Μικροσωληνίσκοι: για ποιους, τη σύνθεση και σε τι χρησιμεύουν;

Τα κελιά αποτελούνται από ένα πλήθος δομών που, όπως σε ένα ρολόι, τα κάνουν να εκτελούν τις λειτουργίες τους με απόλυτη ακρίβεια.

Ένα από αυτά που μπορούμε να βρούμε μέσα σε αυτό το σύνθετο οργανικό μηχάνημα είναι μικροσωληνίσκοι. Θα διερευνήσουμε τα χαρακτηριστικά αυτών των στοιχείων και ποιες είναι οι λειτουργίες που εκτελούν στο σώμα μας.

• Σχετικό άρθρο: "Τα πιο σημαντικά μέρη του κυττάρου και των οργανίων: μια επισκόπηση"

Τι είναι οι μικροσωληνίσκοι; Χαρακτηριστικά αυτών των δομών

Οι μικροσωληνίσκοι είναι μικροσκοπικοί σωλήνες που βρίσκονται σε κάθε ένα από τα κύτταρα μας, ξεκινώντας από το κέντρο οργάνωσης MTOC ή μικροσωληνίσκων και εκτείνεται σε όλο το κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Κάθε ένας από αυτούς τους μικρούς σωλήνες έχει πάχος 25 νανόμετρα, με τη διάμετρο του εσωτερικού του να είναι μόνο 12 νανόμετρα. Όσον αφορά το μήκος, μπορούν να φτάσουν μερικά μικρά, μια απόσταση που μπορεί να φαίνεται μικρή, αλλά σε επίπεδο κυψελίδας και σε αναλογία με το πλάτος τους τα καθιστά μακριά.

Στο δομικό επίπεδο, μικροσωληνίσκοι

αποτελούνται από πολυμερή πρωτεΐνης και αποτελούνται από 13 πρωτόκολλα, τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από μονομερή τουμπουλίνης a και b που βρίσκονται εναλλάξ, δηλαδή, δημιουργώντας μια αλυσίδα διμερών a-b. Τα 13 πρωτόκολλα διατάσσονται το ένα εναντίον του άλλου μέχρι να σχηματίσουν την κυλινδρική δομή, αφήνοντας το τμήμα του κοίλου κέντρου. Επιπλέον, και τα 13 έχουν την ίδια δομή, όλα με ένα άκρο, το οποίο ξεκινά με τομπουλίνη α, το άλλο είναι το + άκρο, της τουμπουλίνης

Στους μικροσωληνίσκους κυττάρων βακτηρίων υπάρχουν μερικές διαφορές σε σχέση με τα υπόλοιπα ευκαρυωτικά κύτταρα. Σε αυτήν την περίπτωση, οι τομπουλίνες θα είναι συγκεκριμένες για τα βακτήρια και θα σχηματίζουν 5 πρωτόκολλα αντί για τα συνηθισμένα 13 που είδαμε πριν. Σε κάθε περίπτωση, αυτοί οι μικροσωληνίσκοι λειτουργούν με παρόμοιο τρόπο με τους άλλους.

Δυναμική αστάθεια

Μία από τις ιδιότητες που χαρακτηρίζει τους μικροσωληνίσκους είναι η λεγόμενη δυναμική αστάθεια. Είναι μια συνεχής διαδικασία σε αυτήν τη δομή με την οποία πολυμερίζονται ή αποπολυμερίζονται συνεχώς. Αυτό σημαίνει ότι συνεχώς ενσωματώνουν διμερή τουμπουλίνης για να αυξήσουν το μήκος ή, αντίθετα, τα εξαλείφουν για να μειωθούν.

Στην πραγματικότητα, Μπορούν να συνεχίσουν να συντομεύονται έως ότου αναιρεθούν εντελώς για να ξεκινήσουν ξανά τον κύκλο, επιστρέφοντας στον πολυμερισμό. Αυτή η διαδικασία πολυμερισμού, δηλαδή η ανάπτυξη, συμβαίνει συχνότερα στο + άκρο, δηλαδή στο άκρο τουμπουλίνης.

Αλλά πώς συμβαίνει αυτή η διαδικασία σε κυτταρικό επίπεδο; Τα διμερή τουμπουλίνης βρίσκονται στο κελί σε ελεύθερη κατάσταση. Όλα συνδέονται με δύο μόρια τριφωσφορικής γουανοσίνης ή GTP (ένα τριφωσφορικό νουκλεοτίδιο). Όταν έρθει η ώρα να προσκολληθούν αυτά τα διμερή σε έναν από τους μικροσωληνίσκους, λαμβάνει χώρα ένα γνωστό φαινόμενο. ως υδρόλυση, όπου ένα από τα μόρια GTP μετατρέπεται σε διφωσφορική γουανοσίνη, ή GDP (ένα νουκλεοτίδιο διφωσφορικό).

