Jaka jest główna funkcja mikrotubul w komórce?

Mikrotubule są dokładnie takie, jak brzmią: mikroskopijne puste rurki znajdujące się w komórkach eukariotycznych i niektóre komórki bakterii prokariotycznych, które zapewniają strukturę i funkcje motoryczne dla komórki. Studenci biologii podczas studiów dowiadują się, że istnieją tylko dwa typy komórek: prokariotyczne i eukariotyczne.

Komórki prokariotyczne tworzą jednokomórkowe organizmy znajdujące się w domenach archeonów i bakterii w systemie taksonomii Linneusza, biologicznym system klasyfikacji wszelkiego życia, podczas gdy komórki eukariotyczne należą do domeny Eukarii, która nadzoruje protisty, rośliny, zwierzęta i grzyby królestwa. Królestwo Monera odnosi się do bakterii. Mikrotubule pełnią wiele funkcji w komórce, z których wszystkie są ważne dla życia komórkowego.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Mikrotubule to małe, puste w środku, przypominające koraliki struktury rurkowe, które pomagają komórkom zachować swój kształt. Wraz z mikrofilamentami i włóknami pośrednimi tworzą cytoszkielet komórki, a także uczestniczą w różnych funkcjach motorycznych komórki.

W ramach cytoszkieletu komórki mikrotubule przyczyniają się do:

• Nadawanie kształtu komórkom i błonom komórkowym.
• Ruch komórek, który obejmuje kurczenie się komórek mięśniowych i nie tylko.
• Transport określonych organelli w obrębie komórki przez mikrotubule „drogi” lub „taśmy przenośnikowe”.
• Mitoza i mejoza: ruch chromosomów podczas podziału komórki i tworzenie wrzeciona mitotycznego.
  

Mikrotubule to małe, wydrążone, przypominające koraliki rurki lub rurki o ściankach zbudowanych w kręgu 13 protofilamentów, które składają się z polimerów tubuliny i białka kulistego. Mikrotubule przypominają zminiaturyzowane wersje paciorkowatych chińskich pułapek na palce. Mikrotubule mogą rosnąć 1000 razy dłużej niż ich szerokość. Wytworzone przez połączenie dimerów – pojedynczej cząsteczki lub dwóch identycznych cząsteczek połączonych razem alfa i beta tubuliny – mikrotubule istnieją zarówno w komórkach roślinnych, jak i zwierzęcych.

W komórkach roślinnych mikrotubule tworzą się w wielu miejscach w komórce, ale w komórkach zwierzęcych mikrotubule zaczynają się od centrosomu, organelli w pobliżu jądra komórki, która również uczestniczy w komórce podział. Koniec ujemny reprezentuje dołączony koniec mikrotubuli, podczas gdy jego przeciwny koniec jest końcem dodatnim. minus Mikrotubula rośnie na końcu dodatnim poprzez polimeryzację dimerów tubuliny, a mikrotubule kurczą się wraz z ich uwolnieniem.

Mikrotubule nadają komórce strukturę, która pomaga jej oprzeć się ściskaniu i zapewnia autostradę, w której pęcherzyki (struktury przypominające woreczki transportujące białka i inne ładunki) poruszają się po komórce. Mikrotubule rozdzielają również replikowane chromosomy na przeciwległe końce komórki podczas podziału. Struktury te mogą działać samodzielnie lub w połączeniu z innymi elementami komórki, tworząc bardziej skomplikowane struktury, takie jak centriole, rzęski lub wici.

Mikrotubule o średnicy zaledwie 25 nanometrów często rozpadają się i przekształcają tak szybko, jak tego potrzebuje komórka. Okres półtrwania tubuliny wynosi tylko około jednego dnia, ale mikrotubule mogą istnieć tylko przez 10 minut, ponieważ są w stałym stanie niestabilności. Ten rodzaj niestabilności nazywa się niestabilnością dynamiczną, a mikrotubule mogą się łączyć i rozkładać w odpowiedzi na potrzeby komórki.

W skład cytoszkieletu wchodzą elementy zbudowane z trzech różnych rodzajów białek – mikrofilamentów, włókien pośrednich i mikrotubul. Najwęższe z tych struktur białkowych obejmują mikrofilamenty, często związane z miozyną, nitkowatą formacją białka, która po połączeniu z aktyną białkową (długie, cienkie włókna, które są również nazywane „cienkimi” włóknami), pomaga kurczyć komórki mięśniowe i zapewnia sztywność i kształt komórka.

