Quais são as principais funções dos microtúbulos na célula?

Microtúbulos são exatamente como soam: tubos microscópicos ocos encontrados dentro de células eucarióticas e algumas células de bactérias procarióticas que fornecem estrutura e funções motoras para a célula. Os alunos de biologia aprendem durante seus estudos que existem apenas dois tipos de células: procarióticas e eucarióticas.

As células procarióticas constituem os organismos unicelulares encontrados nos domínios Archaea e Bacteria sob o sistema de taxonomia Linnaeana, um sistema biológico sistema de classificação de toda a vida, enquanto as células eucarióticas caem sob o domínio Eukarya, que supervisiona o protista, planta, animal e fungos reinos. O reino Monera se refere às bactérias. Os microtúbulos contribuem para várias funções dentro da célula, todas importantes para a vida celular.

TL; DR (muito longo; Não li)

Os microtúbulos são estruturas tubulares minúsculas, ocas e semelhantes a esferas que ajudam as células a manter sua forma. Junto com microfilamentos e filamentos intermediários, eles formam o citoesqueleto da célula, bem como participam de uma variedade de funções motoras para a célula.

Como parte do citoesqueleto da célula, os microtúbulos contribuem para:

• Dando forma às células e às membranas celulares.
• Movimento celular, que inclui a contração das células musculares e muito mais.
• Transporte de organelas específicas dentro da célula por meio de "estradas" ou "correias transportadoras" de microtúbulos.
• Mitose e meiose: movimento dos cromossomos durante a divisão celular e criação do fuso mitótico.
  

Microtúbulos são pequenos canos ocos em forma de conta ou tubos com paredes construídas em um círculo de 13 protofilamentos que consistem em polímeros de tubulina e proteína globular. Os microtúbulos lembram versões miniaturizadas de armadilhas de dedo chinesas com contas. Os microtúbulos podem crescer 1.000 vezes mais do que sua largura. Fabricados pela montagem de dímeros - uma única molécula ou duas moléculas idênticas unidas de tubulina alfa e beta - existem microtúbulos nas células vegetais e animais.

Nas células vegetais, os microtúbulos se formam em muitos locais dentro da célula, mas nas células animais, os microtúbulos começam no centrossoma, uma organela perto do núcleo da célula que também participa da célula divisão. A extremidade negativa representa a extremidade anexada do microtúbulo, enquanto seu oposto é a extremidade positiva. O microtúbulo cresce na extremidade positiva por meio da polimerização de dímeros de tubulina, e os microtúbulos encolhem com sua liberação.

Os microtúbulos estruturam a célula para ajudá-la a resistir à compressão e fornecer uma estrada na qual as vesículas (estruturas semelhantes a sacos que transportam proteínas e outras cargas) se movem através da célula. Os microtúbulos também separam os cromossomos replicados em extremidades opostas de uma célula durante a divisão. Essas estruturas podem funcionar sozinhas ou em conjunto com outros elementos da célula para formar estruturas mais complicadas como centríolos, cílios ou flagelos.

Com diâmetros de apenas 25 nanômetros, os microtúbulos geralmente se dissolvem e se reformam tão rapidamente quanto a célula precisa deles. A meia-vida da tubulina é de apenas cerca de um dia, mas um microtúbulo pode existir por apenas 10 minutos, pois eles estão em um estado constante de instabilidade. Esse tipo de instabilidade é chamado de instabilidade dinâmica, e os microtúbulos podem se montar e desmontar em resposta às necessidades da célula.

Os componentes que compõem o citoesqueleto incluem elementos feitos de três tipos diferentes de proteínas - microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos. A mais estreita dessas estruturas de proteína inclui microfilamentos, muitas vezes associados à miosina, uma formação de proteína semelhante a um fio que, quando combinada com a proteína actina (fibras longas e finas que também são chamadas de filamentos "finos"), ajuda a contrair as células musculares e fornece rigidez e forma ao célula.

