Microtubules: มันคืออะไรองค์ประกอบและมีไว้เพื่ออะไร?

เซลล์ประกอบด้วยโครงสร้างมากมายที่ทำหน้าที่เหมือนนาฬิกาในนาฬิกา

หนึ่งในนั้นที่เราสามารถพบได้ในเครื่องจักรออร์แกนิกที่ซับซ้อนนี้คือ ไมโครทูบูล. เราจะเจาะลึกถึงลักษณะขององค์ประกอบเหล่านี้และหน้าที่ที่พวกมันเติมเต็มในร่างกายของเราคืออะไร

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ส่วนที่สำคัญที่สุดของเซลล์และออร์แกเนลล์: ภาพรวม"

ไมโครทูบูลคืออะไร? ลักษณะของโครงสร้างเหล่านี้

ไมโครทูบูลคือ หลอดไมโครสโคปที่พบในแต่ละเซลล์ของเราโดยเริ่มต้นในศูนย์จัดระเบียบ MTOC หรือไมโครทูบูล และขยายไปทั่วไซโตพลาสซึมของเซลล์ หลอดขนาดเล็กแต่ละหลอดมีความหนา 25 นาโนเมตร โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในเพียง 12 นาโนเมตร สำหรับความยาวนั้นสามารถไปถึงสองสามไมครอน ระยะทางที่อาจดูเหมือนเล็ก แต่ที่ระดับเซลล์และตามสัดส่วนของความกว้างทำให้ยาว

ในระดับโครงสร้าง ไมโครทูบูล ประกอบด้วยโปรตีนโพลีเมอร์ และประกอบด้วยโพรโทฟิลาเมนต์ 13 ชนิดซึ่งประกอบขึ้นจากทูบูลินโมโนเมอร์ a และ b ที่ตั้งอยู่สลับกัน นั่นคือการสร้างสายโซ่ของไดเมอร์ a-b โพรโทฟิลาเมนต์ทั้ง 13 อันเรียงต่อกันจนกลายเป็นโครงสร้างทรงกระบอก ปล่อยให้ส่วนตรงกลางเป็นโพรง นอกจากนี้ ทั้ง 13 ตัวมีโครงสร้างเหมือนกัน ทั้งหมดมีปลาย a - ซึ่งขึ้นต้นด้วยทูบูลิน a อีกอันเป็นปลาย + ของทูบูลิน ข

ในไมโครทูบูลของเซลล์แบคทีเรีย มีความแตกต่างบางประการเกี่ยวกับเซลล์ยูคาริโอตที่เหลือ ในกรณีนี้ ทูบูลินจะจำเพาะต่อแบคทีเรีย และจะประกอบขึ้นเป็น 5 โปรโตฟิลาเมนต์ แทนที่จะเป็น 13 แบบปกติที่เราเห็นมาก่อน ไม่ว่าในกรณีใด ไมโครทูบูลเหล่านี้ทำงานในลักษณะเดียวกันกับชนิดอื่นๆ

ความไม่เสถียรแบบไดนามิก

หนึ่งในคุณสมบัติที่กำหนดลักษณะของไมโครทูบูลคือความไม่เสถียรแบบไดนามิกที่เรียกว่า. เป็นกระบวนการที่คงที่ในโครงสร้างนี้โดยที่พวกเขาทำโพลีเมอร์หรือดีพอลิเมอไรซ์อย่างต่อเนื่อง ซึ่งหมายความว่าตลอดเวลาที่พวกมันรวมเอา tubulin dimers เพื่อเพิ่มความยาวหรือตรงกันข้ามพวกเขาจะกำจัดพวกมันให้สั้นลง

ในความเป็นจริง, พวกมันสามารถสั้นลงต่อไปได้จนกว่าจะเลิกทำจนหมดเพื่อเริ่มวงจรอีกครั้ง กลับไปเป็นโพลิเมอไรเซชัน. กระบวนการโพลิเมอไรเซชันนี้ กล่าวคือ การเติบโต เกิดขึ้นบ่อยขึ้นที่ปลาย + นั่นคือ ที่ปลายทูบูลิน

แต่กระบวนการนี้เกิดขึ้นในระดับเซลล์ได้อย่างไร? Tubulin dimers พบได้ในเซลล์ในสถานะอิสระ. พวกเขาทั้งหมดติดอยู่กับสองโมเลกุลของ guanosine triphosphate หรือ GTP (a nucleotide triphosphate) เมื่อถึงเวลาที่ไดเมอร์เหล่านี้จะยึดติดกับไมโครทูบูลตัวใดตัวหนึ่ง ก็เกิดปรากฏการณ์ที่ทราบกันดีอยู่แล้ว เป็นไฮโดรไลซิสโดยที่โมเลกุล GTP ตัวใดตัวหนึ่งถูกเปลี่ยนเป็น guanosine diphosphate หรือ GDP (a nucleotide ไดฟอสเฟต)

