Centrosome: Definition, Structure & Function (med diagram)

De centrosom ("mittkroppen") är en struktur som finns i cellerna hos de flesta växter och djur. Det är från denna organell som proteinstrukturerna kallas mikrotubuli forma och förlänga.

Dessa mikrotubuli kommer från mikrotubuliorganiseringscentret (MTOC) och är integrerade i ett antal eukaryota cellfunktioner och processer under en cells livstid. De är kanske mest kända för sin viktiga roll i celldelningsprocessen, som inkluderar mitos (delningen av cellens kärnmaterial i dotterkärnor) följt i kort ordning av cytokinese (uppdelningen av en hel cell i dotterceller).

Denna delningsprocess förmedlas av centrioles av centrosomes.

Centrosomes är strukturer som innehåller centriolerna, som ger upphov till mikrotubuli som fungerar som den mitotiska spindeln. Det är mycket att tänka sig, så en titt på var och en av dessa i termer ger en tydligare uppfattning om den fysiska uppsättningen av centrosomer.

Under mellanfas, vilken är den period under vilken en cell inte aktivt delar sig, innehåller varje cell en centrosom som innehåller ett par centrioler. Var och en av dessa centrioler består av nio mikrotubuli-tripletter i ett cylindriskt arrangemang; med andra ord, en enda centriole innehåller totalt

• Om du skulle titta på ett tvärsnitt av en centriole, skulle du se en cirkulär formation bestående av nio grupper ...
• ... och var och en av dessa grupper har en rad av tre mindre cirklar, med dessa linjer av mindre cirklar vinklade mot mitten av den cirkulära formationen.

Också under interfasen replikeras alla cellens baskomponenter inklusive centrosomen och dess par av centrioler. Ursprungligen förblir de två centrosomerna, eller paren av centrioler, i nära fysisk närhet. När mitos är helt igång är de två centriolerna migrera mot motsatta ändar av cellen som förbereder sig för att delas upp i två dotterceller.

• Mellan centriolerna och den cellulära matrisen där de skapas och finns, har över 100 distinkta proteiner en funktion i centrosomens struktur. Denna matris är känd som pericentriolar material, eller PCM.

Centrosome vs. Centromer: Varken "centrosome" eller "centriole" bör förväxlas med centromer, vilket är den fysiska korsningen mellan systerkromatiderna i en kromosom som förbereder sig för att dela sig som en del av mitos.)

Mikrotubuli har, som nämnts, ett antal olika funktioner i celler, men deras huvudsyfte i celldelning är att tjäna som spindelfibrer som hjälper till att kontrollera och utföra separationen av cellulära komponenter under uppdelningen bearbeta.

Förutom att delta i mitos, centrosomen spelar en viktig strukturell roll i cellen genom att generera mikrotubuli som bildar cytoskelett, vilket är vad som ger celler deras form och integritet.

Även om det kanske är frestande att föreställa sig celler som ömtåliga, gelatinösa klot som är lite mer än runda behållare, varje cell är extremt dynamisk, inklusive dess membran, som noggrant kontrollerar vilka ämnen som får passera in i och utanför cellen.

• Om mikrotubuli som deltar i celldelning genom att forma spindeln är som spakar som styr var delar av cellen går, sedan de som utgör den statiska cytoskelett är som byggnadsställningar.

Läs mer om mikrotubuli-cellernas huvudfunktion.

Deras syfte liknar det i din egen kropps skelett, vilket ger resten av dig din allmänna fysiska form och fungerar som ett slags rack som innehåller dina andra viktiga fysiska komponenter - dina organ, muskler och vävnader.

Cytoskelettarrangemang och sammansättning: Mikrotubuli som bildar cytoskelettet är gängade över cytoplasman i cellens inre och bildar en serie hängslen mellan cellens gräns och dess kärna nära centrum. Dessa tubuli består i sin tur av monomera enheter gjorda av ett protein som kallas tubulin.

Detta tubulin, som många proteiner i naturen, finns i en mängd olika typer; de vanligaste som finns i mikrotubuli är:

• alfa-tubulin
• beta-tubulin

Endast i närvaro av en centrosom bildar dessa monomerer sig spontant till mikrotubuli, i mycket hög grad på samma sätt, kanske, eftersom ägg, socker och choklad bara bildar sig kakor i närvaro av en mänsklig personal kök.

Dessutom kallas proteiner dyneiner och kinesins delta i mitos dessa hjälper till att orientera ändarna på mikrotubuli till deras rätta platser längs eller nära de snart delade kromosomerna, vilka sträcker sig längs metafasplattan.

Betydelsen av Centrosomes: Det är ännu inte känt hur exakt duplicering av centrosomer under interfas sker. Det är också anmärkningsvärt att även om centrosomer och centrioler förekommer i de flesta växtceller, mitos kan förekomma i växter i frånvaro av dessa strukturer. Faktum är att i vissa djurceller kan mitos fungera även när centriolerna målmedvetet har förstörts, men detta resulterar i allmänhet i ett ovanligt stort antal replikationsfel.

Man tror därför att centrosomes hjälper till att ge en viss kontroll över hela processen, och biokemister strävar efter att klargöra mekanismerna för detta eftersom de sannolikt är viktiga i uppkomst och progression av cancer och andra störningar som är beroende av cellreplikation och delning.

•••Dana Chen | Sciencing

Celldelning är en viktig del av cellbiologin. Centrosomes spelar en viktig roll i denna process.

