Мікротрубочки - це саме те, як вони звучать: мікроскопічні порожнисті трубки, знайдені всередині клітин еукаріотів, і деякі клітини прокаріотичних бактерій, які забезпечують структуру та рухові функції клітини. Студенти біології під час навчання дізнаються, що існує лише два типи клітин: прокаріотичні та еукаріотичні.
Клітини прокаріотів складають одноклітинні організми, знайдені в доменах Archaea та Bacteria за системою таксономії Ліннея, біологічним система класифікації всього життя, тоді як клітини еукаріотів потрапляють під домен Еукарія, який контролює протистів, рослин, тварин та грибів королівства. Царство Монера відноситься до бактерій. Мікротрубочки сприяють виконанню різноманітних функцій у клітині, і всі вони важливі для клітинного життя.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Мікротрубочки - це крихітні, порожнисті, схожі на кульки трубчасті структури, які допомагають клітинам підтримувати форму. Поряд з мікрофіламентами та проміжними нитками вони утворюють цитоскелет клітини, а також беруть участь у різноманітних рухових функціях клітини.
Основні функції мікротрубочок всередині клітини
Як частина цитоскелета клітини, мікротрубочки сприяють:
- Надання форми клітинам і клітинним мембранам.
- Рух клітин, що включає скорочення м’язових клітин тощо.
- Транспортування конкретних органел всередині клітини за допомогою мікротрубочок "дорогами" або "конвеєрними стрічками".
- Мітоз та мейоз: рух хромосом під час поділу клітини та створення мітотичного веретена.
Що вони собою являють: компоненти мікротрубочок та конструкція
Мікротрубочки - це маленькі порожнисті, схожі на кульки труби або трубки зі стінками, побудованими по колу з 13 протофіламентів, які складаються з полімерів тубуліну та глобулярного білка. Мікротрубочки нагадують мініатюризовані версії китайських пастків для палець з бісеру. Мікротрубочки можуть зростати в 1000 разів довше їх ширини. Утворені складанням димерів - однієї молекули або двох однакових молекул, з’єднаних між собою альфа- та бета-тубуліну - мікротрубочки існують як у рослинних, так і в клітинах тварин.
У рослинних клітинах мікротрубочки утворюються на багатьох ділянках всередині клітини, а в клітинах тварин - мікротрубочки починаються у центросоми, органели поблизу ядра клітини, яка також бере участь у клітині поділ. Мінусовий кінець являє собою прикріплений кінець мікротрубочки, тоді як його протилежність - плюсовий кінець. Мікротрубочки зростають на плюсі шляхом полімеризації димерів тубуліну, і мікротрубочки скорочуються з їх вивільненням.
Мікротрубочки дають структуру клітині, щоб допомогти їй протистояти компресії та забезпечити магістраль, по якій пухирці (мішкоподібні структури, що транспортують білки та інші вантажі) рухаються по клітині. Мікротрубочки також відокремлюють реплікаційні хромосоми до протилежних кінців клітини під час поділу. Ці структури можуть працювати окремо або спільно з іншими елементами клітини, утворюючи більш складні структури, такі як центріолі, війки або джгутики.
Маючи діаметр всього 25 нанометрів, мікротрубочки часто розпадаються і реформуються так швидко, як це потрібно клітині. Період напіввиведення тубуліну становить близько доби, але мікротрубочка може існувати лише 10 хвилин, оскільки вони перебувають у постійному стані нестабільності. Цей тип нестабільності називається динамічною нестабільністю, і мікротрубочки можуть збиратися та розбиратися у відповідь на потреби клітини.
Мікротрубочки та цитоскелет клітини
Компоненти, що складають цитоскелет, включають елементи, виготовлені з трьох різних типів білків - мікрофіламенти, проміжні філаменти та мікротрубочки. Найвужча з цих білкових структур включає мікрофіламенти, часто асоційовані з міозином, ниткоподібним утворенням білка, який при поєднанні з білком актином (довгі, тонкі волокна, які ще називають «тонкими» нитками), допомагає скорочувати м’язові клітини і надає жорсткість і форму клітинку.
