Care sunt funcția principală a microtubulilor din celulă?

Microtubulii sunt exact cum sună: tuburi goale microscopice găsite în interiorul celulelor eucariote și unele celule de bacterii procariote care oferă structură și funcții motorii celulei. Studenții la biologie învață în timpul studiilor că există doar două tipuri de celule: procariote și eucariote.

Celulele procariote alcătuiesc organismele unicelulare găsite în domeniile Archaea și Bacteria sub sistemul de taxonomie linean, un sistem biologic sistem de clasificare a întregii vieți, în timp ce celulele eucariote se încadrează în domeniul Eukarya, care supraveghează protistul, plantele, animalele și ciupercile regate. Regatul Monera se referă la bacterii. Microtubulii contribuie la funcții multiple în interiorul celulei, toate acestea fiind importante pentru viața celulară.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Microtubulii sunt structuri tubulare mici, goale, asemănătoare mărgelelor, care ajută celulele să-și mențină forma. Împreună cu microfilamentele și filamentele intermediare, acestea formează citoscheletul celulei, precum și participă la o varietate de funcții motorii pentru celulă.

Ca parte a citoscheletului celulei, microtubulii contribuie la:

• Dând formă celulelor și membranelor celulare.
• Mișcarea celulară, care include contracția în celulele musculare și multe altele.
• Transportul unor organite specifice în interiorul celulei prin intermediul „drumurilor” sau „benzilor transportoare” de microtubuli.
• Mitoză și meioză: mișcarea cromozomilor în timpul diviziunii celulare și a creării fusului mitotic.
  

Microtubulii sunt țevi sau tuburi mici, goale, asemănătoare mărgelelor, cu pereți construiți într-un cerc de 13 protofilamente care constau din polimeri de tubulină și proteină globulară. Microtubulii seamănă cu versiunile miniaturizate ale capcanelor degetelor chinezești cu margele. Microtubulii pot crește de 1.000 de ori mai mult decât lățimea lor. Fabricate prin asamblarea dimerilor - o singură moleculă sau două molecule identice unite între ele din tubulă alfa și beta - există microtubuli atât în ​​celulele vegetale, cât și în cele animale.

În celulele vegetale, microtubulii se formează în multe locuri din interiorul celulei, dar în celulele animale, microtubulii începe de la centrosom, un organit lângă nucleul celulei care participă și la celulă Divizia. Capătul minus reprezintă capătul atașat al microtubulului, în timp ce opusul său este capătul plus. Microtubulul crește la capătul pozitiv prin polimerizarea dimerilor tubulinici, iar microtubulii se micșorează odată cu eliberarea lor.

Microtubulii dau structură celulei pentru a o ajuta să reziste la compresiune și pentru a oferi o autostradă în care veziculele (structuri asemănătoare sacilor care transportă proteinele și alte mărfuri) se deplasează peste celulă. Microtubulii separă, de asemenea, cromozomii reproduși de capetele opuse ale unei celule în timpul diviziunii. Aceste structuri pot funcționa singure sau împreună cu alte elemente ale celulei pentru a forma structuri mai complicate, cum ar fi centrioli, cili sau flageli.

Cu diametre de doar 25 nanometri, microtubulii se desființează și se reformează de îndată ce celula are nevoie. Timpul de înjumătățire al tubulinei este de aproximativ o zi, dar un microtubul poate exista doar 10 minute, deoarece acestea se află într-o stare constantă de instabilitate. Acest tip de instabilitate se numește instabilitate dinamică, iar microtubulii se pot asambla și dezasambla ca răspuns la nevoile celulei.

Componentele care alcătuiesc citoscheletul includ elemente realizate din trei tipuri diferite de proteine ​​- microfilamente, filamente intermediare și microtubuli. Cea mai îngustă dintre aceste structuri proteice include microfilamente, adesea asociate cu miozina, o formare de proteină asemănătoare firului care, atunci când este combinată cu proteina actină (fibre lungi și subțiri, care sunt numite și filamente „subțiri”), ajută la contractarea celulelor musculare și oferă rigiditate și formă celulă.

