Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Mikrotuubulite peamised funktsioonid rakus
- Mis need on: mikrotuubulite komponendid ja ehitus
- Mikrotuubulid ja rakud - tsütoskelett
- Mikrotuubulid ja dünaamiline ebastabiilsus
- Mikrotuubulid, rakujagunemine ja mitootiline spindel
- Mikrotuubulid annavad Ciliale ja Flagellumile struktuuri
- Cilia ja Flagellumi liikumine
- Rakkude transpordisüsteem
- Mikrotuubimootorite kaks suurt rühma
- Uuringud jätkuvad
Mikrotuubulid on täpselt sellised, nagu nad kõlavad: eukarüootsete rakkude sees leiduvad mikroskoopilised õõnsad torud ja mõned prokarüootsete bakterite rakud, mis pakuvad raku struktuuri ja motoorseid funktsioone. Bioloogiaüliõpilased õpivad õpingute ajal, et rakke on ainult kahte tüüpi: prokarüootsed ja eukarüootsed.
Prokarüootsed rakud moodustavad Linnarakkude taksonoomiasüsteemi Archaea ja Bakteri domeenides leiduvad üherakulised organismid, mis on kogu elu bioloogiline klassifikatsioonisüsteem, samal ajal kui eukarüootsed rakud kuuluvad Eukarya domeeni alla, mis jälgib protistide, taimede, loomade ja seente kuningriiki. . Monera kuningriik viitab bakteritele. Mikrotuubulid aitavad kaasa raku mitmele funktsioonile, mis kõik on raku elus olulised.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Mikrotuubulid on pisikesed, õõnsad, helmeste kujulised torukujulised struktuurid, mis aitavad rakkudel oma kuju säilitada. Koos mikrofilamentide ja vahepealsete filamentidega moodustavad nad raku tsütoskeleti, samuti osalevad raku mitmesugustel motoorsetel funktsioonidel.
Mikrotuubulite peamised funktsioonid rakus
Raku tsütoskeleti osana aitavad mikrotuubulid kaasa:
Mis need on: mikrotuubulite komponendid ja ehitus
Mikrotuubulid on väikesed, õõnsad, helmeste kujulised torud või torud, mille seinad on ehitatud 13 protokiude ringis, mis koosnevad tubuliini ja globaalse valgu polümeeridest. Mikrotuubulid meenutavad hiina helmestega sõrmepüüniste miniatuurseid versioone. Mikrotuubulid võivad kasvada 1000 korda nii kaua, kui nende laiused on. Valmistatud dimeeride kokkupanemise teel - üks molekul või kaks ühesugust alfa- ja beeta-tubuliiniga ühendatud molekuli - mikrotuubulid esinevad nii taime- kui ka loomsetes rakkudes.
Taimerakkudes moodustuvad mikrotuubulid raku paljudes kohtades, kuid loomarakkudes algavad mikrotuubulid tsentrosoomist - raku tuuma lähedal olevast organellist, mis osaleb ka raku jagunemises. Miinus ots tähistab mikrotuubi kinnitatud otsa, selle vastaskülg on aga pluss ots. Mikrotuubul kasvab pluss-otsas läbi tubuliini dimeeride polümerisatsiooni ja mikrotuubulid kahanevad nende vabanemisega.
Mikrotuubulid annavad rakule struktuuri, mis aitab tal vastupidada kokkusurumisele ja luua maantee, kus vesiikulid (kotti-sarnased struktuurid, mis transpordivad valke ja muid lasti) liiguvad üle raku. Mikrotuubulid eraldavad jagunemise käigus ka replitseerunud kromosoomid raku vastaskülgedeni. Need struktuurid võivad töötada üksi või koos raku muude elementidega, moodustades keerukamaid struktuure nagu tsentrioolid, tsiliaadid või flagella.
Ainult 25 nanomeetri läbimõõduga mikrotuubulid hajuvad ja reformeeruvad sageli nii kiiresti, kui rakk neid vajab. Tubuliini poolestusaeg on vaid umbes päev, kuid mikrotuubul võib esineda vaid 10 minutit, kuna need on pidevas ebastabiilsuse seisundis. Seda ebastabiilsuse tüüpi nimetatakse dünaamiliseks ebastabiilsuseks ja mikrotuubulid saavad reageerida rakkude vajadustele ja neid lahti võtta.
Mikrotuubulid ja rakud - tsütoskelett
Tsütoskeleti moodustavad komponendid hõlmavad elemente, mis on valmistatud kolmest erinevat tüüpi valgust - mikrofilamentidest, vahefilamentidest ja mikrotuubulitest. Nendest valgustruktuuridest kõige kitsamad hõlmavad mikrofilamente, mis on sageli seotud müosiiniga, niiditaolist valgu moodustumist, mis koos proteiini aktiiniga (pikad õhukesed kiud, mida nimetatakse ka "õhukesteks" filamentideks) aitab lihasrakkudel kokku tõmbuda ja pakkuda jäikus ja kuju raku suhtes.