Мікрофіламенти, невеликі паличкоподібні структури із середнім діаметром від 4 до 7 нм, також сприяють руху клітин на додаток до роботи, яку вони виконують у цитоскелеті. Проміжні нитки, в середньому діаметром 10 нм, діють як затягування, забезпечуючи клітинні органели та ядро. Вони також допомагають клітині витримувати напругу.
Мікротрубочки та динамічна нестабільність
Мікротрубочки можуть здаватися цілком стабільними, але вони постійно змінюються. У будь-який момент групи мікротрубочок можуть перебувати в процесі розчинення, а інші - у процесі зростання. У міру зростання мікротрубочок гетеродимери (білок, що складається з двох поліпептидних ланцюгів) забезпечують ковпачки на кінці мікротрубочки, які відриваються, коли вона знову скорочується для використання. Динамічна нестабільність мікротрубочок вважається стійким станом на відміну від справжньої рівноваги, оскільки вони мають внутрішню нестабільність - рухаючись у формі та поза нею.
Мікротрубочки, відділ клітин та мітотичне веретено
Поділ клітин важливо не тільки для відтворення життя, але і для створення нових клітин зі старих. Мікротрубочки відіграють важливу роль у поділі клітин, сприяючи утворенню мітотичного веретена, яке відіграє важливу роль у міграції дубльованих хромосом під час анафази. Як "високомолекулярна машина", мітотичне веретено відокремлює реплікаційні хромосоми до протилежних сторін при створенні двох дочірніх клітин.
Полярність мікротрубочок, прикріплений кінець є мінусом, а плаваючий - позитивним, робить його критичним та динамічним елементом для групування та призначення біполярних шпинделів. Два полюса веретена, виготовлені з мікротрубочкових структур, допомагають надійно відокремлювати та відокремлювати дубльовані хромосоми.
Мікротрубочки надають структуру війкам і джгутику
Мікротрубочки також сприяють частинам клітини, які допомагають їй рухатися, і є структурними елементами вій, центріолей та джгутиків. Наприклад, чоловіча сперматозоїд має довгий хвіст, який допомагає їй досягти бажаного місця призначення, жіночої яйцеклітини. Цей довгий ниткоподібний хвіст, який називається джгутиком (у множині - джгутиком), простягається від зовнішньої сторони плазматичної мембрани, щоб забезпечити рух клітини. Більшість клітин - у клітинах, які їх мають - зазвичай мають від одного до двох джгутиків. Коли вії існують на клітині, багато з них поширюються по всій поверхні зовнішньої плазматичної мембрани клітини.
Вії на клітинах, що вистилають фалопієві труби жіночого організму, наприклад, допомагають перемістити яйцеклітину до її доленосного зіткнення зі сперматозоїдом під час подорожі до матки. Джгутики та війки еукаріотичних клітин за структурою не такі, як у прокаріотичних клітин. Побудований таким же чином з мікротрубочками, біологи називають розташування мікротрубочок "масивом 9 + 2", оскільки джгутик або війка складається з дев'яти пар мікротрубочок у кільці, яке закриває дует мікротрубочок у центр.
Для функцій мікротрубочок потрібні білки тубуліну, місця закріплення та координаційні центри для ферментативної та іншої хімічної активності всередині клітини. У інфузоріях і джгутиках тубулін сприяє центральній структурі мікротрубочок, що включає вклади інших структур, таких як динеїнові плечі, нексинові ланки та радіальні спиці. Ці елементи забезпечують зв'язок між мікротрубочками, утримуючи їх разом, подібним до того, як актинові та міозинові нитки рухаються під час скорочення м'язів.
Рух війки та джгутика
Незважаючи на те, що і війки, і джгутики складаються з мікротрубочкових структур, шляхи їх руху суттєво різні. Поодинокий джгутик рухає клітину приблизно так само, як рибиний хвіст рухає рибу вперед, рухаючись батогом у бік. Пара джгутиків може синхронізувати свої рухи, щоб рухати клітину вперед, наприклад, як функціонують руки плавця, коли вона плаває на грудному ударі.