Λάβετε υπόψη ότι η ταχύτητα της διαδικασίας είναι απαραίτητη για να κατανοήσετε τι μπορεί να συμβεί στη συνέχεια. Εάν τα διμερή συνδέονται με μικροσωληνίσκους γρηγορότερα από ό, τι συμβαίνει η υδρόλυση, αυτό συμβαίνει σημαίνει ότι θα υπάρχει πάντα το λεγόμενο ανώτατο όριο ή ανώτατο όριο των GTP στο πιο ακραίο από τα διμερή. Αντίθετα, σε περίπτωση που η υδρόλυση είναι ταχύτερη από τον ίδιο τον πολυμερισμό (επειδή αυτό έχει κάνει τη διαδικασία του πιο αργή), αυτό που θα αποκτήσουμε στο ακραίο άκρο θα είναι ένα διμερές GTP-GDP.

Καθώς ένα από τα τριφωσφορικά νουκλεοτίδια έχει περάσει σε ένα διφωσφορικό νουκλεοτίδιο, δημιουργείται μια αστάθεια στην πρόσφυση μεταξύ των ίδιων των πρωτόκολλων, το οποίο προκαλεί ένα αλυσιδωτό αποτέλεσμα που τελειώνει με αποπολυμερισμό ολόκληρου του συνόλου. Μόλις εξαφανιστούν τα διμερή GTP-GDP που προκαλούσαν αυτήν την ανισορροπία, οι μικροσωληνίσκοι επανακτήσουν την ομαλότητα και συνεχίζουν τη διαδικασία πολυμερισμού.

Τα διμερή τουμπουλίνης-GDP που έχουν χαλαρώσει γίνονται γρήγορα διμερή τουμπουλίνης-GTP, έτσι είναι και πάλι διαθέσιμα για σύνδεση με τους μικροσωληνίσκους. Με αυτόν τον τρόπο, εμφανίζεται η δυναμική αστάθεια για την οποία μιλήσαμε στην αρχή, προκαλώντας την ανάπτυξη και μείωση των μικροσωληνίσκων χωρίς διακοπή, σε έναν απόλυτα ισορροπημένο κύκλο.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Κυτταροσκελετός του νευρώνα: μέρη και λειτουργίες"

Χαρακτηριστικά

Οι μικροσωληνίσκοι έχουν θεμελιώδη ρόλο για διάφορες εργασίες εντός του κελιού, πολύ ποικίλης φύσης. Θα μελετήσουμε μερικά από αυτά σε βάθος παρακάτω.

1. Cilia και flagella

Μικροσωληνίσκοι αποτελούν ένα μεγάλο μέρος άλλων σημαντικών στοιχείων του κυττάρου, όπως η σίλια και η μαστίγια, οι οποίοι είναι βασικά μικροσωληνίσκοι αλλά με μεμβράνη πλάσματος που τους περιβάλλει. Αυτές οι βλεφαρίδες και μαστίγια είναι η δομή που χρησιμοποιεί το κελί για να μπορεί να κινηθεί και επίσης ως ευαίσθητο στοιχείο για τη λήψη διαφορετικών πληροφοριών για το θεμελιώδες περιβάλλον για ορισμένες διαδικασίες κινητά τηλέφωνα.

Η Cilia διαφέρει από τη μαστίγια στο ότι είναι μικρότερα αλλά και πολύ πιο άφθονα. Στην κίνηση τους, οι βλεφαρίδες οδηγούν το υγρό που περιβάλλει το κελί σε μια παράλληλη κατεύθυνση, ενώ η μαστίγια κάνει το ίδιο κάθετο με την κυτταρική μεμβράνη.

Τόσο η σίλια όσο και η μαστίγια είναι σύνθετα στοιχεία που μπορούν να φιλοξενήσουν 250 τύπους πρωτεϊνών. Σε κάθε τσίλι και κάθε μαστίγιο βρίσκουμε το axoneme, ένα κεντρικό σετ μικροσωληνίσκων που καλύπτεται από τη μεμβράνη πλάσματος που υποδείξαμε προηγουμένως. Αυτά τα αξονήματα αποτελούνται από ένα ζεύγος μικροσωληνίσκων που βρίσκονται στο κέντρο και περιβάλλονται από 9 άλλα ζεύγη στο εξωτερικό.

Το άξονα εκτείνεται από το βασικό σώμα, μια άλλη κυτταρική δομή, στην περίπτωση αυτή σχηματίζεται από 9 σετ, σε αυτήν την περίπτωση τριπλά, από μικροσωληνίσκους, διατεταγμένα κυκλικά ώστε να αφήνουν κοίλα την κεντρική κοιλότητα μεταξύ όλων αυτοί.

Επιστρέφοντας στο αξόνισμα, πρέπει να σημειωθεί ότι τα ζεύγη μικροσωληνίσκων που το συνθέτουν προσκολλώνται το ένα στο άλλο χάρη στην επίδραση της πρωτεΐνης νεοξίνης και από τις ακτίνες πρωτεΐνης. Ταυτόχρονα, σε αυτά τα εξωτερικά ζεύγη βρίσκουμε επίσης dynein, μια άλλη πρωτεΐνη, της οποίας η χρησιμότητα σε αυτή την περίπτωση είναι να δημιουργήσει την κίνηση των κυλίνδρων και των flagella, δεδομένου ότι είναι τύπος κινητήρα. Εσωτερικά, αυτό συμβαίνει χάρη στην ολίσθηση μεταξύ κάθε ζεύγους μικροσωληνίσκων, η οποία καταλήγει να δημιουργεί κίνηση στο δομικό επίπεδο.