Mikrofilamenid, väikesed vardataolised struktuurid, mille keskmine läbimõõt on vahemikus 4–7 nm, soodustavad lisaks tsütoskeletis tehtavale tööle ka rakkude liikumist. Vahekiud, läbimõõduga keskmiselt 10 nm, toimivad nagu sidumised, kinnitades rakuorganeid ja tuuma. Need aitavad rakul ka pingeid taluda.
Mikrotuubulid ja dünaamiline ebastabiilsus
Mikrotuubulid võivad tunduda täiesti stabiilsed, kuid need on pidevas muutumises. Ühel hetkel võivad mikrotuubulite rühmad lahustuda, teised aga kasvada. Mikrotuubuli kasvades varustavad heterodimeerid (valk, mis koosneb kahest polüpeptiidahelast) mikrotuubuli otsa mütsid, mis tulevad maha, kui see uuesti kasutamiseks kahaneb. Mikrotuubulite dünaamilist ebastabiilsust peetakse stabiilseks, mitte tõeliseks tasakaaluks, kuna neil on sisemine ebastabiilsus - liikudes vormist välja ja välja.
Mikrotuubulid, rakujagunemine ja mitootiline spindel
Rakkude jagunemine pole oluline mitte ainult elu taastootmiseks, vaid ka uute rakkude vanast välja tegemiseks. Mikrotuubulid mängivad olulist rolli rakkude jagunemises, aidates kaasa mitootilise spindli moodustumisele, mis mängib osa dubleeritud kromosoomide migratsioonist anafaasi ajal. "Makomolekulaarse masinana" eraldab mitootiline spindl kahe tütarraku loomisel replitseerunud kromosoomid vastaskülgedele.
Mikrotuubulite polaarsus, kusjuures kinnitatud ots on miinus ja ujuv ots on positiivne, muudab selle kriitiliseks ja dünaamiliseks elemendiks bipolaarse spindli rühmitamisel ja otstarbel. Mikrotuubulite struktuurist valmistatud spindli kaks poolust aitavad dubleeritud kromosoome usaldusväärselt eraldada ja eraldada.
Mikrotuubulid annavad Ciliale ja Flagellumile struktuuri
Mikrotuubulid aitavad kaasa ka raku nendele osadele, mis aitavad sellel liikuda, ning on tsilia, tsentrioolide ja flagella struktuurielemendid. Isase sperma rakul on näiteks pikk saba, mis aitab tal jõuda soovitud sihtkohta, emasloomi. Nimega flagellum (mitmuses on flagella), see pikk, niiditaoline saba ulatub plasmamembraani välispinnalt, et rakkude liikumist kiirendada. Enamikul rakkudest - rakkudes, kus neid on - on tavaliselt üks kuni kaks helvetit. Kui rakul on tseliaadid, levivad paljud neist piki rakkude välimist plasmamembraani kogu pinda.
Näiteks naisorganisme reastavatel rakkudel olevad munarakud aitavad munarakku viia munaraku saatusliku kohtumiseni koos spermarakuga teekonnal emakasse. Eukarüootsete rakkude flagella ja cilia pole struktuurilt samad, mis prokarüootsetes rakkudes. Sama moodustatud mikrotuubulitega, nimetavad bioloogid mikrotuubulite paigutust "9 + 2 massiiviks", kuna flagellum või tselium koosneb üheksast mikrotuubulipaarist ringis, mis ümbritseb mikrotuubulite duetti keskel.
Mikrotuubulite funktsioonid nõuavad tubuliinivalke, ankurdamiskohti ja ensüümi ning muude rakus esinevate keemiliste toimingute koordinatsioonikeskusi. Näärmetes ja flagellades soodustab tubuliin mikrotuubulite keskstruktuuri, mis hõlmab ka teiste struktuuride, näiteks düneiinivarraste, neksiinilinkide ja radiaalsete kodarate panust. Need elemendid võimaldavad mikrotuubulite vahelist suhtlemist, hoides neid koos viisil, mis sarnaneb sellele, kuidas aktiini ja müosiini hõõgniidid lihase kontraktsiooni ajal liiguvad.
Cilia ja Flagellumi liikumine
Kuigi nii tsiliaar kui ka flagellum koosnevad mikrotuubulite struktuuridest, on nende liikumisviis selgelt eristatav. Üksik kärbes ajab raku laiali samal viisil, nagu kalasaba liigutab kala edasi, külgsuunas piitsakujulises liikumises.Küünlapaar võib sünkroniseerida oma liikumist raku edasiliikumiseks, näiteks kuidas ujujate käed rinnalöögi ujumisel toimivad.
