Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Κύριες λειτουργίες των μικροσωληνίσκων μέσα στο κύτταρο
- Τι είναι: συστατικά μικροσωληνίσκων και κατασκευή
- Μικροσωληνάρια και κυτταροσκελετά κυττάρων
- Μικροσωληνίσκοι και δυναμική αστάθεια
- Μικροσωληνίσκοι, κυτταρική διαίρεση και μιτωτική ατράκτου
- Μικροσωληνίσκοι δίνουν τη δομή της Cilia και Flagellum
- Cilia και Flagellum Κίνηση
- Το Σύστημα Μεταφοράς Κυττάρων
- Δύο κύριες ομάδες μοτέρ μικροσωληνίσκων
- Οι μελέτες συνεχίζονται
Οι μικροσωληνίσκοι είναι ακριβώς πώς ακούγονται: μικροσκοπικοί κοίλοι σωλήνες που βρίσκονται μέσα σε ευκαρυωτικά κύτταρα και μερικά κύτταρα προκαρυωτικών βακτηρίων που παρέχουν λειτουργίες δομής και κινητήρα για το κύτταρο. Οι σπουδαστές βιολογίας μαθαίνουν κατά τη διάρκεια των σπουδών τους ότι υπάρχουν μόνο δύο τύποι κυττάρων: προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά.
Τα προκαρυωτικά κύτταρα συνθέτουν τους μονοκύτταρους οργανισμούς που βρίσκονται στα πεδία των Αρχαίων και Βακτηρίων κάτω από το σύστημα ταξινόμησης Linnaean, ένα σύστημα βιολογικής ταξινόμησης όλης της ζωής, ενώ τα ευκαρυωτικά κύτταρα εμπίπτουν στην περιοχή Eukarya, η οποία εποπτεύει τα βασίλεια protist, φυτών, ζώων και μυκήτων . Το βασίλειο της Monera αναφέρεται σε βακτήρια. Οι μικροσωληνίσκοι συμβάλλουν σε πολλαπλές λειτουργίες εντός του κυττάρου, όλες οι οποίες είναι σημαντικές για την κυτταρική ζωή.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Οι μικροσωληνίσκοι είναι μικροσκοπικές, κοίλες σωληνοειδείς δομές που μοιάζουν με σφαιρίδια και βοηθούν τα κύτταρα να διατηρούν το σχήμα τους. Μαζί με μικροϊνίδια και ενδιάμεσα νημάτια, σχηματίζουν τον κυτταροσκελετό του κυττάρου, καθώς και συμμετέχουν σε μια ποικιλία κινητικών λειτουργιών για το κύτταρο.
Κύριες λειτουργίες των μικροσωληνίσκων μέσα στο κύτταρο
Ως μέρος του κυτταροσκελετού του κυττάρου, τα μικροσωληνάρια συμβάλλουν:
Τι είναι: συστατικά μικροσωληνίσκων και κατασκευή
Οι μικροσωληνίσκοι είναι μικρές, κοίλες, σωληνωτούς σωλήνες ή σωλήνες με τοιχώματα κατασκευασμένα σε έναν κύκλο από 13 πρωτόνια που αποτελούνται από πολυμερή τουμπουλίνης και σφαιροειδούς πρωτεΐνης. Οι μικροσωληνίσκοι μοιάζουν με μικροσκοπικές εκδόσεις των παγιδευμένων κινεζικών παγίδων δακτύλων. Οι μικροσωληνίσκοι μπορούν να αναπτυχθούν 1.000 φορές όσο τα πλάτη τους. Κατασκευασμένα από τη συναρμολόγηση των διμερών - ένα μόνο μόριο ή δύο ταυτόσημα μόρια που συνδέονται μεταξύ τους με άλφα και βήτα τουμπουλίνη υπάρχουν μικροσωληνίστες τόσο σε φυτικά όσο και σε ζωικά κύτταρα.
