Apakah Fungsi Utama Mikrotubul dalam Sel?

Kandungan

• TL; DR (Terlalu Panjang, Tidak Baca)
• Fungsi Utama Mikrotubul Dalam Sel
• Apa Yang Mereka Ada: Komponen dan Pembinaan Microtubule
• Mikrotubula dan Sel Cytoskeleton
• Microtubules dan Ketidakstabilan Dinamik
• Microtubules, Bahagian Sel dan Spindle Mitotic
• Microtubules Berikan Struktur untuk Cilia dan Flagellum
• Gerakan Cilia dan Flagellum
• Sistem Pengangkutan Sel
• Dua Kumpulan Utama Microtubule Motors
• Kajian masih diteruskan

Microtubules adalah tepat bagaimana mereka berbunyi: tiub rongga mikroskopik yang terdapat di dalam sel eukariotik dan beberapa sel bakteria prokariotik yang menyediakan struktur dan fungsi motor untuk sel. Pelajar biologi belajar semasa kajian mereka bahawa terdapat hanya dua jenis sel: prokaryotik dan eukariotik.

Sel-sel prokariotik membentuk organisma bersel satu yang terdapat di domain Archaea dan Bakteria di bawah sistem taksonomi Linnaean, sistem klasifikasi biologi sepanjang hayat, manakala sel eukariotik berada di bawah domain Eukarya, yang menyelia kerajaan protista, tumbuhan, haiwan dan kulat . Kerajaan Monera merujuk kepada bakteria. Microtubules menyumbang kepada pelbagai fungsi dalam sel, yang semuanya penting untuk kehidupan selular.

TL; DR (Terlalu Panjang, Tidak Baca)

Microtubules adalah struktur tiub yang kecil, berongga, seperti tubular yang membantu sel mengekalkan bentuknya. Bersama dengan mikrofilamen dan filamen pertengahan, mereka membentuk sitoskeleton sel, serta mengambil bahagian dalam pelbagai fungsi motor untuk sel.

Fungsi Utama Mikrotubul Dalam Sel

Sebagai sebahagian daripada sitoskeleton sel, microtubules menyumbang kepada:

Apa Yang Mereka Ada: Komponen dan Pembinaan Microtubule

Microtubules adalah kecil, berongga, paip atau tiub seperti tiang dengan dinding yang dibina dalam bulatan 13 protofilamen yang terdiri daripada polimer tubulin dan protein globular. Microtubules menyerupai versi miniatur perangkap jarum Cina. Microtubules boleh tumbuh 1,000 kali selagi lebarnya. Dibuat oleh pemasangan dimer - molekul tunggal, atau dua molekul yang sama bergabung dengan alfa dan beta tubulin - microtubules wujud di kedua-dua sel tumbuhan dan haiwan.

Dalam sel tumbuhan, mikrotubul terbentuk di banyak tempat di dalam sel, tetapi dalam sel-sel haiwan, mikrotubul bermula di centrosome, sebuah organelle di dekat nukleus sel yang turut berpartisipasi dalam pembahagian sel. Akhir minus mewakili akhir mikrotubul yang dilampirkan manakala yang bertentangan adalah akhir ditambah. Mikrotubula tumbuh pada akhir ditambah melalui pempolimeran diminyula tubulin, dan microtubules menyusut dengan pelepasan mereka.

Microtubules memberikan struktur kepada sel untuk membantu menahan mampatan dan menyediakan jalan raya di mana vesikel (struktur seperti yang mengangkut protein dan kargo lain) bergerak melintasi sel. Microtubules juga memisahkan kromosom yang ditiru kepada hujung sel yang bertentangan semasa pembahagian. Struktur ini dapat berfungsi sendiri atau bersama-sama dengan unsur-unsur lain sel untuk membentuk struktur yang lebih rumit seperti centriole, silia atau flagella.

Dengan diameter hanya 25 nanometer, microtubules sering dibubarkan dan pembaharuan secepat sel memerlukannya. Separuh hayat tubulin adalah hanya kira-kira satu hari, tetapi mikrotubule mungkin wujud selama 10 minit kerana ia berada dalam keadaan ketidakstabilan yang berterusan. Jenis ketidakstabilan ini dinamakan ketidakstabilan dinamik, dan microtubules boleh dipasang dan dibongkar sebagai tindak balas terhadap keperluan sel.

Mikrotubula dan Sel Cytoskeleton

Komponen yang membentuk sitoskeleton termasuk unsur-unsur yang terbuat dari tiga jenis protein yang berbeza - mikrofilamen, filamen pertengahan dan microtubules. Struktur protein yang paling sempit ini termasuk mikropilamen, yang sering dikaitkan dengan myosin, pembentukan protein seperti benang yang, apabila digabungkan dengan actin protein (gentian nipis panjang, yang juga dikenali sebagai filamen "nipis"), membantu mengikat sel-sel otot dan menyediakan kekakuan dan bentuk ke sel.

