Koje su glavne funkcije mikrotubula u stanici?

Sadržaj

• TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
• Glavne funkcije mikrotubula u stanici
• Što su oni: sastavni dijelovi i konstrukcija mikrotubula
• Mikrotubuli i citoskeleti stanica
• Mikrotubule i dinamička nestabilnost
• Mikrotubule, stanične diobe i mitotsko vreteno
• Mikrotubule daju strukturu Cilia i Flagellum
• Cilia i Flagellum pokret
• Stanični sustav prijevoza
• Dvije glavne skupine motora mikrotubula
• Studije još uvijek traju

Mikrotubule točno zvuče: mikroskopske šuplje cijevi koje se nalaze unutar eukariotskih stanica i neke stanice prokariotskih bakterija koje pružaju strukturu i motoričke funkcije stanice. Studenti biologije tijekom studija nauče da postoje samo dvije vrste stanica: prokariotske i eukariotske.

Prokariotske stanice čine jednostanične organizme koje se nalaze u domenima Arhee i Bakterije pod Linnejskom taksonomijskim sustavom, biološkim klasifikacijskim sustavom cijelog života, dok eukariotske stanice spadaju u domenu Eukarije, koja nadzire kraljevstva protista, biljaka, životinja i gljiva. , Monera kraljevstvo odnosi se na bakterije. Mikrotubuli doprinose višestrukim funkcijama unutar stanice, a sve su one važne za stanični život.

TL; DR (Predugo; nisam pročitao)

Mikrotubule su sitne, šuplje, cjevaste strukture slične perli koje pomažu stanicama da zadrže oblik. Zajedno s mikrofilamentima i intermedijarnim nitima, oni tvore citoskelet stanice, kao i sudjeluju u raznim motoričkim funkcijama stanice.

Glavne funkcije mikrotubula u stanici

Kao dio citoskeleta stanice, mikrotubule pridonose:

Što su oni: sastavni dijelovi i konstrukcija mikrotubula

Mikrotubule su male, šuplje, cijevi slične perli ili cijevi sa zidovima izgrađenim u krugu od 13 protofilamenata koji se sastoje od polimera tubulina i globularnog proteina. Mikrotubule nalikuju minijaturiziranim inačicama kariranih kade traka s prstima. Mikrotubule mogu narasti 1000 puta dulje od njihove širine. Izrađene pomoću sklapanja dimera - jedne molekule ili dvije identične molekule spojene alfa i beta tubulinom - mikrotubule postoje i u biljnim i u životinjskim stanicama.

U biljnim stanicama mikrotubule se formiraju na mnogim mjestima unutar stanice, ali u životinjskim ćelijama mikrotubule počinju na centrosomu, organeli blizu jezgre stanice koja također sudjeluje u diobi stanica. Minus kraj predstavlja priključeni kraj mikrotubule dok je njegov suprotni plus. Mikrotubuli rastu na plus kraju polimerizacijom dimelina tubulina, a mikrotubule se smanjuju njihovim oslobađanjem.

Mikrotubuli daju strukturu ćeliji da joj pomogne da se odupire kompresiji i pruži autocestu na kojoj se vezikule (vrećaste strukture koje prevoze proteine ​​i drugi teret) kreću po stanici. Mikrotubuli također razdvajaju replicirane kromosome na suprotnim krajevima stanice tijekom diobe. Ove strukture mogu djelovati samostalno ili u kombinaciji s drugim elementima stanice kako bi tvorile složenije strukture poput centriola, cilija ili flagela.

S promjerom od samo 25 nanometara, mikrotubule se često raspadaju i reformiraju onoliko brzo koliko ćelija treba. Poluvrijeme tubulina je samo oko jedan dan, ali mikrotubula može postojati samo 10 minuta jer su u stanju stalne nestabilnosti. Ova vrsta nestabilnosti naziva se dinamičkom nestabilnošću, a mikrotubule se mogu sastaviti i rastaviti u skladu s potrebama stanica.

Mikrotubuli i citoskeleti stanica

Komponente koje čine citoskelet uključuju elemente napravljene od tri različite vrste proteina - mikrofilamenti, intermedijarni filamenti i mikrotubule. Najuže ove proteinske strukture uključuju mikrofilamente, često povezane s miozinom, stvaranjem proteina nalik nitima koje, u kombinaciji s proteinom aktinom (dugačka tanka vlakna koja se nazivaju i „tanka“ vlakna), pomaže u kontrakciji mišićnih stanica i pružanju krutost i oblik prema stanici.