Στα φυτικά κύτταρα, οι μικροσωληνίσκοι σχηματίζονται σε πολλές θέσεις μέσα στο κύτταρο, αλλά σε ζωικά κύτταρα, οι μικροσωληνίσκοι αρχίζουν στο κεντρόσωμα, ένα οργανίδιο κοντά στον πυρήνα του κυττάρου που συμμετέχει επίσης στην κυτταρική διαίρεση. Το άκρο μείον αντιπροσωπεύει το συνημμένο άκρο του μικροσωληνίσκου ενώ το αντίθετο είναι το άκρο συν. Ο μικροσωληνίσκος αναπτύσσεται στο άκρο συν μέσω του πολυμερισμού των διμερών τουμπουλίνης και οι μικροσωληνίσκοι συρρικνώνονται με την απελευθέρωσή τους.
Οι μικροσωληνίσκοι δίνουν δομή στο κύτταρο για να τον βοηθήσουν να αντισταθεί στην συμπίεση και να παράσχει έναν αυτοκινητόδρομο στον οποίο κυψέλες (δομές που μοιάζουν με σάκους που μεταφέρουν πρωτεΐνες και άλλα φορτία) κινούνται διαμέσου του κυττάρου. Οι μικροσωληνίσκοι επίσης διαχωρίζουν τα αναπαραγόμενα χρωμοσώματα στα αντίθετα άκρα ενός κυττάρου κατά τη διάρκεια της διαίρεσης. Αυτές οι δομές μπορούν να λειτουργήσουν μόνοι ή σε συνδυασμό με άλλα στοιχεία του κυττάρου για να σχηματίσουν πιο περίπλοκες δομές όπως centrioles, cilia ή flagella.
Με διάμετρο μόλις 25 νανομέτρων, οι μικροσωληνίσκοι συχνά διαλύονται και μεταμορφώνονται τόσο γρήγορα όσο το κύτταρο τις χρειάζεται. Ο χρόνος ημίσειας ζωής της τουμπουλίνης είναι μόνο περίπου μία ημέρα, αλλά ένας μικροσωληνίσκος μπορεί να υπάρχει μόνο για 10 λεπτά, καθώς βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση αστάθειας. Αυτός ο τύπος αστάθειας ονομάζεται δυναμική αστάθεια και οι μικροσωληνίσκοι μπορούν να συναρμολογηθούν και να αποσυναρμολογηθούν ανταποκρινόμενοι στις ανάγκες των κυττάρων.
Μικροσωληνάρια και κυτταροσκελετά κυττάρων
Τα συστατικά που συνθέτουν τον κυτταροσκελεμό περιλαμβάνουν στοιχεία κατασκευασμένα από τρεις διαφορετικούς τύπους πρωτεϊνών - μικροϊνών, ενδιάμεσων νηματίων και μικροσωληναρίων. Οι στενότερες από αυτές τις πρωτεϊνικές δομές περιλαμβάνουν μικροϊντίνες, που συχνά συνδέονται με μυοσίνη, ένα σχηματισμό πρωτεϊνών που μοιάζει με νήμα και συμβάλλει στη σύσπαση των μυϊκών κυττάρων και στην παροχή πρωτεΐνης ακτίνης (μακριές, λεπτές ίνες που ονομάζονται επίσης "λεπτά" νήματα) δυσκαμψία και σχήμα στο κελί.
Μικροεμφυτεύματα, μικρές ραβδοειδείς δομές με μέση διάμετρο μεταξύ 4 έως 7 nm, συμβάλλουν επίσης στην κυτταρική κίνηση εκτός από την εργασία που επιτελούν στον κυτταροσκελετό. Τα ενδιάμεσα νημάτια, κατά μέσο όρο διαμέτρου 10 nm, δρουν σαν συσφίξεις με τη στερέωση των οργανικών κυττάρων και του πυρήνα. Βοηθούν επίσης το κύτταρο να αντέξει την ένταση.
