Obsah
- TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
- Hlavné funkcie mikrotubulov v bunke
- Čo to sú: komponenty a konštrukcia mikrotubúl
- Mikrotubuly a cytoskelet buniek
- Mikrotubuly a dynamická nestabilita
- Mikrotubuly, bunkové delenie a mitotické vreteno
- Mikrotubuly dávajú štruktúru Cilii a bičíku
- Hnutie Cilia a Flagellum
- Transportný systém buniek
- Dve hlavné skupiny mikrotubulárnych motorov
- Štúdie stále prebiehajú
Mikrotubuly sú presne také, ako znejú: mikroskopické duté trubice nachádzajúce sa vo vnútri eukaryotických buniek a niektoré bunky prokaryotických baktérií, ktoré bunke poskytujú štruktúru a motorické funkcie. Študenti biológie sa počas štúdia učí, že existujú iba dva typy buniek: prokaryotické a eukaryotické.
Prokaryotické bunky tvoria jednobunkové organizmy nachádzajúce sa v doménach Archaea a Bacteria v linianskom taxonomickom systéme, biologickom klasifikačnom systéme všetkého života, zatiaľ čo eukaryotické bunky patria do domény Eukarya, ktorá dohliada na kráľovstvo protistov, rastlín, živočíchov a húb. , Kráľovstvo Monera sa týka baktérií. Mikrotubuly prispievajú k mnohým funkciám v bunke, z ktorých všetky sú dôležité pre bunkový život.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Mikrotubuly sú malé, duté rúrkovité štruktúry podobné perličkám, ktoré pomáhajú bunkám udržiavať ich tvar. Spolu s mikrovláknami a medzilahlými vláknami tvoria cytoskelet bunky a podieľajú sa na rôznych motorických funkciách bunky.
Hlavné funkcie mikrotubulov v bunke
Ako súčasť cytoskeletu bunky prispievajú mikrotubuly k:
Čo to sú: komponenty a konštrukcia mikrotubúl
Mikrotubuly sú malé, duté guľôčkové rúrky alebo rúrky so stenami konštruovanými v kruhu 13 protofilamentov, ktoré pozostávajú z polymérov tubulínu a globulárneho proteínu. Mikrotubuly sa podobajú miniaturizovaným verziám korálkových čínskych lapačov prstov. Mikrotubuly môžu rásť 1 000-násobok svojej šírky. Vyrobené zoskupením dimérov - jedna molekula alebo dve rovnaké molekuly spojené dokopy alfa a beta tubulínu - mikrotubuly existujú v rastlinných aj živočíšnych bunkách.
V rastlinných bunkách sa mikrotubuly tvoria na mnohých miestach v bunke, ale v živočíšnych bunkách začínajú mikrotubuly v centrozóme, organele blízko jadra bunky, ktorá sa tiež zúčastňuje delenia buniek. Mínus koniec predstavuje pripojený koniec mikrotubuly, zatiaľ čo jej opak je plus. Mikrotubula rastie na kladnom konci polymerizáciou tubulínových dimérov a mikrotubuly sa uvoľňovaním zmenšujú.
Mikrotubuly dávajú bunke štruktúru, ktorá jej pomáha odolávať kompresii a poskytuje cestu, v ktorej sa vezikuly (štruktúry podobné vakom transportujúce proteíny a iný náklad) pohybujú bunkou. Mikrotubuly tiež delia replikované chromozómy na opačné konce bunky počas delenia. Tieto štruktúry môžu pracovať samostatne alebo v spojení s inými prvkami bunky, aby vytvorili zložitejšie štruktúry, ako sú centrioly, cilia alebo bičíky.
Pri priemeroch iba 25 nanometrov sa mikrotubuly často rozpúšťajú a reformujú tak rýchlo, ako ich potrebuje bunka. Poločas tubulínu je len asi jeden deň, ale mikrotubula môže existovať iba 10 minút, pretože sú v konštantnom stave nestability. Tento typ nestability sa nazýva dynamická nestabilita a mikrotubuly sa môžu zostavovať a rozoberať v reakcii na potreby buniek.
Mikrotubuly a cytoskelet buniek
Zložky, ktoré tvoria cytoskelet, zahŕňajú prvky vyrobené z troch rôznych typov proteínov - mikrovlákna, stredné vlákna a mikrotubuly. Medzi najužšie z týchto proteínových štruktúr patria mikrovlákna, často spojené s myozínom, vláknitá bielkovinová formácia, ktorá v kombinácii s proteínovým aktínom (dlhé, tenké vlákna, ktoré sa tiež nazývajú „tenké“ vlákna), pomáha sťahovať svalové bunky a poskytuje tuhosť a tvar do bunky.
