Mikrotubule: czym są, skład i do czego służą?

Komórki składają się z mnóstwa struktur, które niczym zegar sprawiają, że wykonują swoje funkcje z absolutną precyzją.

Jednymi z tych, które możemy znaleźć w tej złożonej organicznej maszynerii są: mikrotubule. Zagłębimy się w charakterystykę tych pierwiastków i jakie funkcje pełnią w naszym ciele.

• Powiązany artykuł: „Najważniejsze części komórki i organelli: przegląd”

Czym są mikrotubule? Charakterystyka tych struktur

Mikrotubule są mikroskopijne rurki znajdujące się w każdej z naszych komórek, rozpoczynający się w MTOC lub centrum organizującym mikrotubule i rozciągający się na całą cytoplazmę komórki. Każda z tych małych rurek ma grubość 25 nanometrów, a średnica jej wnętrza wynosi zaledwie 12 nanometrów. Jeśli chodzi o długość, mogą osiągnąć kilka mikronów, odległość, która może wydawać się niewielka, ale na poziomie komórkowym i proporcjonalnie do ich szerokości sprawia, że ​​są długie.

Na poziomie strukturalnym mikrotubule składają się z polimerów białkowych i składają się z 13 protofilamentów

, które z kolei składają się z monomerów tubuliny a i b zlokalizowanych naprzemiennie, czyli tworzących łańcuch dimerów a-b. 13 protofilamentów jest ułożonych jeden na drugim, aż utworzą cylindryczną strukturę, pozostawiając część pustego środka. Ponadto wszystkie 13 mają tę samą strukturę, wszystkie mają koniec -, który zaczyna się od tubuliny a, a drugi jest końcem + tubuliny b.

W mikrotubulach komórek bakteryjnych występują pewne różnice w stosunku do pozostałych komórek eukariotycznych. W tym przypadku tubuliny byłyby specyficzne dla bakterii i utworzyłyby 5 protofilamentów zamiast zwykłych 13, które widzieliśmy wcześniej. W każdym razie te mikrotubule działają w podobny sposób jak inne.

Niestabilność dynamiczna

Jedną z cech charakteryzujących mikrotubule jest tzw. niestabilność dynamiczna. Jest to ciągły proces w tej strukturze, dzięki któremu ulegają ciągłej polimeryzacji lub depolimeryzacji. Oznacza to, że cały czas wprowadzają dimery tubuliny w celu zwiększenia długości lub wręcz przeciwnie, eliminują je, aby je skrócić.

W rzeczywistości, można je dalej skracać, aż zostaną całkowicie cofnięte, aby ponownie rozpocząć cykl, wracając do polimeryzacji. Ten proces polimeryzacji, czyli wzrost, zachodzi częściej na końcu +, to znaczy na końcu tubuliny b.

Ale jak ten proces zachodzi na poziomie komórkowym? Dimery tubuliny znajdują się w komórce w stanie wolnym. Wszystkie są przyłączone do dwóch cząsteczek trifosforanu guanozyny lub GTP (trójfosforanu nukleotydów). Kiedy nadchodzi czas, aby te dimery przylgnęły do ​​jednej z mikrotubul, zachodzi znane zjawisko. jako hydroliza, w której jedna z cząsteczek GTP jest przekształcana w difosforan guanozyny lub GDP (nukleotyd difosforan).

Pamiętaj, że szybkość procesu jest niezbędna, aby zrozumieć, co może się wydarzyć dalej. Jeśli dimery wiążą się z mikrotubulami szybciej niż sama hydroliza, jest to oznacza to, że zawsze będzie tak zwany limit lub limit GTP na najbardziej ekstremalnych dimerach. Wręcz przeciwnie, w przypadku, gdy hydroliza jest szybsza niż sama polimeryzacja (bo to spowodowało spowolnienie jej procesu), to w skrajnym przypadku uzyskamy dimer GTP-GDP.

Ponieważ jeden z nukleotydów trifosforanowych zmienił się w nukleotyd difosforanowy, powstaje niestabilność adhezji między samymi protofilamentami, co powoduje efekt łańcuchowy kończący się depolimeryzacją całego zestawu. Po zniknięciu dimerów GTP-GDP, które powodowały tę nierównowagę, mikrotubule powracają do normy i wznawiają proces polimeryzacji.

Poluzowane dimery tubuliny-GDP szybko stają się dimerami tubuliny-GTP, dzięki czemu są ponownie dostępne do ponownego wiązania się z mikrotubulami. W ten sposób pojawia się ta dynamiczna niestabilność, o której mówiliśmy na początku, powodująca, że ​​mikrotubule rosną i maleją bez zatrzymywania się w idealnie zrównoważonym cyklu.

• Możesz być zainteresowany: „Cytoszkielet neuronu: części i funkcje”

funkcje

Mikrotubule pełnią fundamentalną rolę w różnych zadaniach w komórce, o bardzo zróżnicowanym charakterze. Niektóre z nich omówimy szczegółowo poniżej.