Μικροσωληνίσκοι και δυναμική αστάθεια
Οι μικροσωληνίσκοι μπορεί να φαίνονται εντελώς σταθεροί, αλλά βρίσκονται σε συνεχή ροή. Σε οποιαδήποτε στιγμή, ομάδες μικροσωληνίσκων μπορεί να βρίσκονται στη διαδικασία της διάλυσης, ενώ άλλες μπορεί να βρίσκονται σε διαδικασία ανάπτυξης. Καθώς αναπτύσσεται ο μικροσωληνίσκος, τα ετεροδιμερή (μια πρωτεΐνη που αποτελείται από δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες) παρέχουν καλύμματα στο άκρο του μικροσωληνίσκου, τα οποία βγαίνουν όταν συρρικνώνονται για χρήση ξανά. Η δυναμική αστάθεια των μικροσωληνίσκων θεωρείται σταθερή κατάσταση, σε αντίθεση με μια πραγματική ισορροπία, επειδή έχει εγγενή αστάθεια - κινούμενη μέσα και έξω από τη μορφή.
Μικροσωληνίσκοι, κυτταρική διαίρεση και μιτωτική ατράκτου
Η διαίρεση των κυττάρων δεν είναι μόνο σημαντική για την αναπαραγωγή της ζωής, αλλά και για τη δημιουργία νέων κυττάρων από παλιά. Οι μικροσωληνίσκοι διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην κυτταρική διαίρεση συμβάλλοντας στον σχηματισμό της μιτωτικής ατράκτου, η οποία παίζει ένα ρόλο στη μετανάστευση των διπλών χρωμοσωμάτων κατά την αναφάση. Ως «μακρομοριακή μηχανή», ο μιτωτικός άξονας διαχωρίζει τα αντιγραφόμενα χρωμοσώματα σε αντίθετες πλευρές όταν δημιουργούν δύο θυγατρικά κύτταρα.
Η πολικότητα των μικροσωληνίσκων, με το συνημμένο άκρο να είναι μείον και το κυμαινόμενο άκρο να είναι θετικό, το καθιστά κρίσιμο και δυναμικό στοιχείο για την διπολική ομαδοποίηση του άξονα και τον σκοπό. Οι δύο πόλοι της ατράκτου, που κατασκευάζονται από δομές μικροσωληνίσκων, βοηθούν στην απομόνωση και διαχωρισμό των διπλών χρωμοσωμάτων αξιόπιστα.
Μικροσωληνίσκοι δίνουν τη δομή της Cilia και Flagellum
Οι μικροσωληνίσκοι συμβάλλουν επίσης στα τμήματα του κυττάρου που το βοηθούν να κινηθούν και είναι δομικά στοιχεία των κροσσών, των κεντρώων και των μαστιγίων. Το αρσενικό κύτταρο σπέρματος για παράδειγμα, έχει μια μακρά ουρά που τον βοηθά να φτάσει στον επιθυμητό προορισμό του, το θηλυκό ωάριο. Ονομάζεται flagellum (ο πληθυντικός είναι flagella), ότι η μακριά ουρά που μοιάζει με νήμα εκτείνεται από το εξωτερικό της μεμβράνης του πλάσματος για να τροφοδοτήσει την κίνηση των κυττάρων. Τα περισσότερα κύτταρα - σε κύτταρα που τα έχουν - γενικά έχουν ένα έως δύο flagella. Όταν υπάρχουν κυλινδρικές κυψελίδες, πολλές από αυτές εξαπλώνονται κατά μήκος της πλήρους επιφάνειας της εξωτερικής μεμβράνης πλάσματος των κυττάρων.
