Microtubuli: wat zijn ze, samenstelling en waarvoor dienen ze?

Cellen zijn opgebouwd uit een veelheid aan structuren die ervoor zorgen dat ze, net als in een klok, hun functies met absolute precisie uitvoeren.

Een van de dingen die we in deze complexe organische machinerie kunnen vinden, is: microtubuli. We gaan dieper in op de kenmerken van deze elementen en wat de functies zijn die ze in ons lichaam vervullen.

• Gerelateerd artikel: "De belangrijkste celdelen en organellen: een overzicht"

Wat zijn microtubuli? Kenmerken van deze structuren

Microtubuli zijn: microscopisch kleine buisjes gevonden in elk van onze cellen, beginnend in het MTOC of microtubuli-organiserend centrum en zich uitstrekkend door het cytoplasma van de cel. Elk van deze kleine buisjes heeft een dikte van 25 nanometer, met een binnendiameter van slechts 12 nanometer. Wat de lengte betreft, ze kunnen enkele microns bereiken, een afstand die misschien klein lijkt, maar op cellulair niveau en in verhouding tot hun breedte, maakt ze lang.

Op structureel niveau, microtubuli zijn samengesteld uit eiwitpolymeren en zijn samengesteld uit 13 protofilamenten

, die op hun beurt bestaan ​​uit tubulinemonomeren a en b die afwisselend zijn gelokaliseerd, dat wil zeggen een keten van dimeren a-b creëren. De 13 protofilamenten zijn tegen elkaar gerangschikt totdat ze de cilindrische structuur vormen, het deel van het holle centrum verlaten. Verder hebben alle 13 dezelfde structuur, ze hebben allemaal een - uiteinde, dat begint met tubuline a, terwijl het andere het + uiteinde is van tubuline b.

In de microtubuli van bacteriecellen zijn er enkele verschillen met de rest van eukaryote cellen. In dit geval zouden de tubulines specifiek zijn voor bacteriën en zouden ze 5 protofilamenten vormen in plaats van de gebruikelijke 13 die we eerder zagen. Deze microtubuli werken in ieder geval op dezelfde manier als de andere.

Dynamische instabiliteit

Een van de eigenschappen die microtubuli kenmerken, is de zogenaamde dynamische instabiliteit. Het is een constant proces in deze structuur waardoor ze continu polymeriseren of depolymeriseren. Dit betekent dat ze de hele tijd tubuline-dimeren opnemen om de lengte te vergroten of integendeel ze elimineren om ze te verkorten.

In feite, ze kunnen blijven worden verkort totdat ze volledig ongedaan zijn gemaakt om de cyclus opnieuw te starten en terug te gaan om te polymeriseren. Dit polymerisatieproces, dat wil zeggen groei, vindt vaker plaats aan het +-uiteinde, dat wil zeggen aan het tubuline b-uiteinde.

Maar hoe gebeurt dit proces op cellulair niveau? Tubuline-dimeren worden in de cel in de vrije toestand gevonden. Ze zijn allemaal gehecht aan twee moleculen guanosinetrifosfaat, of GTP (een nucleotidetrifosfaat). Wanneer de tijd rijp is dat deze dimeren aan een van de microtubuli gaan hechten, vindt er een bekend fenomeen plaats. als hydrolyse, waarbij een van de GTP-moleculen wordt omgezet in guanosinedifosfaat, of GDP (een nucleotide difosfaat).

Houd er rekening mee dat de snelheid van het proces essentieel is om te begrijpen wat er vervolgens kan gebeuren. Als dimeren sneller aan microtubuli binden dan hydrolyse zelf plaatsvindt, is dit: het betekent dat er altijd de zogenaamde cap of cap van GTP's zal zijn bij de meest extreme dimeren. Integendeel, in het geval dat de hydrolyse sneller is dan de polymerisatie zelf (omdat dit het proces langzamer heeft gemaakt), zullen we in het extreme uiterste een GTP-GDP-dimeer verkrijgen.

Als een van de trifosfaatnucleotiden is overgegaan op een difosfaatnucleotide, ontstaat er een instabiliteit in de adhesie tussen de protofilamenten zelf, wat een kettingeffect veroorzaakt dat eindigt met een depolymerisatie van de hele set. Zodra de GTP-GDP-dimeren die deze onbalans veroorzaakten, zijn verdwenen, herwinnen de microtubuli hun normaliteit en hervatten ze het polymerisatieproces.

De tubuline-GDP-dimeren die losgeraakt zijn, worden snel tubuline-GTP-dimeren, zodat ze weer beschikbaar zijn om weer aan de microtubuli te binden. Op deze manier treedt de dynamische instabiliteit op waarover we in het begin spraken, waardoor de microtubuli zonder te stoppen groeien en afnemen, in een perfect uitgebalanceerde cyclus.

• Mogelijk bent u geïnteresseerd in: "Cytoskelet van het neuron: onderdelen en functies"

Kenmerken

Microtubuli spelen een fundamentele rol bij verschillende taken binnen de cel, van zeer uiteenlopende aard. We zullen er hieronder een aantal nader bestuderen.

