หน้าที่หลักของไมโครทูบูลในเซลล์คืออะไร?

ไมโครทูบูลเป็นเสียงที่เปล่งออกมาอย่างแท้จริง: หลอดกลวงด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่พบในเซลล์ยูคาริโอตและเซลล์แบคทีเรียโปรคาริโอตบางชนิดที่ให้โครงสร้างและการทำงานของมอเตอร์สำหรับเซลล์ นักศึกษาวิชาชีววิทยาเรียนรู้ระหว่างการศึกษาว่ามีเพียงเซลล์สองประเภท: โปรคาริโอตและยูคาริโอต

เซลล์โปรคาริโอตประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่พบในโดเมนอาร์เคียและแบคทีเรียภายใต้ระบบอนุกรมวิธาน Linnaean ซึ่งเป็นชีววิทยา ระบบการจำแนกสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในขณะที่เซลล์ยูคาริโอตตกอยู่ภายใต้โดเมนยูคารียาซึ่งดูแลโปรติสต์ พืช สัตว์ และเชื้อรา อาณาจักร อาณาจักร Monera หมายถึงแบคทีเรีย ไมโครทูบูลมีส่วนช่วยในการทำงานหลายอย่างภายในเซลล์ ซึ่งทั้งหมดนี้มีความสำคัญต่อชีวิตของเซลล์

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ไมโครทูบูลเป็นโครงสร้างท่อเล็กๆ กลวงๆ เหมือนเม็ดบีด ซึ่งช่วยให้เซลล์คงรูปร่างไว้ได้ นอกจากไมโครฟิลาเมนต์และฟิลาเมนต์ระดับกลางแล้ว พวกมันยังสร้างโครงร่างไซโตสเกเลตันของเซลล์ ตลอดจนมีส่วนร่วมในการทำงานของมอเตอร์ที่หลากหลายสำหรับเซลล์

เป็นส่วนหนึ่งของโครงร่างเซลล์ของเซลล์ ไมโครทูบูลมีส่วนทำให้:

• ให้รูปร่างแก่เซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์
instagram story viewer
• การเคลื่อนไหวของเซลล์ซึ่งรวมถึงการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อและอื่น ๆ
• การขนส่งออร์แกเนลล์เฉพาะภายในเซลล์ผ่านไมโครทูบูล "ถนน" หรือ "สายพานลำเลียง"
• ไมโทซิสและไมโอซิส: การเคลื่อนที่ของโครโมโซมระหว่างการแบ่งเซลล์และการสร้างแกนไมโทติค
  

ไมโครทูบูลเป็นท่อขนาดเล็ก กลวง คล้ายเม็ดบีดหรือหลอดที่มีผนังสร้างเป็นวงกลม 13 โปรโตฟิลาเมนต์ ซึ่งประกอบด้วยโพลีเมอร์ของทูบูลินและโปรตีนทรงกลม ไมโครทูบูลมีลักษณะคล้ายกับกับดักนิ้วจีนแบบลูกปัดขนาดเล็ก ไมโครทูบูลสามารถเติบโตได้ยาวนานถึง 1,000 เท่าของความกว้าง สร้างขึ้นโดยการประกอบของไดเมอร์ - โมเลกุลเดี่ยวหรือสองโมเลกุลที่เหมือนกันที่เชื่อมต่อกันของอัลฟาและเบตาทูบูลิน - ไมโครทูบูลมีอยู่ทั้งในเซลล์พืชและสัตว์

ในเซลล์พืช ไมโครทูบูลก่อตัวขึ้นที่หลายตำแหน่งภายในเซลล์ แต่ในเซลล์สัตว์ ไมโครทูบูล เริ่มต้นที่ centrosome ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ใกล้กับนิวเคลียสของเซลล์ที่มีส่วนร่วมในเซลล์ด้วย แผนก. ปลายลบแสดงถึงส่วนปลายที่แนบมาของไมโครทูบูลในขณะที่ด้านตรงข้ามคือปลายด้านบวก ไมโครทูบูลเติบโตที่ปลายบวกผ่านกระบวนการพอลิเมอไรเซชันของทูบูลิน ไดเมอร์ และไมโครทูบูลหดตัวเมื่อปล่อย

