Mikrotubuly: jaké jsou, složení a k čemu slouží?

Buňky jsou tvořeny množstvím struktur, které, stejně jako hodiny, zajišťují, že vykonávají své funkce s absolutní přesností.

Jedním z těch, které v tomto složitém organickém strojním zařízení můžeme najít, jsou mikrotubuly. Budeme se ponořit do charakteristik těchto prvků a jaké jsou funkce, které plní v našem těle.

• Související článek: „Nejdůležitější části buňky a organel: přehled“

Co jsou mikrotubuly? Charakteristiky těchto struktur

Mikrotubuly jsou mikroskopické trubičky nalezené v každé z našich buněk, začínající v organizačním centru MTOC nebo mikrotubulů a zasahující do celé cytoplazmy buňky. Každá z těchto malých zkumavek má tloušťku 25 nanometrů, přičemž průměr jejího vnitřku je pouze 12 nanometrů. Pokud jde o délku, mohou dosáhnout několika mikronů, vzdálenost, která se může zdát malá, ale na buněčné úrovni a v poměru k jejich šířce je prodlužuje.

Na strukturální úrovni mikrotubuly jsou složeny z proteinových polymerů a jsou složeny z 13 protofilamentů, které jsou zase tvořeny tubulinovými monomery a a b umístěnými střídavě, to znamená, že vytvářejí řetězec dimerů a-b. 13 protofilamentů je uspořádaných jeden proti druhému, dokud nevytvoří válcovitou strukturu, přičemž ponechají část dutého středu. Všech 13 má navíc stejnou strukturu, přičemž všechny mají a - konec, který začíná tubulinem a, přičemž druhý je + konec tubulinu b.

V mikrotubulích bakteriálních buněk existují určité rozdíly ve vztahu ke zbytku eukaryotických buněk. V tomto případě by byly tubuliny specifické pro bakterie a místo obvyklých 13, které jsme viděli dříve, by vytvořily 5 protofilamentů. V každém případě fungují tyto mikrotubuly podobně jako ostatní.

Dynamická nestabilita

Jednou z vlastností, která charakterizuje mikrotubuly, je takzvaná dynamická nestabilita. Jedná se o stálý proces v této struktuře, při kterém kontinuálně polymerují nebo depolymerují. To znamená, že po celou dobu začleňují tubulinové dimery ke zvětšení délky nebo naopak vylučují jejich zkracování.

Ve skutečnosti, mohou pokračovat ve zkracování, dokud nejsou zcela uvolněny, aby znovu zahájily cyklus a vrátily se k polymeraci. Tento polymerační proces, tj. Růst, se vyskytuje častěji na + konci, tj. Na konci tubulinu b.

Jak ale k tomuto procesu dochází na buněčné úrovni? Dimery tubulinu se nacházejí v buňce ve volném stavu. Všechny jsou připojeny ke dvěma molekulám guanosin trifosfátu nebo GTP (nukleotid trifosfát). Když nastane čas, aby tyto dimery přilnuly k jednomu z mikrotubulů, nastane známý jev. jako hydrolýza, kdy se jedna z molekul GTP transformuje na guanosindifosfát nebo GDP (nukleotid difosfát).

Pamatujte, že rychlost procesu je nezbytná k pochopení toho, co se může stát dál. Pokud se dimery vážou na mikrotubuly rychleji než samotná hydrolýza, je to tak to znamená, že v nejextrémnějším případě dimerů bude vždy existovat tzv. čepice nebo čepička GTP. Naopak v případě, že hydrolýza je rychlejší než samotná polymerace (protože to zpomalilo její proces), získáme v extrémním extrému dimer GTP-GDP.

Když jeden z trifosfátových nukleotidů prošel na difosfátový nukleotid, vytváří se nestabilita v adhezi mezi samotnými protofilamenty, což způsobí řetězový efekt končící depolymerizací celé sady. Jakmile zmizí dimery GTP-GDP, které způsobují tuto nerovnováhu, mikrotubuly znovu získají normálnost a obnoví proces polymerace.

Dimery tubulin-GDP, které se uvolnily, se rychle stávají dimery tubulin-GTP, takže jsou opět k dispozici pro opětovné navázání na mikrotubuly. Tímto způsobem dochází k dynamické nestabilitě, o které jsme mluvili na začátku, což způsobí, že mikrotubuly rostou a ubývají bez zastavení, v dokonale vyváženém cyklu.

• Mohlo by vás zajímat: "Cytoskeleton neuronu: části a funkce"

Funkce

Mikrotubuly mají zásadní roli pro různé úkoly v buňce, velmi rozmanité povahy. Níže si některé z nich podrobně prostudujeme.

