Hvad er hovedfunktionen af ​​mikrotubuli i cellen?

Indhold

• TL; DR (for lang; læste ikke)
• Hovedfunktioner af mikrotubuli i cellen
• Hvad de er: mikrotubulikomponenter og konstruktion
• Mikrotubulier og cellernes cytoskelet
• Mikrotubuli og dynamisk ustabilitet
• Mikrotubuli, celledeling og den mitotiske spindel
• Mikrotuber giver struktur til Cilia og Flagellum
• Cilia og Flagellum bevægelse
• Cells transportsystem
• To store grupper af mikrotubulmotorer
• Undersøgelser fortsætter

Mikrotubulier er nøjagtigt, hvordan de lyder: mikroskopiske hule rør findes i eukaryote celler og nogle prokaryote bakterieceller, der giver strukturen og motoriske funktioner til cellen. Biologistudenter lærer under deres studier, at der kun er to typer celler: prokaryotisk og eukaryotisk.

Prokaryotiske celler udgør de encellede organismer, der findes i Archaea- og Bakteria-domænerne under det linjiske taksonomisystem, et biologisk klassificeringssystem for alt liv, mens eukaryote celler falder ind under Eukarya-domænet, der fører tilsyn med protist-, plante-, dyre- og svampe-rige . Monera-kongeriget refererer til bakterier. Mikrotubulier bidrager til flere funktioner i cellen, som alle er vigtige for cellens levetid.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Mikrotubulier er små, hule, perle-lignende rørstrukturer, der hjælper celler med at bevare deres form. Sammen med mikrofilamenter og mellemliggende filamenter danner de cytoskelettet af cellen og deltager i en række motoriske funktioner til cellen.

Hovedfunktioner af mikrotubuli i cellen

Som en del af cytoskelettet af cellen bidrager mikrotubulier til:

Hvad de er: mikrotubulikomponenter og konstruktion

Mikrotubulier er små, hule, perlelignende rør eller rør med vægge konstrueret i en cirkel med 13 protofilamenter, der består af polymerer af tubulin og kugleprotein. Mikrotubuli ligner miniaturiserede versioner af perleformede kinesiske fingerfælder. Mikrotubulier kan vokse 1.000 gange så længe som deres bredder. Fremstillet ved samlingen af ​​dimerer - et enkelt molekyle eller to identiske molekyler, der er forbundet af alfa og beta-tubulin - findes mikrotubuli i både plante- og dyreceller.

I planteceller dannes mikrotubulier på mange steder i cellen, men i dyreceller begynder mikrotubulier ved centrosomet, en organel nær cellen i cellen, der også deltager i celledeling. Minussiden repræsenterer den fastgjorte ende af mikrotubulien, mens dens modsatte er plusenden. Mikrotubulien vokser ved plusenden ved polymerisation af tubulindimerer, og mikrotubulierne krymper med deres frigivelse.

Mikrotubulier giver struktur til cellen for at hjælpe den med at modstå komprimering og tilvejebringe en motorvej, hvor vesikler (sæklignende strukturer, der transporterer proteiner og anden last) bevæger sig over cellen. Mikrotubulier adskiller også replikerede kromosomer til modsatte ender af en celle under opdeling. Disse strukturer kan arbejde alene eller i forbindelse med andre elementer i cellen for at danne mere komplicerede strukturer som centrioler, cilia eller flagella.

Med diametre på kun 25 nanometer opløses og reformeres mikrotubulater ofte så hurtigt som cellen har brug for dem. Tubulins halveringstid er kun ca. en dag, men en mikrotubule kan eksistere i kun 10 minutter, da de er i en konstant tilstand af ustabilitet. Denne type ustabilitet kaldes dynamisk ustabilitet, og mikrotubuli kan samles og adskilles som svar på cellernes behov.

Mikrotubulier og cellernes cytoskelet

Komponenterne, der udgør cytoskelettet, inkluderer elementer, der er fremstillet af tre forskellige typer proteiner - mikrofilamenter, mellemfilamenter og mikrotubuli. De smaleste af disse proteinstrukturer inkluderer mikrofilamenter, ofte forbundet med myosin, en trådlignende proteindannelse, som, når de kombineres med proteinaktin (lange, tynde fibre, der også kaldes "tynde" filamenter), hjælper med at sammensætte muskelceller og tilvejebringe stivhed og form til cellen.