โปรดทราบว่าความเร็วของกระบวนการเป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจว่าจะเกิดอะไรขึ้นต่อไป ถ้าไดเมอร์จับกับไมโครทูบูลได้เร็วกว่าไฮโดรไลซิสเกิดขึ้นเอง นี่คือ หมายความว่าจะมีฝาครอบหรือฝาครอบ GTP ที่เรียกว่าที่ปลายสุดของหรี่แสงเสมอ ในทางตรงกันข้าม ในกรณีที่ไฮโดรไลซิสเร็วกว่าการเกิดพอลิเมอไรเซชันเอง (เพราะสิ่งนี้ทำให้กระบวนการช้าลง) สิ่งที่เราจะได้รับมากที่สุดก็คือไดเมอร์ GTP-GDP

เนื่องจากนิวคลีโอไทด์ไตรฟอสเฟตตัวหนึ่งได้ผ่านไปยังนิวคลีโอไทด์ไดฟอสเฟต ความไม่เสถียรจึงเกิดขึ้นในการยึดเกาะระหว่างโพรโทฟิลาเมนต์ซึ่งทำให้เกิดเอฟเฟกต์ลูกโซ่ที่ลงท้ายด้วยดีพอลิเมอไรเซชันของทั้งชุด เมื่อไดเมอร์ GTP-GDP ที่ก่อให้เกิดความไม่สมดุลนี้หายไป ไมโครทูบูลจะกลับสู่สภาวะปกติและกลับสู่กระบวนการพอลิเมอไรเซชันต่อ

ไดเมอร์ทูบูลิน-จีดีพีที่หลวมอย่างรวดเร็วกลายเป็นไดเมอร์ทูบูลิน-จีทีพี ดังนั้นจึงสามารถจับกับไมโครทูบูลได้อีกครั้ง ด้วยวิธีนี้ ความไม่เสถียรแบบไดนามิกที่เราพูดในตอนเริ่มต้นจึงเกิดขึ้น ทำให้ไมโครทูบูลเติบโตและลดลงโดยไม่หยุดในวงจรที่สมดุลอย่างสมบูรณ์

• คุณอาจสนใจ: "โครงร่างเซลล์ประสาท: ส่วนและหน้าที่"

คุณสมบัติ

ไมโครทูบูลมีบทบาทพื้นฐานสำหรับงานต่างๆ ภายในเซลล์ ซึ่งมีลักษณะแตกต่างกันมาก เราจะศึกษาบางส่วนของพวกเขาในเชิงลึกด้านล่าง

1. ตาและแฟลเจลลา

ไมโครทูบูล ประกอบเป็นองค์ประกอบสำคัญอื่นๆ ของเซลล์ เช่น cilia และ flagellaซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นไมโครทูบูล แต่มีพลาสมาเมมเบรนล้อมรอบ cilia และ flagella เหล่านี้เป็นโครงสร้างที่เซลล์ใช้เพื่อให้สามารถเคลื่อนที่ได้และเป็น องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนในการเก็บข้อมูลที่หลากหลายของสภาพแวดล้อมพื้นฐานสำหรับกระบวนการบางอย่าง โทรศัพท์มือถือ.

Cilia ต่างจากแฟลเจลลาตรงที่มันสั้นกว่าแต่ยังมีอีกมาก. ในการเคลื่อนที่ ตาจะขับของเหลวที่ล้อมรอบเซลล์ไปในทิศทางขนานกับมัน ในขณะที่แฟลเจลลาทำในแนวตั้งฉากเดียวกันกับเยื่อหุ้มเซลล์

ทั้ง cilia และ flagella เป็นองค์ประกอบที่ซับซ้อนซึ่งสามารถเก็บโปรตีนได้ 250 ชนิด ในแต่ละซีลีเนียมและแฟลเจลลัมแต่ละอัน เราจะพบแอกโซนีม ซึ่งเป็นชุดไมโครทูบูลที่อยู่ตรงกลางที่ปกคลุมด้วยพลาสมาเมมเบรนที่เราระบุไว้ก่อนหน้านี้ แอกโซนีมเหล่านี้ประกอบด้วยไมโครทูบูลคู่หนึ่งที่อยู่ตรงกลางและล้อมรอบด้วยอีก 9 คู่ด้านนอก

axoneme ยื่นออกมาจากฐานซึ่งเป็นโครงสร้างเซลล์อื่น ในกรณีนี้ประกอบด้วย 9 ชุด ในกรณีนี้ ไมโครทูบูลสามตัว จัดเรียงเป็นวงกลมเพื่อให้โพรงตรงกลางระหว่างทั้งหมดกลวง พวกเขา

กลับไปที่ axoneme ควรสังเกตว่า, คู่ของ microtubules ที่ประกอบเข้าด้วยกันจะยึดติดกันด้วยผลของโปรตีน nexin และรัศมีโปรตีน. ในทางกลับกัน ในคู่ภายนอกเหล่านี้ เรายังพบไดน์นิน ซึ่งเป็นโปรตีนอีกชนิดหนึ่งซึ่งมีประโยชน์ในกรณีนี้คือการสร้างการเคลื่อนที่ของกระบอกสูบและแฟลเจลลา เนื่องจากเป็นประเภทมอเตอร์ ภายในสิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการเลื่อนไปมาระหว่างไมโครทูบูลแต่ละคู่ ซึ่งจบลงด้วยการสร้างการเคลื่อนไหวที่ระดับโครงสร้าง