Mikrofilamenty, małe struktury przypominające pręciki o średniej średnicy od 4 do 7 nm, oprócz pracy, jaką wykonują w cytoszkielecie, również przyczyniają się do ruchu komórkowego. Włókna pośrednie o średnicy średnio 10 nm działają jak wiązania, zabezpieczając organelle komórkowe i jądro. Pomagają również komórce wytrzymać napięcie.

Mikrotubule mogą wydawać się całkowicie stabilne, ale są w ciągłym ruchu. W każdej chwili grupy mikrotubul mogą być w trakcie rozpuszczania, podczas gdy inne mogą być w trakcie wzrostu. Gdy mikrotubula rośnie, heterodimery (białko składające się z dwóch łańcuchów polipeptydowych) zapewniają czapeczki na końcu mikrotubuli, które odpadają, gdy kurczy się do ponownego użycia. Dynamiczna niestabilność mikrotubul jest uważana za stan ustalony w przeciwieństwie do prawdziwej równowagi, ponieważ mają one wewnętrzną niestabilność – wchodzenie i wychodzenie z formy.

Podział komórek jest ważny nie tylko dla reprodukcji życia, ale także dla tworzenia nowych komórek ze starych. Mikrotubule odgrywają ważną rolę w podziale komórek, przyczyniając się do tworzenia wrzeciona mitotycznego, które odgrywa rolę w migracji zduplikowanych chromosomów podczas anafazy. Jako „maszyna makromolekularna” wrzeciono mitotyczne rozdziela replikowane chromosomy na przeciwne strony podczas tworzenia dwóch komórek potomnych.

Polaryzacja mikrotubul, z dołączonym końcem będącym minusem, a pływającym końcem dodatnim, sprawia, że ​​jest to krytyczny i dynamiczny element dla dwubiegunowego grupowania wrzeciona i jego przeznaczenia. Dwa bieguny wrzeciona, wykonane ze struktur mikrotubul, pomagają niezawodnie segregować i oddzielać zduplikowane chromosomy.

Mikrotubule przyczyniają się również do części komórki, które pomagają jej się poruszać i są elementami strukturalnymi rzęsek, centrioli i wici. Na przykład męski plemnik ma długi ogon, który pomaga mu dotrzeć do pożądanego miejsca, jakim jest żeńskie jajo. Nazywany wić (liczba mnoga to wici), ten długi, nitkowaty ogon wystaje z zewnętrznej strony błony plazmatycznej, aby napędzać ruch komórki. Większość komórek – w komórkach, które je posiadają – na ogół ma jedną do dwóch wici. Kiedy rzęski istnieją na komórce, wiele z nich rozprzestrzenia się na całej powierzchni zewnętrznej błony komórkowej komórki.

Na przykład rzęski na komórkach wyściełających jajowody kobiecego organizmu pomagają przenieść komórkę jajową do brzemiennego w skutki spotkania z plemnikiem w drodze do macicy. Wici i rzęski komórek eukariotycznych nie są strukturalnie takie same jak te znajdujące się w komórkach prokariotycznych. Zbudowany z tego samego z mikrotubulami, biolodzy nazywają układ mikrotubul „układem 9 + 2”, ponieważ wić lub rzęska składa się z dziewięciu par mikrotubul w pierścieniu, który otacza duet mikrotubul w środek.

Funkcje mikrotubul wymagają białek tubulinowych, miejsc zakotwiczenia i centrów koordynacyjnych dla enzymów i innych aktywności chemicznych w komórce. W rzęskach i wiciach tubulina przyczynia się do centralnej struktury mikrotubuli, do której należą inne struktury, takie jak ramiona dyneiny, ogniwa neksyny i szprychy promieniowe. Te elementy umożliwiają komunikację między mikrotubulami, utrzymując je razem w sposób podobny do tego, jak poruszają się włókna aktyny i miozyny podczas skurczu mięśni.

Chociaż zarówno rzęski, jak i wici składają się ze struktur mikrotubul, sposoby ich poruszania się są wyraźnie różne. Pojedyncza wici napędza komórkę w taki sam sposób, w jaki rybi ogon porusza rybę do przodu, ruchem przypominającym bicz z boku na bok. Para wici może synchronizować swoje ruchy, aby napędzać komórkę do przodu, tak jak działają ramiona pływaka podczas pływania żabką.