Mikrovlákna, malé tyčovité štruktúry s priemerným priemerom medzi 4 až 7 nm, prispievajú k bunkovým pohybom okrem práce, ktorú vykonávajú v cytoskelete. Stredné vlákna s priemerom 10 nm v priemere fungujú ako tie-downs tým, že zaisťujú bunkové organely a jadro. Pomáhajú tiež bunke vydržať napätie.
Mikrotubuly a dynamická nestabilita
Mikrotubuly sa môžu javiť ako úplne stabilné, ale sú v konštantnom toku. V ktoromkoľvek okamihu môžu byť skupiny mikrotubulov v procese rozpúšťania, zatiaľ čo iné môžu byť v procese pestovania. Ako mikrotubula rastie, heterodiméry (proteín pozostávajúci z dvoch polypeptidových reťazcov) poskytujú čiapky na koniec mikrotubúl, ktoré sa uvoľnia, keď sa zmršťujú na ďalšie použitie. Dynamická nestabilita mikrotubulov je považovaná za ustálený stav na rozdiel od skutočnej rovnováhy, pretože majú vnútornú nestabilitu - pohybujú sa do formy a z nej.
Mikrotubuly, bunkové delenie a mitotické vreteno
Delenie buniek nie je dôležité iba na reprodukciu života, ale aj na to, aby nové bunky boli staré. Mikrotubuly hrajú dôležitú úlohu pri delení buniek tým, že prispievajú k tvorbe mitotického vretena, ktoré hrá úlohu pri migrácii duplikovaných chromozómov počas anafázy. Ako „makromolekulárny stroj“ mitotické vreteno oddeľuje replikované chromozómy od opačných strán, keď vytvára dve dcérske bunky.
Polarita mikrotubulov, pričom pripojený koniec je mínus a plávajúci koniec je pozitívny, z neho robí kritický a dynamický prvok pre zoskupenie a účel bipolárnych vretien. Dva póly vretena, vyrobené z mikrotubulárnych štruktúr, pomáhajú spoľahlivo separovať a separovať duplikované chromozómy.
Mikrotubuly dávajú štruktúru Cilii a bičíku
Mikrotubuly tiež prispievajú k častiam bunky, ktoré mu pomáhajú v pohybe, a sú štruktúrnymi prvkami rias, centiolov a bičíkov. Napríklad mužská spermatická bunka má dlhý chvost, ktorý jej pomáha dosiahnuť požadované miesto určenia, ženské vajíčko. Tento bičík nazývaný bičík (množné číslo je bičík), ktorý sa tiahne z vonkajšej strany plazmatickej membrány, aby poháňal pohyb buniek. Väčšina buniek - v bunkách, ktoré ich majú - má obvykle jeden až dva bičíky. Keď na bunke existuje cilia, mnohé z nich sa šíria po celom povrchu vonkajšej plazmatickej membrány buniek.
Napríklad riasinka na bunkách, ktoré lemujú ženské organizmy, vajíčkovody, pomáha pri presúvaní vajíčka k jeho osudovému stretnutiu so spermatickými bunkami na jeho ceste do maternice. Bičíky a cília eukaryotických buniek nie sú štrukturálne rovnaké ako tie, ktoré sa nachádzajú v prokaryotických bunkách. Biológovia, zostavení spolu s mikrotubulami, nazývajú usporiadanie mikrotubúl „radom 9 + 2“, pretože bičík alebo cilium pozostáva z deviatich párov mikrotubulov v kruhu, ktorý v strede uzatvára duo mikrotubulov.
Funkcie mikrotubulov vyžadujú tubulínové proteíny, miesta ukotvenia a koordinačné centrá pre enzýmové a iné chemické aktivity v bunke. Pri ciliách a bičíkoch sa tubulín podieľa na centrálnej štruktúre mikrotubulov, čo zahŕňa príspevky z iných štruktúr, ako sú dyneínové ramená, nexínové spojenia a radiálne lúče. Tieto prvky umožňujú komunikáciu medzi mikrotubulami a držia ich pohromade podobným spôsobom ako sa aktínové a myozínové vlákna pohybujú počas kontrakcie svalov.
Hnutie Cilia a Flagellum
Aj keď tak ciliia, ako aj bičíky pozostávajú z mikrotubulárnych štruktúr, spôsoby ich pohybu sú výrazne odlišné. Jeden bičík poháňa bunku rovnakým spôsobom, že chvost rýb pohybuje rybou dopredu, pohybom podobným bičom zo strany na stranu.Dvojica bičíkov môže synchronizovať svoje pohyby tak, aby poháňala bunku vpred, napríklad ako fungujú plavecké ramená pri plávaní hrudníka.
