptīdu ķēdēm) nodrošina mikrotubuļa vāciņus, kas atdalās, kad tas atkal samazinās, lai tos atkal izmantotu. Mikrotuļļu dinamiskā nestabilitāte tiek uzskatīta par līdzsvarotu stāvokli pretstatā patiesajam līdzsvaram, jo ​​tiem ir raksturīga nestabilitāte - tie pārvietojas formā un ārpus tās.

Šūnu dalīšanās ir svarīga ne tikai dzīvības atražošanai, bet arī jaunu šūnu veidošanai no vecajām. Mikrotubuliem ir svarīga loma šūnu dalīšanās procesā, veicinot mitotiskās vārpstas veidošanos, kurai ir nozīme dublētu hromosomu migrācijā anafāzes laikā. Kā "makromolekulārā mašīna", veidojot divas meitas šūnas, mitotiskā vārpsta atdala replikētās hromosomas pretējām pusēm.

Mikrotuļļu polaritāte, pie kam piestiprinātais gals ir mīnus, bet peldošais - pozitīvs, padara to par kritisku un dinamisku elementu bipolāras vārpstas grupēšanai un mērķim. Divi vārpstas stabi, kas izgatavoti no mikrotubulu struktūrām, palīdz droši nošķirt un atdalīt dublētās hromosomas.

Mikrociļņi veicina arī šūnas daļas, kas palīdz tai pārvietoties, un ir cilšu, centriolu un flagellu strukturālie elementi. Piemēram, vīriešu spermas šūnai ir gara aste, kas palīdz tai sasniegt vēlamo mērķi - sieviešu olšūnu. Saukta par flagellu (daudzskaitlī ir flagella), ka garā, diegiem līdzīgā aste stiepjas no plazmas membrānas ārpuses, lai darbinātu šūnas kustību. Lielākajai daļai šūnu - šūnās, kurās tās ir - parasti ir viens līdz divi karogi. Kad šūnā pastāv cilijas, daudzas no tām izplatās pa visu šūnas ārējās plazmas membrānas virsmu.

Piemēram, cilītes uz šūnām, kas savieno sievietes organisma fallopijas caurules, palīdz pārvietot olšūnu liktenīgajā tikšanās reizē ar spermas šūnu, ceļojot uz dzemdi. Eikariotu šūnu flagellas un cilijas strukturāli nav tādas pašas kā prokariotu šūnās. Uzbūvēti ar to pašu ar mikrocaurulītēm, biologi mikrotubulu izkārtojumu sauc par "9 + 2 masīvu", jo flagellum vai cilium sastāv no deviņiem mikrotubulu pāriem gredzenā, kas mikrocaulu duetu ieslēdz centrā.

Mikrotuļļu funkcijām šūnā nepieciešami tubulīna proteīni, stiprinājuma vietas un koordinācijas centri fermentu un citu ķīmisko aktivitāšu veikšanai. Cilia un flagella tubulīns veicina mikrotubula centrālo struktūru, kas ietver citu struktūru, piemēram, dyneīna ieroču, nexin saišu un radiālo spieķu, ieguldījumu. Šie elementi ļauj sazināties starp mikrotubuliem, turot tos kopā līdzīgi kā aktīna un miozīna pavedieni pārvietojas muskuļu kontrakcijas laikā.

Lai gan gan cilija, gan karodziņš sastāv no mikrotubulu struktūrām, to pārvietošanās veidi ir atšķirīgi. Atsevišķs karodziņš dzen šūnu šādā veidā tādā pašā veidā, kā zivs aste pārvieto zivi uz priekšu, sānu pātagai līdzīgā kustībā. Pāris karogu var sinhronizēt savas kustības, lai virzītu šūnu uz priekšu, piemēram, kā peldētāja rokas darbojas, peldot krūts vēzienu.

Cilia, daudz īsāka nekā flagellum, pārklāj šūnas ārējo membrānu. Citoplazma signalizē cilijām par koordinētu kustību, lai virzītu šūnu virzienā, kurā tai jāiet. Tāpat kā soļojošā grupa, viņu saskaņotās kustības visu laiku nonāk pie viena un tā paša bundzinieka. Atsevišķi cilium vai flagellum kustība darbojas tāpat kā viena aira kustība, spēcīgā gājienā iziet cauri barotnei, lai virzītu šūnu virzienā, kurai tai jāiet.