ไมโครทูบูลให้โครงสร้างแก่เซลล์เพื่อช่วยต้านทานแรงกดทับและเป็นทางหลวงที่ถุงน้ำ (โครงสร้างคล้ายถุงที่ขนส่งโปรตีนและสินค้าอื่นๆ) เคลื่อนผ่านเซลล์ ไมโครทูบูลยังแยกโครโมโซมที่จำลองแบบไปยังปลายอีกด้านของเซลล์ในระหว่างการแบ่งตัว โครงสร้างเหล่านี้สามารถทำงานโดยลำพังหรือร่วมกับองค์ประกอบอื่นๆ ของเซลล์เพื่อสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น เซนทริโอล ซีเลีย หรือแฟลเจลลา

ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 25 นาโนเมตร ไมโครทูบูลมักจะสลายและปฏิรูปอย่างรวดเร็วตามที่เซลล์ต้องการ ครึ่งชีวิตของทูบูลินนั้นอยู่ที่ประมาณหนึ่งวัน แต่ไมโครทูบูลอาจมีอยู่เพียง 10 นาทีเท่านั้น เนื่องจากพวกมันอยู่ในสถานะไม่เสถียรคงที่ ความไม่เสถียรประเภทนี้เรียกว่าความไม่เสถียรแบบไดนามิก และไมโครทูบูลสามารถประกอบและถอดแยกชิ้นส่วนเพื่อตอบสนองความต้องการของเซลล์

ส่วนประกอบที่ประกอบเป็นโครงร่างโครงกระดูกประกอบด้วยองค์ประกอบที่ทำจากโปรตีนสามประเภท ได้แก่ ไมโครฟิลาเมนต์ ฟิลาเมนต์ระดับกลาง และไมโครทูบูล โครงสร้างโปรตีนที่แคบที่สุดเหล่านี้รวมถึงไมโครฟิลาเมนต์ ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับไมโอซิน ซึ่งเป็นรูปแบบโปรตีนคล้ายเกลียวเมื่อรวมกัน ด้วยโปรตีนแอกติน (เส้นใยยาวบางที่เรียกว่าฟิลาเมนต์ "บาง") ช่วยหดตัวเซลล์กล้ามเนื้อและให้ความแข็งและรูปร่างแก่ เซลล์

ไมโครฟิลาเมนต์ โครงสร้างคล้ายแท่งขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยระหว่าง 4 ถึง 7 นาโนเมตร ยังมีส่วนช่วยในการเคลื่อนที่ของเซลล์นอกเหนือจากงานที่ทำในโครงร่างโครงร่าง เส้นใยระดับกลางซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 10 นาโนเมตร ทำหน้าที่เหมือนการมัดโดยการยึดออร์แกเนลล์ของเซลล์และนิวเคลียสไว้ พวกเขายังช่วยให้เซลล์ทนต่อความตึงเครียด

ไมโครทูบูลอาจดูมีความเสถียรอย่างสมบูรณ์ แต่พวกมันมีการไหลคงที่ ในช่วงเวลาใดช่วงเวลาหนึ่ง กลุ่มไมโครทูบูลอาจอยู่ในกระบวนการละลาย ในขณะที่กลุ่มอื่นๆ อาจอยู่ในกระบวนการเติบโต เมื่อไมโครทูบูลโตขึ้น เฮเทอโรไดเมอร์ (โปรตีนที่ประกอบด้วยสายพอลิเปปไทด์สองสาย) จะให้แคปที่ส่วนปลายของไมโครทูบูล ซึ่งจะหลุดออกมาเมื่อหดตัวเพื่อใช้งานอีกครั้ง ความไม่เสถียรแบบไดนามิกของ microtubules ถือเป็นสถานะคงตัวเมื่อเทียบกับสมดุลที่แท้จริงเนื่องจากมีความไม่เสถียรภายใน - เคลื่อนที่เข้าและออกจากรูปแบบ

