Hva er hovedfunksjonen til mikrotubuli i cellen?

Mikrotubuli er akkurat slik de høres ut: mikroskopiske hule rør som finnes i eukaryote celler og noen prokaryote bakterieceller som gir celleens struktur og motorfunksjoner. Biologistudenter lærer i løpet av studiene at det bare er to typer celler: prokaryotiske og eukaryotiske.

Prokaryote celler utgjør de encellede organismer som finnes i Archaea og Bacteria-domenene under det Linnéske taksonomisystemet, et biologisk klassifiseringssystem for hele livet, mens eukaryote celler faller under Eukarya-domenet, som fører tilsyn med protisten, planter, dyr og sopp riker. Monera-riket refererer til bakterier. Mikrotubuli bidrar til flere funksjoner i cellen, som alle er viktige for cellelivet.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Mikrotubuli er små, hule, perlelignende rørformede strukturer som hjelper celler med å opprettholde formen. Sammen med mikrofilamenter og mellomfilamenter danner de celleskjelettet i cellen, samt deltar i en rekke motorfunksjoner for cellen.

Som en del av celleskjelettet i cellen, bidrar mikrotubuli til:

• Gi form til celler og cellemembraner.
• Cellebevegelse, som inkluderer sammentrekning i muskelceller og mer.
• Transport av spesifikke organeller i cellen via mikrotubuli "veier" eller "transportbånd."
• Mitose og meiose: bevegelse av kromosomer under celledeling og dannelse av mitotisk spindel.
  

Mikrotubuli er små, hule, perlelignende rør eller rør med vegger konstruert i en sirkel av 13 protofilamenter som består av polymerer av tubulin og kuleprotein. Mikrotubuli ligner på miniatyrversjoner av perler med kinesiske fingerfeller. Mikrotubuli kan vokse 1000 ganger så lenge bredden. Fremstilt ved montering av dimerer - et enkelt molekyl eller to identiske molekyler sammenføyet med alfa- og beta-tubulin - finnes mikrotubuli i både plante- og dyreceller.

I planteceller dannes mikrotubuli på mange steder i cellen, men i dyreceller mikrotubuli begynn på sentrosomet, en organell nær cellekjernen som også deltar i cellen inndeling. Minusenden representerer den festede enden av mikrotubuli mens den motsatte er plussenden. Mikrotubuli vokser i plussenden gjennom polymerisering av tubulin-dimerer, og mikrotubuli krymper med frigjøring.

Mikrotubuli gir cellen struktur for å hjelpe den med å motstå kompresjon og for å gi en motorvei der vesikler (sekklignende strukturer som transporterer proteiner og annen last) beveger seg over cellen. Mikrotubuli skiller også replikerte kromosomer til motsatte ender av en celle under deling. Disse strukturene kan fungere alene eller sammen med andre elementer i cellen for å danne mer kompliserte strukturer som sentrioler, cilia eller flagella.

Med diametre på bare 25 nanometer oppløses mikrotubuli ofte og reformeres så raskt som cellen trenger dem. Halveringstiden til tubulin er bare omtrent en dag, men en mikrotubuli kan eksistere i bare 10 minutter da de er i en konstant ustabilitet. Denne typen ustabilitet kalles dynamisk ustabilitet, og mikrotubuli kan monteres og demonteres som svar på cellens behov.

Komponentene som utgjør cytoskelettet inkluderer elementer laget av tre forskjellige typer proteiner - mikrofilamenter, mellomfilamenter og mikrotubuli. Den smaleste av disse proteinstrukturene inkluderer mikrofilamenter, ofte assosiert med myosin, en trådlignende proteindannelse som når kombinert med proteinaktin (lange, tynne fibre som også kalles "tynne" filamenter), hjelper til med å trekke sammen muskelceller og gir stivhet og form til celle.

