Mikrotubuli: Was sind sie, Zusammensetzung und wozu dienen sie?

Zellen bestehen aus einer Vielzahl von Strukturen, die sie wie eine Uhr dazu bringen, ihre Funktionen mit absoluter Präzision auszuführen.

Eine von denen, die wir in dieser komplexen organischen Maschinerie finden können, sind Mikrotubuli. Wir werden uns mit den Eigenschaften dieser Elemente befassen und welche Funktionen sie in unserem Körper erfüllen.

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Was sind Mikrotubuli? Eigenschaften dieser Strukturen

Mikrotubuli sind mikroskopische Röhrchen in jeder unserer Zellen of, beginnend im MTOC- oder Mikrotubulus-Organisationszentrum und sich durch das Zytoplasma der Zelle erstreckend. Jedes dieser Röhrchen hat eine Dicke von 25 Nanometern, wobei der Durchmesser seines Inneren nur 12 Nanometer beträgt. In Bezug auf die Länge können sie einige Mikrometer erreichen, eine Entfernung, die klein erscheinen mag, aber auf zellulärer Ebene und im Verhältnis zu ihrer Breite sie lang macht.

Auf struktureller Ebene sind Mikrotubuli

bestehen aus Proteinpolymeren und bestehen aus 13 Protofilamenten, die ihrerseits aus den abwechselnd angeordneten Tubulinmonomeren a und b bestehen, d. h. eine Kette von Dimeren a-b bilden. Die 13 Protofilamente werden aneinander angeordnet, bis sie die zylindrische Struktur bilden und den Teil des hohlen Zentrums verlassen. Darüber hinaus haben alle 13 die gleiche Struktur, alle haben ein -Ende, das mit Tubulin a beginnt, das andere ist das +-Ende von Tubulin b.

In den Mikrotubuli von Bakterienzellen gibt es einige Unterschiede zu den übrigen eukaryontischen Zellen. In diesem Fall wären die Tubuline spezifisch für Bakterien und würden 5 Protofilamente anstelle der üblichen 13, die wir zuvor gesehen haben, bilden. In jedem Fall funktionieren diese Mikrotubuli ähnlich wie die anderen.

Dynamische Instabilität

Eine der Eigenschaften, die Mikrotubuli charakterisieren, ist die sogenannte dynamische Instabilität. Es ist ein konstanter Prozess in dieser Struktur, durch den sie kontinuierlich polymerisieren oder depolymerisieren. Dies bedeutet, dass sie ständig Tubulin-Dimere einbauen, um die Länge zu erhöhen, oder im Gegenteil, sie eliminieren, um sie zu verkürzen.

Tatsächlich, Sie können weiter gekürzt werden, bis sie vollständig gelöst sind, um den Zyklus erneut zu starten und wieder zu polymerisieren. Dieser Polymerisationsprozess, dh das Wachstum, tritt häufiger am +-Ende, dh am Tubulin-B-Ende, auf.

Aber wie läuft dieser Prozess auf zellulärer Ebene ab? Tubulindimere kommen in freier Form in der Zelle vor. Sie sind alle an zwei Moleküle Guanosintriphosphat oder GTP (ein Nukleotidtriphosphat) gebunden. Wenn es für diese Dimere an der Zeit ist, an einem der Mikrotubuli zu haften, tritt ein bekanntes Phänomen auf. als Hydrolyse, wobei eines der GTP-Moleküle in Guanosindiphosphat oder GDP (ein Nukleotid Diphosphat).

Denken Sie daran, dass die Geschwindigkeit des Prozesses entscheidend ist, um zu verstehen, was als nächstes passieren kann. Wenn Dimere schneller an Mikrotubuli binden, als die Hydrolyse selbst stattfindet, ist dies das bedeutet, dass es immer die sogenannte Obergrenze oder Obergrenze von GTPs am extremsten der Dimere geben wird. Im Gegenteil, für den Fall, dass die Hydrolyse schneller ist als die Polymerisation selbst (da der Prozess dadurch verlangsamt wurde), erhalten wir im Extremfall ein GTP-GDP-Dimer.

Da eines der Triphosphatnukleotide in ein Diphosphatnukleotid übergegangen ist, wird eine Instabilität in der Adhäsion zwischen den Protofilamenten selbst erzeugt, was einen Ketteneffekt bewirkt, der mit einer Depolymerisation des gesamten Satzes endet. Sobald die GTP-GDP-Dimere, die dieses Ungleichgewicht verursacht haben, verschwunden sind, werden die Mikrotubuli wieder normal und nehmen den Polymerisationsprozess wieder auf.

Aus den gelösten Tubulin-GDP-Dimeren werden schnell Tubulin-GTP-Dimere, so dass sie wieder zur Verfügung stehen, um wieder an Mikrotubuli zu binden. Auf diese Weise entsteht die dynamische Instabilität, über die wir eingangs gesprochen haben und die dazu führt, dass die Mikrotubuli in einem perfekt ausgewogenen Zyklus ohne Unterbrechung wachsen und abnehmen.

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Eigenschaften

Mikrotubuli haben eine grundlegende Rolle für verschiedene Aufgaben innerhalb der Zelle, die sehr unterschiedlicher Natur sind. Einige von ihnen werden wir im Folgenden genauer untersuchen.

1. Zilien und Geißeln

Mikrotubuli machen einen großen Teil anderer wichtiger Elemente der Zelle wie Flimmerhärchen und Geißeln aus, die im Grunde Mikrotubuli sind, aber mit einer sie umgebenden Plasmamembran. Diese Flimmerhärchen und Geißeln sind die Struktur, die die Zelle nutzt, um sich zu bewegen und auch als sensibles Element zur Erfassung diverser Informationen der fundamentalen Umgebung für bestimmte Prozesse Handys.

