Vad är den viktigaste funktionen för mikrotubuli i cellen?

Mikrotubuli är exakt hur de låter: mikroskopiska ihåliga rör som finns inuti eukaryota celler och vissa prokaryota bakterieceller som ger struktur och motoriska funktioner för cellen. Biologistudenter lär sig under sina studier att det bara finns två typer av celler: prokaryota och eukaryota.

Prokaryota celler utgör de encelliga organismer som finns i Archaea och Bacteria-domänerna under det Linnéska taxonomisystemet, ett biologiskt klassificeringssystem för allt liv, medan eukaryota celler faller under Eukarya-domänen, som övervakar protisten, växter, djur och svampar riken. Monera-riket hänvisar till bakterier. Mikrotubuli bidrar till flera funktioner i cellen, som alla är viktiga för cellens liv.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Mikrotubuli är små, ihåliga, pärlliknande rörformiga strukturer som hjälper celler att behålla sin form. Tillsammans med mikrofilament och mellanliggande trådar bildar de cellens skelett, samt deltar i en mängd olika motorfunktioner för cellen.

Som en del av cellens cytoskelett bidrar mikrotubuli till:

• Ge celler och cellmembran form.
• Cellrörelse, som inkluderar sammandragning i muskelceller och mer.
• Transport av specifika organeller i cellen via mikrotubuli "vägar" eller "transportband".
• Mitos och meios: rörelse av kromosomer under celldelning och skapande av den mitotiska spindeln.
  

Mikrotubuli är små, ihåliga, pärlliknande rör eller rör med väggar konstruerade i en cirkel av 13 protofilament som består av polymerer av tubulin och globulärt protein. Mikrotubuli liknar miniatyriserade versioner av pärlstavsfingrar. Mikrotubuli kan växa 1000 gånger så länge som deras bredd. Tillverkad genom sammansättning av dimerer - en enda molekyl eller två identiska molekyler sammanfogade av alfa- och beta-tubulin - finns mikrotubuli i både växt- och djurceller.

I växtceller bildas mikrotubuli på många ställen i cellen, men i djurceller mikrotubuli börja vid centrosomen, en organell nära kärnan i cellen som också deltar i cellen division. Minusänden representerar den anslutna änden av mikrotubuli medan dess motsatta är plusänden. Mikrotubuli växer i plusänden genom polymerisation av tubulin-dimerer och mikrotubuli krymper när de släpps.

Mikrotubuli ger strukturen till cellen för att hjälpa den att motstå kompression och för att ge en motorväg där vesiklar (säckliknande strukturer som transporterar proteiner och annan last) rör sig över cellen. Mikrotubuli separerar också replikerade kromosomer till motsatta ändar av en cell under delning. Dessa strukturer kan fungera ensamma eller i kombination med andra element i cellen för att bilda mer komplicerade strukturer som centrioler, cilia eller flagella.

Med diametrar på endast 25 nanometer upplöses mikrotubuli ofta och reformeras så snabbt som cellen behöver dem. Halveringstiden för tubulin är bara ungefär en dag, men en mikrotubuli kan existera i bara 10 minuter eftersom de är i ett konstant tillstånd av instabilitet. Denna typ av instabilitet kallas dynamisk instabilitet, och mikrotubuli kan monteras och demonteras som svar på cellens behov.

Komponenterna som utgör cytoskelettet inkluderar element tillverkade av tre olika typer av proteiner - mikrofilament, mellanfilament och mikrotubuli. Den smalaste av dessa proteinstrukturer inkluderar mikrofilament, ofta associerade med myosin, en trådliknande proteinbildning som, när den kombineras med proteinaktinet (långa, tunna fibrer som även kallas "tunna" filament), hjälper till att dra ihop muskelceller och ge styvhet och form till cell.

Mikrofilament, små stavliknande strukturer med en genomsnittlig diameter på mellan 4 och 7 nm, bidrar också till cellulär rörelse utöver det arbete de utför i cytoskelettet. De mellanliggande filamenten, i genomsnitt 10 nm i diameter, fungerar som bindningar genom att säkra cellorganeller och kärnan. De hjälper också cellen att motstå spänningar.

Mikrotubuli kan verka helt stabila, men de är i konstant flöde. Vid varje ögonblick kan grupper av mikrotubuli lösa sig, medan andra kan växa. När mikrotubuli växer ger heterodimerer (ett protein som består av två polypeptidkedjor) lock till änden av mikrotubuli, som lossnar när det krymper för användning igen. Den dynamiska instabiliteten hos mikrotubuli anses vara ett stabilt tillstånd i motsats till en sann jämvikt eftersom de har inneboende instabilitet - rör sig in och ut ur form.

Celldelning är inte bara viktigt för att reproducera liv utan för att göra nya celler gamla. Mikrotubuli spelar en viktig roll i celldelning genom att bidra till bildandet av den mitotiska spindeln, som spelar en roll i migrationen av duplicerade kromosomer under anafas. Som en "makromolekylär maskin" separerar den mitotiska spindeln replikerade kromosomer till motsatta sidor när två dotterceller skapas.

Mikrotubulernas polaritet, med den anslutna änden som ett minus och den flytande änden är en positiv, gör det till ett kritiskt och dynamiskt element för bipolär spindelgruppering och syfte. De två polerna i spindeln, gjorda av mikrotubulusstrukturer, hjälper till att separera och separera duplicerade kromosomer på ett tillförlitligt sätt.