Mikrofilamenter, små stavlignende strukturer med en gennemsnitlig diameter på mellem 4 og 7 nm, bidrager også til cellulær bevægelse ud over det arbejde, de udfører i cytoskelettet. De mellemliggende filamenter, i gennemsnit 10 nm i diameter, fungerer som bindemidler ved at fastgøre celleorganeller og kernen. De hjælper også cellen med at modstå spændinger.

Mikrotubuli og dynamisk ustabilitet

Mikrotuber kan virke fuldstændigt stabile, men de er i konstant flux. På ethvert tidspunkt kan grupper af mikrotubulier være i opløsning, mens andre kan være i færd med at vokse. Efterhånden som mikrotubulien vokser, giver heterodimerer (et protein bestående af to polypeptidkæder) hætter til enden af ​​mikrotubulien, der kommer ud, når den krymper til brug igen. Mikrotubulernes dynamiske ustabilitet betragtes som en stabil tilstand i modsætning til en ægte ligevægt, fordi de har iboende ustabilitet - bevæger sig ind og ud af form.

Mikrotubuli, celledeling og den mitotiske spindel

Celleinddeling er ikke kun vigtig for at gengive livet, men at fremstille nye celler ud fra det gamle. Mikrotubulier spiller en vigtig rolle i celledelingen ved at bidrage til dannelsen af ​​den mitotiske spindel, der spiller en rolle i migrationen af ​​duplikerede kromosomer under anafase. Som en "makromolekylær maskine" adskiller den mitotiske spindel replikerede kromosomer til modsatte sider, når der oprettes to datterceller.

Polrotiteten af ​​mikrotubuli, hvor den fastgjorte ende er et minus, og den flydende ende er en positiv, gør det til et kritisk og dynamisk element til bipolar spindelgruppering og formål. De to poler i spindlen, der er fremstillet af mikrotubulusstrukturer, hjælper med til at adskille og duplicere duplikerede kromosomer pålideligt.

Mikrotuber giver struktur til Cilia og Flagellum

Mikrotubulier bidrager også til de dele af cellen, der hjælper den med at bevæge sig og er strukturelle elementer af cilia, centrioler og flagella. Den mandlige sædcelle har for eksempel en lang hale, der hjælper den med at nå sin ønskede destination, den kvindelige æg. Kaldes et flagellum (flertallet er flagella), at den lange, trådlignende hale strækker sig fra ydersiden af ​​plasmamembranen for at styrke cellernes bevægelse. De fleste celler - i celler, der har dem - har generelt en til to flageller. Når der findes cilia på cellen, spredes mange af dem langs den fulde overflade af cellernes ydre plasmamembran.

Den cilia på celler, der linjer en kvindelig organisme Fallopian tubes, for eksempel, hjælper med at flytte æg til dets skæbnesvangre møde med sædcellen på sin rejse til livmoderen. Flagellerne og cilia af eukaryote celler er ikke de samme strukturelt som dem, der findes i prokaryote celler. Bygget med det samme med mikrotubuli kalder biologer mikrotubularrangementet en "9 + 2 matrix", fordi et flagellum eller cilium består af ni mikrotubuluspar i en ring, der omslutter en mikrotubulduo i midten.

Mikrotubulusfunktioner kræver tubulinproteiner, forankringssteder og koordineringscentre for enzym og andre kemiske aktiviteter i cellen. I cilia og flagella bidrager tubulin til den centrale struktur i mikrotubulen, som inkluderer bidrag fra andre strukturer som dyneinarme, nexinled og radiale eger. Disse elementer tillader kommunikation mellem mikrotubuli, og holder dem sammen på en måde, der svarer til, hvordan actin og myosinfilamenter bevæger sig under muskelkontraktion.

Cilia og Flagellum bevægelse

Selvom både cilia og flagellum består af mikrotubulusstrukturer, er måderne, hvorpå de bevæger sig, adskilt forskellige. Et enkelt flagellum fremdrager cellen meget på samme måde som en fiskes hale bevæger en fisk fremad, i en piskelignende bevægelse fra side til side.Et par flagella kan synkronisere deres bevægelser for at fremdrage cellen fremad, ligesom hvordan en svømmerarm fungerer, når hun svømmer brystslaget.