Microfilamentele, mici structuri asemănătoare tijei cu un diametru mediu cuprins între 4 și 7 nm, contribuie, de asemenea, la mișcarea celulară, în plus față de munca pe care o efectuează în citoschelet. Filamentele intermediare, cu o medie de 10 nm în diametru, acționează ca legături prin fixarea organelor celulare și a nucleului. De asemenea, ajută celula să reziste la tensiune.

Microtubulii pot părea complet stabile, dar sunt în flux constant. În orice moment, grupurile de microtubuli pot fi în proces de dizolvare, în timp ce altele pot fi în proces de creștere. Pe măsură ce microtubulul crește, heterodimerii (o proteină formată din două lanțuri polipeptidice) asigură capace până la capătul microtubulului, care se desprind când se micșorează pentru a fi utilizat din nou. Instabilitatea dinamică a microtubulilor este considerată a fi o stare de echilibru, spre deosebire de un echilibru adevărat, deoarece acestea au instabilitate intrinsecă - mișcare în și din formă.

Diviziunea celulară nu este importantă doar pentru a reproduce viața, ci pentru a crea celule noi din vechi. Microtubulii joacă un rol important în diviziunea celulară, contribuind la formarea fusului mitotic, care joacă un rol în migrarea cromozomilor duplicați în timpul anafazei. Ca o „mașină macromoleculară”, fusul mitotic separă cromozomii reproduși de laturile opuse atunci când creează două celule fiice.

Polaritatea microtubulilor, cu capătul atașat fiind un minus, iar capătul plutitor fiind pozitiv, îl face un element critic și dinamic pentru gruparea și scopul fusului bipolar. Cei doi poli ai fusului, realizați din structuri de microtubuli, ajută la separarea și separarea fiabilă a cromozomilor duplicați.

Microtubulii contribuie, de asemenea, la părțile celulei care o ajută să se miște și sunt elemente structurale ale ciliilor, centriolilor și flagelilor. Spermatozoizii masculi, de exemplu, au o coadă lungă care o ajută să ajungă la destinația dorită, ovulul feminin. Numit flagel (pluralul este flagel), acea coadă lungă, asemănătoare firului, se extinde de la exteriorul membranei plasmatice pentru a alimenta mișcarea celulei. Majoritatea celulelor - în celulele care le au - au, în general, unul sau doi flageli. Când cilii există pe celulă, mulți dintre ei se răspândesc de-a lungul întregii suprafețe a membranei plasmatice externe a celulei.

Cilii de pe celulele care căptușesc trompele uterine ale unui organism feminin, de exemplu, ajută la mutarea ovulului la întâlnirea fatidică cu celula de spermă în călătoria sa către uter. Flagelii și ciliile celulelor eucariote nu sunt aceleași structural cu cele găsite în celulele procariote. Construit cu același lucru cu microtubulii, biologii numesc aranjamentul microtubulilor o "matrice 9 + 2" deoarece a flagelul sau ciliul este format din nouă perechi de microtubuli într-un inel care cuprinde un duet de microtubuli în centru.

Funcțiile microtubulilor necesită proteine ​​tubulinice, locații de ancorare și centre de coordonare pentru enzime și alte activități chimice în interiorul celulei. La cili și flageli, tubulina contribuie la structura centrală a microtubulului, care include contribuții de la alte structuri, cum ar fi brațele de dinină, legăturile de nexină și spițele radiale. Aceste elemente permit comunicarea între microtubuli, ținându-i împreună într-un mod similar cu modul în care se mișcă filamentele de actină și miozină în timpul contracției musculare.

Chiar dacă atât cilii, cât și flagelul constau din structuri de microtubuli, modurile în care se mișcă sunt distinct diferite. Un singur flagel propulsează celula mult în același mod în care coada unui pește mișcă un pește înainte, printr-o mișcare de tip bici de la o parte la alta. O pereche de flageli își poate sincroniza mișcările pentru a propulsa celula înainte, cum ar fi modul în care funcționează brațele unui înotător atunci când înoată accident vascular cerebral sân.