Mikrofilamenti, male strukture slične šipkama prosječnog promjera između 4 do 7 nm, također doprinose staničnom kretanju uz rad koji obavljaju u citoskeletu. Međusrednji filamenti, prosječnog promjera 10 nm, djeluju poput vezanja osiguravajući stanične organele i jezgro. Oni također pomažu stanici da izdrži napetost.

Mikrotubule i dinamička nestabilnost

Mikrotubule mogu izgledati potpuno stabilno, ali su u stalnom protoku. U bilo kojem trenutku grupe mikrotubula mogu biti u procesu otapanja, dok su druge u procesu rasta. Kako mikrotubula raste, heterodimeri (protein koji se sastoji od dva polipeptidna lanca) pružaju čepove na kraju mikrotubule, koji otpadaju kad se ponovno smanji za upotrebu. Dinamička nestabilnost mikrotubula smatra se postojanim stanjem za razliku od prave ravnoteže jer imaju unutrašnju nestabilnost - krećući se i izvan forme.

Mikrotubule, stanične diobe i mitotsko vreteno

Stanična dioba nije bitna samo za reprodukciju života, već i za stvaranje novih stanica iz starih. Mikrotubuli igraju važnu ulogu u staničnoj diobi doprinoseći stvaranju mitotičkog vretena, koje igra ulogu u migraciji dupliciranih kromosoma tijekom anafaze. Kao "makromolekularni stroj", mitotičko vreteno razdvaja replicirane kromosome na suprotne strane, stvarajući dvije kćeri.

Polarnost mikrotubula, s tim da je pričvršćeni kraj minus, a plutajući kraj pozitivan, čini ga kritičnim i dinamičnim elementom za bipolarno grupiranje i svrhe. Dva pola vretena, načinjena od mikrotubularnih struktura, pomažu u pouzdanoj segregaciji i razdvajanju dupliciranih kromosoma.

Mikrotubule daju strukturu Cilia i Flagellum

Mikrotubuli također doprinose dijelovima stanice koji joj pomažu u kretanju i strukturni su elementi cilija, centriola i flagela. Na primjer, muška spermatozoida ima dug rep koji joj pomaže da stigne do željenog odredišta, ženskog jajašca. Nazvan flagellum (množina je flagella), taj se dugački rep nalik nitima proteže od vanjske strane plazma membrane kako bi pokrenuo kretanje stanica. Većina stanica - u stanicama koje ih imaju - obično imaju jednu do dvije flagele. Kad cilija postoji na stanici, mnogi se šire po cijeloj površini vanjske plazma membrane membrane.

Cilija na stanicama koje liniju ženski organizam Fallopijske cijevi, na primjer, pomažu pri premještanju jajašca do sudbonosnog susreta sa stanicom sperme na putu do maternice. Značke i cilija eukariotskih stanica nisu strukturno iste kao one koje se nalaze u prokariotskim stanicama. Izgrađeni s istim mikrotubulima, biolozi nazivaju raspored mikrotubula "nizom 9 + 2", jer se flagellum ili cilium sastoji od devet parova mikrotubula u prstenu koji u sredini zatvara dvostruki mikrotubul.

Funkcije mikrotubula zahtijevaju tubulinske bjelančevine, mjesta učvršćivanja i koordinacijske centre za enzimske i druge kemijske aktivnosti unutar stanice. Kod cilija i flagela tubulin doprinosi središnjoj strukturi mikrotubula, što uključuje doprinose drugih struktura poput dyneinovih ruku, neksinskih veza i radijalnih žbica. Ovi elementi omogućuju komunikaciju između mikrotubula, držeći ih zajedno na način sličan načinu na koji se akutna i miozinska vlakna kreću tijekom kontrakcije mišića.

Cilia i Flagellum pokret

Iako se cilija i flagellum sastoje od mikrotubulnih struktura, načini na koje se kreću su izrazito različiti. Pojedini flagellum pokreće stanicu na isti način na kojem riblji rep pomiče ribu prema naprijed, kretanjem u obliku biča u stranu.Par znaka može sinkronizirati svoje pokrete kako bi pokrenuo ćeliju prema naprijed, poput načina rada plivača kad pliva grudi.

