Microtubules: de quoi s'agit-il, composition, et à quoi servent-ils ?

Les cellules sont constituées d'une multitude de structures qui, comme dans une horloge, leur font remplir leurs fonctions avec une précision absolue.

L'un de ceux que l'on peut trouver au sein de cette machinerie organique complexe sont microtubules. Nous allons approfondir les caractéristiques de ces éléments et quelles sont les fonctions qu'ils remplissent dans notre corps.

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Que sont les microtubules? Caractéristiques de ces structures

Les microtubules sont tubes microscopiques trouvés dans chacune de nos cellules, commençant dans le MTOC ou centre d'organisation des microtubules et s'étendant dans tout le cytoplasme de la cellule. Chacun de ces petits tubes a une épaisseur de 25 nanomètres, le diamètre de son intérieur n'étant que de 12 nanomètres. Quant à la longueur, elles peuvent atteindre quelques microns, distance qui peut paraître petite mais qui au niveau cellulaire et proportionnellement à leur largeur les rend longues.

Au niveau structurel, les microtubules sont composés de polymères protéiques et sont composés de 13 protofilaments, qui à leur tour sont constitués de monomères de tubuline a et b situés alternativement, c'est-à-dire créant une chaîne de dimères a-b. Les 13 protofilaments sont disposés les uns contre les autres jusqu'à former la structure cylindrique, laissant la partie creuse du centre. De plus, tous les 13 ont la même structure, tous ayant une extrémité -, qui commence par la tubuline a, l'autre étant l'extrémité +, de la tubuline b.

Dans les microtubules des cellules bactériennes, il existe quelques différences par rapport au reste des cellules eucaryotes. Dans ce cas, les tubulines seraient spécifiques des bactéries, et formeraient 5 protofilaments au lieu des 13 habituels que nous avons vus auparavant. Dans tous les cas, ces microtubules fonctionnent de manière similaire aux autres.

Instabilité dynamique

L'une des qualités qui caractérise les microtubules est l'instabilité dite dynamique. C'est un processus constant dans cette structure par lequel ils se polymérisent ou se dépolymérisent en continu. Cela signifie qu'ils incorporent tout le temps des dimères de tubuline pour augmenter la longueur ou au contraire qu'ils les éliminent pour les raccourcir.

En fait, ils peuvent continuer à être raccourcis jusqu'à ce qu'ils soient complètement défaits pour recommencer le cycle, en revenant polymériser. Ce processus de polymérisation, c'est-à-dire la croissance, se produit plus fréquemment à l'extrémité +, c'est-à-dire à l'extrémité b de la tubuline.

Mais comment ce processus se produit-il au niveau cellulaire? Les dimères de tubuline se trouvent dans la cellule à l'état libre. Ils sont tous attachés à deux molécules de guanosine triphosphate, ou GTP (un nucléotide triphosphate). Lorsque vient le temps pour ces dimères d'adhérer à l'un des microtubules, un phénomène connu se produit. comme l'hydrolyse, par laquelle l'une des molécules GTP est transformée en guanosine diphosphate, ou GDP (un nucléotide diphosphate).

Gardez à l'esprit que la vitesse du processus est essentielle pour comprendre ce qui peut se passer ensuite. Si les dimères se lient aux microtubules plus rapidement que l'hydrolyse elle-même ne se produit, c'est cela signifie qu'il y aura toujours le soi-disant plafond ou plafond de GTP au plus extrême des dimères. Au contraire, dans le cas où l'hydrolyse est plus rapide que la polymérisation elle-même (car cela a rendu son processus plus lent), ce que nous obtiendrons à l'extrême plus sera un dimère GTP-GDP.

Comme l'un des nucléotides triphosphate s'est transformé en nucléotide diphosphate, une instabilité est générée dans l'adhésion entre les protofilaments eux-mêmes, ce qui provoque un effet de chaîne se terminant par une dépolymérisation de l'ensemble. Une fois les dimères GTP-GDP à l'origine de ce déséquilibre disparus, les microtubules reviennent à la normale et reprennent le processus de polymérisation.

Les dimères tubuline-GDP détachés deviennent rapidement des dimères tubuline-GTP, de sorte qu'ils sont à nouveau disponibles pour se lier à nouveau aux microtubules. De cette façon, il y a cette instabilité dynamique dont nous avons parlé au début, faisant croître et décroître les microtubules sans s'arrêter, dans un cycle parfaitement équilibré.

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Caractéristiques

Les microtubules ont un rôle fondamental pour diverses tâches au sein de la cellule, de nature très variée. Nous étudierons certains d'entre eux en profondeur ci-dessous.