Zilien unterscheiden sich von Geißeln dadurch, dass sie kürzer, aber auch viel häufiger sind. Bei ihrer Bewegung treiben die Flimmerhärchen die Flüssigkeit, die die Zelle umgibt, in eine Richtung parallel dazu, während die Geißeln dies senkrecht zur Zellmembran tun.

Sowohl Zilien als auch Geißeln sind komplexe Elemente, die 250 Proteinarten beherbergen können. In jedem Cilium und jedem Flagellum finden wir das Axonem, eine zentrale Gruppe von Mikrotubuli, die von der bereits erwähnten Plasmamembran bedeckt sind. Diese Axoneme bestehen aus einem Paar Mikrotubuli, das sich in der Mitte befindet und außen von 9 anderen Paaren umgeben ist.

Das Axonem erstreckt sich vom Basalkörper, einer anderen Zellstruktur, in diesem Fall aus 9 Sätzen gebildet, in diesem Fall dreifache Mikrotubuli, die kreisförmig angeordnet sind, um den zentralen Hohlraum zwischen allen hohl zu lassen Sie.

Zurück zum Axonem ist zu beachten, dass Die Mikrotubuli-Paare, aus denen es besteht, sind dank der Wirkung des Nexin-Proteins und der Proteinradien aneinander haften. Gleichzeitig finden wir in diesen äußeren Paaren auch Dynein, ein weiteres Protein, dessen Nutzen in diesem Fall darin besteht, die Bewegung der Zylinder und Geißeln zu erzeugen, da es vom Motortyp ist. Intern geschieht dies dank eines Gleitens zwischen jedem Mikrotubuli-Paar, das schließlich eine Bewegung auf struktureller Ebene erzeugt.

2. Transport

Eine weitere Schlüsselfunktion von Mikrotubuli ist der Transport von Organellen innerhalb des Zellzytoplasmas., und können Vesikel oder von einem anderen Typ sein. Dieser Mechanismus ist möglich, weil die Mikrotubuli als eine Art Bahn fungieren würden, durch die sich die Organellen in der Zelle von einem Punkt zum anderen bewegen.

Im speziellen Fall von Neuronen würde dieses Phänomen auch beim sogenannten axoplasmatischen Transport auftreten. Wenn man bedenkt, dass Axone bei bestimmten Arten nicht nur Zentimeter, sondern auch Meter messen können, können wir uns ein Bild machen der Wachstumskapazität der Mikrotubuli selbst, um diese in den Rhythmen so essentielle Transportfunktion unterstützen zu können Handys.

In Bezug auf diese Funktion sind Mikrotubuli sie wären nur ein Weg für die Organellen, aber eine Wechselwirkung zwischen den beiden Elementen würde nicht erzeugt. Im Gegenteil, die Bewegung würde durch Motorproteine ​​wie Dynein, das wir bereits gesehen haben, und auch Kinesin erreicht. Der Unterschied zwischen beiden Proteinarten ist die Richtung, die sie in den Mikrotubuli einschlagen, da die Dyneine verwendet werden für Bewegungen zum Minus-Ende, während Kinesin verwendet wird, um zum Extrem zu gehen Mehr.

3. Achromatische Spindel

Mikrotubuli bilden auch eine weitere Grundstruktur der Zelle, in diesem Fall die achromatische, mitotische oder meiotische Spindel. Es ist ausgedacht verschiedene Mikrotubuli, die die Zentriolen und Zentromere der Chromosomen verbinden, während der Prozess der Zellteilung stattfindet, entweder durch Mitose oder durch Meiose.

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4. Zellform

Wir wissen bereits, dass es viele Arten von Zellen gibt, jede mit ihren eigenen Eigenschaften und Anordnungen. Mikrotubuli würden zum Beispiel helfen, der Zelle die bestimmte Form jedes dieser Typen zu verleihen im oben gezeigten Fall einer länglichen Zelle, z. B. eines Neurons mit seinem langen Axon und Dendriten.

Gleichzeitig Sie sind auch wichtig, damit sich bestimmte Elemente der Zelle an der Stelle befinden, an der sie sein müssen, um ihre Funktionen richtig zu erfüllen. Dies ist beispielsweise bei so fundamentalen Organellen wie dem endoplasmatischen Retikulum oder dem Golgi-Apparat der Fall.

5. Filamentorganisation

Eine weitere wesentliche Funktion der Mikrotubuli besteht darin, für die Verteilung der Filamente im Zytoskelett (dem Netzwerk von Proteinen, die in der Zelle gefunden wird und alle Strukturen in ihr nährt) und bildet ein Netzwerk von immer kleineren Bahnen, die von den Mikrotubuli ausgehen (die größten) zu den Zwischenfilamenten hin und enden mit den schmalsten von allen, den sogenannten Mikrofilamenten, die Myosin oder Aktin sein können.

Bibliographische Referenzen:

• Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Dynamik der Mikrotubuli-Polymerisation. Jährliche Überprüfung der Zell- und Entwicklungsbiologie.
• Mitchison, T., Kirschner, M. (1984). Dynamische Instabilität des Mikrotubuluswachstums. Natur.
• Nogales, E., Whittaker, M., Milligan, R. A., Downing, K. H. (1999). Hochauflösendes Modell des Mikrotubulus. Zelle. ScienceDirect.