Війки, значно коротші за джгутик, покривають зовнішню мембрану клітини. Цитоплазма сигналізує війкам про скоординований рух, щоб рухати клітину в напрямку, в якому їй потрібно рухатися. Подібно до оркестру, їх гармонізовані рухи рухаються вчасно до одного й того ж барабанщика. Окремо рух війки або джгутика працює як рух одного весла, проходячи через середовище потужним штрихом, щоб рухати клітину в потрібному напрямку.
Ця активність може відбуватися з десятками ударів в секунду, і один удар може включати координацію тисяч війок. Під мікроскопом ви можете побачити, як швидко інфузорії реагують на перешкоди в їх оточенні, швидко змінюючи напрямок руху. Біологи все ще вивчають, як вони реагують настільки швидко, і їм ще не відкрито механізм спілкування, за допомогою якого внутрішні частини клітини повідомляють війкам і джгутикам, як, коли і куди йти.
Транспортна система клітини
Мікротрубочки служать транспортною системою всередині клітини для переміщення мітохондрій, органел та пухирців через клітину. Деякі дослідники посилаються на те, як цей процес працює, уподібнюючи мікротрубочки, подібні до конвеєрних стрічок інші дослідники називають їх системою слідів, за допомогою якої мітохондрії, органели та пухирці рухаються через клітинку.
Як енергетичні фабрики в клітині, мітохондрії - це структури або маленькі органи, в яких відбувається дихання та вироблення енергії - як біохімічні процеси. Органели складаються з безлічі невеликих, але спеціалізованих структур всередині клітини, кожна з яких має свої функції. Везикули - це невеликі мішкоподібні структури, які можуть містити рідини або інші речовини, такі як повітря. Везикули утворюються з плазматичної мембрани, відщипуючись, утворюючи сферичний мішок, укладений ліпідним бішаром.
Дві основні групи двигунів з мікротрубочками
Конструкція мікротрубочок, що нагадує гранули, служить транспортером, колією або магістраллю для транспортування пухирців, органел та інших елементів всередині клітини до місць, куди їм потрібно пройти. Мікротрубочкові двигуни в еукаріотичних клітинах включають кінезини, які рухаються до плюсового кінця мікротрубочки - кінця, що зростає - і динеїни які рухаються до протилежного або мінусового кінця, де мікротрубочка прикріплюється до плазматичної мембрани.
Як «рухові» білки, кінезини рухають органели, мітохондрії та везикули вздовж мікротрубочок нитки завдяки силі гідролізу енергетичної валюти клітини, аденозинтрифосфату або АТФ. Інший руховий білок, динеїн, рухається цими структурами в протилежному напрямку вздовж ниток мікротрубочок до мінусового кінця клітини, перетворюючи хімічну енергію, що зберігається в АТФ. І кінезини, і динеїни є білковими двигунами, що використовуються під час поділу клітин.
Недавні дослідження показують, що коли білки динеїну йдуть до кінця мінусової сторони мікротрубочки, вони збираються там, замість того щоб відпасти. Вони стрибають через проліт, щоб з’єднатися з іншою мікротрубочкою, утворюючи те, що деякі вчені називають "айстрами", як вважають вчені бути важливим процесом у формуванні мітотичного веретена шляхом перетворення безлічі мікротрубочок в єдине ціле конфігурації.
Мітотичне веретено - це молекулярна структура у формі футболу, яка тягне хромосоми на протилежні кінці безпосередньо перед тим, як клітина розпадається, утворюючи дві дочірні клітини.
Дослідження все ще тривають
Вивчення клітинного життя триває з часу винаходу першого мікроскопа в другій частині 16 століття, але лише в останні кілька десятиліть прогрес відбувся в клітині біологія. Наприклад, дослідники відкрили моторний білок кінезин-1 лише в 1985 р. За допомогою світлового мікроскопа з посиленим відео.
До цього моторні білки існували як клас загадкових молекул, невідомих дослідникам. По мірі розвитку технологій та продовження досліджень дослідники сподіваються глибоко заглибитися в клітину щоб дізнатися все, що вони можуть дізнатись про те, як функціонує внутрішня робота клітини плавно.