Mikrotubuli bidrar också till de delar av cellen som hjälper den att röra sig och är strukturella element av cilia, centrioles och flagella. Den manliga spermacellen har till exempel en lång svans som hjälper den att nå sitt önskade mål, kvinnligt ägg. Kallas en flagellum (pluralen är flagella), den långa, trådliknande svansen sträcker sig från utsidan av plasmamembranet för att driva cellens rörelse. De flesta celler - i celler som har dem - har i allmänhet en till två flageller. När cilier finns på cellen sprids många av dem längs hela ytan av cellens yttre plasmamembran.

Cilierna på celler som täcker en kvinnlig organisms äggledare hjälper till exempel till att flytta ägget till sitt ödesdigra möte med spermierna på resan till livmodern. Flagellen och cilierna hos eukaryota celler är inte samma strukturellt som de som finns i prokaryota celler. Byggt med detsamma med mikrotubuli kallar biologer mikrotubuliarrangemanget för "9 + 2-array" eftersom en flagellum eller cilium består av nio mikrotubuli-par i en ring som omsluter en mikrotubuli-duo i Centrum.

Mikrotubuli-funktioner kräver tubulinproteiner, förankringsplatser och koordinerande centra för enzym och andra kemiska aktiviteter i cellen. I cilia och flagella bidrar tubulin till mikrotubuliens centrala struktur, vilket inkluderar bidrag från andra strukturer som dyneinarmar, nexinlänkar och radiella ekrar. Dessa element möjliggör kommunikation mellan mikrotubuli och håller dem ihop på ett sätt som liknar hur aktin- och myosinfilament rör sig under muskelsammandragning.

Trots att både cilia och flagellum består av mikrotubuli-strukturer, är sätten de rör sig på olika sätt. En enda flagellum driver cellen mycket på samma sätt som en fisks svans rör en fisk framåt, i en sida-till-sida-piskliknande rörelse. Ett par flageller kan synkronisera sina rörelser för att driva cellen framåt, som hur en simmare ska fungera när hon simmar bröststroken.

Cilia, mycket kortare än flagellum, täcker cellens yttre membran. Cytoplasman signalerar cilier att röra sig på ett samordnat sätt för att driva cellen i den riktning den behöver gå. Som ett marscherande band går deras harmoniserade rörelser i takt med samma trummis. Individuellt fungerar en cilium- eller flagellrörelse som för en enda åra och passerar genom mediet i ett kraftfullt slag för att driva cellen i den riktning den behöver gå.

Denna aktivitet kan inträffa vid dussintals slag per sekund, och ett slag kan involvera samordning av tusentals cilier. Under ett mikroskop kan du se hur snabbt ciliates reagerar på hinder i deras miljö genom att snabbt ändra riktning. Biologer studerar fortfarande hur de svarar så snabbt och har ännu inte upptäckt kommunikationsmekanismen genom vilken de inre delarna av cellen berättar för cilier och flageller hur, när och vart de ska gå.

Mikrotubuli fungerar som transportsystemet i cellen för att flytta mitokondrier, organeller och vesiklar genom cellen. Vissa forskare hänvisar till hur denna process fungerar genom att likna mikrotubuli som liknar transportband medan andra forskare hänvisar till dem som ett spårsystem genom vilket mitokondrier, organeller och vesiklar rör sig genom cell.

Som energifabriker i cellen är mitokondrier strukturer eller små organ där andning och energiproduktion sker - båda biokemiska processer. Organeller består av flera små men specialiserade strukturer i cellen, var och en med sina egna funktioner. Vesiklar är små säckliknande strukturer som kan innehålla vätskor eller andra ämnen som luft. Vesiklar bildas från plasmamembranet och klämmer av för att skapa en sfärliknande säck omsluten av ett lipid dubbelskikt.

Den pärlliknande konstruktionen av mikrotubuli fungerar som ett transportband, spår eller motorväg för att transportera vesiklar, organeller och andra element i cellen till de platser de behöver gå. Mikrotubuli-motorer i eukaryota celler inkluderar kinesins, som rör sig till plusänden på mikrotubuli - änden som växer - och dyneiner som rör sig till motsatt eller minus ände där mikrotubuli fäster vid plasmamembranet.

Som "motoriska" proteiner rör kinesiner organeller, mitokondrier och vesiklar längs mikrotubuli trådar genom kraften av hydrolys av cellens energivaluta, adenosintrifosfat eller ATP. Det andra motorproteinet, dynein, går dessa strukturer i motsatt riktning längs mikrotubuli-trådarna mot minusänden av cellen genom att omvandla den kemiska energi som lagras i ATP. Både kinesiner och dyneiner är de proteinmotorer som används under celldelning.

Nya studier visar att när dyneinproteiner går till slutet av mikrotubuliens minus sida, samlas de där istället för att falla av. De hoppar över hela intervallet för att ansluta till en annan mikrotubuli för att bilda det som vissa forskare kallar "asters", tänkte av forskare vara en viktig process i bildandet av den mitotiska spindeln genom att morfera de flera mikrotubuli till en enda konfiguration.

Den mitotiska spindeln är en "fotbollsformad" molekylär struktur som drar kromosomer till motsatta ändar precis innan cellen delar sig för att bilda två dotterceller.

Studien av cellliv har pågått sedan uppfinningen av det första mikroskopet i den senare delen från 1500-talet, men det har bara varit under de senaste decennierna som framsteg har skett inom mobilnätet biologi. Till exempel upptäckte forskare endast motorproteinet kinesin-1 1985 med hjälp av ett videoförstärkt ljusmikroskop.

Fram till den tiden fanns motorproteiner som en klass av mystiska molekyler okända för forskare. När teknikutvecklingen utvecklas och studier fortsätter hoppas forskare att gräva djupt in i cellen för att ta reda på allt de kan lära sig om hur cellens inre fungerar sömlöst.