1. Cilia en flagellen

microtubuli vormen een groot deel van andere belangrijke elementen van de cel, zoals trilharen en flagella, die in feite microtubuli zijn, maar met een plasmamembraan eromheen. Deze trilhaartjes en flagellen zijn de structuur die de cel gebruikt om te kunnen bewegen en ook als gevoelig element om uiteenlopende informatie over de fundamentele omgeving voor bepaalde processen vast te leggen telefoons.

Cilia verschillen van flagella doordat ze korter zijn maar ook veel overvloediger. In hun beweging drijven de trilharen de vloeistof rond de cel in een richting evenwijdig daaraan, terwijl de flagellen hetzelfde doen loodrecht op het celmembraan.

Zowel trilharen als flagella zijn complexe elementen die 250 soorten eiwitten kunnen bevatten. In elk cilium en elk flagellum vinden we het axoneme, een centrale set microtubuli bedekt door het plasmamembraan dat we eerder aangaven. Deze axonen bestaan ​​uit een paar microtubuli in het midden en omgeven door 9 andere paren aan de buitenkant.

Het axoneme strekt zich uit van het basale lichaam, een andere cellulaire structuur, in dit geval gevormd door 9 sets, in dit geval driedubbele microtubuli, cirkelvormig gerangschikt om de centrale holte tussen alles hol te laten ze.

Terugkerend naar het axoneme, moet worden opgemerkt dat: de paren microtubuli waaruit het bestaat, hechten zich aan elkaar dankzij het effect van het nexine-eiwit en door eiwitstralen. Tegelijkertijd vinden we in deze buitenste paren ook dyneïne, een ander eiwit, waarvan het nut in dit geval is om de beweging van de cilinders en flagella te genereren, omdat het van het motortype is. Intern gebeurt dit dankzij een verschuiving tussen elk paar microtubuli, wat uiteindelijk een beweging op structureel niveau genereert.

2. Vervoer

Een andere belangrijke functie van microtubuli is het transporteren van organellen in het celcytoplasma., en kunnen blaasjes zijn of van een ander type. Dit mechanisme is mogelijk omdat de microtubuli zouden fungeren als een soort banen waardoor de organellen van het ene punt naar het andere in de cel bewegen.

In het specifieke geval van neuronen zou dit fenomeen ook optreden bij het zogenaamde axoplasmatische transport. Rekening houdend met het feit dat axonen bij bepaalde soorten niet alleen centimeters, maar ook meters kunnen meten, kunnen we een idee krijgen van het groeivermogen van de microtubuli zelf om deze transportfunctie, zo essentieel in de ritmes, te kunnen ondersteunen telefoons.

Met betrekking tot deze functie, microtubuli ze zouden slechts een pad zijn voor de organellen, maar er zou geen interactie tussen de twee elementen worden gegenereerd. Integendeel, de beweging zou worden bereikt door motoreiwitten, zoals dyneïne, dat we al hebben gezien, en ook kinesine. Het verschil tussen beide soorten eiwitten is de richting die ze inslaan in de microtubuli, aangezien de dyneïnes worden gebruikt voor beweging naar het min-einde, terwijl kinesine wordt gebruikt om naar het uiterste te gaan meer.

3. Achromatische spindel

Microtubuli vormen ook een van de fundamentele structuren van de cel, in dit geval de achromatische, mitotische of meiotische spoel. Het is verzonnen verschillende microtubuli die de centriolen en centromeren van chromosomen verbinden terwijl het proces van celdeling plaatsvindtdoor mitose of door meiose.

• Mogelijk bent u geïnteresseerd in: "Verschillen tussen mitose en meiose"

4. celvorm

We weten al dat er veel soorten cellen zijn, elk met zijn eigen kenmerken en rangschikking. Microtubuli zouden bijvoorbeeld helpen om de cel de bepaalde vorm van elk van deze typen te geven in het bovenstaande geval van een langwerpige cel, zoals een neuron met zijn lange axon en dendrieten.

Tegelijkertijd Ze zijn ook de sleutel, zodat bepaalde elementen van de cel zich op de plaats bevinden waar ze moeten zijn om hun functies naar behoren te vervullen. Dit is bijvoorbeeld het geval voor organellen die zo fundamenteel zijn als het endoplasmatisch reticulum of het Golgi-apparaat.

5. Filament organisatie

Een andere essentiële functie van microtubuli is om verantwoordelijk te zijn voor de verdeling van de filamenten door het cytoskelet (het netwerk van eiwitten die gevonden in de cel en die alle structuren erin voedt), vormt een netwerk van steeds kleinere paden die van de microtubuli gaan (de grootste) naar de tussenliggende filamenten en eindigend met de smalste van allemaal, de zogenaamde microfilamenten, die myosine of actine kunnen zijn.

Bibliografische referenties:

• Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Microtubuli-polymerisatiedynamica. Jaarlijks overzicht van cel- en ontwikkelingsbiologie.
• Mitchison, T., Kirschner, M. (1984). Dynamische instabiliteit van de groei van microtubuli. Natuur.
• Nogales, E., Whittaker, M., Milligan, R.A., Downing, K.H. (1999). Hoge resolutie model van de microtubule. Cel. WetenschapDirect.