Cilia, oveľa kratšia ako bičík, zakrýva vonkajšiu membránu bunky. Cytoplazma signalizuje ciliu, aby sa pohybovala koordinovaným spôsobom a poháňala bunku v smere, ktorým musí ísť. Rovnako ako pochodové pásmo, aj ich harmonizované pohyby krokujú v čase k rovnakému bubeníkovi. Pohyb cilium alebo bičíkov jednotlivo funguje ako pohyb jediného vesla a prechádza cez médium silným ťahom, aby poháňal bunku v smere, ktorým musí ísť.
Táto aktivita sa môže vyskytnúť pri desiatkach úderov za sekundu a jeden zdvih môže zahŕňať koordináciu tisícov rias. Pod mikroskopom vidíte, ako rýchlo reagujú pomocníci na prekážky v ich okolí rýchlym zmenou smerov. Biológovia stále študujú, ako rýchlo reagujú, a zatiaľ neobjavili komunikačný mechanizmus, pomocou ktorého vnútorné časti bunky rozprávajú ciliám a bičíkom, ako, kedy a kam majú ísť.
Transportný systém buniek
Mikrotubuly slúžia ako transportný systém v bunke na pohyb mitochondrií, organel a vezikúl bunkou. Niektorí vedci hovoria o tom, ako tento proces funguje, keď prirovnávajú mikrotubuly podobné dopravným pásom, zatiaľ čo iní vedci ich označujú ako stopový systém, ktorým sa mitochondrie, organely a vezikuly pohybujú bunkou.
Ako energetické továrne v bunke sú mitochondrie štruktúrami alebo malými orgánmi, v ktorých sa vyskytuje dýchanie a produkcia energie - biochemické procesy. Organely sa skladajú z viacerých malých, ale špecializovaných štruktúr v bunke, z ktorých každá má svoje vlastné funkcie. Vezikuly sú malé vakovité štruktúry, ktoré môžu obsahovať tekutiny alebo iné látky ako vzduch. Z plazmovej membrány sa tvoria vezikuly, ktoré sa zovretím vytvoria guľovitý vak uzavretý lipidovou dvojvrstvou.
Dve hlavné skupiny mikrotubulárnych motorov
Guľovitá konštrukcia mikrotubúl slúži ako dopravný pás, dráha alebo diaľnica na prepravu vezikúl, organel a iných prvkov v bunke na miesta, kam potrebujú ísť. Medzi mikrotubulárne motory v eukaryotických bunkách patrí kinesin, ktoré sa pohybujú na plusový koniec mikrotubuly - koniec, ktorý rastie - a dyneinů ktoré sa pohybujú na opačný alebo mínusový koniec, kde sa mikrotubula pripája na plazmovú membránu.
Ako „motorické“ proteíny sa kinezíny pohybujú organelami, mitochondriami a vezikulami pozdĺž vlákien mikrotubulov prostredníctvom sily hydrolýzy energetickej meny bunky, adenozíntrifosfátu alebo ATP. Ďalší motorický proteín, dyneín, prechádza týmito štruktúrami v opačnom smere pozdĺž vlákien mikrotubulov smerom k mínusovému koncu bunky premenou chemickej energie uloženej v ATP. Kinezíny aj dyneíny sú proteínové motory používané pri delení buniek.
Posledné štúdie ukazujú, že keď dyneínové proteíny kráčajú na koniec mínus strany mikrotubulov, zhromažďujú sa namiesto toho, aby odpadli. Dúfajú, že sa cez rozpätie spoja s ďalšou mikrotubulou a vytvoria to, čo niektorí vedci nazývajú „astry“, čo vedci považujú za dôležitý proces pri tvorbe mitotického vretena tým, že morfuje niekoľko mikrotubulov do jedinej konfigurácie.
Mitotické vreteno je molekulárna štruktúra v tvare "futbalu", ktorá priťahuje chromozómy na opačné konce tesne pred rozdelením buniek za vzniku dvoch dcérskych buniek.
Štúdie stále prebiehajú
Štúdium bunkového života prebieha už od vynálezu prvého mikroskopu v druhej polovici 16. storočia, avšak v bunkovej biológii došlo len v posledných desaťročiach. Napríklad vedci objavili motorový proteín kinesin-1 až v roku 1985 s použitím svetelného mikroskopu so zosilneným videom.
Doteraz motorické proteíny existovali ako trieda tajomných molekúl, ktorá bola pre vedcov neznáma. Ako technologický vývoj napreduje a štúdie pokračujú, vedci dúfajú, že sa ponoria hlboko do bunky a nájdu všetko, čo sa môžu naučiť o tom, ako vnútorné fungovanie bunky funguje tak hladko.