การแบ่งเซลล์ไม่เพียงแต่มีความสำคัญต่อการสืบพันธุ์ แต่ยังสร้างเซลล์ใหม่จากเซลล์เก่าอีกด้วย ไมโครทูบูลมีบทบาทสำคัญในการแบ่งตัวของเซลล์โดยมีส่วนทำให้เกิดการก่อตัวของไมโทติคสปินเดิล ซึ่งมีส่วนในการอพยพของโครโมโซมที่ทำซ้ำระหว่างแอนนาเฟส ในฐานะที่เป็น "เครื่องจักรระดับโมเลกุล" แกนไมโทติคจะแยกโครโมโซมที่จำลองแบบออกไปยังด้านตรงข้ามเมื่อสร้างเซลล์ลูกสาวสองคน

ขั้วของไมโครทูบูลที่ปลายแนบเป็นลบและปลายลอยเป็นค่าบวก ทำให้เป็นองค์ประกอบที่สำคัญและเป็นไดนามิกสำหรับการจัดกลุ่มสปินเดิลสองขั้วและวัตถุประสงค์ แกนทั้งสองของแกนหมุนซึ่งทำจากโครงสร้างไมโครทูบูลช่วยแยกและแยกโครโมโซมที่ซ้ำกันได้อย่างน่าเชื่อถือ

ไมโครทูบูลยังมีส่วนช่วยในส่วนต่างๆ ของเซลล์ที่ช่วยให้เซลล์เคลื่อนที่และเป็นองค์ประกอบโครงสร้างของซีเลีย เซนทริโอล และแฟลเจลลา ตัวอย่างเช่น เซลล์อสุจิของผู้ชายมีหางยาวที่ช่วยให้ไปถึงจุดหมายที่ต้องการ นั่นคือ ไข่เพศเมีย เรียกว่าแฟลเจลลัม (พหูพจน์คือแฟลเจลลา) ซึ่งหางยาวคล้ายเส้นด้ายยื่นออกมาจากด้านนอกของเยื่อหุ้มพลาสมาเพื่อขับเคลื่อนการเคลื่อนไหวของเซลล์ เซลล์ส่วนใหญ่ ในเซลล์ที่มีเซลล์นั้น โดยทั่วไปจะมีแฟลเจลลาหนึ่งถึงสองเซลล์ เมื่อ cilia อยู่บนเซลล์ เซลล์จำนวนมากจะกระจายไปตามพื้นผิวทั้งหมดของพลาสมาเมมเบรนชั้นนอกของเซลล์

ตัวอย่างเช่น cilia บนเซลล์ที่เรียงตัวกับท่อนำไข่ของสิ่งมีชีวิตเพศหญิง ช่วยในการย้ายไข่ไปสู่การพบกับเซลล์สเปิร์มที่เป็นเวรเป็นกรรมในการเดินทางไปยังมดลูก แฟลเจลลาและซีเลียของเซลล์ยูคาริโอตมีโครงสร้างไม่เหมือนกับที่พบในเซลล์โปรคาริโอต สร้างขึ้นด้วยไมโครทูบูลเช่นเดียวกัน นักชีววิทยาเรียกการจัดเรียงไมโครทูบูลว่า "9 + 2 อาเรย์" เพราะ แฟลเจลลัมหรือซีเลียมประกอบด้วยไมโครทูบูลเก้าคู่ในวงแหวนที่ล้อมรอบไมโครทูบูลดูโอใน ศูนย์.

