Katere so glavne funkcije mikrotubulov v celici?

Mikrotubule natančno zvenijo: mikroskopske votle cevi, najdene v evkariontskih celicah, in nekatere celice prokariontskih bakterij, ki zagotavljajo strukturo in motorične funkcije celice. Študenti biologije se med študijem naučijo, da obstajata samo dve vrsti celic: prokariontska in evkariontska.

Prokariontske celice tvorijo enocelične organizme, ki jih najdemo v domenah Archaea in Bacteria pod sistemom Linnaean taxonomy, biološkim klasifikacijski sistem vseh življenj, medtem ko evkariontske celice spadajo pod domeno Eukarya, ki nadzira protistične, rastlinske, živalske in glivne kraljestva. Kraljestvo Monera se nanaša na bakterije. Mikrotubule prispevajo k številnim funkcijam v celici, ki so vse pomembne za celično življenje.

TL; DR (predolgo; Nisem prebral)

Mikrotubule so drobne, votle, kroglicam podobne cevaste strukture, ki celicam pomagajo ohranjati obliko. Skupaj z mikrofilamenti in vmesnimi filamenti tvorijo citoskelet celice in sodelujejo pri različnih motoričnih funkcijah celice.

Kot del citoskeleta celice mikrotubuli prispevajo k:

• Dajanje oblike celicam in celičnim membranam.
• Gibanje celic, ki vključuje krčenje mišičnih celic in še več.
• Prevoz določenih organelov znotraj celice po "cestnih cestah" ali "transportnih trakovih" v mikrotubulah.
• Mitoza in mejoza: gibanje kromosomov med delitvijo celic in ustvarjanje mitotskega vretena.
  

Mikrotubule so majhne, ​​votle, kroglicam podobne cevi ali cevi s stenami, zgrajenimi v krogu 13 protofilamentov, ki so sestavljeni iz polimerov tubulina in globularnih beljakovin. Mikrotubule so podobne miniaturiziranim različicam kitajskih pasti za prste. Mikrotubule lahko zrastejo 1000-krat toliko, kot so njihove širine. Izdelane iz sklopa dimerov - ene same molekule ali dveh enakih molekul, združenih med alfa in beta tubulinom - mikrotubule obstajajo tako v rastlinskih kot v živalskih celicah.

V rastlinskih celicah se mikrotubule tvorijo na številnih mestih znotraj celice, v živalskih celicah pa mikrotubule se začnejo pri centrosomu, organeli blizu jedra celice, ki prav tako sodeluje v celici delitev. Minusni konec predstavlja pritrjeni konec mikrotubule, medtem ko je njegovo nasprotje plus konec. Mikrotubule rastejo s pozitivnim koncem s polimerizacijo tubulinskih dimerjev in mikrotubule se s svojim sproščanjem skrčijo.

Mikrotubuli dajejo strukturi celico, da se ji pomaga upreti stiskanju in zagotovi avtocesto, po kateri se mehurčki (vrečaste strukture, ki prevažajo beljakovine in drug tovor) premikajo po celici. Mikrotubuli med delitvijo ločujejo tudi replicirane kromosome na nasprotne konce celice. Te strukture lahko delujejo same ali v povezavi z drugimi elementi celice, da tvorijo bolj zapletene strukture, kot so centriole, trepalnice ali bičevi.

S premerom samo 25 nanometrov se mikrotubule pogosto razpustijo in reformirajo tako hitro, kot jih potrebuje celica. Razpolovni čas tubulina je le približno en dan, mikrotubule pa lahko obstajajo le 10 minut, saj so v stalnem stanju nestabilnosti. Ta vrsta nestabilnosti se imenuje dinamična nestabilnost in mikrotubule se lahko sestavijo in razstavijo kot odziv na potrebe celice.

Komponente, ki tvorijo citoskelet, vključujejo elemente, narejene iz treh različnih vrst beljakovin - mikrofilamenti, vmesni filamenti in mikrotubule. Najožje od teh beljakovinskih struktur vključujejo mikrofilamente, pogosto povezane z miozinom, nitasti beljakovinski tvorbi, ki v kombinaciji z beljakovino aktinom (dolga, tanka vlakna, imenovana tudi "tanki" filamenti) pomaga krčiti mišične celice in zagotavlja togost in obliko celica.

