Microtubuli: pentru ce sunt, compoziție și pentru ce sunt?

Celulele sunt alcătuite dintr-o multitudine de structuri care, ca într-un ceas, le fac să își îndeplinească funcțiile cu o precizie absolută.

Una dintre cele pe care le putem găsi în cadrul acestei mașini organice complexe sunt microtubuli. Urmează să aprofundăm caracteristicile acestor elemente și care sunt funcțiile pe care le îndeplinesc în corpul nostru.

• Articol asociat: „Cele mai importante părți ale celulei și organitelor: o privire de ansamblu”

Ce sunt microtubulii? Caracteristicile acestor structuri

Microtubulii sunt tuburi microscopice găsite în fiecare dintre celulele noastre, începând în MTOC sau centrul de organizare a microtubulilor și extinzându-se pe tot parcursul citoplasmei celulei. Fiecare dintre aceste tuburi mici are o grosime de 25 nanometri, diametrul interiorului său fiind de numai 12 nanometri. În ceea ce privește lungimea, acestea pot atinge câțiva microni, o distanță care poate părea mică, dar care la nivel celular și proporțional cu lățimea lor le face lungi.

La nivel structural, microtubuli

sunt compuse din polimeri proteici și sunt compuse din 13 protofilamente, care la rândul lor sunt alcătuite din monomeri tubulinici a și b situați alternativ, adică creând un lanț de dimeri a-b. Cele 13 protofilamente sunt dispuse una împotriva celeilalte până când formează structura cilindrică, lăsând partea din centrul gol. Mai mult, toate cele 13 au aceeași structură, toate având un capăt - care începe cu tubulina a, celălalt fiind capătul + al tubulinei b.

În microtubulii celulelor bacteriene există unele diferențe față de restul celulelor eucariote. În acest caz, tubulinele ar fi specifice bacteriilor și ar forma 5 protofilamente în loc de cele 13 obișnuite pe care le-am văzut înainte. În orice caz, acești microtubuli funcționează în mod similar cu ceilalți.

Instabilitate dinamică

Una dintre calitățile care caracterizează microtubulii este așa-numita instabilitate dinamică. Este un proces constant în această structură prin care se polimerizează sau depolimerizează continuu. Aceasta înseamnă că tot timpul încorporează dimeri de tubulină pentru a crește lungimea sau, dimpotrivă, îi elimină pentru a fi scurtați.

De fapt, pot continua să fie scurtate până când sunt complet anulate pentru a începe din nou ciclul, revenind la polimerizare. Acest proces de polimerizare, adică creșterea, are loc mai frecvent la capătul +, adică la capătul tubulinei b.

Dar cum se produce acest proces la nivel celular? Dimerii tubulinici se găsesc în celulă în stare liberă. Toate sunt atașate la două molecule de guanosină trifosfat sau GTP (un nucleotid trifosfat). Când vine momentul ca acești dimeri să adere la unul dintre microtubuli, are loc un fenomen cunoscut. ca hidroliză, prin care una dintre moleculele GTP este transformată în difuzat de guanozină sau PIB (o nucleotidă difosfat).

Rețineți că viteza procesului este esențială pentru a înțelege ce se poate întâmpla în continuare. Dacă dimerii se leagă de microtubuli mai repede decât apare hidroliza în sine, acesta este înseamnă că va exista întotdeauna așa-numitul capac sau capac al GTP-urilor la cea mai extremă dintre dimeri. Dimpotrivă, în cazul în care hidroliza este mai rapidă decât polimerizarea în sine (deoarece acest lucru și-a făcut procesul mai lent), ceea ce vom obține în extremă extremă va fi un dimer GTP-GDP.

Deoarece una dintre nucleotidele trifosfat a trecut la o nucleotidă difosfat, se generează o instabilitate în aderența dintre protofilamente în sine, care provoacă un efect de lanț care se termină cu o depolimerizare a întregului set. Odată ce dimerii GTP-GDP care au cauzat acest dezechilibru au dispărut, microtubulii redobândesc normalitatea și reiau procesul de polimerizare.

Dimerii tubulin-GDP care s-au slăbit devin rapid dimeri tubulin-GTP, deci sunt din nou disponibili pentru a se lega din nou de microtubuli. În acest fel, apare instabilitatea dinamică despre care am vorbit la început, determinând creșterea și scăderea microtubulilor fără oprire, într-un ciclu perfect echilibrat.

• S-ar putea să vă intereseze: "Citoscheletul neuronului: părți și funcții"

Caracteristici

Microtubulii au un rol fundamental pentru diferite sarcini din interiorul celulei, de o natură foarte variată. Vom studia unele dintre ele în profunzime mai jos.

1. Cilia și flagella

Microtubuli alcătuiesc o mare parte din alte elemente importante ale celulei, cum ar fi cilii și flagelii, care sunt în esență microtubuli, dar cu o membrană plasmatică care le înconjoară. Acești cili și flageli sunt structura pe care celula o folosește pentru a se putea mișca și, de asemenea, ca element sensibil pentru a capta informații diverse despre mediul fundamental pentru anumite procese celulare.

