Каковы основные функции микротрубочек в клетке?

Микротрубочки - это именно то, как они звучат: микроскопические полые трубки, обнаруженные внутри эукариотических клеток, и некоторые клетки прокариотических бактерий, которые обеспечивают структуру и двигательные функции клетки. Студенты-биологи во время учебы узнают, что существует только два типа клеток: прокариотические и эукариотические.

Прокариотические клетки составляют одноклеточные организмы, обнаруженные в доменах архей и бактерий в рамках системы таксономии Линнея, биологической система классификации всего живого, в то время как эукариотические клетки подпадают под домен Eukarya, который наблюдает за простейшими, растениями, животными и грибами. королевства. Царство Монера относится к бактериям. Микротрубочки выполняют множество функций внутри клетки, каждая из которых важна для клеточной жизни.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Микротрубочки - это крошечные полые бусинки трубчатые структуры, которые помогают клеткам сохранять свою форму. Наряду с микрофиламентами и промежуточными филаментами они образуют цитоскелет клетки, а также участвуют в различных двигательных функциях клетки.

Являясь частью цитоскелета клетки, микротрубочки способствуют:

• Придает форму клеткам и клеточным мембранам.
• Движение клеток, которое включает сокращение мышечных клеток и многое другое.
• Транспортировка специфических органелл внутри клетки через микротрубочки «дороги» или «конвейерные ленты».
• Митоз и мейоз: движение хромосом во время деления клеток и создание митотического веретена.
  

Микротрубочки - это маленькие полые трубочки, похожие на бусинки, или трубочки со стенками, состоящими из 13 протофиламентов, состоящих из полимеров тубулина и глобулярного белка. Микротрубочки напоминают миниатюрные версии вышитых бисером китайских ловушек для пальцев. Микротрубочки могут увеличиваться в 1000 раз до своей ширины. Созданные путем сборки димеров - одной молекулы или двух идентичных молекул, соединенных вместе альфа- и бета-тубулина, - микротрубочки существуют как в растительных, так и в животных клетках.

В клетках растений микротрубочки образуются во многих участках клетки, но в клетках животных микротрубочки начинаются на центросоме, органелле рядом с ядром клетки, которая также участвует в клеточной разделение. Минус-конец представляет собой прикрепленный конец микротрубочки, а его противоположный конец - положительный. Микротрубочка растет на плюсовом конце за счет полимеризации димеров тубулина, а микротрубочки сжимаются при их высвобождении.

Микротрубочки придают клетке структуру, которая помогает ей противостоять сжатию и обеспечивает магистраль, по которой везикулы (мешкообразные структуры, транспортирующие белки и другие грузы) перемещаются по клетке. Микротрубочки также разделяют реплицированные хромосомы на противоположные концы клетки во время деления. Эти структуры могут работать сами по себе или вместе с другими элементами клетки, образуя более сложные структуры, такие как центриоли, реснички или жгутики.

Имея диаметр всего 25 нанометров, микротрубочки часто распадаются и реформируются так быстро, как этого требует клетка. Период полувыведения тубулина составляет всего около суток, но микротрубочки могут существовать только 10 минут, поскольку они находятся в постоянном нестабильном состоянии. Этот тип нестабильности называется динамической нестабильностью, и микротрубочки могут собираться и разбираться в ответ на потребности клетки.

Компоненты, составляющие цитоскелет, включают элементы, состоящие из трех различных типов белков - микрофиламентов, промежуточных волокон и микротрубочек. Самая узкая из этих белковых структур включает микрофиламенты, часто связанные с миозином, нитевидное белковое образование, которое при объединении с белком актином (длинные тонкие волокна, которые также называются «тонкими» филаментами) помогает сокращать мышечные клетки и придает жесткость и форму мышечным тканям. клетка.

Микрофиламенты, небольшие стержневидные структуры со средним диаметром от 4 до 7 нм, также способствуют клеточному движению в дополнение к работе, которую они выполняют в цитоскелете. Промежуточные нити диаметром в среднем 10 нм действуют как привязки, закрепляя клеточные органеллы и ядро. Они также помогают клетке выдерживать напряжение.

Микротрубочки могут казаться полностью стабильными, но они находятся в постоянном потоке. В любой момент группы микротрубочек могут растворяться, а другие - расти. По мере роста микротрубочек гетеродимеры (белок, состоящий из двух полипептидных цепей) обеспечивают заглушки на конце микротрубочки, которые отрываются, когда она сжимается для повторного использования. Динамическая нестабильность микротрубочек считается устойчивым состоянием, в отличие от истинного равновесия, потому что они обладают внутренней нестабильностью - движутся в форму и выходят из нее.

Деление клеток важно не только для воспроизводства жизни, но и для создания новых клеток из старых. Микротрубочки играют важную роль в делении клеток, внося вклад в формирование митотического веретена, которое играет роль в миграции дуплицированных хромосом во время анафазы. В качестве «макромолекулярной машины» митотическое веретено разделяет реплицированные хромосомы на противоположные стороны при создании двух дочерних клеток.

Полярность микротрубочек, где присоединенный конец является минусом, а плавающий конец - положительным, делает их критическим и динамичным элементом для группировки и назначения биполярных веретен. Два полюса веретена, состоящие из структур микротрубочек, помогают надежно отделить и разделить дублированные хромосомы.