การทำงานของไมโครทูบูลต้องการโปรตีนทูบูลิน ตำแหน่งการยึดเกาะ และศูนย์ประสานงานสำหรับเอนไซม์และกิจกรรมทางเคมีอื่นๆ ภายในเซลล์ ในซีเลียและแฟลเจลลา ทูบูลินมีส่วนในโครงสร้างส่วนกลางของไมโครทูบูล ซึ่งรวมถึงการมีส่วนร่วมจากโครงสร้างอื่นๆ เช่น แขนไดน์นิน เน็กซินลิงค์ และซี่ซี่เรเดียล องค์ประกอบเหล่านี้ช่วยให้สามารถสื่อสารระหว่างไมโครทูบูลโดยจับเข้าด้วยกันในลักษณะที่คล้ายกับการเคลื่อนที่ของเส้นใยแอคตินและไมโอซินในระหว่างการหดตัวของกล้ามเนื้อ

แม้ว่าซีเลียและแฟลเจลลัมจะประกอบด้วยโครงสร้างไมโครทูบูล แต่วิธีที่พวกมันเคลื่อนที่นั้นแตกต่างกันอย่างชัดเจน แฟลเจลลัมตัวเดียวขับเคลื่อนเซลล์ในลักษณะเดียวกับที่หางของปลาเคลื่อนตัวปลาไปข้างหน้าในลักษณะคล้ายแส้จากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง แฟลกเจลลาคู่หนึ่งอาจซิงโครไนซ์การเคลื่อนไหวของพวกมันเพื่อขับเคลื่อนเซลล์ไปข้างหน้า เช่นเดียวกับการทำงานของแขนของนักว่ายน้ำเมื่อเธอว่ายน้ำจังหวะเต้านม

Cilia ซึ่งสั้นกว่าแฟลเจลลัมมาก ปกคลุมเยื่อหุ้มชั้นนอกของเซลล์ ไซโตพลาสซึมส่งสัญญาณให้ซีเลียเคลื่อนที่ในลักษณะประสานกันเพื่อขับเคลื่อนเซลล์ไปในทิศทางที่ต้องการ เช่นเดียวกับวงโยธวาทิต การเคลื่อนไหวที่สอดประสานกันของพวกมันจะก้าวเข้าสู่มือกลองคนเดียวกันอย่างทันท่วงที การเคลื่อนที่ของซีเลียมหรือแฟลเจลลัมทำงานในลักษณะเดียวกับพายเดี่ยว โดยเคลื่อนผ่านตัวกลางเป็นจังหวะอันทรงพลังเพื่อขับเคลื่อนเซลล์ไปในทิศทางที่ต้องการ

กิจกรรมนี้อาจเกิดขึ้นหลายสิบครั้งต่อวินาที และหนึ่งจังหวะอาจเกี่ยวข้องกับการประสานงานของตานับพัน ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ คุณสามารถดูได้ว่า ciliates ตอบสนองต่อสิ่งกีดขวางในสภาพแวดล้อมของพวกเขาได้เร็วเพียงใดโดยเปลี่ยนทิศทางอย่างรวดเร็ว นักชีววิทยายังคงศึกษาว่าพวกเขาตอบสนองอย่างรวดเร็วอย่างไร และยังไม่พบกลไกการสื่อสารที่ส่วนภายในของเซลล์บอกซีเลียและแฟลเจลลาว่าจะไปอย่างไร เมื่อไหร่ และที่ไหน

ไมโครทูบูลทำหน้าที่เป็นระบบขนส่งภายในเซลล์เพื่อเคลื่อนย้ายไมโตคอนเดรีย ออร์แกเนลล์ และถุงน้ำผ่านเซลล์ นักวิจัยบางคนอ้างถึงวิธีการที่กระบวนการนี้ทำงานโดยเปรียบเสมือนไมโครทูบูลที่คล้ายกับสายพานลำเลียง ในขณะที่ นักวิจัยคนอื่นเรียกพวกมันว่าเป็นระบบติดตามที่ไมโตคอนเดรีย ออร์แกเนลล์ และถุงน้ำเคลื่อนผ่าน เซลล์

ในฐานะโรงงานพลังงานในเซลล์ ไมโทคอนเดรียเป็นโครงสร้างหรืออวัยวะเล็กๆ ที่การหายใจและการผลิตพลังงานเกิดขึ้น ทั้งกระบวนการทางชีวเคมี ออร์แกเนลล์ประกอบด้วยโครงสร้างขนาดเล็กแต่พิเศษหลายอย่างภายในเซลล์ โดยแต่ละโครงสร้างมีหน้าที่ของตัวเอง ถุงเป็นโครงสร้างคล้ายถุงขนาดเล็กที่อาจมีของเหลวหรือสารอื่นๆ เช่น อากาศ ถุงน้ำก่อตัวจากเยื่อหุ้มพลาสมา บีบออกเพื่อสร้างถุงคล้ายทรงกลมที่ล้อมรอบด้วยไขมัน bilayer