Mikrofilamenter, små stavlignende strukturer med en gjennomsnittlig diameter på mellom 4 og 7 nm, bidrar også til mobilbevegelse i tillegg til arbeidet de utfører i cytoskjelettet. De mellomliggende filamentene, i gjennomsnitt 10 nm i diameter, fungerer som bindinger ved å sikre celleorganeller og kjernen. De hjelper også cellen med å tåle spenning.

Mikrotubuli kan virke helt stabile, men de er i konstant flyt. Når som helst kan grupper av mikrotubuli være i ferd med å oppløses, mens andre kan være i ferd med å vokse. Når mikrotubuli vokser, gir heterodimerer (et protein som består av to polypeptidkjeder) hetter til enden av mikrotubuli, som løsner når den krymper for bruk igjen. Den dynamiske ustabiliteten til mikrorørene anses å være en jevn tilstand i motsetning til en sann likevekt fordi de har egen ustabilitet - beveger seg inn og ut av form.

Celledeling er ikke bare viktig for å reprodusere liv, men for å gjøre nye celler gamle. Mikrotubuli spiller en viktig rolle i celledeling ved å bidra til dannelsen av den mitotiske spindelen, som spiller en rolle i migrasjonen av dupliserte kromosomer under anafase. Som en "makromolekylær maskin" skiller den mitotiske spindelen replikerte kromosomer til motsatte sider når de lager to datterceller.

Polariteten til mikrotubuli, med den vedlagte enden som minus og den flytende enden er positiv, gjør det til et kritisk og dynamisk element for bipolar spindelgruppering og formål. De to polene i spindelen, laget av mikrotubuli-strukturer, hjelper til å adskille og skille dupliserte kromosomer pålitelig.

Mikrotubuli bidrar også til delene av cellen som hjelper den med å bevege seg og er strukturelle elementer av cilia, centrioles og flagella. Den mannlige sædcellen har for eksempel en lang hale som hjelper den å nå ønsket destinasjon, det kvinnelige egget. Kalt flagellum (flertall er flagella), den lange, trådlignende halen strekker seg fra utsiden av plasmamembranen for å drive cellens bevegelse. De fleste celler - i celler som har dem - har vanligvis en til to flageller. Når cilia eksisterer på cellen, spres mange av dem langs hele overflaten av cellens ytre plasmamembran.

Cilia på celler som strekker egglederne til en kvinnelig organisme, for eksempel, hjelper til med å flytte egget til sitt skjebnesvangre møte med sædcellene på sin reise til livmoren. Flagella og cilia av eukaryote celler er ikke det samme strukturelt som de som finnes i prokaryote celler. Bygget med det samme med mikrotubuli, kaller biologer mikrotubuliarrangementet for "9 + 2-array" fordi en flagellum eller cilium består av ni mikrotubuli-par i en ring som omslutter en mikrotubuli-duo i senter.

Mikrotubuli-funksjoner krever tubulinproteiner, forankringssteder og koordinerende sentre for enzym og andre kjemiske aktiviteter i cellen. I cilia og flagella bidrar tubulin til den sentrale strukturen i mikrotubuli, som inkluderer bidrag fra andre strukturer som dynein-armer, nexin-lenker og radiale eiker. Disse elementene tillater kommunikasjon mellom mikrotubuli, og holder dem sammen på en måte som ligner på hvordan aktin- og myosinfilament beveger seg under muskelsammentrekning.

Selv om både flimmerhår og flagellum består av mikrotubuli-strukturer, er måtene de beveger seg på, forskjellige. En enkelt flagell driver cellen mye på samme måte som en fiskehale beveger en fisk fremover, i en side-til-side pisk-lignende bevegelse. Et par flageller kan synkronisere bevegelsene sine for å drive cellen fremover, som hvordan en svømmers armer fungerer når hun svømmer brystslaget.