Ciliile diferă de flageli prin faptul că sunt mai scurte, dar și mult mai abundente. În mișcarea lor, cilii conduc fluidul care înconjoară celula într-o direcție paralelă cu aceasta, în timp ce flagelii fac același lucru perpendicular pe membrana celulei.

Atât cilii, cât și flagelele sunt elemente complexe care pot găzdui 250 de tipuri de proteine. În fiecare cilium și fiecare flagel găsim axonema, un set central de microtubuli acoperiți de membrana plasmatică pe care l-am indicat mai devreme. Aceste axoneme sunt formate dintr-o pereche de microtubuli situați în centru și înconjurați de alte 9 perechi în exterior.

Axonemul se extinde de la corpul bazal, o altă structură celulară, în acest caz formată din 9 seturi, în acest caz microtubuli tripli, dispuși circular pentru a lăsa golul cavității centrale dintre toate ei.

Revenind la axonem, trebuie remarcat faptul că perechile de microtubuli care o compun sunt aderate una la cealaltă datorită efectului proteinei nexinice și a razelor proteice. În același timp, în aceste perechi exterioare găsim și dineină, o altă proteină, a cărei utilitate în acest caz este de a genera mișcarea cilindrilor și a flagelilor, deoarece este de tip motor. Pe plan intern, acest lucru se întâmplă datorită unei alunecări între fiecare pereche de microtubuli, care ajunge să genereze o mișcare la nivel structural.

2. Transport

O altă funcție cheie a microtubulilor este de a transporta organite în citoplasma celulară., și pot fi vezicule sau de alt tip. Acest mecanism este posibil deoarece microtubulii ar acționa ca un fel de benzi prin care organitele se mișcă de la un punct la altul din celulă.

În cazul specific al neuronilor, acest fenomen s-ar produce și pentru așa-numitul transport axoplasmatic. Având în vedere că axonii pot măsura nu numai centimetri, ci metri în anumite specii, ne permite să ne facem o idee a capacității de creștere a microtubulilor înșiși pentru a putea susține această funcție de transport, atât de esențială în ritmuri celulare.

În ceea ce privește această funcție, microtubulii ar fi o simplă cale pentru organite, dar nu ar fi generată o interacțiune între cele două elemente. Dimpotrivă, mișcarea ar fi realizată prin intermediul proteinelor motorii, cum ar fi dinina, pe care am văzut-o deja, și, de asemenea, kinesina. Diferența dintre ambele tipuri de proteine ​​este direcția pe care o iau în microtubuli, deoarece sunt folosite dininele pentru mișcarea care merge spre capătul minus, în timp ce kinesina este folosită pentru a merge spre extremă Mai Mult.

3. Fus acromatic

Microtubulii alcătuiesc, de asemenea, o altă structură fundamentală a celulei, în acest caz fusul acromatic, mitotic sau meiotic. Este alcătuit diferiți microtubuli care leagă centriolii și centromerii cromozomilor în timp ce are loc procesul de diviziune celulară, fie prin mitoză, fie prin meioză.

• S-ar putea să vă intereseze: „Diferențele dintre mitoză și meioză”

4. Forma celulei

Știm deja că există multe tipuri de celule, fiecare cu caracteristicile și dispunerea sa. Microtubulii ar ajuta la asigurarea celulei cu forma determinată a fiecăruia dintre aceste tipuri, de exemplu în cazul văzut mai sus al unei celule alungite, cum ar fi un neuron cu axonul său lung și dendrite.

In acelasi timp Ele sunt, de asemenea, cheie, astfel încât anumite elemente ale celulei să fie în locul în care trebuie să fie pentru a-și îndeplini funcțiile în mod corespunzător. Acesta este cazul, de exemplu, al organelor la fel de fundamentale precum reticulul endoplasmatic sau aparatul Golgi.

5. Organizarea filamentelor

O altă dintre funcțiile esențiale ale microtubulilor este aceea de a fi responsabil pentru distribuția filamentelor în citoschelet (rețeaua de proteine ​​care sunt care se găsește în interiorul celulei și care hrănește toate structurile din interiorul acesteia), formând o rețea de căi din ce în ce mai mici care merge de la microtubuli (cel mai mare) spre filamentele intermediare și se termină cu cel mai îngust dintre toate, așa-numitele microfilamente, care pot fi miozină sau actină.

Referințe bibliografice:

• Desai, A., Mitchison, T.J. (1997). Dinamica polimerizării microtubulilor. Revizuirea anuală a celulei și a biologiei dezvoltării.
• Mitchison, T., Kirschner, M. (1984). Instabilitate dinamică a creșterii microtubulilor. Natură.
• Nogales, E., Whittaker, M., Milligan, R.A., Downing, K.H. (1999). Model de înaltă rezoluție al microtubulului. Celula. ScienceDirect.