Microfilamentos, pequenas estruturas semelhantes a bastonetes com diâmetro médio de 4 a 7 nm, também contribuem para o movimento celular, além do trabalho que realizam no citoesqueleto. Os filamentos intermediários, com uma média de 10 nm de diâmetro, agem como amarrações, prendendo organelas celulares e o núcleo. Eles também ajudam a célula a resistir à tensão.

Os microtúbulos podem parecer completamente estáveis, mas estão em fluxo constante. A qualquer momento, grupos de microtúbulos podem estar em processo de dissolução, enquanto outros podem estar em processo de crescimento. À medida que o microtúbulo cresce, os heterodímeros (uma proteína que consiste em duas cadeias polipeptídicas) fornecem tampas ao final do microtúbulo, que se desprendem quando ele encolhe para uso novamente. A instabilidade dinâmica dos microtúbulos é considerada um estado estacionário em oposição a um verdadeiro equilíbrio porque eles têm instabilidade intrínseca - entrando e saindo da forma.

A divisão celular não é importante apenas para reproduzir a vida, mas também para fazer novas células a partir das velhas. Os microtúbulos desempenham um papel importante na divisão celular, contribuindo para a formação do fuso mitótico, que desempenha um papel na migração de cromossomos duplicados durante a anáfase. Como uma "máquina macromolecular", o fuso mitótico separa os cromossomos replicados em lados opostos ao criar duas células-filhas.

A polaridade dos microtúbulos, com a extremidade anexada sendo menos e a extremidade flutuante sendo positiva, torna-os um elemento crítico e dinâmico para agrupamento e propósito de fusos bipolares. Os dois pólos do fuso, feitos de estruturas de microtúbulos, ajudam a segregar e separar cromossomos duplicados de maneira confiável.

Os microtúbulos também contribuem para as partes da célula que a ajudam a se mover e são elementos estruturais dos cílios, centríolos e flagelos. A célula espermática masculina, por exemplo, possui uma longa cauda que a ajuda a chegar ao destino desejado, o óvulo feminino. Chamado de flagelo (o plural é flagelo), essa cauda longa e semelhante a um fio se estende do exterior da membrana plasmática para impulsionar o movimento da célula. A maioria das células - nas células que os possuem - geralmente tem de um a dois flagelos. Quando os cílios existem na célula, muitos deles se espalham ao longo de toda a superfície da membrana plasmática externa da célula.

Os cílios nas células que revestem as trompas de Falópio de um organismo feminino, por exemplo, ajudam a mover o óvulo para seu encontro fatal com o espermatozóide em sua jornada para o útero. Os flagelos e cílios das células eucarióticas não são estruturalmente iguais aos encontrados nas células procarióticas. Construído com o mesmo com microtúbulos, os biólogos chamam o arranjo de microtúbulos de "matriz 9 + 2" porque um flagelo ou cílio consiste em nove pares de microtúbulos em um anel que envolve uma dupla de microtúbulos no Centro.

As funções dos microtúbulos requerem proteínas tubulinas, locais de ancoragem e centros de coordenação para enzimas e outras atividades químicas dentro da célula. Nos cílios e flagelos, a tubulina contribui para a estrutura central do microtúbulo, que inclui contribuições de outras estruturas como braços de dineína, ligações de nexina e raios radiais. Esses elementos permitem a comunicação entre os microtúbulos, mantendo-os unidos de uma forma semelhante à forma como os filamentos de actina e miosina se movem durante a contração muscular.

Embora tanto os cílios quanto o flagelo consistam em estruturas de microtúbulos, as maneiras pelas quais eles se movem são distintamente diferentes. Um único flagelo impulsiona a célula da mesma maneira que a cauda de um peixe move um peixe para a frente, em um movimento semelhante a um chicote de um lado para o outro. Um par de flagelos pode sincronizar seus movimentos para impulsionar a célula para a frente, como a forma como os braços de um nadador funcionam quando ela está nadando na braçada.