1. Cilia a bičíky

Mikrotubuly tvoří velkou část dalších důležitých prvků buňky, jako jsou řasinky a bičíky, což jsou v zásadě mikrotubuly, ale obklopuje je plazmatická membrána. Tyto řasinky a bičíky jsou strukturou, kterou buňka používá, aby se mohla pohybovat a také jako citlivý prvek k zachycení rozmanitých informací o základním prostředí pro určité procesy mobily.

Cilia se od bičíků liší tím, že jsou kratší, ale také mnohem hojnější. Při svém pohybu řasinky pohánějí tekutinu, která obklopuje buňku ve směru rovnoběžném s ní, zatímco bičíky dělají totéž kolmo na buněčnou membránu.

Cilia i bičíky jsou složité prvky, které pojmou 250 druhů bílkovin. V každém ciliu a každém bičíku najdeme axoném, centrální sadu mikrotubulů pokrytou plazmatickou membránou, kterou jsme dříve naznačili. Tyto axonémy jsou tvořeny dvojicí mikrotubulů umístěných ve středu a na vnější straně obklopených 9 dalšími páry.

Axoném se rozprostírá od bazálního těla, další buněčné struktury, v tomto případě tvořené 9 sadami, v tomto případě trojité mikrotubuly, uspořádané kruhově, aby mezi všemi zůstala dutá centrální dutina ony.

Vrátíme-li se k axonému, je třeba poznamenat, že páry mikrotubulů, které ji tvoří, jsou navzájem adherovány díky účinku proteinu nexinu a poloměrům proteinů. Současně v těchto vnějších párech také najdeme dynein, další protein, jehož funkcí je v tomto případě generování pohybu válců a bičíků, protože se jedná o motorický typ. Interně se to děje díky klouzání mezi každou dvojicí mikrotubulů, které nakonec generuje pohyb na strukturální úrovni.

2. Doprava

Další klíčovou funkcí mikrotubulů je transport organel v buněčné cytoplazmě., a mohou to být vezikuly nebo jiného typu. Tento mechanismus je možný, protože mikrotubuly by fungovaly jako jakési dráhy, kterými se organely pohybují z jednoho bodu do druhého v buňce.

Ve specifickém případě neuronů by se tento jev vyskytoval také pro takzvaný axoplazmatický transport. Vezmeme-li v úvahu, že axony mohou měřit nejen centimetry, ale metry u určitých druhů, umožňuje nám získat představu růstové kapacity samotných mikrotubulů, aby byly schopny podporovat tuto transportní funkci, tak důležitou v rytmech mobily.

Pokud jde o tuto funkci, mikrotubuly byly by pouhou cestou pro organely, ale interakce mezi těmito dvěma prvky by nebyla generována. Naopak, pohybu by bylo dosaženo prostřednictvím motorických proteinů, jako je dynein, který jsme již viděli, a také kinesin. Rozdíl mezi oběma typy bílkovin je směr, kterým se ubírají v mikrotubulích, protože se používají dyneiny pro pohyb směrem k minusovému konci, zatímco kinesin se používá k pohybu směrem k extrému více.

3. Achromatické vřeteno

Mikrotubuly také tvoří další ze základních struktur buňky, v tomto případě achromatické, mitotické nebo meiotické vřeteno. Je to vymyslené různé mikrotubuly, které spojují centrioly a centromery chromozomů, zatímco dochází k procesu dělení buněkbuď mitózou nebo meiózou.

• Mohlo by vás zajímat: „Rozdíly mezi mitózou a meiózou“

4. Tvar buňky

Již víme, že existuje mnoho typů buněk, z nichž každá má své vlastní vlastnosti a uspořádání. Mikrotubuly by například pomohly poskytnout buňce stanovený tvar každého z těchto typů v případě nahoře podlouhlé buňky, jako je neuron s dlouhým axonem a dendrity.

Ve stejnou dobu Jsou také klíčem k tomu, aby určité prvky buňky byly na místě, kde musí být, aby správně plnily své funkce. To je například případ organel tak zásadních, jako je endoplazmatické retikulum nebo Golgiho aparát.

5. Organizace vláken

Další ze základních funkcí mikrotubulů je zodpovědnost za distribuci vláken v cytoskeletu (síť proteinů, které jsou nachází se uvnitř buňky a která vyživuje všechny struktury uvnitř ní) a vytváří síť stále menších cest, které vedou od mikrotubulů (největší) směrem k přechodným vláknům a končící nejužší ze všech, takzvanými mikrofilamenty, kterými mohou být myosin nebo aktin.

Bibliografické odkazy:

• Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Dynamika polymerace mikrotubulů. Roční přehled buněčné a vývojové biologie.
• Mitchison, T., Kirschner, M. (1984). Dynamická nestabilita růstu mikrotubulů. Příroda.
• Nogales, E., Whittaker, M., Milligan, R.A., Downing, K.H. (1999). Model mikrotubulů s vysokým rozlišením. Buňka. ScienceDirect.