Mikrofilamen, struktur seperti batang kecil dengan garis pusat purata antara 4 hingga 7 nm, juga menyumbang kepada pergerakan selular selain daripada kerja yang mereka lakukan dalam sitoskeleton. Filamen perantaraan, rata-rata diameter 10 nm, bertindak seperti tali leher dengan mengikat organ-organ sel dan nukleus. Mereka juga membantu sel menahan ketegangan.

Microtubules dan Ketidakstabilan Dinamik

Microtubules mungkin kelihatan sangat stabil, tetapi mereka sentiasa berubah. Pada satu ketika, kumpulan microtubules mungkin dalam proses melarutkan, sementara yang lain mungkin dalam proses berkembang. Apabila mikrotubule tumbuh, heterodimer (protein yang terdiri daripada dua rantai polipeptida) memberikan penutup pada akhir microtubule, yang keluar apabila ia mengecut untuk digunakan semula. Ketidakstabilan dinamik microtubules dianggap sebagai keadaan mantap yang bertentangan dengan keseimbangan sejati kerana mereka mempunyai ketidakstabilan intrinsik - bergerak masuk dan keluar dari bentuk.

Microtubules, Bahagian Sel dan Spindle Mitotic

Bahagian sel bukan sahaja penting untuk membiak kehidupan, tetapi untuk membuat sel-sel baru keluar dari lama. Microtubules memainkan peranan penting dalam pembahagian sel dengan menyumbang kepada pembentukan spindle mitosis, yang memainkan peranan dalam penghijrahan kromosom pendua semasa anaphase. Sebagai "mesin makromolekul," spindle mitotik memisahkan kromosom yang ditiru kepada pihak bertentangan apabila mencipta dua sel anak perempuan.

Polaritas microtubules, dengan ujung yang dilampirkan menjadi minus dan akhir terapung menjadi positif, menjadikannya unsur kritikal dan dinamik untuk pengelompokan dan tujuan spindle spindle. Dua tiang gelendong, yang diperbuat daripada struktur microtubule, membantu untuk memisahkan dan mengasingkan kromosom pendua dengan pasti.

Microtubules Berikan Struktur untuk Cilia dan Flagellum

Microtubules juga menyumbang kepada bahagian-bahagian sel yang membantu ia bergerak dan unsur-unsur struktur silia, sentriole dan flagella. Sel sperma lelaki misalnya, mempunyai ekor panjang yang membantu mencapai destinasi yang dikehendaki, ovum wanita. Disebut flagellum (plural ialah flagella), yang panjang, ekor seperti benang meluas dari luar membran plasma untuk menggerakkan pergerakan sel. Kebanyakan sel - dalam sel yang mempunyai mereka - biasanya mempunyai satu hingga dua flagella. Apabila silia ada di dalam sel, ramai di antara mereka menyebar sepanjang permukaan sel membran plasma luar.

Silia pada sel-sel yang menyusun organisme wanita Tabung Fallopian, sebagai contoh, membantu menggerakkan ovum untuk memenuhi fatefulnya dengan sel sperma pada perjalanannya ke rahim. Flagella dan silia sel eukariotik tidak sama dengan struktur yang dijumpai dalam sel-sel prokariotik. Dibina dengan sama dengan microtubules, ahli biologi memanggil susunan microtubule sebagai "9 + 2 array" kerana flagellum atau cilium terdiri daripada sembilan pasangan microtubule dalam cincin yang menyertakan dua mikrotubule di tengah.

Fungsi mikrotubu memerlukan protein tubulin, lokasi berlabuh dan pusat penyelarasan untuk enzim dan aktiviti kimia lain dalam sel. Dalam silia dan flagella, tubulin menyumbang kepada struktur pusat microtubule, yang termasuk sumbangan daripada struktur lain seperti lengan dynein, nexin dan jejari radial. Unsur-unsur ini membolehkan komunikasi antara microtubules, memegang mereka bersama-sama dengan cara yang sama seperti bagaimana filamen actin dan miosin bergerak semasa penguncupan otot.

Gerakan Cilia dan Flagellum

Walaupun kedua-dua silia dan flagellum terdiri daripada struktur microtubule, cara-cara di mana mereka bergerak berbeza. Satu flagellum tunggal mendorong sel dengan cara yang sama bahawa ekor ikan bergerak ke hadapan ikan, dalam gerakan seperti cambuk sampingan.Sepasang flagella boleh menyegerakkan pergerakan mereka untuk menggerakkan sel ke hadapan, seperti bagaimana lengan perenang berfungsi apabila dia mengayuh leher payu dara.

