Aká je hlavná funkcia mikrotubulov v bunke?

Mikrotubuly sú presne také, ako znejú: mikroskopické duté trubice nachádzajúce sa vo vnútri eukaryotických buniek a niektorých buniek prokaryotických baktérií, ktoré poskytujú bunke štruktúru a motorické funkcie. Študenti biológie sa počas štúdia dozvedia, že existujú iba dva typy buniek: prokaryotické a eukaryotické.

Prokaryotické bunky tvoria jednobunkové organizmy nachádzajúce sa v doménach Archaea a Bacteria v systéme Linnaean taxonomy, biologický klasifikačný systém všetkého života, zatiaľ čo eukaryotické bunky spadajú pod doménu Eukarya, ktorá dohliada na protisty, rastliny, zvieratá a huby kráľovstva. Kráľovstvo Monera sa týka baktérií. Mikrotubuly prispievajú k mnohým funkciám v bunke, ktoré sú všetky dôležité pre bunkový život.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Mikrotubuly sú malé, duté rúrkovité štruktúry podobné guľôčkam, ktoré pomáhajú bunkám udržiavať svoj tvar. Spolu s mikrofilamentami a medzivláknami tvoria cytoskelet bunky a podieľajú sa na rôznych motorických funkciách bunky.

Ako súčasť cytoskeletu bunky prispievajú mikrotubuly k:

• Dávanie tvaru bunkám a bunkovým membránam.
• Pohyb buniek, ktorý zahŕňa kontrakciu vo svalových bunkách a ďalšie.
• Preprava špecifických organel v bunke prostredníctvom mikrotubulov „cestných komunikácií“ alebo „dopravných pásov“.
• Mitóza a meióza: pohyb chromozómov počas bunkového delenia a tvorba mitotického vretienka.
  

Mikrotubuly sú malé, duté, guľôčkovité rúrky alebo trubice so stenami postavenými do kruhu 13 protofilamentov, ktoré pozostávajú z polymérov tubulínu a globulárneho proteínu. Mikrotubuly pripomínajú miniaturizované verzie čínskych lapačov prstov s guľkami. Mikrotubuly môžu dorásť 1 000-krát dlhšie ako sú ich šírky. Vyrobené zhromaždením dimérov - jednej molekuly alebo dvoch identických molekúl spojených z alfa a beta tubulínu - existujú v rastlinných aj živočíšnych bunkách mikrotubuly.

V rastlinných bunkách sa mikrotubuly tvoria na mnohých miestach v bunke, ale v živočíšnych bunkách mikrotubuly začínajú v centrozóme, organeli v blízkosti jadra bunky, ktorá sa tiež podieľa na bunke rozdelenie. Mínusový koniec predstavuje pripojený koniec mikrotubulu, zatiaľ čo jeho opačný koniec je plusový koniec. Mikrotubuly rastú na plusovom konci polymerizáciou tubulínových dimérov a mikrotubuly sa zmenšujú ich uvoľňovaním.

Mikrotubuly dodávajú bunke štruktúru, ktorá jej pomáha odolávať kompresii a poskytuje diaľnicu, po ktorej sa cez bunku pohybujú vezikuly (vakovité štruktúry, ktoré prenášajú proteíny a iný náklad). Mikrotubuly tiež počas delenia separujú replikované chromozómy na opačné konce bunky. Tieto štruktúry môžu pracovať samostatne alebo v spojení s inými prvkami bunky a vytvárať tak komplikovanejšie štruktúry, ako sú centrioly, mihalnice alebo bičíky.

S priemermi iba 25 nanometrov sa mikrotubuly často rozpadajú a reformujú tak rýchlo, ako to bunka potrebuje. Polčas rozpadu tubulínu je iba asi deň, ale mikrotubuly môžu existovať iba 10 minút, pretože sú v neustálom stave nestability. Tento typ nestability sa nazýva dynamická nestabilita a mikrotubuly sa môžu zhromažďovať a rozoberať v závislosti na potrebách bunky.

Medzi komponenty, ktoré tvoria cytoskelet, patria prvky vyrobené z troch rôznych druhov proteínov - mikrofilamenty, intermediárne vlákna a mikrotubuly. Medzi najužšie z týchto proteínových štruktúr patria mikrofilamenty, často spojené s myozínom, tvorbou vláknitého proteínu, ktorý keď sa skombinuje s proteínom aktín (dlhé, tenké vlákna, ktoré sa tiež nazývajú „tenké“ vlákna), pomáha sťahovať svalové bunky a dodávať stuhnutosť a tvar bunka.