Kom ihåg att de två centriolerna i en enda centrosom är orienterade i rät vinkel mot varandra, vilket innebär att mikrotubuli i dessa centrioler kommer att placeras i en av två ömsesidigt vinkelräta vägbeskrivning. Kom också ihåg att de två centrosomerna i en ännu inte helt delande cell ligger på motsatta ändar av interfascellen.

En implikation av denna geometri är att när spindelfibrerna av mitos börjar bildas, de sträcker sig från varje sida (eller “pol”) Av cellen mot dess centrum, där celldelning i slutändan är tydligast, och de sträcker sig också eller "fläktar" utåt i en rad riktningar från varje centrosom själv.

Försök att hålla dina stängda nävar något isär och öppna dem sedan långsamt medan du sträcker dina ny synliga fingrar mot varandra. detta ger en allmän bild av vad som utvecklas vid centrosomes när mitos fortskrider.

Mitosen i sig innehåller fyra faser (ibland listade som fem). I ordning är dessa:

1. Prophase
2. Metafas
3. Anafas
4. Telofas

Vissa källor inkluderar också prometafas mellan profas och metafas. När mitos pågår rör sig mikrotubuli som växer från den framväxande mitotiska spindeln vid varje pol mot mitten av cellen, där de replikerade kromosomerna arrangerade i par är uppradade längs så kallade metafasplatta (en osynlig linje längs vilken kärnans klyvning sker).

De här ändarna av spindelfibrerna hamnar på ett av tre ställen: på kinetochore av varje kromosompar, vilket är strukturen med vilken kromosomer faktiskt separeras; på armarna på kromosomerna; och i cytoplasman väl på andra sidan av cellen, närmare den motsatta centrosomen än till dessa fibrers utgångspunkt.

Spindelfibrer i drift: Utbudet av ankarpunkter i spindelfibrernas ändar intygar den mitotiska processens elegans och komplexitet. Det är ett slags "dragkamp", men en som måste vara extremt väl samordnad, så att uppdelningen "går igenom" den exakta mitten av varje kromosompar för att säkerställa att varje dottercell får exakt en kromosom från varje par.

Spindelfibrerna gör därför "trycka" såväl som mycket "dra" för att säkerställa att celldelningen inte bara är kraftfull utan exakt. Mikrotubuli deltar enbart i uppdelningen av kärnan, men deltar också i uppdelningen av hela cellen (dvs cytokinese) och återinslutningen av varje ny dottercell i sitt eget cellmembran.

Ett sätt att kanske föreställa sig allt detta: Celler har inga muskler, men mikrotubuli är ungefär så nära som cellkomponenter blir.

Som sagt replikeras cellernas centrosomer under interfas, den relativt långa delen av cellcykeln mellan mitotiska uppdelningar. Replikeringen av centrioler i centrosomer är inte helt konservativ, vilket innebär att de två bildade dottercentriolerna inte är helt identiska, vilket skulle inträffa i en konservativ process. Istället är centriolereplikering halvkonservativ.

Medan den exakta mekanismen för centrosomreplikation under S-fas (syntesfas) av cellfas återstår att förstås fullt ut, har forskare insett att när en centriole delar sig, en av de resulterande centriolerna behåller ”moderns” egenskaper och kan generera operativa mikrotubuli.

Denna centriole har "stamcellsliknande" egenskaper, medan den andra, "dottern", blir helt differentierad. Varje delande cell har ett moder-dotter centriole-par vid varje pol, så varje ny dottercell, som du förväntar dig, innehåller en modercentriole och en dottercentriole i varje par. Under interfasen som snart följer kommer denna centriole att dela sig för att återigen skapa två moder centriole-dotter centriolepar.

Centrioler i differentierade strukturer: De subtila skillnaderna i funktion mellan de rätvinkliga centriolerna i varje par blir uppenbara när, för till exempel blir modercentriolen fäst vid det inre av cellens plasmamembran för att bilda en struktur kallas a basal kropp. Denna kropp är vanligtvis en del av en cilium eller hårliknande förlängning med flera mikrotubuli, som inte är rörlig; det vill säga det rör sig inte.

Vissa cilia (plural av "cilium") form flagella (singular "flagellum") som rör sig, driver ofta hela celler längs medan de i andra fall fungerar som miniatyrkvastar av ett slag som rensar skräp från regionen av flagellen.

Medan biologer har mycket att lära sig om den exakta dynamiken i centrosomer, ger cancer ett fönster till vad som går fel med centrosomer i fall av onormal celldelning. Forskare har till exempel observerat det cancerceller innehåller ofta ovanligt antal centrosomer i stället för det förväntade ett eller två, och vissa läkemedel mot cancer (till exempel Taxol och vinkristin) utövar sina effekter genom att störa mikrotubuli.

En flagellum är ett sortiment av mikrotubuli som möjliggör rörelse, som i fallet med en spermiecell. En flagellum härrör från en enda baskropp på plasmamembranets inre yta. Således innehåller en spermacell ett enda centriolepar.

Eftersom en spermiecells ultimata öde är att smälta med en äggcelloch en äggcell saknar en baskropp är det spermierna som säkerställer att en nybildad zygot (produkten av ägg-spermier som sammanfogas och det första steget i generationen av en ny reproduktionsorganism) kommer att kunna dela sig, eftersom centriolen innehåller instruktioner och komponenter som behövs för delningsprocessen.

Vissa organismer har cilier på vissa celler. Detta inkluderar några av cellerna i dina egna luftvägar. De epitel (ytceller; din hud är ett slags epitel) som leder dina lungor och bildar ett antal anslutna basala kroppar, vilket är vad ett cilium egentligen är. De rörformiga förlängningarna av dessa cilierade celler fungerar för att röra sig längs slem och partiklar och skyddar därför det inre av lungorna.