Mitkä ovat mikrotubulusten päätoiminto solussa?

Sisältö

• TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
• Mikrotubulusten päätoiminnot solussa
• Mitä ne ovat: mikrotubulinkomponentit ja rakentaminen
• Mikrotubulukset ja solut-sytoskeleton
• Mikrotubulit ja dynaaminen epävakaus
• Mikrotubulukset, solunjako ja mitoottinen kara
• Mikrotubulukset antavat rakenteen Cilialle ja Flagellumille
• Cilia- ja Flagellum-liikkeet
• Solujen kuljetusjärjestelmä
• Kaksi pääryhmää mikrotubulimoottoreita
• Opinnot jatkuvat edelleen

Mikrotubulukset ovat täsmälleen miltä ne kuulostavat: eukaryoottisoluista löytyvät mikroskooppiset ontot putket ja jotkut prokaryoottiset bakteerisolut, jotka tarjoavat solun rakenteen ja motoriset toiminnot. Biologian opiskelijat oppivat opintojensa aikana, että solutyyppejä on vain kahta tyyppiä: prokaryootti ja eukaryootti.

Prokaryoottiset solut muodostavat yksisoluiset organismit, joita löytyy Archaea- ja bakteerialueista Linnaean taksonomiajärjestelmässä, joka on kaiken elämän biologinen luokittelujärjestelmä, kun taas eukaryoottisolut kuuluvat Eukarya-alueeseen, joka valvoo protisti-, kasvi-, eläin- ja sienikuntia. . Moneran valtakunta viittaa bakteereihin. Mikrotubulukset edistävät useita toimintoja solussa, jotka kaikki ovat tärkeitä solun elämässä.

TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)

Mikrotubulukset ovat pieniä, onttoja, helmimaisia ​​putkimaisia ​​rakenteita, jotka auttavat soluja ylläpitämään muotoaan. Mikrofilamenttien ja välifilamenttien kanssa ne muodostavat solun sytoskeleton ja osallistuvat solun moniin motorisiin toimintoihin.

Mikrotubulusten päätoiminnot solussa

Osana solun sytoskeletonia mikrotubulukset edistävät:

Mitä ne ovat: mikrotubulinkomponentit ja rakentaminen

Mikrotubulukset ovat pieniä, onttoja, helmimaisia ​​putkia tai putkia, joiden seinät on muodostettu 13 protofilamentin ympyrään, jotka koostuvat tubuliinin ja globaalin proteiinin polymeereistä. Mikrotubulit muistuttavat kiinni helmillä tehtyjen sormenloukkujen pienoiskoossa olevia versioita. Mikrotubulukset voivat kasvaa 1000 kertaa niin pitkät kuin niiden leveydet. Valmistettu dimeerien kokoonpanolla - yksi molekyyli tai kaksi identtistä molekyyliä, jotka ovat liittyneet toisiinsa alfa- ja beeta-tubuliinien kanssa -, mikrotubuluksia on sekä kasvi- että eläinsoluissa.

Kasvisoluissa mikrotubulukset muodostuvat monissa solun kohdissa, mutta eläinsoluissa mikrotubulukset alkavat centrosomista, organelista solun ytimen lähellä, joka myös osallistuu solunjakoon. Miinuspää edustaa mikrotubullin kiinnitettyä päätä, kun taas sen vastapää on pluspää. Mikrotubulit kasvavat plus-päässä tubuliinidimeerien polymeroitumisen kautta, ja mikrotubulukset kutistuvat vapautuessaan.

Mikrotubulukset antavat solulle rakenteen auttaakseen sitä vastustamaan puristumista ja tarjoamaan valtatien, jolla vesikkelit (pussimaiset rakenteet, jotka kuljettavat proteiineja ja muita rahtia) liikkuvat solun poikki. Mikrotubulukset erottavat myös replikoituneet kromosomit solun vastakkaisiin päihin jaon aikana. Nämä rakenteet voivat toimia yksinään tai yhdessä solun muiden elementtien kanssa monimutkaisempien rakenteiden, kuten keskipisteiden, silikan tai flagellan, muodostamiseksi.