K celičnemu gibanju poleg dela, ki ga opravljajo v citoskeletonu, prispevajo tudi mikrofilamenti, majhne paličaste strukture s povprečnim premerom med 4 in 7 nm. Vmesni filamenti, v povprečju premera 10 nm, delujejo kot vezave tako, da pritrdijo celične organele in jedro. Pomagajo tudi celici, da prenese napetost.

Mikrotubule se lahko zdijo popolnoma stabilne, vendar so v stalnem toku. V katerem koli trenutku so lahko skupine mikrotubulov v postopku raztapljanja, druge pa v procesu rasti. Ko mikrotubula raste, heterodimeri (protein, sestavljen iz dveh polipeptidnih verig), zagotavljajo pokrovčke na koncu mikrotubule, ki se odlepijo, ko se spet skrči za uporabo. Dinamična nestabilnost mikrotubulov se šteje za stabilno stanje v nasprotju z resničnim ravnotežjem, ker imajo notranjo nestabilnost - premikanje v in iz oblike.

Delitev celic ni pomembna samo za razmnoževanje življenja, temveč za ustvarjanje novih celic iz starih. Mikrotubule igrajo pomembno vlogo pri celični delitvi, saj prispevajo k nastanku mitotskega vretena, ki igra vlogo pri migraciji podvojenih kromosomov med anafazo. Kot "makromolekularni stroj" mitotično vreteno ločuje replicirane kromosome na nasprotne strani, ko ustvarja dve hčerinski celici.

Polarnost mikrotubulov, pri čemer je pritrjeni konec minus, plavajoči konec pa pozitiven, je kritičen in dinamičen element za razvrščanje in namen bipolarnih vreten. Dva pola vretena, izdelana iz struktur mikrotubulov, pomagata zanesljivo ločiti in ločiti podvojene kromosome.

Mikrotubule prispevajo tudi k delom celice, ki ji pomagajo pri premikanju, in so strukturni elementi trepalnic, centriol in bičkov. Na primer moška semenčica ima dolg rep, ki ji pomaga doseči želeni cilj, žensko jajčno celico. Imenuje se bič (množina je bič), ki se razteza od zunanje strani plazemske membrane, da spodbuja gibanje celice. Večina celic - v celicah, ki jih imajo - ima na splošno enega do dva bičevka. Ko na celici obstajajo trepalnice, se mnoge od njih širijo po celotni površini zunanje plazemske membrane celice.

Trepalnice na celicah, ki postavljajo jajčne celice ženskega organizma, na primer pomagajo premakniti jajčno celico do usodnega srečanja s semenčicami na poti do maternice. Bičevi in ​​cili evkariontskih celic po strukturi niso enaki tistim v prokariontskih celicah. Zgrajeni z enakim mikrotubulom, biologi ureditev mikrotubulov imenujejo "niz 9 + 2", ker flagellum ali cilium je sestavljen iz devetih parov mikrotubulov v obroču, ki zapira duo mikrotubulov v center.

Funkcije mikrotubulov zahtevajo tubulinske beljakovine, pritrdilna mesta in koordinacijske centre za encimske in druge kemične aktivnosti v celici. V trepalnicah in bičevih tubulin prispeva k osrednji strukturi mikrotubule, ki vključuje prispevke drugih struktur, kot so dineinski kraki, neksinske povezave in radialne napere. Ti elementi omogočajo komunikacijo med mikrotubuli in jih držijo skupaj na način, ki je podoben gibanju aktinskih in miozinskih filamentov med krčenjem mišic.

Čeprav so tako trepalnice kot bič sestavljeni iz struktur mikrotubulov, se načini njihovega gibanja izrazito razlikujejo. En sam flagellum poganja celico na enak način, kot da ribji rep premika ribo naprej, z bičem, podobnim bičem. Par bičkov lahko sinhronizira svoje gibe za poganjanje celice naprej, na primer, kako delujejo roke plavalca, ko plava z dojko.