Cilia, mye kortere enn flagellum, dekker den ytre membranen i cellen. Cytoplasma signaliserer flimmerhårene å bevege seg på en koordinert måte for å drive cellen i den retningen den trenger å gå. Som et marsjerende band, går de harmoniserte bevegelsene i takt med den samme trommeslageren. Individuelt fungerer en cilium- eller flagellbevegelse som for en enkelt åre, som går gjennom mediet i et kraftig slag for å drive cellen i den retningen den trenger å gå.

Denne aktiviteten kan forekomme med dusinvis av slag per sekund, og ett slag kan involvere koordinering av tusenvis av flimmerhår. Under et mikroskop kan du se hvor raskt ciliater reagerer på hindringer i deres miljø ved å endre retning raskt. Biologer studerer fremdeles hvordan de reagerer så raskt og har ennå ikke oppdaget kommunikasjonsmekanismen som de indre delene av cellen forteller cilia og flagella hvordan, når og hvor de skal dra.

Mikrotubuli fungerer som transportsystemet i cellen for å bevege mitokondrier, organeller og vesikler gjennom cellen. Noen forskere refererer til måten denne prosessen fungerer på, ved å sammenligne mikrotubuli i likhet med transportbånd, mens andre forskere refererer til dem som et sporsystem som mitokondrier, organeller og vesikler beveger seg gjennom celle.

Som energifabrikker i cellen er mitokondrier strukturer eller små organer der respirasjon og energiproduksjon forekommer - begge biokjemiske prosesser. Organeller består av flere små, men spesialiserte strukturer i cellen, hver med sine egne funksjoner. Vesikler er små sekklignende strukturer som kan inneholde væsker eller andre stoffer som luft. Vesikler dannes fra plasmamembranen og klemmer seg for å skape en kulelignende pose lukket av et lipiddobbelag.

Den perlelignende konstruksjonen av mikrotubuli fungerer som et transportbånd, spor eller motorvei for å transportere vesikler, organeller og andre elementer i cellen til stedene de trenger å dra. Mikrotubuli-motorer i eukaryote celler inkluderer kinesins, som beveger seg til plussenden av mikrotubuli - enden som vokser - og dyneins som beveger seg til motsatt eller minus ende der mikrotubuli fester seg til plasmamembranen.

Som "motoriske" proteiner beveger kinesiner organeller, mitokondrier og vesikler langs mikrotubuli filamenter gjennom kraften av hydrolyse av celleens energivaluta, adenosintrifosfat eller ATP. Det andre motorproteinet, dynein, går disse strukturene i motsatt retning langs mikrotubuli-filamenter mot minusenden av cellen ved å konvertere den kjemiske energien som er lagret i ATP. Både kinesiner og dyneiner er proteinmotorene som brukes under celledeling.

Nyere studier viser at når dyneinproteiner går til enden av minus-siden av mikrotubuli, samles de der i stedet for å falle av. De hopper over hele spennet for å koble seg til en annen mikrotubuli for å danne det som noen forskere kaller "asters", tenkt av forskere være en viktig prosess i dannelsen av den mitotiske spindelen ved å omforme flere mikrotubuli til en enkelt konfigurasjon.

Den mitotiske spindelen er en "fotballformet" molekylær struktur som drar kromosomer til motsatte ender rett før cellen deler seg for å danne to datterceller.

Studiet av cellulært liv har pågått siden oppfinnelsen av det første mikroskopet i siste del på 1500-tallet, men det er bare de siste tiårene at fremskritt har skjedd innen mobilnettet biologi. For eksempel oppdaget forskere bare motorproteinet kinesin-1 i 1985 ved bruk av et videoforbedret lysmikroskop.

Fram til det tidspunktet eksisterte motorproteiner som en klasse av mystiske molekyler ukjente for forskere. Etter hvert som teknologiutviklingen utvikler seg, og studiene fortsetter, håper forskerne å dykke dypt inn i cellen for å finne ut alt de muligens kan lære om hvordan den indre driften av cellen fungerer slik sømløst.