Cilia, palju lühem kui flagellum, katab raku välismembraani. Tsütoplasma annab märguandele liikuda kooskõlastatud viisil, et liikuda raku suunas, kuhu ta vajab. Nagu marssibänd, lähevad nende harmoneeritud liigutused kõik sama trummari juurde. Ravimi liikumisel tsükli või flagellum'iga toimub üksiku aeruga sarnaselt liikumine keskkonnast läbi, et liikuda raku liikumiseks vajalikus suunas.
See tegevus võib esineda kümnete löökide juures sekundis ja ühe insuldiga võib kaasneda tuhandete näärmete koordineerimine. Mikroskoobi all näete, kui kiiresti silikaadid reageerivad oma keskkonna takistustele, muutes kiireid juhiseid. Bioloogid uurivad endiselt, kuidas nad nii kiiresti reageerivad, ja pole veel avastanud kommunikatsioonimehhanismi, mille abil raku sisemised osad räägiksid nibudele ja flagellale, kuidas, millal ja kuhu minna.
Rakkude transpordisüsteem
Mikrotuubulid on rakusiseseks transpordisüsteemiks mitokondrite, organellide ja vesiikulite liikumiseks läbi raku. Mõned teadlased viitavad selle protsessi toimimisviisile, võrreldes mikrolubusid, mis sarnanevad konveierilintidega, teised teadlased nimetavad neid rajasüsteemiks, mille kaudu mitokondrid, organellid ja vesiikulid liiguvad rakus.
Raku energiavabrikuna on mitokondrid struktuurid või vähe elundeid, milles toimub hingamine ja energia tootmine - mõlemad biokeemilised protsessid. Organellid koosnevad mitmest väikesest, kuid spetsialiseerunud struktuurist rakus, millel kõigil on oma funktsioonid. Vesiikulid on väikesed kotikesesarnased struktuurid, mis võivad sisaldada vedelikke või muid aineid nagu õhk. Plasmemembraanist moodustuvad vesiikulid, mis pigistuvad välja, moodustades lipiidse kaksikkihiga ümbritsetud kerakujulise koti.
Mikrotuubimootorite kaks suurt rühma
Mikrotuubulite rantjasarnane konstruktsioon toimib konveierilindina, rajana või maanteel vesiikulite, organellide ja muude raku elementide transportimiseks kohtadesse, kuhu nad vajavad. Mikrotuubulite mootorid eukarüootsetes rakkudes hõlmavad kinesiinid, mis liiguvad mikrotuubuli plussotsa - otsa, mis kasvab - ja düneiinid mis liiguvad vastas- või miinusotsa, kus mikrotuubul kinnitub plasmamembraanile.
"Motoorsete" valkudena liiguvad kinesiinid raku energiavarustuse, adenosiintrifosfaadi või ATP hüdrolüüsi kaudu mööda mikrotuubulite filamente organellesid, mitokondreid ja vesiikulid. Teine motoorvalk, düneiin, kõnnib neid struktuure vastupidises suunas mööda mikrotuubulite kiudusid raku miinusotsa poole, teisendades ATP-s talletatud keemilise energia. Nii kinesiinid kui ka düneiinid on valkude mootorid, mida kasutatakse rakkude jagunemisel.
Värskeimad uuringud näitavad, et kui düneiinivalgud kõnnivad mikrotuubuli miinuskülje lõpuni, kogunevad nad sinna maha, selle asemel, et maha kukkuda. Nad hüppavad üle ulatuse, et luua ühendus teise mikrotuubuliga, moodustades selle, mida mõned teadlased nimetavad astersiks. Teadlased pidasid seda oluliseks protsessiks mitootilise spindli moodustamisel, morfitseerides mitu mikrotuubi ühte konfiguratsiooni.
Mitootiline spindel on "jalgpallikujuline" molekulaarstruktuur, mis viib kromosoomid vastaskülgedesse vahetult enne raku tükeldamist, moodustades kaks tütarrakku.
Uuringud jätkuvad
Rakulise elu uurimine on kestnud alates esimese mikroskoobi leiutamisest 16. sajandi lõpus, kuid alles viimastel aastakümnetel on rakubioloogias tehtud edusamme. Näiteks avastasid teadlased motoorset valku kinesiin-1 alles 1985. aastal video abil täiustatud valgusmikroskoobi abil.
Kuni selle ajani olid motoorsed valgud teadlaste jaoks tundmatu salapäraste molekulide klassina. Tehnoloogia arengu edenedes ja uuringute jätkudes loodavad teadlased süveneda lahtrisse, et teada saada kõike, mida nad võivad teada saada, kuidas raku sisemine töö sujuvalt toimib.