Cilia, veliko krajša od bičkov, pokriva zunanjo membrano celice. Citoplazma signalizira cilijam, da se usklajeno premikajo, da celico poganjajo v smer, v katero mora iti. Tako kot koračnice njihovi usklajeni gibi stopijo pravočasno k istemu bobnarju. Posebej gibanje ciliuma ali flageluma deluje kot gibanje enega samega vesla in skozi močan gib prehaja skozi medij, da celico potisne v smer, v katero mora iti.

Ta aktivnost se lahko pojavi pri več deset gibih na sekundo, pri eni kapi pa lahko sodeluje tisoče trepalnic. Pod mikroskopom lahko vidite, kako hitro se trepalnice odzovejo na ovire v svojem okolju s hitrim spreminjanjem smeri. Biologi še vedno proučujejo, kako se odzivajo tako hitro, in še niso odkrili komunikacijskega mehanizma, s katerim notranji deli celice sporočajo trepalnicam in bičem, kako, kdaj in kam iti.

Mikrotubule služijo kot transportni sistem znotraj celice za premikanje mitohondrijev, organelov in veziklov skozi celico. Nekateri raziskovalci se sklicujejo na način, kako ta postopek deluje tako, da primerjajo mikrotubule, podobne tekočim trakom drugi raziskovalci jih označujejo kot sistem sledi, po katerem se mitohondriji, organele in mehurčki gibljejo skozi celica.

Kot tovarne energije v celici so mitohondriji strukture ali majhni organi, v katerih se pojavita dihanje in proizvodnja energije - oba biokemijska procesa. Organele sestavlja več majhnih, vendar specializiranih struktur znotraj celice, vsaka s svojimi funkcijami. Mehurčki so majhne vrečaste strukture, ki lahko vsebujejo tekočine ali druge snovi, kot je zrak. Iz plazemske membrane nastanejo mehurčki, ki se odščipnejo in tvorijo kroglasti vrečki, zaprti z lipidnim dvoplastom.

Zrncu podobna konstrukcija mikrotubulov služi kot tekoči trak, tir ali avtocesta za prevoz veziklov, organelov in drugih elementov znotraj celice do krajev, ki jih potrebujejo. Vključujejo motorje mikrotubulov v evkariontskih celicah kinezini, ki se premaknejo na plus konec mikrotubule - konec, ki raste - in dineini ki se premaknejo na nasprotni ali minus konec, kjer se mikrotubula pritrdi na plazemsko membrano.

Kinezini kot "motorni" proteini premikajo organele, mitohondrije in mehurčke vzdolž mikrotubule filamenti s pomočjo hidrolize energijske valute celice, adenozin trifosfata ali ATP. Drugi motorni protein, dinein, te strukture hodi v nasprotni smeri vzdolž filamentov mikrotubulov proti minus koncu celice s pretvorbo kemične energije, shranjene v ATP. Tako kinezini kot dineini so beljakovinski motorji, ki se uporabljajo med delitvijo celic.

Nedavne študije kažejo, da se beljakovine dinineina, ko gredo do konca minus strani mikrotubule, tam zberejo, namesto da bi odpadle. Skočijo čez razpon, da se povežejo z drugo mikrotubulo in tvorijo tisto, kar nekateri znanstveniki imenujejo "astre", po mnenju znanstvenikov je pomemben postopek pri tvorbi mitotskega vretena z oblikovanjem več mikrotubulov v eno samo konfiguracijo.

Mitotično vreteno je molekularna struktura "nogometne oblike", ki vleče kromosome na nasprotne konce tik preden se celica razcepi in tvori dve hčerinski celici.

Študija celičnega življenja poteka že od izuma prvega mikroskopa v drugem delu 16. stoletja, a šele v zadnjih nekaj desetletjih je prišlo do napredka v celični biologije. Na primer, raziskovalci so motorični protein kinesin-1 odkrili šele leta 1985 z uporabo video ojačenega svetlobnega mikroskopa.

Do takrat so motorični proteini obstajali kot vrsta skrivnostnih molekul, ki jih raziskovalci ne poznajo. Ko tehnološki razvoj napreduje in se študije nadaljujejo, raziskovalci upajo, da se bodo poglobili v celico da bi ugotovili, kaj vse se lahko naučijo o tem, kako deluje notranje delovanje celice brezhibno.