Mikrotubuli: hvad er de, sammensætning, og hvad er de til?

Celler består af et væld af strukturer, der, som i et ur, får dem til at udføre deres funktioner med absolut præcision.

En af dem, vi kan finde inden for dette komplekse organiske maskineri er mikrotubuli. Vi skal dykke ned i karakteristika ved disse elementer, og hvad er de funktioner, de udfører i vores krop.

• Relateret artikel: "De vigtigste celledele og organeller: et overblik"

Hvad er mikrotubuli? Karakteristika for disse strukturer

Mikrotubuli er mikroskopiske rør, der findes i hver af vores celler, der begynder i MTOC eller mikrotubuli-organiseringscentret og strækker sig gennem celleens cytoplasma. Hvert af disse små rør har en tykkelse på 25 nanometer, hvor diameteren af ​​dets indre kun er 12 nanometer. Med hensyn til længden kan de nå nogle få mikroner, en afstand der kan synes lille, men som på mobilniveau og i forhold til deres bredde gør dem lange.

På det strukturelle niveau, mikrotubuli består af proteinpolymerer og er sammensat af 13 protofilamenter, som igen er sammensat af tubulinmonomerer a og b placeret skiftevis, det vil sige skabe en kæde af dimerer a-b. De 13 protofilamenter er anbragt mod hinanden, indtil de danner den cylindriske struktur og efterlader den del af det hule centrum. Desuden har alle 13 den samme struktur, som alle har en ende, der begynder med tubulin a, den anden er + -enden, af tubulin b.

I mikrotubuli af bakterieceller er der nogle forskelle med hensyn til resten af ​​eukaryote celler. I dette tilfælde ville tubulinerne være specifikke for bakterier og ville danne 5 protofilamenter i stedet for den sædvanlige 13, som vi så før. Under alle omstændigheder fungerer disse mikrotubuli på samme måde som de andre.

Dynamisk ustabilitet

En af de kvaliteter, der karakteriserer mikrotubuli, er den såkaldte dynamiske ustabilitet. Det er en konstant proces i denne struktur, hvorved de kontinuerligt polymeriserer eller depolymeriseres. Dette betyder, at hele tiden de inkorporerer tubulin-dimerer for at øge længden eller tværtimod fjerner de dem for at blive forkortet.

Faktisk, de kan fortsætte med at blive forkortet, indtil de er helt fortryde for at starte cyklussen igen og gå tilbage til polymerisering. Denne polymerisationsproces, dvs. vækst, forekommer hyppigere i + enden, det vil sige i tubulin b-enden.

Men hvordan sker denne proces på mobilniveau? Tubulin-dimerer findes i cellen i fri tilstand. De er alle bundet til to molekyler guanosintriphosphat eller GTP (et nukleotidtriphosphat). Når tiden er inde for disse dimerer at klæbe til en af ​​mikrotubuli, finder et kendt fænomen sted. som hydrolyse, hvorved et af GTP-molekylerne omdannes til guanosindiphosphat eller BNP (et nukleotid diphosphat).

Husk, at procesens hastighed er afgørende for at forstå, hvad der kan ske næste. Hvis dimerer binder sig til mikrorør hurtigere end hydrolyse i sig selv forekommer, er dette dette betyder, at der altid vil være den såkaldte cap eller cap af GTP'er på den mest ekstreme af dimerer. Tværtimod, i tilfælde af at hydrolysen er hurtigere end selve polymeriseringen (fordi dette har gjort processen langsommere), vil det, vi får ekstremt mere, være en GTP-BNP-dimer.

Da et af triphosphatnukleotiderne har ændret sig til et diphosphatnukleotid, genereres en ustabilitet i adhæsionen mellem protofilamenterne selv, som forårsager en kædeeffekt, der slutter med en depolymerisering af hele sættet. Når GTP-BNP-dimerer, der forårsagede denne ubalance, er forsvundet, vender mikrotubuli tilbage til normal og genoptager polymeriseringsprocessen.

De løsnede tubulin-BNP-dimerer bliver hurtigt tubulin-GTP-dimerer, så de er igen tilgængelige til at binde til mikrotubuli igen. På denne måde er der den dynamiske ustabilitet, som vi talte om i starten, hvilket fik mikrotubuli til at vokse og falde uden at stoppe, i en perfekt afbalanceret cyklus.

• Du kan være interesseret i: "Cytoskelet i neuronen: dele og funktioner"

Funktioner

Mikrotubuli har en grundlæggende rolle for forskellige opgaver inden i cellen af ​​meget varieret karakter. Vi vil studere nogle af dem i dybden nedenfor.