2. Μεταφορά

Μια άλλη βασική λειτουργία των μικροσωληνίσκων είναι η μεταφορά οργάνων εντός του κυτταρικού κυττάρου., είναι σε θέση να είναι κυστίδια ή άλλου τύπου. Αυτός ο μηχανισμός είναι δυνατός επειδή οι μικροσωληνίσκοι θα λειτουργούσαν ως ένα είδος λωρίδων μέσω των οποίων τα οργανίδια μετακινούνται από το ένα σημείο στο άλλο στο κελί.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση των νευρώνων, αυτό το φαινόμενο θα συνέβαινε επίσης για τη λεγόμενη αξοπλασμική μεταφορά. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι άξονες μπορούν να μετρήσουν όχι μόνο εκατοστά, αλλά και μέτρα σε ορισμένα είδη, μας επιτρέπει να πάρουμε μια ιδέα της ικανότητας ανάπτυξης των ίδιων των μικροσωληναρίων να είναι σε θέση να υποστηρίξουν αυτήν τη λειτουργία μεταφοράς, τόσο απαραίτητη στους ρυθμούς κινητά τηλέφωνα.

Όσον αφορά αυτή τη λειτουργία, μικροσωληνίσκοι Θα ήταν μια απλή διαδρομή για τα οργανίδια, αλλά δεν θα δημιουργηθεί αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο στοιχείων. Αντίθετα, η κίνηση θα μπορούσε να επιτευχθεί μέσω κινητικών πρωτεϊνών, όπως η δυνατίνη, τις οποίες έχουμε ήδη δει, και επίσης η κινίνη. Η διαφορά μεταξύ των δύο τύπων πρωτεΐνης είναι η κατεύθυνση που παίρνουν στους μικροσωληνίσκους, δεδομένου ότι χρησιμοποιούνται οι dyneins για κίνηση που πηγαίνει προς το αρνητικό άκρο, ενώ το kinesin χρησιμοποιείται για να πάει προς το άκρο περισσότερο.

3. Αχρωματικός άξονας

Οι μικροσωληνίσκοι αποτελούν επίσης μία από τις θεμελιώδεις δομές του κυττάρου, στην περίπτωση αυτή τον αχρωματικό, μιτωτικό ή μιοτικό άξονα. Αποτελείται διάφοροι μικροσωληνίσκοι που συνδέουν τα κεντρόλια και τα κεντρομερή των χρωμοσωμάτων κατά τη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσηςείτε με μίτωση είτε με μύωση.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Διαφορές μεταξύ μίτωσης και μείωσης"

4. Σχήμα κυττάρου

Γνωρίζουμε ήδη ότι υπάρχουν πολλοί τύποι κυττάρων, το καθένα με τα δικά του χαρακτηριστικά και διάταξη. Οι μικροσωληνίσκοι θα βοηθήσουν στην παροχή στο κελί με το καθορισμένο σχήμα καθενός από αυτούς τους τύπους, για παράδειγμα στην περίπτωση που φαίνεται παραπάνω ενός επιμήκους κυττάρου, όπως ένας νευρώνας με τον μακρύ άξονά του και δενδρίτες.

Την ίδια στιγμή Είναι επίσης βασικά, ώστε ορισμένα στοιχεία του κελιού να βρίσκονται στο σημείο όπου πρέπει να είναι για να εκπληρώνουν σωστά τις λειτουργίες τους. Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, στα οργανίδια τόσο θεμελιώδη όσο το ενδοπλασματικό δίκτυο ή τη συσκευή Golgi.

5. Οργάνωση νήματος

Μια άλλη από τις βασικές λειτουργίες των μικροσωληνίσκων είναι η φροντίδα της κατανομής των νημάτων σε όλο τον κυτταροσκελετό (το δίκτυο πρωτεϊνών που είναι βρίσκεται μέσα στο κελί και τρέφει όλες τις δομές μέσα), σχηματίζοντας ένα δίκτυο όλο και μικρότερων οδών που πηγαίνει από τους μικροσωληνίσκους (το μεγαλύτερο) προς τα ενδιάμεσα νήματα και τελειώνει με το στενότερο από όλα, τα λεγόμενα μικροφίλμ, τα οποία μπορεί να είναι μυοσίνη ή ακτίνη.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Δυναμική πολυμερισμού μικροσωληνίσκων. Ετήσια ανασκόπηση της κυτταρικής και αναπτυξιακής βιολογίας.
• Mitchison, T., Kirschner, Μ. (1984). Δυναμική αστάθεια ανάπτυξης μικροσωληναρίων. Φύση.
• Nogales, Ε., Whittaker, Μ., Milligan, R.A., Downing, Κ.Η. (1999). Μοντέλο υψηλής ανάλυσης του μικροσωληναρίου. Κύτταρο. ScienceDirect.