Cilia, der er meget kortere end flagellum, dækker cellens ydre membran. Cytoplasmaet signaliserer cilia om at bevæge sig på en koordineret måde for at drive cellen i den retning, den skal gå. Som et marcherende band trækker deres harmoniserede bevægelser sig alle sammen i tid til den samme trommeslager. Individuelt fungerer en cilium- eller flagellumsbevægelse som en enkelt åre, der passerer gennem mediet i et kraftigt slag for at drive cellen i den retning, den skal gå.

Denne aktivitet kan forekomme med snesevis af slag pr. Sekund, og et slag kan involvere koordinering af tusinder af flimmerhår. Under et mikroskop kan du se, hvor hurtigt ciliater reagerer på forhindringer i deres miljø ved hurtigt at ændre retninger. Biologer studerer stadig, hvordan de reagerer så hurtigt og har endnu ikke opdaget den kommunikationsmekanisme, hvormed de indre dele af cellen fortæller cilia og flagella, hvordan, hvornår og hvor de skal gå.

Cells transportsystem

Mikrotubuli fungerer som transportsystemet inden i cellen til at bevæge mitokondrier, organeller og vesikler gennem cellen. Nogle forskere henviser til den måde, denne proces fungerer ved at sammenligne mikrotubuli, der ligner transportbånd, mens andre forskere omtaler dem som et sporsystem, hvormed mitokondrier, organeller og vesikler bevæger sig gennem cellen.

Som energifabrikker i cellen er mitokondrier strukturer eller små organer, hvor respiration og energiproduktion forekommer - begge biokemiske processer. Organeller består af flere små, men specialiserede strukturer i cellen, hver med deres egne funktioner. Vesikler er små sac-lignende strukturer, der kan indeholde væsker eller andre stoffer som luft. Vesikler dannes fra plasmamembranen og klemmes af for at skabe en kugellignende sæk omsluttet af et lipid-dobbeltlag.

To store grupper af mikrotubulmotorer

Den perle-lignende konstruktion af mikrotubuli tjener som et transportbånd, spor eller motorvej til transport af vesikler, organeller og andre elementer i cellen til de steder, de har behov for at gå. Mikrotubermotorer i eukaryote celler inkluderer kinesiner, der bevæger sig til plusenden af ​​mikrotubulien - den ende, der vokser - og dyneins der bevæger sig til den modsatte eller minus ende, hvor mikrotubulen fastgøres til plasmamembranen.

Som "motoriske" proteiner bevæger kinesiner organeller, mitokondrier og vesikler langs mikrotubulusfilamenterne gennem kraften i hydrolyse af energivalutaen i cellen, adenosintriphosphat eller ATP. Det andet motoriske protein, dynein, går disse strukturer i den modsatte retning langs mikrotubule filamenter mod minusenden af ​​cellen ved at omdanne den kemiske energi, der er lagret i ATP. Både kinesiner og dyneiner er de proteinmotorer, der bruges under celledeling.

Nylige undersøgelser viser, at når dyneinproteiner går til slutningen af ​​minussiden af ​​mikrotubulien, samles de der i stedet for at falde af. De hopper på tværs af spændet for at oprette forbindelse til en anden mikrotubule for at danne det, som nogle forskere kalder "asters", som videnskabsmændene synes at være en vigtig proces i dannelsen af ​​den mitotiske spindel ved at omdanne de flere mikrotubuli til en enkelt konfiguration.

Den mitotiske spindel er en "fodboldformet" molekylstruktur, der trækker kromosomer til modsatte ender lige før cellen splitter for at danne to datterceller.

Undersøgelser fortsætter

Undersøgelsen af ​​cellulært liv har foregået siden opfindelsen af ​​det første mikroskop i den sidste del af det 16. århundrede, men det var kun i de sidste årtier, at der er sket fremskridt inden for cellulærbiologi. For eksempel opdagede forskere kun det motoriske protein kinesin-1 i 1985 ved hjælp af et videoforbedret lysmikroskop.

Indtil det tidspunkt eksisterede motoriske proteiner som en klasse af mystiske molekyler, der var ukendt for forskere. Efterhånden som teknologiudviklingen skrider frem, og undersøgelserne fortsætter, håber forskere at dybe dybt ned i cellen for at finde ud af alt, hvad de muligvis kan lære om, hvordan celleens indre funktion fungerer så problemfrit.