Vain 25 nanometrin halkaisijaltaan mikrotubulukset hajoavat ja uudistuvat usein niin nopeasti kuin solu tarvitsee. Tubuliinin puoliintumisaika on vain noin päivä, mutta mikrotubuluksia voi olla vain 10 minuuttia, koska ne ovat jatkuvassa epävakauden tilassa. Tämän tyyppistä epävakautta kutsutaan dynaamiseksi epävakaudeksi, ja mikrotubulukset voivat koota ja purkaa vastauksena solutarpeisiin.

Mikrotubulukset ja solut-sytoskeleton

Komponentit, jotka muodostavat sytoskeleton, sisältävät elementtejä, jotka on valmistettu kolmesta erityyppisestä proteiinista - mikrosäikeistä, välifilamenoista ja mikrotubuluksista. Näihin proteiinirakenteisiin kapeimpia ovat mikrosäikeet, jotka liittyvät usein myosiiniin, säikemäiseen proteiinimuodostukseen, joka yhdistettynä proteiiniaktiiniin (pitkät, ohuet kuidut, joita kutsutaan myös "ohuiksi" filamenteiksi) auttaa supistamaan lihassoluja ja tarjoamaan jäykkyys ja muoto soluun.

Mikrofilamentit, pienet sauvamaiset rakenteet, joiden keskimääräinen halkaisija on välillä 4 - 7 nm, edistävät myös solun liikettä sen työn lisäksi, jonka ne tekevät sytoskeletossa. Välissäikeet, keskimäärin 10 nm halkaisijaltaan, toimivat kuin sidokset kiinnittämällä soluorganelit ja ydin. Ne auttavat myös solua kestämään jännitystä.

Mikrotubulit ja dynaaminen epävakaus

Mikrotubulukset voivat näyttää täysin stabiililta, mutta ne ovat jatkuvassa virtauksessa. Milloin tahansa mikrotubulusryhmät voivat olla liukenemisprosessissa, kun taas toiset voivat olla kasvussa. Mikrotubulusten kasvaessa heterodimeerit (proteiini, joka koostuu kahdesta polypeptidiketjusta) toimittavat mikrotubullin päähän korkkeja, jotka irtoavat, kun se kutistuu käytettäväksi uudelleen. Mikrotubulusten dynaamista epävakautta pidetään tasaisena tilana todellisen tasapainon sijaan, koska niillä on luontainen epävakaus - liikkuvat muotoon ja ulos.

Mikrotubulukset, solunjako ja mitoottinen kara

Solujen jakautuminen ei ole tärkeätä vain elämän lisääntymiselle, vaan myös uusien solujen tekemiselle vanhoista. Mikrotubuluksilla on tärkeä rooli solujen jakautumisessa edistämällä mitoottisen karan muodostumista, jolla on merkitystä monistettujen kromosomien muuttoliikkeessä anafaasin aikana. "Makromolekyylisenä koneena" mitoottinen kara erottaa replikoituneet kromosomit vastakkaisille puolille luotaessa kahta tytärsolua.

Mikrotubulusten polaarisuus, kun kiinnitetty pää on miinus ja kelluva pää on positiivinen, tekee siitä kriittisen ja dynaamisen elementin bipolaarisen karan ryhmittelyyn ja tarkoitukseen. Karan kaksi napaa, jotka on valmistettu mikroputkirakenteista, auttavat erottamaan ja erottamaan toistuvat kromosomit luotettavasti.