2. ขนส่ง

หน้าที่หลักอีกประการหนึ่งของไมโครทูบูลคือการขนส่งออร์แกเนลล์ภายในไซโตพลาสซึมของเซลล์และสามารถเป็นถุงน้ำหรือชนิดอื่นได้ กลไกนี้เป็นไปได้เพราะไมโครทูบูลทำหน้าที่เป็นช่องทางที่ออร์แกเนลล์เคลื่อนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในเซลล์

ในกรณีเฉพาะของเซลล์ประสาท ปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นกับสิ่งที่เรียกว่าการขนส่งแบบแอกโซพลาสมิก โดยคำนึงว่าซอนสามารถวัดได้ไม่เพียงแค่เซนติเมตรเท่านั้นแต่วัดได้ในบางสปีชีส์ด้วย ทำให้เราได้ไอเดีย ของความสามารถในการเติบโตของไมโครทูบูลเองเพื่อรองรับฟังก์ชันการขนส่งนี้ จำเป็นอย่างยิ่งในจังหวะ โทรศัพท์มือถือ.

เกี่ยวกับฟังก์ชันนี้ ไมโครทูบูล พวกมันจะเป็นเพียงเส้นทางของออร์แกเนลล์ แต่จะไม่เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างสององค์ประกอบ. ในทางตรงกันข้าม การเคลื่อนไหวจะเกิดขึ้นได้ด้วยโปรตีนสั่งการ เช่น ไดนีน ซึ่งเราได้เห็นแล้ว และไคเนซินด้วย ความแตกต่างระหว่างโปรตีนทั้งสองชนิดคือทิศทางของโปรตีนในไมโครทูบูล เนื่องจากไดน์นินถูกใช้ สำหรับการเคลื่อนที่ไปทางปลายลบ ในขณะที่ kinesin ถูกใช้เพื่อไปยังสุดขั้ว มากกว่า.

3. แกนหมุนไม่มีสี

ไมโครทูบูลยังประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างพื้นฐานอีกอันหนึ่งของเซลล์ ในกรณีนี้คือแกนหมุนที่ไม่มีสี ไมโทติค หรือไมโอติก มันถูกสร้างขึ้น microtubules ต่างๆ ที่เชื่อมต่อ centrioles และ centromeres ของโครโมโซมในขณะที่กระบวนการแบ่งเซลล์เกิดขึ้นไม่ว่าจะโดยไมโทซิสหรือไมโอซิส

• คุณอาจสนใจ: "ความแตกต่างระหว่างไมโทซิสและไมโอซิส"

4. รูปร่างของเซลล์

เรารู้แล้วว่าเซลล์มีหลายประเภท แต่ละเซลล์มีลักษณะและการจัดเรียงของตัวเอง ไมโครทูบูลจะช่วยให้เซลล์มีรูปร่างที่กำหนดของแต่ละประเภทได้ เช่น ในกรณีที่เห็นเหนือเซลล์ที่ยืดออก เช่น เซลล์ประสาทที่มีแอกซอนยาวและ เดนไดรต์

ในเวลาเดียวกัน พวกมันยังเป็นกุญแจสำคัญเพื่อให้องค์ประกอบบางอย่างของเซลล์อยู่ในตำแหน่งที่พวกมันต้องอยู่เพื่อทำหน้าที่ของมันอย่างเหมาะสม. กรณีนี้ ตัวอย่างเช่น ออร์แกเนลล์ที่มีพื้นฐานเหมือนกับเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมหรือเครื่องมือกอลจิ

5. การจัดเส้นใย

หน้าที่ที่สำคัญอีกประการหนึ่งของไมโครทูบูลคือรับผิดชอบในการกระจายของเส้นใยทั่วทั้งโครงร่างโครงร่าง (เครือข่ายของโปรตีนที่ พบภายในเซลล์และหล่อเลี้ยงโครงสร้างภายในทั้งหมด) ก่อตัวเป็นเครือข่ายของทางเดินที่มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ที่ไปจากไมโครทูบูล (ใหญ่ที่สุด) มุ่งสู่เส้นใยกลางและลงท้ายด้วยเส้นใยขนาดเล็กที่สุดที่เรียกว่าไมโครฟิลาเมนต์ ซึ่งสามารถเป็นไมโอซินหรือแอกติน

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• เดไซ, เอ., มิทชิสัน, ที.เจ. (1997). ไดนามิกไดนามิกของไมโครทูบูล ทบทวนประจำปีของเซลล์และชีววิทยาพัฒนาการ.
• มิทชิสัน, ที., เคิร์ชเนอร์, เอ็ม. (1984). ความไม่แน่นอนแบบไดนามิกของการเติบโตของไมโครทูบูล ธรรมชาติ.
• Nogales, E., Whittaker, M., Milligan, R.A., Downing, K.H. (1999). โมเดลไมโครทูบูลความละเอียดสูง เซลล์. วิทยาศาสตร์ไดเร็ค