Микротрубочки также участвуют в частях клетки, которые помогают ей двигаться, и являются структурными элементами ресничек, центриолей и жгутиков. Например, у мужских сперматозоидов есть длинный хвост, который помогает им достичь желаемого места назначения - женской яйцеклетки. Этот длинный нитевидный хвост, называемый жгутиком (множественное число - жгутиками), выходит за пределы плазматической мембраны и обеспечивает движение клетки. Большинство клеток - в клетках, у которых они есть - обычно имеют от одного до двух жгутиков. Когда реснички существуют на клетке, многие из них распространяются по всей поверхности внешней плазматической мембраны клетки.

Реснички на клетках, выстилающих фаллопиевы трубы женского организма, например, помогают переместить яйцеклетку к роковой встрече со сперматозоидами на пути к матке. Жгутики и реснички эукариотических клеток не такие же структурно, как у прокариотических клеток. Построенный так же, как и микротрубочки, биологи называют расположение микротрубочек «массивом 9 + 2», потому что flagellum или ресничка состоит из девяти пар микротрубочек в кольце, которое охватывает дуо микротрубочек в центр.

Функции микротрубочек требуют белков тубулина, якорных участков и координирующих центров для ферментов и других химических активностей внутри клетки. В ресничках и жгутиках тубулин вносит вклад в центральную структуру микротрубочек, которая включает вклады от других структур, таких как динеиновые ветви, нексиновые связи и радиальные спицы. Эти элементы обеспечивают связь между микротрубочками, удерживая их вместе таким же образом, как актиновые и миозиновые филаменты движутся во время сокращения мышц.

Несмотря на то, что и реснички, и жгутик состоят из структур микротрубочек, способы их движения заметно различаются. Одиночный жгутик продвигает клетку почти так же, как хвост рыбы движет рыбу вперед, из стороны в сторону, подобно хлысту. Пара жгутиков может синхронизировать свои движения, чтобы продвинуть клетку вперед, например, как работают руки пловца, когда она плывет брассом.

Реснички, намного короче жгутика, покрывают внешнюю мембрану клетки. Цитоплазма сигнализирует ресничкам о скоординированном движении, чтобы продвинуть клетку в нужном направлении. Как оркестр, их гармоничные движения идут в такт одному и тому же барабанщику. По отдельности движение реснички или жгутика работает как движение одиночного весла, проходя через среду мощным движением, чтобы продвинуть клетку в нужном направлении.

Эта активность может происходить при десятках ударов в секунду, и один удар может включать координацию тысяч ресничек. Под микроскопом вы можете увидеть, как быстро инфузории реагируют на препятствия в окружающей их среде, быстро меняя направление. Биологи все еще изучают, как они реагируют так быстро, и еще не открыли механизм коммуникации, с помощью которого внутренние части клетки сообщают ресничкам и жгутикам, как, когда и куда идти.

Микротрубочки служат транспортной системой внутри клетки для перемещения митохондрий, органелл и везикул через клетку. Некоторые исследователи ссылаются на способ, которым работает этот процесс, сравнивая микротрубочки с конвейерными лентами, в то время как другие исследователи называют их системой треков, по которой митохондрии, органеллы и везикулы перемещаются через клетка.

Как энергетические фабрики в клетке, митохондрии - это структуры или маленькие органы, в которых происходит дыхание и производство энергии - оба биохимических процесса. Органеллы состоят из множества небольших, но специализированных структур внутри клетки, каждая со своими функциями. Везикулы - это небольшие мешковидные структуры, которые могут содержать жидкости или другие вещества, например воздух. Везикулы образуются из плазматической мембраны, отщепляясь и образуя сферический мешок, окруженный липидным бислоем.

Конструкция микротрубочек в виде бусинок служит конвейерной лентой, дорожкой или магистралью для транспортировки пузырьков, органелл и других элементов внутри клетки в места, в которые они должны попасть. Моторы микротрубочек в эукариотических клетках включают: кинезины, которые перемещаются к плюсовому концу микротрубочки - концу, который растет - и динеины которые движутся к противоположному или отрицательному концу, где микротрубочка прикрепляется к плазматической мембране.

Как «моторные» белки кинезины перемещают органеллы, митохондрии и везикулы по микротрубочкам. волокна за счет силы гидролиза энергетической валюты клетки, аденозинтрифосфата или АТФ. Другой моторный белок, динеин, движется по этим структурам в противоположном направлении вдоль филаментов микротрубочек к минус-концу клетки, преобразовывая химическую энергию, запасенную в АТФ. И кинезины, и динеины являются белковыми моторами, используемыми во время деления клеток.

Недавние исследования показывают, что когда белки динеина проходят до конца минусовой стороны микротрубочки, они собираются там, а не отваливаются. Они перепрыгивают через промежуток, чтобы соединиться с другой микротрубочкой и сформировать то, что некоторые ученые называют «астрами», как полагают ученые. быть важным процессом в формировании митотического веретена путем трансформации множества микротрубочек в одну конфигурация.

Митотическое веретено - это молекулярная структура в форме футбольного мяча, которая тянет хромосомы к противоположным концам прямо перед тем, как клетка разделится с образованием двух дочерних клеток.

Изучение клеточной жизни продолжается с момента изобретения первого микроскопа во второй части. 16 века, но только в последние несколько десятилетий в клеточной биология. Например, исследователи обнаружили моторный белок кинезин-1 только в 1985 году с помощью светового микроскопа с видеоусилением.

До этого момента моторные белки существовали как класс загадочных молекул, неизвестных исследователям. По мере развития технологий и продолжения исследований исследователи надеются углубиться в клетку. чтобы узнать все, что они могут узнать о том, как работает внутренняя работа клетки, чтобы плавно.