Rzęski, znacznie krótsze niż wici, pokrywają zewnętrzną błonę komórki. Cytoplazma sygnalizuje rzęskom ruch w skoordynowany sposób, aby skierować komórkę w odpowiednim kierunku. Jak orkiestra marszowa, ich harmonijne ruchy idą w czasie do tego samego perkusisty. Indywidualnie ruch rzęski lub wici działa jak pojedynczym wiosłem, przechodząc przez medium silnym uderzeniem, aby popchnąć komórkę w odpowiednim kierunku.

Ta czynność może wystąpić z częstotliwością dziesiątek uderzeń na sekundę, a jeden udar może obejmować koordynację tysięcy rzęsek. Pod mikroskopem możesz zobaczyć, jak szybko orzęsy reagują na przeszkody w swoim otoczeniu, szybko zmieniając kierunki. Biolodzy wciąż badają, w jaki sposób reagują tak szybko i nie odkryli jeszcze mechanizmu komunikacji, dzięki któremu wewnętrzne części komórki informują rzęski i wici, jak, kiedy i gdzie się udać.

Mikrotubule służą jako system transportowy w komórce do przemieszczania mitochondriów, organelli i pęcherzyków przez komórkę. Niektórzy badacze odnoszą się do sposobu, w jaki działa ten proces, porównując mikrotubule podobne do taśm przenośnikowych, podczas gdy inni badacze nazywają je systemem ścieżek, za pomocą których mitochondria, organelle i pęcherzyki poruszają się po komórka.

Jako fabryki energii w komórce, mitochondria są strukturami lub małymi narządami, w których zachodzi oddychanie i produkcja energii – oba procesy biochemiczne. Organelle składają się z wielu małych, ale wyspecjalizowanych struktur w komórce, z których każda ma swoje własne funkcje. Pęcherzyki to małe, podobne do worków struktury, które mogą zawierać płyny lub inne substancje, takie jak powietrze. Pęcherzyki tworzą się z błony plazmatycznej, ściskając się, tworząc kulisty woreczek otoczony dwuwarstwą lipidową.

Kulkowata konstrukcja mikrotubul służy jako przenośnik taśmowy, tor lub autostrada do transportu pęcherzyków, organelli i innych elementów w komórce do miejsc, do których muszą się udać. Silniki mikrotubul w komórkach eukariotycznych obejmują kinezyny, które przesuwają się na dodatni koniec mikrotubuli – koniec, który rośnie – i dyneinowie które przesuwają się na przeciwny lub ujemny koniec, gdzie mikrotubula przyłącza się do błony plazmatycznej.

Kinezyny jako białka „motoryczne” poruszają organelle, mitochondria i pęcherzyki wzdłuż mikrotubuli włókna dzięki sile hydrolizy waluty energetycznej komórki, trifosforanu adenozyny lub ATP. Drugie białko motoryczne, dyneina, przemieszcza te struktury w przeciwnym kierunku wzdłuż włókien mikrotubul w kierunku ujemnego końca komórki, przekształcając energię chemiczną zmagazynowaną w ATP. Zarówno kinezyny, jak i dyneiny są motorami białkowymi wykorzystywanymi podczas podziału komórek.

Ostatnie badania pokazują, że kiedy białka dyneiny przechodzą do końca ujemnej strony mikrotubuli, gromadzą się tam zamiast odpadać. Przeskakują przez przęsło, aby połączyć się z inną mikrotubulą, tworząc coś, co niektórzy naukowcy nazywają „astrami”, uważanymi przez naukowców za być ważnym procesem w tworzeniu wrzeciona mitotycznego poprzez przekształcenie wielu mikrotubul w pojedyncze konfiguracja.

Wrzeciono mitotyczne to struktura molekularna „w kształcie piłki nożnej”, która przeciąga chromosomy na przeciwległe końce tuż przed podziałem komórki, tworząc dwie komórki potomne.

Badanie życia komórkowego trwa od czasu wynalezienia pierwszego mikroskopu w drugiej części XVI wieku, ale dopiero w ciągu ostatnich kilku dekad nastąpił postęp w telefonii komórkowej biologia. Na przykład, naukowcy odkryli białko motoryczne kinezynę-1 dopiero w 1985 r. za pomocą mikroskopu świetlnego ze wspomaganiem wideo.

Do tego momentu białka motoryczne istniały jako klasa tajemniczych cząsteczek nieznanych naukowcom. Wraz z postępem rozwoju technologii i kontynuowaniem badań naukowcy mają nadzieję zagłębić się w komórkę dowiedzieć się wszystkiego, czego mogą się ewentualnie nauczyć, o tym, jak działa wewnętrzne działanie komórki, tak płynnie.