1. rzęski i wici

Mikrotubule stanowią dużą część innych ważnych elementów komórki, takich jak rzęski i wici, które są zasadniczo mikrotubulami, ale otaczają je błona plazmatyczna. Te rzęski i wici są strukturą, której używa komórka, aby móc się poruszać, a także jako wrażliwy element do przechwytywania różnorodnych informacji o podstawowym środowisku dla niektórych procesów telefony komórkowe.

rzęski różnią się od wici tym, że są krótsze, ale też znacznie bardziej obfite. W swoim ruchu rzęski kierują płyn otaczający komórkę w kierunku równoległym do niej, podczas gdy wici robią to samo prostopadle do błony komórkowej.

Zarówno rzęski, jak i wici są złożonymi elementami, które mogą pomieścić 250 rodzajów białka. W każdej rzęsce i każdej wici znajdujemy aksonem, centralny zestaw mikrotubul pokrytych błoną plazmatyczną, który wskazaliśmy wcześniej. Aksonemy te składają się z pary mikrotubul znajdujących się w środku i otoczonych 9 innymi parami na zewnątrz.

Aksonem rozciąga się od korpusu podstawowego, innej struktury komórkowej, w tym przypadku utworzonej z 9 zestawów, w tym przypadku potrójne, mikrotubule, ułożone kołowo, aby pozostawić pustą wnękę centralną między wszystkimi one.

Wracając do aksonemu, należy zauważyć, że tworzące go pary mikrotubul łączą się ze sobą dzięki działaniu białka neksyny i promieniom białkowym. Z kolei w tych zewnętrznych parach znajdujemy również dyneinę, inne białko, którego przydatność w tym przypadku polega na generowaniu ruchu cylindrów i wici, ponieważ jest to białko typu motorycznego. Wewnętrznie dzieje się to dzięki poślizgowi między każdą parą mikrotubul, co kończy się generowaniem ruchu na poziomie strukturalnym.

2. Transport

Inną kluczową funkcją mikrotubul jest transport organelli w cytoplazmie komórki., mogąc być pęcherzykami lub innego typu. Mechanizm ten jest możliwy, ponieważ mikrotubule działają jak pewnego rodzaju pasy, którymi organelle przemieszczają się z jednego punktu do drugiego w komórce.

W konkretnym przypadku neuronów zjawisko to występowałoby również w przypadku tzw. transportu aksoplazmatycznego. Biorąc pod uwagę, że aksony mogą mierzyć nie tylko centymetry, ale metry u niektórych gatunków, pozwala nam to zorientować się zdolności wzrostu samych mikrotubul, aby móc wspierać tę funkcję transportową, tak istotną w rytmach telefony komórkowe.

Jeśli chodzi o tę funkcję, mikrotubule byłyby tylko ścieżką dla organelli, ale interakcja między tymi dwoma elementami nie byłaby generowana. Wręcz przeciwnie, ruch byłby osiągany za pomocą białek motorycznych, takich jak dyneina, którą już widzieliśmy, a także kinezyna. Różnica między obydwoma rodzajami białek polega na kierunku, w jakim przyjmują mikrotubule, ponieważ wykorzystywane są dyneiny dla ruchu idącego w kierunku minusowym, podczas gdy kinezyna służy do poruszania się w kierunku ekstremum jeszcze.

3. Wrzeciono achromatyczne

Mikrotubule tworzą również inną z podstawowych struktur komórki, w tym przypadku wrzeciono achromatyczne, mitotyczne lub mejotyczne. To jest zmyślone różne mikrotubule łączące centriole i centromery chromosomów podczas procesu podziału komórek, przez mitozę lub mejozę.

• Możesz być zainteresowany: „Różnice między mitozą a mejozą”

4. Kształt komórki

Wiemy już, że istnieje wiele rodzajów komórek, każda ma swoją własną charakterystykę i układ. Mikrotubule pomogłyby nadać komórce określony kształt każdego z tych typów, na przykład w przedstawionym powyżej przypadku wydłużonej komórki, takiej jak neuron z długim aksonem i dendryty.

W tym samym czasie Są również kluczowe, aby pewne elementy komórki znalazły się w miejscu, w którym muszą być, aby prawidłowo spełniać swoje funkcje. Tak jest na przykład w przypadku organelli tak fundamentalnych jak retikulum endoplazmatyczne czy aparat Golgiego.

5. Organizacja żarnika

Inną z podstawowych funkcji mikrotubul jest dbanie o rozmieszczenie włókien w cytoszkielecie (sieć białek, które są znajduje się wewnątrz komórki i odżywia wszystkie znajdujące się w niej struktury), tworząc sieć coraz mniejszych ścieżek wychodzących z mikrotubul (największy) w kierunku włókien pośrednich i kończąc na najwęższym ze wszystkich, tak zwanych mikrowłókien, którymi może być miozyna lub aktyna.

Odniesienia bibliograficzne:

• Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Dynamika polimeryzacji mikrotubul. Roczny przegląd biologii komórkowej i rozwojowej.
• Mitchison T., Kirschner M. (1984). Dynamiczna niestabilność wzrostu mikrotubul. Natura.
• E. Nogales, M. Whittaker, R.A. Milligan, Downing, K.H. (1999). Model mikrotubuli o wysokiej rozdzielczości. Komórka. ScienceDirect.