Τα κελύφη στα κύτταρα που ευθυγραμμίζουν με θηλυκούς οργανισμούς Φαλλοπειροί σωλήνες, για παράδειγμα, βοηθούν να μετακινήσετε το ωάριο στην μοιραία συνάντησή του με το κύτταρο σπέρματος στο ταξίδι του στη μήτρα. Τα μαστίγια και οι βλεφαρίδες των ευκαρυωτικών κυττάρων δεν είναι τα ίδια δομικά με αυτά που βρίσκονται στα προκαρυωτικά κύτταρα. Χτισμένο με τα ίδια με μικροσωληνίσκους, οι βιολόγοι αποκαλούν τη διάταξη των μικροσωληνίσκων μια συστοιχία "9 + 2" επειδή ένα μαστίγιο ή ένα κελί αποτελείται από εννέα ζεύγη μικροσωληνίσκων σε ένα δακτύλιο που περιβάλλει ένα δίδυμο μικροσωληνίσκων στο κέντρο.
Οι λειτουργίες των μικροσωληνίσκων απαιτούν πρωτεΐνες τουμπουλίνης, θέσεις αγκυροβόλησης και κέντρα συντονισμού ενζύμων και άλλων χημικών δραστηριοτήτων εντός του κυττάρου. Στα σπυράκια και τα μαστίγια, η τουμπουλίνη συμβάλλει στην κεντρική δομή του μικροσωληνίσκου, η οποία περιλαμβάνει συνεισφορές από άλλες δομές όπως βραχίονες dynein, συνδέσεις nexin και ακτινικές ακτίνες. Αυτά τα στοιχεία επιτρέπουν την επικοινωνία μεταξύ των μικροσωληναρίων, κρατώντας τα μαζί με τρόπο που είναι παρόμοιος με το πώς οι ακτίνες ακτίνης και μυοσίνης μετακινούνται κατά τη διάρκεια της συστολής των μυών.
Cilia και Flagellum Κίνηση
Ακόμα κι αν και τα δύο cilia και flagellum αποτελούνται από δομές μικροσωληνίσκων, οι τρόποι με τους οποίους κινούνται είναι διακριτικά διαφορετικοί. Ένα μοναδικό μαστίγιο προωθεί το κύτταρο πολύ με τον ίδιο τρόπο που μια ουρά των ψαριών κινεί ένα ψάρι προς τα εμπρός, σε μια κίνηση που μοιάζει σαν μαστίγιο.Ένα ζευγάρι μαστιγίων μπορεί να συγχρονίσει τις κινήσεις τους για να προωθήσει την κυψέλη προς τα εμπρός, όπως ο τρόπος με τον οποίο οι βραχίονες των κολυμβητών λειτουργούν όταν κολυμπούν το κτύπημα του μαστού.
Οι βλεφαρίδες, πολύ μικρότερες από τις φαλλούγγες, καλύπτουν την εξωτερική μεμβράνη του κυττάρου. Το κυτταρόπλασμα σηματοδοτεί την περιστροφή των κινουμένων σχεδίων με συντονισμένο τρόπο για να ωθήσει το κύτταρο προς την κατεύθυνση που πρέπει να ακολουθήσει. Όπως μια πομπή μπάντα, οι εναρμονισμένες κινήσεις τους όλα βήμα στο χρόνο στον ίδιο ντράμερ. Μεμονωμένα, μια κίνηση κώνου ή μαστιγίου λειτουργεί όπως αυτή ενός κουπιού, περνώντας μέσα από το μέσο σε ένα ισχυρό εγκεφαλικό επεισόδιο για να ωθήσει το κελί προς την κατεύθυνση που χρειάζεται να πάει.
Αυτή η δραστηριότητα μπορεί να συμβεί σε δεκάδες εγκεφαλικά επεισόδια ανά δευτερόλεπτο και ένα εγκεφαλικό επεισόδιο μπορεί να συνεπάγεται το συντονισμό χιλιάδων κροσσών. Κάτω από το μικροσκόπιο, μπορείτε να δείτε πόσο γρήγορα οι πηλοί ανταποκρίνονται στα εμπόδια στο περιβάλλον τους αλλάζοντας γρήγορα τις οδηγίες. Οι βιολόγοι εξακολουθούν να μελετούν τον τρόπο με τον οποίο αντιδρούν τόσο γρήγορα και δεν έχουν ακόμη ανακαλύψει τον μηχανισμό επικοινωνίας με τον οποίο τα εσωτερικά μέρη του κελύφους λένε στα σπυράκια και τα μαστιγιά πώς, πότε και πού να πάει.