Mikrotubulukset antavat rakenteen Cilialle ja Flagellumille

Mikrotubulukset myötävaikuttavat myös solun osiin, jotka auttavat sitä liikkumaan, ja ovat piikkien, keskioleiden ja siipien rakenteellisia elementtejä. Esimerkiksi uroksen siittiösolussa on pitkä häntä, joka auttaa sitä saavuttamaan halutun määränpäänsä, naisen munasolun. Kutsutaan flagellumiksi (monikkomuoto on flagella), se pitkä, lankamainen häntä ulottuu plasmakalvon ulkopinnasta solujen liikkeen voimistamiseksi. Suurimmalla osalla soluista - soluissa, joissa niitä on - on yleensä yksi tai kaksi flagellaa. Kun soluja on solussa, monet niistä leviävät pitkin solujen ulkoisen plasmakalvon koko pintaa.

Esimerkiksi naisorganismeja linjaavien solujen siliat auttavat siirtämään munasolun kohtalokkaaseen kohtaamiseensa siittiösolun ollessa matkalla kohtuun. Eukaryoottisolujen siipikarhu ja siliat eivät ole rakenteeltaan samanlaisia ​​kuin prokaryoottisoluissa. Biologit, jotka on rakennettu samoin mikrotubulusten kanssa, kutsuvat mikrotubulusjärjestelyä "9 + 2-ryhmäksi", koska flagellum tai cilium koostuu yhdeksästä mikrotubulaparista renkaassa, joka sulkee mikrotubuuloduoon keskelle.

Mikrotubulustoiminnot edellyttävät tubuliiniproteiineja, ankkurointipaikkoja ja koordinointikeskuksia entsyymeille ja muille kemiallisille aktiivisuuksille solussa. Silikoissa ja flagellassa tubuliini myötävaikuttaa mikrotubuluksen keskusrakenteeseen, joka sisältää muiden rakenteiden, kuten dyneiinivarret, neksiinilinkit ja säteittäiset pinnat, vaikutuksia. Nämä elementit mahdollistavat mikrotubulusten välisen kommunikoinnin pitäen niitä yhdessä samalla tavalla kuin se, kuinka aktiini- ja myosiinfilamentit liikkuvat lihaksen supistumisen aikana.

Cilia- ja Flagellum-liikkeet

Vaikka sekä siliat että flagellum koostuvat mikrotubulusrakenteista, niiden liikkumistavat ovat selvästi erilaisia. Yksittäinen flagellum ajaa solun suunnilleen samalla tavalla kuin kalan häntä liikuttaa kalaa eteenpäin, piipun kaltaisella liikkeellä.Pari siipilaaria voi synkronoida liikkeensä kuljettamaan solua eteenpäin, kuten kuinka uimareiden aseet toimivat, kun hän ui rintaiskua.

Cilia, paljon lyhyempi kuin flagellum, peittää solun ulkokalvon. Sytoplasma merkitsee siliat liikkumaan koordinoidusti liikuttamaan solua suuntaan, johon se tarvitsee mennä. Kuten marssiva bändi, heidän harmonisoidut liikkeet astuvat ajoittain samaan rumpaliin. Yksittäin, cilium- tai flagellum-liikkeet toimivat kuten yhden airan liikkeet, kulkevat väliaineen läpi voimakkaalla iskulla liikuttaakseen solua siihen suuntaan, johon se tarvitsee mennä.

Tämä aktiviteetti voi tapahtua kymmenillä aivohalvauksilla sekunnissa, ja yksi aivohalvaus voi tarkoittaa tuhansien silikan koordinaatiota. Mikroskoopin alla voit nähdä kuinka nopeasti silikaatit reagoivat ympäristönsä esteisiin muuttamalla suuntaa nopeasti. Biologit tutkivat edelleen, miten ne reagoivat niin nopeasti, ja heidän ei ole vielä löydetty viestintämekanismia, jonka avulla solun sisäosat kertovat silikoille ja silmänrekeille kuinka, milloin ja minne mennä.