Cilija, mnogo kraća od flagelluma, prekriva vanjsku membranu stanice. Citoplazma signalizira ciliju da se koordinirano kreće da bi pokrenula stanicu u smjeru u kojem mora ići. Poput marširajućeg benda, njihovi usklađeni pokreti korak s vremenom idu prema istom bubnjaru. Pojedinačno, pokret cilium-a ili flagelluma djeluje poput pokreta jednog vesla, prolazeći kroz sredinu snažnim hodom kako bi pokrenuo stanicu u smjeru u kojem mora ići.

Ova se aktivnost može dogoditi pri desecima udaraca u sekundi, a jedan moždani udar može uključivati ​​koordinaciju tisuća cilija. Pod mikroskopom možete vidjeti kako brzi cilije reagiraju na prepreke u svom okruženju mijenjajući smjerove brzo. Biolozi još uvijek proučavaju kako reagiraju tako brzo i tek moraju otkriti mehanizam komunikacije pomoću kojeg unutarnji dijelovi stanice govore ciliji i flagelli kako, kada i kamo krenuti.

Stanični sustav prijevoza

Mikrotubuli služe kao transportni sustav unutar stanice za kretanje mitohondrija, organela i vezikula kroz stanicu. Neki se istraživači pozivaju na način na koji taj proces funkcionira uspoređujući mikrotubule slične transportnim trakama, dok ih drugi istraživači nazivaju sustavom tračnica kojim se mitohondrije, organele i vezikule kreću kroz stanicu.

Kao tvornice energije u stanici, mitohondrije su strukture ili mali organi u kojima se javljaju disanje i proizvodnja energije - oba biokemijska procesa. Organele se sastoje od više malih, ali specijaliziranih struktura unutar ćelije, a svaka ima svoje funkcije. Mjehurići su male vrećaste građevine koje mogu sadržavati tekućinu ili druge tvari poput zraka. Mjehurići se formiraju iz plazma membrane, stisnuvši se kako bi stvorili vrećicu sličnu sferi zatvorenoj lipidnim slojem.

Dvije glavne skupine motora mikrotubula

Konstrukcija mikrotubula u obliku zrnca služi kao transportna traka, staza ili autocesta za prijevoz vezikula, organela i drugih elemenata unutar stanice do mjesta koja trebaju ići. Motori mikrotubule u eukariotskim stanicama uključuju kinezina, koji se pomiču na plus kraju mikrotubule - kraj koji raste - i dyneins koji se pomiču na suprotni ili minus kraj gdje se mikrotubul pričvršćuje na plazma membranu.

Kao „motorički“ proteini, kinezini premještaju organele, mitohondrije i vezikule duž vlakana mikrotubula pomoću hidrolize energetske valute stanice, adenosin trifosfata ili ATP-a. Drugi motorni protein, dinin, vodi ove strukture u suprotnom smjeru duž mikrotubulnih niti prema minus kraju stanice pretvarajući kemijsku energiju pohranjenu u ATP. I kinezini i dinineini proteinski su motori koji se koriste tijekom diobe stanica.

Najnovija istraživanja pokazuju da kad dyneinski proteini hodaju do kraja minus strane mikrotubule, tamo se skupljaju, umjesto da propadaju. Oni se preskaču kroz raspon da bi se povezali u drugu mikrotubulu da bi formirali ono što neki znanstvenici nazivaju "astre", a znanstvenici su smatrali da je važan proces u formiranju mitotičkog vretena pretvorbom više mikrotubula u jednu konfiguraciju.

Mitotsko vreteno je molekularna struktura "nogometnog oblika" koja povlači kromosome na suprotne krajeve, neposredno prije nego što se ćelija podijeli da bi tvorila dvije kćeri.

Studije još uvijek traju

Proučavanje staničnog života traje od pronalaska prvog mikroskopa u drugom dijelu 16. stoljeća, ali tek u posljednjih nekoliko desetljeća došlo je do napretka u staničnoj biologiji. Na primjer, istraživači su tek 1985. otkrili motorni protein kinezin-1 upotrebom video pojačanog svjetlosnog mikroskopa.

Do tog trenutka motorni proteini su postojali kao klasa misterioznih molekula nepoznatih istraživačima. Kako razvoj tehnologije napreduje, a studije nastavljaju, istraživači se nadaju da će duboko ući u ćeliju kako bi saznali sve što bi mogli naučiti o tome kako unutarnji rad ćelije funkcionira tako neprimjetno.