Ciliile, mult mai scurte decât flagelul, acoperă membrana exterioară a celulei. Citoplasma semnalează cililor să se deplaseze în mod coordonat pentru a propulsa celula în direcția în care trebuie să meargă. Ca o trupă de marș, mișcările lor armonizate se îndreaptă către același toboșar. În mod individual, mișcarea unui cilium sau a flagelului funcționează ca cea a unui singur vâsle, trecând prin mediu într-o lovitură puternică pentru a propulsa celula în direcția în care trebuie să meargă.

Această activitate poate avea loc la zeci de lovituri pe secundă, iar o lovitură poate implica coordonarea a mii de cilii. La microscop, puteți vedea cât de repede răspund ciliații la obstacolele din mediul lor schimbând rapid direcțiile. Biologii încă studiază modul în care răspund atât de repede și încă nu au descoperit mecanismul de comunicare prin care părțile interioare ale celulei spun ciliilor și flagelilor cum, când și unde să meargă.

Microtubulii servesc ca sistem de transport în interiorul celulei pentru a deplasa mitocondriile, organitele și veziculele prin celulă. Unii cercetători se referă la modul în care acest proces funcționează prin compararea microtubulilor asemănători cu benzile transportoare, în timp ce alți cercetători se referă la ele ca la un sistem de urmărire prin care mitocondriile, organitele și veziculele se mișcă prin celulă.

Ca fabrici de energie din celulă, mitocondriile sunt structuri sau organe mici în care apar respirația și producerea de energie - ambele procese biochimice. Organele sunt formate din mai multe structuri mici, dar specializate în interiorul celulei, fiecare cu funcțiile sale. Veziculele sunt mici structuri asemănătoare sacilor care pot conține fluide sau alte substanțe precum aerul. Veziculele se formează din membrana plasmatică, ciupindu-se pentru a crea un sac ca o sferă închis de un strat strat lipidic.

Construcția asemănătoare mărgelelor de microtubuli servește ca bandă transportoare, cale sau autostradă pentru a transporta vezicule, organite și alte elemente în celulă în locurile în care trebuie să meargă. Motoarele de microtubuli din celulele eucariote includ kinesins, care se deplasează la capătul plus al microtubulului - capătul care crește - și dinine care se deplasează spre capătul opus sau minus unde microtubulul se atașează la membrana plasmatică.

Ca proteine ​​„motorii”, kinezinele mișcă organele, mitocondriile și veziculele de-a lungul microtubulului filamente prin puterea de hidroliză a monedei energetice a celulei, adenozin trifosfat sau ATP. Cealaltă proteină motorie, dinina, merge aceste structuri în direcția opusă de-a lungul filamentelor de microtubuli spre capătul minus al celulei prin conversia energiei chimice stocate în ATP. Atât kinesinele, cât și dininele sunt motoarele proteine ​​utilizate în timpul diviziunii celulare.

Studii recente arată că atunci când proteinele dinineine merg până la capătul laturii minus ale microtubulului, ele se adună acolo în loc să cadă. Aceștia saltează pe întreaga durată pentru a se conecta la un alt microtubul pentru a forma ceea ce unii oameni de știință numesc „asters”, gândiți de oamenii de știință să fie un proces important în formarea fusului mitotic prin transformarea mai multor microtubuli într-un singur configurare.

Fusul mitotic este o structură moleculară „în formă de fotbal” care trage cromozomii către capetele opuse chiar înainte ca celula să se despartă pentru a forma două celule fiice.

Studiul vieții celulare se desfășoară de la inventarea primului microscop în ultima parte al secolului al XVI-lea, dar abia în ultimele decenii au avut loc progrese în celular biologie. De exemplu, cercetătorii au descoperit proteina motorină kinesin-1 doar în 1985 cu ajutorul unui microscop cu lumină îmbunătățit video.

Până în acel moment, proteinele motorii existau ca o clasă de molecule misterioase necunoscute cercetătorilor. Pe măsură ce evoluțiile tehnologice avansează și studiile continuă, cercetătorii speră să adâncească în celulă pentru a afla tot ce pot învăța despre modul în care funcționează astfel funcționarea interioară a celulei perfect.