Os cílios, muito mais curtos que o flagelo, cobrem a membrana externa da célula. O citoplasma sinaliza aos cílios para se moverem de forma coordenada para impulsionar a célula na direção em que ela precisa ir. Como uma banda marcial, seus movimentos harmonizados caminham ao mesmo tempo para o mesmo baterista. Individualmente, o movimento de um cílio ou flagelo funciona como o de um único remo, passando pelo meio em um golpe poderoso para impulsionar a célula na direção em que ela precisa ir.

Essa atividade pode ocorrer em dezenas de golpes por segundo, e um golpe pode envolver a coordenação de milhares de cílios. Sob um microscópio, você pode ver com que rapidez os ciliados respondem aos obstáculos em seu ambiente mudando de direção rapidamente. Os biólogos ainda estudam como eles respondem tão rapidamente e ainda precisam descobrir o mecanismo de comunicação pelo qual as partes internas da célula dizem aos cílios e flagelos como, quando e para onde ir.

Os microtúbulos servem como sistema de transporte dentro da célula para mover mitocôndrias, organelas e vesículas através da célula. Alguns pesquisadores referem-se à forma como esse processo funciona comparando microtúbulos semelhantes a correias transportadoras, enquanto outros pesquisadores se referem a eles como um sistema de rastreamento pelo qual mitocôndrias, organelas e vesículas se movem através do célula.

Como fábricas de energia na célula, as mitocôndrias são estruturas ou pequenos órgãos nos quais ocorrem a respiração e a produção de energia - ambos processos bioquímicos. Organelas consistem em múltiplas estruturas pequenas, mas especializadas dentro da célula, cada uma com suas próprias funções. As vesículas são pequenas estruturas semelhantes a sacos que podem conter fluidos ou outras substâncias como o ar. As vesículas se formam a partir da membrana plasmática, comprimindo-se para criar um saco esférico envolto por uma bicamada lipídica.

A construção de microtúbulos em forma de conta serve como uma correia transportadora, trilha ou rodovia para transportar vesículas, organelas e outros elementos dentro da célula para os lugares que eles precisam ir. Motores de microtúbulos em células eucarióticas incluem kinesins, que se movem para a extremidade positiva do microtúbulo - a extremidade que cresce - e dineins que se movem para a extremidade oposta ou negativa, onde o microtúbulo se liga à membrana plasmática.

Como proteínas "motoras", as cinesinas movem organelas, mitocôndrias e vesículas ao longo do microtúbulo filamentos através do poder de hidrólise da moeda de energia da célula, trifosfato de adenosina ou ATP. A outra proteína motora, a dineína, conduz essas estruturas na direção oposta ao longo dos filamentos dos microtúbulos em direção à extremidade negativa da célula, convertendo a energia química armazenada em ATP. Tanto as cinesinas quanto as dineínas são os motores das proteínas usados ​​durante a divisão celular.

Estudos recentes mostram que quando as proteínas dineína caminham até o final do lado negativo do microtúbulo, elas se congregam ali em vez de cair. Eles saltam através da extensão para se conectar a outro microtúbulo para formar o que alguns cientistas chamam de "ásteres", pensados ​​pelos cientistas para ser um processo importante na formação do fuso mitótico, transformando os múltiplos microtúbulos em um único configuração.

O fuso mitótico é uma estrutura molecular "em forma de bola de futebol" que arrasta os cromossomos para extremidades opostas antes de a célula se dividir para formar duas células filhas.

O estudo da vida celular vem acontecendo desde a invenção do primeiro microscópio na última parte do século 16, mas foi apenas nas últimas décadas que ocorreram avanços na área celular biologia. Por exemplo, os pesquisadores só descobriram a proteína motora cinesina-1 em 1985 com o uso de um microscópio de luz aprimorado por vídeo.

Até então, as proteínas motoras existiam como uma classe de moléculas misteriosas desconhecidas dos pesquisadores. À medida que os desenvolvimentos tecnológicos avançam e os estudos continuam, os pesquisadores esperam se aprofundar na célula para descobrir tudo o que eles podem aprender sobre como o funcionamento interno da célula funciona para perfeitamente.