1. Cils et flagelles

Microtubules constituent une grande partie d'autres éléments importants de la cellule tels que les cils et les flagelles, qui sont essentiellement des microtubules mais entourés d'une membrane plasmique. Ces cils et flagelles sont la structure que la cellule utilise pour pouvoir se déplacer et aussi comme élément sensible pour capturer diverses informations de l'environnement fondamental pour certains processus téléphones portables.

Les cils diffèrent des flagelles en ce qu'ils sont plus courts mais aussi beaucoup plus abondants. Dans leur mouvement, les cils entraînent le fluide qui entoure la cellule dans une direction parallèle à celle-ci, tandis que les flagelles font de même perpendiculairement à la membrane cellulaire.

Les cils et les flagelles sont des éléments complexes pouvant contenir 250 types de protéines. Dans chaque cil et chaque flagelle nous trouvons l'axonème, un ensemble central de microtubules recouverts par la membrane plasmique que nous avons indiqué précédemment. Ces axonèmes sont constitués d'une paire de microtubules situés au centre et entourés de 9 autres paires à l'extérieur.

L'axonème s'étend à partir du corps basal, une autre structure cellulaire, ici formée de 9 ensembles, dans ce cas triple, de microtubules, disposés circulairement pour laisser creux la cavité centrale entre tous elles ou ils.

Revenant à l'axonème, il convient de noter que les paires de microtubules qui la composent sont collées les unes aux autres grâce à l'effet de la protéine nexine et par des rayons protéiques. À son tour, dans ces paires externes, nous trouvons également la dynéine, une autre protéine, dont l'utilité dans ce cas est de générer le mouvement des cylindres et des flagelles, car elle est de type moteur. En interne, cela se fait grâce à un glissement entre chaque paire de microtubules, qui finit par générer un mouvement au niveau structurel.

2. Transport

Une autre fonction clé des microtubules est de transporter les organites dans le cytoplasme cellulaire., pouvant être des vésicules ou d'un autre type. Ce mécanisme est possible car les microtubules agiraient comme une sorte de voies à travers lesquelles les organites se déplacent d'un point à un autre dans la cellule.

Dans le cas particulier des neurones, ce phénomène se produirait également pour le transport dit axoplasmique. Tenant compte du fait que les axones peuvent mesurer non seulement des centimètres, mais des mètres chez certaines espèces, cela nous permet de nous faire une idée de la capacité de croissance des microtubules eux-mêmes pour pouvoir supporter cette fonction de transport, si essentielle dans les rythmes téléphones portables.

Concernant cette fonction, les microtubules ils seraient un simple chemin pour les organites, mais une interaction entre les deux éléments ne serait pas générée. Au contraire, le mouvement serait réalisé grâce à des protéines motrices, comme la dynéine, que nous avons déjà vue, et aussi la kinésine. La différence entre les deux types de protéines est la direction qu'elles prennent dans les microtubules, puisque les dynéines sont utilisées pour le mouvement allant vers l'extrémité moins, tandis que la kinésine est utilisée pour aller vers l'extrême Suite.

3. Broche achromatique

Les microtubules constituent également une autre des structures fondamentales de la cellule, en l'occurrence le fuseau achromatique, mitotique ou méiotique. Est formé par divers microtubules qui relient les centrioles et les centromères des chromosomes pendant le processus de division cellulaire, soit par mitose, soit par méiose.

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4. Forme de la cellule

Nous savons déjà qu'il existe de nombreux types de cellules, chacune avec ses propres caractéristiques et sa propre disposition. Les microtubules aideraient à donner à la cellule la forme déterminée de chacun de ces types, par exemple dans le cas vu ci-dessus d'une cellule allongée, comme un neurone avec son long axone et dendrites.

En même temps Ils sont également essentiels pour que certains éléments de la cellule soient à la place où ils doivent être pour remplir correctement leurs fonctions. C'est le cas, par exemple, d'organites aussi fondamentales que le réticulum endoplasmique ou l'appareil de Golgi.

5. Organisation du filament

Une autre des fonctions essentielles des microtubules est d'être responsable de la distribution des filaments dans tout le cytosquelette (le réseau de protéines qui sont trouvé à l'intérieur de la cellule et qui nourrit toutes les structures à l'intérieur), formant un réseau de voies de plus en plus petites qui vont des microtubules (le plus gros) vers les filaments intermédiaires et se terminant par le plus étroit de tous, les microfilaments, qui peuvent être de la myosine ou de l'actine.

Références bibliographiques:

• Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Dynamique de polymérisation des microtubules. Revue annuelle de biologie cellulaire et du développement.
• Mitchison, T., Kirschner, M. (1984). Instabilité dynamique de la croissance des microtubules. Nature.
• Nogales, E., Whittaker, M., Milligan, R.A., Downing, K.H. (1999). Modèle haute résolution du microtubule. Cellule. ScienceDirect.