Mikrovlákna, malé tyčkovité štruktúry so stredným priemerom medzi 4 až 7 nm, okrem práce, ktorú vykonávajú v cytoskelete, tiež prispievajú k bunkovému pohybu. Stredné vlákna, ktorých priemer je 10 nm, pôsobia ako tie-downy zabezpečením bunkových organel a jadra. Pomáhajú tiež bunke odolávať napätiu.

Mikrotubuly sa môžu javiť ako úplne stabilné, sú však neustále v pohybe. V jednom okamihu môžu byť skupiny mikrotubulov v procese rozpúšťania, zatiaľ čo iné môžu byť v procese rastu. Ako mikrotubuly rastú, heterodiméry (proteín pozostávajúci z dvoch polypeptidových reťazcov) poskytujú na konci mikrotubulu čiapky, ktoré sa odlepia, keď sa znova zmenšia na ďalšie použitie. Dynamická nestabilita mikrotubulov sa považuje za ustálený stav na rozdiel od skutočnej rovnováhy, pretože majú vnútornú nestabilitu - pohybujú sa dovnútra a von z formy.

Delenie buniek nie je dôležité iba na reprodukciu života, ale aj na to, aby sa zo starých buniek vytvorili nové bunky. Mikrotubuly zohrávajú dôležitú úlohu pri delení buniek tým, že prispievajú k tvorbe mitotického vretienka, ktoré hrá úlohu pri migrácii duplikovaných chromozómov počas anafázy. Ako „makromolekulový stroj“ mitotické vreteno oddeľuje replikované chromozómy na opačné strany pri vytváraní dvoch dcérskych buniek.

Polarita mikrotubulov, pričom pripojený koniec je mínus a plávajúci koniec je kladný, je kritickým a dynamickým prvkom pre zoskupenie a účel bipolárneho vretena. Dva póly vretena vyrobené z štruktúr mikrotubulov pomáhajú spoľahlivo segregovať a separovať duplikované chromozómy.

Mikrotubuly tiež prispievajú k tým častiam bunky, ktoré jej pomáhajú pri pohybe, a sú štruktúrnymi prvkami mihalníc, centriolov a bičíkov. Napríklad mužská spermia má dlhý chvost, ktorý jej pomáha dosiahnuť požadované miesto, ženské vajíčko. Tento dlhý, vláknitý chvost, nazývaný bičík (množné číslo je bičíkovce), sa tiahne od vonkajšej strany plazmatickej membrány, aby poháňal pohyb bunky. Väčšina buniek - v bunkách, ktoré ich majú - má zvyčajne jeden až dva bičíky. Ak na bunke existujú mihalnice, mnohé z nich sa šíria po celom povrchu vonkajšej plazmatickej membrány bunky.

Riasinky na bunkách, ktoré lemujú vajcovody ženského organizmu, napríklad pomáhajú posúvať vajíčko k jeho osudovému stretnutiu so spermou na ceste do maternice. Bičíky a mihalnice eukaryotických buniek nie sú štrukturálne rovnaké ako tie, ktoré sa nachádzajú v prokaryotických bunkách. Biológovia, postavení rovnako ako mikrotubuly, nazývajú usporiadanie mikrotubulov „poľom 9 + 2“, pretože bičík alebo cilium sa skladá z deviatich párov mikrotubulov v krúžku, ktorý obklopuje duo mikrotubulov v centrum.

Funkcie mikrotubulov vyžadujú tubulínové proteíny, kotviace miesta a koordinačné centrá pre enzýmové a iné chemické aktivity v bunke. V mihalniciach a bičíkoch prispieva tubulín k centrálnej štruktúre mikrotubulov, ktorá zahŕňa príspevky z iných štruktúr, ako sú dyneínové ramená, spojenia nexínov a lúče lúčov. Tieto prvky umožňujú komunikáciu medzi mikrotubulmi a držia ich pohromade podobným spôsobom, ako sa pohybujú vlákna aktínu a myozínu počas kontrakcie svalov.

Aj keď sú mihalnice aj bičíky tvorené štruktúrami mikrotubulov, spôsoby ich pohybu sú výrazne odlišné. Jediný bičík poháňa bunku rovnakým spôsobom, že chvost ryby posúva rybu vpred, pohybom v tvare biča. Pár bičíkov môže synchronizovať svoje pohyby, aby poháňali bunku dopredu, napríklad to, ako fungujú paže plavca, keď pláva po prsníku.