Šī aktivitāte var notikt ar desmitiem insultu sekundē, un viens insults var ietvert tūkstošiem ciliju koordināciju. Mikroskopā jūs varat redzēt, cik ātri cilians reaģē uz šķēršļiem viņu vidē, ātri mainot virzienus. Biologi joprojām pēta, kā viņi reaģē tik ātri, un vēl nav atklājuši saziņas mehānismu, ar kura palīdzību šūnas iekšējās daļas stāsta cilijām un karodziņiem, kā, kad un kurp doties.

Mikrocaurules kalpo kā transporta sistēma šūnā, lai pārvietotu mitohondrijus, organellus un pūslīšus caur šūnu. Daži pētnieki atsaucas uz šī procesa darbību, salīdzinot mikrotubulus, kas ir līdzīgi konveijera lentēm citi pētnieki tos sauc par sliežu ceļu, pa kuru mitohondriji, organelli un pūslīši pārvietojas pa šūna.

Kā enerģijas rūpnīcas šūnā mitohondriji ir struktūras vai mazie orgāni, kuros notiek elpošana un enerģijas ražošana - abi bioķīmiskie procesi. Organelles sastāv no vairākām šūnā esošām mazām, bet specializētām struktūrām, kurām katrai ir savas funkcijas. Pūslīši ir mazas maisiņiem līdzīgas struktūras, kas var saturēt šķidrumus vai citas vielas, piemēram, gaisu. Pūslīši veidojas no plazmas membrānas, saspiežot, lai izveidotu sfērai līdzīgu maisiņu, ko norobežo lipīdu divslānis.

Mikrociļņu veida lodītes veida konstrukcija kalpo kā konveijera lente, sliežu ceļš vai šoseja, lai šūnā vezikulas, organoīdus un citus elementus nogādātu vietās, kur tām jāiet. Eukariotu šūnu mikrotubulu motori ietver kinezīni, kas pārvietojas uz mikrocaurules plus galu - galu, kas aug - un dyneīni kas pārvietojas uz pretējo vai mīnus galu, kur mikrocaurule piestiprinās plazmas membrānai.

Kā "motora" proteīni kinezīni pārvieto organoīdus, mitohondrijus un pūslīšus pa mikrotubulu pavedieni caur šūnas enerģijas valūtas, adenozīna trifosfāta, hidrolīzes spēku vai ATP. Otrs motora proteīns, dyneīns, staigā pa šīm struktūrām pretējā virzienā pa mikrotubulu pavedieniem virzienā uz mīnus šūnas galu, pārveidojot ATP uzkrāto ķīmisko enerģiju. Gan kinezīni, gan dyneīni ir olbaltumvielu motori, kurus izmanto šūnu dalīšanās laikā.

Jaunākie pētījumi rāda, ka tad, kad dyneīna proteīni iet līdz mikrotubula mīnus malas beigām, tie tur pulcējas, nevis nokrīt. Viņi lec pāri laidumam, lai izveidotu savienojumu ar citu mikrocauruli, lai izveidotu to, ko daži zinātnieki sauc par "asters", pēc zinātnieku domām būt nozīmīgam procesam mitotiskās vārpstas veidošanā, morfējot vairākus mikrotubulus vienā konfigurācija.

Mitotiskā vārpsta ir "futbola formas" molekulāra struktūra, kas velk hromosomas pretējos galos tieši pirms šūnas sadalīšanās, veidojot divas meitas šūnas.

Šūnu dzīves izpēte turpinās kopš pirmā mikroskopa izgudrošanas otrajā daļā gadsimtā, bet tikai pēdējās desmitgadēs attīstība ir notikusi mobilajā tīklā bioloģija. Piemēram, pētnieki motora proteīnu kinezīnu-1 atklāja tikai 1985. gadā, izmantojot ar video uzlabotu gaismas mikroskopu.

Līdz tam brīdim motorās olbaltumvielas pastāvēja kā noslēpumainu molekulu klase, kas pētniekiem nebija zināma. Kad tehnoloģiju attīstība attīstās un pētījumi turpinās, pētnieki cer dziļi iedziļināties šūnā lai uzzinātu visu, ko viņi, iespējams, var iemācīties, kā šūnas iekšējā darbība darbojas tā nemanāmi.