Cilia, lebih pendek daripada flagellum, menutup sel membran luar sel. Isyarat cytoplasm silia bergerak dalam fesyen yang diselaraskan untuk menggerakkan sel ke arah yang diperlukan untuk pergi. Seperti sebuah kumpulan perarakan, pergerakan harmonis mereka semua berjalan mengikut masa ke drummer yang sama. Individu, pergerakan cilium atau flagellum berfungsi seperti oar tunggal, melalui medium dalam stroke yang kuat untuk menggerakkan sel ke arah yang diperlukan untuk pergi.

Aktiviti ini boleh berlaku pada berpuluh-puluh pukulan sesaat, dan satu stroke mungkin melibatkan penyelarasan beribu-ribu silia. Di bawah mikroskop, anda dapat melihat seberapa cepat ciliate bertindak balas kepada halangan-halangan di persekitaran mereka dengan mengubah arah dengan cepat. Ahli biologi masih mempelajari bagaimana mereka bertindak balas dengan cepat dan masih belum menemui mekanisme komunikasi yang mana bahagian dalam sel memberitahu silia dan flagella bagaimana, kapan dan ke mana hendak pergi.

Sistem Pengangkutan Sel

Microtubules berfungsi sebagai sistem pengangkutan di dalam sel untuk memindahkan mitokondria, organel dan vesikel melalui sel. Sesetengah penyelidik merujuk kepada cara proses ini berfungsi dengan menyamakan microtubules sama dengan tali pinggang penghantar, sementara penyelidik lain merujuk kepada mereka sebagai sistem trek yang mana mitokondria, organel dan vesikel bergerak melalui sel.

Sebagai kilang-kilang tenaga di dalam sel, mitokondria adalah struktur atau organ-organ kecil di mana penghasilan pernafasan dan tenaga berlaku - kedua-dua proses biokimia. Organel terdiri daripada pelbagai struktur kecil, tetapi khusus dalam sel, masing-masing dengan fungsi mereka sendiri. Vesikel adalah struktur kecil seperti kantung yang mungkin mengandungi cecair atau bahan lain seperti udara. Vesikel terbentuk dari membran plasma, mencubit untuk membentuk kantung seperti sfera yang dilampirkan oleh lipid bilayer.

Dua Kumpulan Utama Microtubule Motors

Pembinaan microtubules seperti manik berfungsi sebagai tali pinggang penghantar, trek atau lebuh raya untuk mengangkut vesikel, organel dan unsur lain dalam sel ke tempat yang mereka perlukan untuk pergi. Motor mikrotubula dalam sel eukariotik termasuk kinesin, yang bergerak ke ujung mikrotubule - hujung yang tumbuh - dan dyneins yang bergerak ke arah yang bertentangan atau tolak dimana microtubule melekat pada membran plasma.

Sebagai "motor" protein, kinesin bergerak organel, mitokondria dan vesikel sepanjang filamen mikrotubula melalui kuasa hidrolisis mata wang tenaga sel, adenosine triphosphate atau ATP. Protein motor yang lain, dynein, mengarahkan struktur ini ke arah yang bertentangan di sepanjang filamen mikrotubule ke arah hujung tolak sel dengan menukar tenaga kimia yang disimpan dalam ATP. Kedua-dua kinesin dan dynein adalah motor protein yang digunakan semasa pembahagian sel.

Kajian terbaru menunjukkan bahawa apabila protein dynein berjalan ke hujung bahagian bawah mikrotubule, mereka berkumpul di sana dan bukannya jatuh. Mereka melintasi rentang untuk menyambung ke microtubule lain untuk membentuk apa yang ahli saintis memanggil "asters," yang difikirkan oleh para saintis sebagai proses penting dalam pembentukan spindle mitotik dengan mendaurkan beberapa microtubules ke dalam satu konfigurasi tunggal.

Spindle mitosis adalah struktur molekul "berbentuk bola sepak" yang menyeret kromosom ke arah yang bertentangan tepat sebelum sel membelah untuk membentuk dua sel anak perempuan.

Kajian masih diteruskan

Kajian tentang kehidupan selular telah berlaku sejak penciptaan mikroskop pertama pada bahagian akhir abad ke-16, tetapi hanya dalam beberapa dekade yang lalu bahawa kemajuan telah berlaku dalam biologi selular. Sebagai contoh, para penyelidik hanya menemui protein motor kinesin-1 pada tahun 1985 dengan menggunakan mikroskop cahaya yang dipertingkatkan video.

Sehingga titik itu, protein motor wujud sebagai kelas molekul misteri yang tidak diketahui oleh penyelidik. Apabila perkembangan teknologi maju, dan kajian berterusan, penyelidik berharap untuk menyelidiki jauh ke dalam sel untuk mengetahui segala-galanya yang mereka mungkin dapat belajar tentang bagaimana kerja dalam sel berfungsi dengan lancar.