โครงสร้างคล้ายเม็ดบีดของไมโครทูบูลทำหน้าที่เป็นสายพานลำเลียง ลู่วิ่ง หรือทางหลวงเพื่อขนส่งถุงน้ำ ออร์แกเนลล์ และองค์ประกอบอื่นๆ ภายในเซลล์ไปยังที่ที่ต้องการ มอเตอร์ไมโครทูบูลในเซลล์ยูคาริโอตประกอบด้วย kinesinsซึ่งย้ายไปที่ปลายบวกของไมโครทูบูล – ปลายที่เติบโต – และ ไดไนน์ ที่เคลื่อนที่ไปยังด้านตรงข้ามหรือด้านลบที่ไมโครทูบูลยึดติดกับพลาสมาเมมเบรน

ในฐานะที่เป็นโปรตีน "มอเตอร์" ไคเนซินจะเคลื่อนออร์แกเนลล์ ไมโทคอนเดรีย และถุงน้ำตามไมโครทูบูล เส้นใยผ่านพลังของการไฮโดรไลซิสของสกุลเงินพลังงานของเซลล์ อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต หรือเอทีพี ไดไนน์โปรตีนจากมอเตอร์อีกตัวหนึ่ง เดินโครงสร้างเหล่านี้ไปในทิศทางตรงกันข้ามตามเส้นใยไมโครทูบูลไปยังจุดสิ้นสุดของเซลล์โดยแปลงพลังงานเคมีที่เก็บไว้ใน ATP ทั้ง kinesins และ dyneins เป็นมอเตอร์โปรตีนที่ใช้ระหว่างการแบ่งเซลล์

การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อโปรตีนไดนีนเดินไปที่ปลายด้านลบของไมโครทูบูล พวกมันจะรวมตัวกันที่นั่นแทนที่จะตกลงมา พวกเขากระโดดข้ามช่วงเพื่อเชื่อมต่อกับไมโครทูบูลอื่นเพื่อสร้างสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์บางคนเรียกว่า "แอสเตอร์" ที่นักวิทยาศาสตร์คิด เป็นกระบวนการที่สำคัญในการก่อตัวของไมโทติคสปินเดิลโดยการเปลี่ยนไมโครทูบูลหลาย ๆ อันให้เป็นหนึ่งเดียว การกำหนดค่า

ไมโทติคสปินเดิลเป็นโครงสร้างโมเลกุล "รูปฟุตบอล" ที่ลากโครโมโซมไปยังปลายอีกด้าน ก่อนที่เซลล์จะแยกออกเป็นสองเซลล์ลูกสาว

การศึกษาชีวิตเซลล์ได้ดำเนินไปตั้งแต่การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ตัวแรกในส่วนหลัง ของศตวรรษที่ 16 แต่ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ความก้าวหน้าได้เกิดขึ้นในเซลล์ ชีววิทยา. ตัวอย่างเช่น นักวิจัยค้นพบเฉพาะโปรตีนจากมอเตอร์ kinesin-1 ในปี 1985 โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่เสริมด้วยวิดีโอ

จนถึงจุดนั้น โปรตีนจากมอเตอร์มีอยู่ในรูปของโมเลกุลลึกลับที่นักวิจัยไม่รู้จัก ในขณะที่การพัฒนาเทคโนโลยีก้าวหน้าและการศึกษายังคงดำเนินต่อไป นักวิจัยหวังว่าจะเจาะลึกเข้าไปในเซลล์ เพื่อค้นหาทุกสิ่งที่พวกเขาสามารถเรียนรู้ได้เกี่ยวกับวิธีการทำงานภายในของเซลล์ดังนั้น ได้อย่างราบรื่น