Cilia, oveľa kratšia ako bičík, pokrýva vonkajšiu membránu bunky. Cytoplazma signalizuje riasinkám pohyb koordinovaným spôsobom, aby poháňala bunku v smere, ktorým je potrebné ísť. Rovnako ako pochodová kapela, ich harmonizované pohyby krok za časom prichádzajú k rovnakému bubeníkovi. Pohyb cilium alebo bičík jednotlivo funguje ako pohyb jedného vesla, ktorý prechádza médiom silným ťahom, aby poháňal bunku v smere, ktorým musí ísť.

Táto aktivita sa môže vyskytnúť pri desiatkach úderov za sekundu a jeden úder môže zahŕňať koordináciu tisícov mihalníc. Pod mikroskopom môžete vidieť, ako rýchle nálevníky reagujú na prekážky v ich prostredí rýchlou zmenou smeru. Biológovia stále skúmajú, ako tak rýchlo reagujú, a ešte musia objaviť komunikačný mechanizmus, pomocou ktorého vnútorné časti bunky hovoria riasinkám a bičíkom, ako, kedy a kam majú ísť.

Mikrotubuly slúžia ako transportný systém v bunke na pohyb mitochondrií, organel a vezikúl cez bunku. Niektorí vedci odkazujú na spôsob, akým tento proces funguje, tým, že prirovnávajú mikrotubuly podobné dopravným pásom ďalší vedci ich označujú ako dráhový systém, ktorým sa mitochondrie, organely a vezikuly pohybujú cez bunka.

Ako energetické továrne v bunke sú mitochondrie štruktúry alebo malé orgány, v ktorých dochádza k dýchaniu a tvorbe energie - obidva biochemické procesy. Organely sa skladajú z niekoľkých malých, ale špecializovaných štruktúr v bunke, z ktorých každá má svoje vlastné funkcie. Vezikuly sú malé štruktúry podobné vakom, ktoré môžu obsahovať tekutiny alebo iné látky, napríklad vzduch. Vezikuly sa tvoria z plazmatickej membrány a ich odštiepením sa vytvorí guľovitý vak uzavretý lipidovou dvojvrstvou.

Perličková konštrukcia mikrotubulov slúži ako dopravný pás, dráha alebo diaľnica na prepravu vezikúl, organel a ďalších prvkov v bunke na miesta, ktoré potrebujú. Medzi mikrotubulárne motory v eukaryotických bunkách patrí kinezíny, ktoré sa pohybujú na plusový koniec mikrotubulu - koniec, ktorý rastie - a dyneíny ktoré sa pohybujú na opačnom alebo mínusovom konci, kde sa mikrotubuly pripájajú k plazmatickej membráne.

Ako „motorické“ proteíny pohybujú kinezíny organely, mitochondrie a vezikuly pozdĺž mikrotubulu vlákna prostredníctvom sily hydrolýzy energetickej meny bunky, adenozíntrifosfátu alebo ATP. Druhý motorický proteín, dyneín, prechádza týmito štruktúrami v opačnom smere pozdĺž mikrotubulárnych vlákien smerom k mínus koncu bunky premenou chemickej energie uloženej v ATP. Kinezíny aj dyneíny sú proteínové motory používané pri delení buniek.

Posledné štúdie ukazujú, že keď dyneínové proteíny kráčajú na koniec mínusovej strany mikrotubulu, zhromažďujú sa tam namiesto toho, aby odpadli. Dúfajú, že sa rozpoja a spoja s ďalšou mikrotubulou, aby vytvorili to, čo niektorí vedci nazývajú „astry“ byť dôležitým procesom pri formovaní mitotického vretena premenou viacerých mikrotubulov na jeden konfigurácia.

Mitotické vreteno je „futbalová“ molekulárna štruktúra, ktorá tiahne chromozómy na opačné konce tesne predtým, ako sa bunka rozdelí a vytvorí dve dcérske bunky.

Štúdium bunkového života pokračuje od vynálezu prvého mikroskopu v druhej časti 16. storočia, ale iba v posledných niekoľkých desaťročiach došlo k pokrokom v bunkovej oblasti biológia. Vedci napríklad objavili motorický proteín kinezín-1 až v roku 1985 pomocou svetelného mikroskopu s vylepšeným videom.

Až do tohto bodu existovali motorické proteíny ako trieda záhadných molekúl, ktorú výskumníci nepoznali. Ako technologický vývoj napreduje a štúdie pokračujú, vedci dúfajú, že sa ponoria hlboko do bunky zistiť všetko, čo sa môžu naučiť, ako funguje vnútorné fungovanie bunky plynulo.