Solujen kuljetusjärjestelmä

Mikrotubulukset toimivat kuljetusjärjestelmänä solun sisällä siirtämään mitokondrioita, organelleja ja vesikkeleitä solun läpi. Jotkut tutkijat viittaavat menetelmään, jolla tämä prosessi toimii, vertaamalla mikroputkia, jotka ovat samanlaisia ​​kuin kuljetinhihnat, kun taas toiset tutkijat viittaavat niihin jälkijärjestelmäksi, jolla mitokondriat, organelit ja vesikkelit liikkuvat solun läpi.

Solun energialaitoksina mitokondriat ovat rakenteita tai pieniä elimiä, joissa hengitys ja energiantuotanto tapahtuvat - molemmat biokemialliset prosessit. Orgaanit koostuvat useista pienistä, mutta erikoistuneista rakenteista solussa, jokaisella on omat toiminnot. Vesikkelit ovat pieniä pussimaisia ​​rakenteita, jotka voivat sisältää nesteitä tai muita aineita, kuten ilmaa. Plasmakalvosta muodostuu vesikkeleitä, jotka puristuvat pois muodostaen pallomaisen pussin, jonka sulkee lipidikaksokerros.

Kaksi pääryhmää mikrotubulimoottoreita

Mikroputkien helmimainen rakenne toimii kuljetinhihnana, raiteena tai moottoritietä kuljettamaan soluja sisältäviä vesikkeleitä, organelleja ja muita elementtejä paikkoihin, joihin ne tarvitsevat mennä. Mikrotubulusmoottoreihin eukaryoottisoluissa sisältyy kinesiinien, jotka siirtyvät mikrotubuluksen pluspäähän - loppuun, joka kasvaa - ja dyneins jotka siirtyvät vastakkaiseen tai miinuspäähän, missä mikrotubulukset kiinnittyvät plasmakalvoon.

"Moottoriproteiineina" kinesiinit liikuttavat organelleja, mitokondrioita ja rakkuloita mikrotubulusten filamenteilla solun energiavaluutan, adenosiinitrifosfaatin tai ATP: n hydrolyysin avulla. Toinen moottoriproteiini, dyneiini, kävelee näitä rakenteita vastakkaiseen suuntaan mikrotubulien filamenteilla kohti solun miinuspäätä muuttamalla ATP: hen varastoitunut kemiallinen energia. Sekä kinesiinit että dyneiinit ovat proteiinimoottoreita, joita käytetään solunjakautumisen aikana.

Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että kun dyneiiniproteiinit kulkevat mikrotubuluksen miinuspuolen loppuun, ne kokoontuvat siellä putoamisen sijaan. Ne hyppäävät läpi span ja muodostavat yhteyden toiseen mikroputkeen muodostaen sen, mitä jotkut tutkijat kutsuvat "asteriksi", jonka tutkijat pitivät tärkeänä prosessina mitoottisen karan muodostumisessa morforoimalla useita mikrotubulleja yhdeksi kokoonpanoksi.

Mitoottinen kara on "jalkapallo-muotoinen" molekyylirakenne, joka vetää kromosomit vastakkaisiin päihin ennen solun halkeamista muodostaen kaksi tytärsolua.

Opinnot jatkuvat edelleen

Soluelämän tutkimus on jatkunut ensimmäisen mikroskoopin keksimisestä lähtien 1500-luvun loppupuolella, mutta vasta viime vuosikymmeninä on tapahtunut edistystä solubiologiassa. Esimerkiksi tutkijat löysivät motorisen proteiinin kinesiini-1 vasta vuonna 1985 käyttämällä videolla parannettua valomikroskooppia.

Siihen saakka, motoriset proteiinit olivat olemassa salaperäisten molekyylien luokkaa, joita tutkijat tunsivat. Teknologian kehityksen edetessä ja tutkimusten jatkuessa tutkijat toivovat sukeltavan syvälle soluun saadakseen selville kaiken, mitä he voivat oppia, kuinka solun sisäinen toiminta toimii niin saumattomasti.