1. Cilia og flagella

Mikrotubuli udgør en stor del af andre vigtige elementer i cellen som cilier og flageller, som grundlæggende er mikrotubuli, men med en plasmamembran, der omgiver dem. Disse cilier og flageller er strukturen, som cellen bruger til at være i stand til at bevæge sig og også som følsomt element til at fange forskellig information om det grundlæggende miljø for visse processer mobiltelefoner.

Cilia adskiller sig fra flageller, fordi de er kortere, men også meget mere rigelige. I deres bevægelse driver cilierne væsken, der omgiver cellen i en retning parallelt med den, mens flagellerne gør det samme vinkelret på cellemembranen.

Både cilia og flagella er komplekse elementer, der kan rumme 250 typer proteiner. I hvert cilium og hvert flagellum finder vi axoneme, et centralt sæt mikrotubuli dækket af plasmamembranen, som vi tidligere angav. Disse axonemer består af et par mikrotubuli placeret i midten og omgivet af 9 andre par på ydersiden.

Axoneme strækker sig fra basallegemet, en anden cellulær struktur, i dette tilfælde dannet af 9 sæt, i dette tilfælde tredobbelt mikrotubuli, arrangeret cirkulært for at efterlade hul i det centrale hulrum mellem alle de.

Når vi vender tilbage til axoneme, skal det bemærkes, at parene af mikrotubuli, der komponerer det, klæbes til hinanden takket være effekten af ​​nexinproteinet og ved proteinradier. Til gengæld finder vi i disse ydre par også dynein, et andet protein, hvis anvendelighed i dette tilfælde er at generere bevægelse af cylindere og flageller, da det er af motortypen. Internt sker dette takket være en glidning mellem hvert par mikrotubuli, som ender med at generere en bevægelse på det strukturelle niveau.

2. Transportere

En anden nøglefunktion ved mikrotubuli er at transportere organeller inden i cellecytoplasmaet., der kan være vesikler eller af en anden type. Denne mekanisme er mulig, fordi mikrotubuli fungerer som en slags baner, gennem hvilke organellerne bevæger sig fra et punkt til et andet i cellen.

I det specifikke tilfælde af neuroner ville dette fænomen også forekomme for den såkaldte axoplasmiske transport. Under hensyntagen til, at axoner ikke kun kan måle centimeter, men også meter i visse arter, giver det os mulighed for at få en idé af selve mikrotubuliens vækstkapacitet for at være i stand til at understøtte denne transportfunktion, så vigtig i rytmerne mobiltelefoner.

Med hensyn til denne funktion, mikrotubuli de ville være en ren sti for organellerne, men en interaktion mellem de to elementer ville ikke blive genereret. Tværtimod ville bevægelsen opnås gennem motoriske proteiner, såsom dynein, som vi allerede har set, og også kinesin. Forskellen mellem begge typer proteiner er den retning, de tager i mikrotubuli, da dyneinerne anvendes til bevægelse, der går mod minusenden, mens kinesin bruges til at gå mod det ekstreme mere.

3. Akromatisk spindel

Mikrotubuli udgør også en anden af ​​cellens grundlæggende strukturer, i dette tilfælde den akromatiske, mitotiske eller meiotiske spindel. Det er sammensat forskellige mikrotubuli, der forbinder centrioler og centromerer af kromosomer, mens processen med celledeling finder stedenten ved mitose eller ved meiose.

• Du kan være interesseret i: "Forskelle mellem mitose og meiose"

4. Celleform

Vi ved allerede, at der er mange typer celler, hver med sine egne egenskaber og arrangement. Mikrotubuli vil fx hjælpe med at give cellen den bestemte form af hver af disse typer i tilfældet set ovenfor af en langstrakt celle, såsom en neuron med sin lange axon og dendritter.

På samme tid De er også nøglen, så visse elementer i cellen er på det sted, hvor de skal være for at udføre deres funktioner korrekt. Dette er for eksempel tilfældet med organeller, der er så grundlæggende som det endoplasmatiske retikulum eller Golgi-apparatet.

5. Filamentorganisation

En anden af ​​de væsentlige funktioner i mikrotubuli er at være ansvarlig for fordelingen af ​​filamenterne gennem cytoskeletet (netværket af proteiner, der er findes inde i cellen, og som nærer alle strukturer indeni) og danner et netværk af stadig mindre stier, der går fra mikrotubuli (den største) mod de mellemliggende filamenter og slutter med den smalleste af alle, de såkaldte mikrofilamenter, som kan være myosin eller actin.

Bibliografiske referencer:

• Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Mikrotubuli-polymerisationsdynamik. Årlig gennemgang af celle- og udviklingsbiologi.
• Mitchison, T., Kirschner, M. (1984). Dynamisk ustabilitet af mikrotubulusvækst. Natur.
• Nogales, E., Whittaker, M., Milligan, R.A., Downing, K.H. (1999). Højopløsningsmodel af mikrotubuli. Celle. ScienceDirect.