Το Σύστημα Μεταφοράς Κυττάρων
Οι μικροσωληνίσκοι χρησιμεύουν ως το σύστημα μεταφοράς μέσα στο κύτταρο για να μετακινήσουν τα μιτοχόνδρια, τα οργανίδια και τα κυστίδια μέσα από το κύτταρο. Κάποιοι ερευνητές αναφέρουν τον τρόπο με τον οποίο η διαδικασία αυτή λειτουργεί με την ομοιομορφία των μικροσωματιδίων που προσομοιάζουν με τους μεταφορικούς ιμάντες, ενώ άλλοι ερευνητές αναφέρονται σε αυτά ως σύστημα τροχιάς με το οποίο τα μιτοχόνδρια, τα οργανίδια και τα κυστίδια κινούνται μέσα στο κύτταρο.
Ως ενεργειακά εργοστάσια στο κύτταρο, τα μιτοχόνδρια είναι δομές ή μικρά όργανα στα οποία συμβαίνουν αναπνοή και παραγωγή ενέργειας - και οι δύο βιοχημικές διεργασίες. Το Organelles αποτελείται από πολλές μικρές, αλλά εξειδικευμένες δομές μέσα στο κελί, το καθένα με τις δικές του λειτουργίες. Τα φυσαλίδες είναι μικρές δομές τύπου σάκου που μπορεί να περιέχουν υγρά ή άλλες ουσίες όπως ο αέρας. Τα κυστίδια σχηματίζονται από τη μεμβράνη του πλάσματος, απομακρύνονται για να δημιουργήσουν ένα σφαιροειδές σάκο που περικλείεται από μια λιπιδική διπλοστοιβάδα.
Δύο κύριες ομάδες μοτέρ μικροσωληνίσκων
Η κατασκευή των μικροσωληνίσκων τύπου σφαιριδίων χρησιμεύει ως μεταφορικός ιμάντας, τροχιά ή αυτοκινητόδρομος για τη μεταφορά κυστιδίων, οργανιδίων και άλλων στοιχείων μέσα στο κελί στα σημεία που πρέπει να πάνε. Οι κινητήρες μικροσωληνίσκων σε ευκαρυωτικά κύτταρα περιλαμβάνουν κινασίνες, τα οποία κινούνται στο συν το τέλος του μικροσωληνίσκου - το τέλος που μεγαλώνει - και δισενίνες που μετακινούνται προς το αντίθετο ή μείον άκρο όπου το μικροσωληνές συνδέεται με τη μεμβράνη πλάσματος.
Ως κινητικές πρωτεΐνες οι κινεσίνες κινούν οργανίδια, μιτοχόνδρια και κυστίδια κατά μήκος των νηματίων μικροσωληνίσκων μέσω της ισχύος της υδρόλυσης του ενεργειακού νομίσματος του κυττάρου, της τριφωσφορικής αδενοσίνης ή της ΑΤΡ. Η άλλη πρωτεΐνη του κινητήρα, η δυνίνη, περπατά αυτές τις δομές στην αντίθετη κατεύθυνση κατά μήκος νηματίων μικροσωληνίσκων προς το μείον άκρο του κυττάρου με μετατροπή της χημικής ενέργειας που αποθηκεύεται σε ΑΤΡ. Και οι δύο κινεσίνες και οι δινεϊνες είναι οι πρωτεϊνικοί κινητήρες που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης.
Πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι όταν οι πρωτείνες δυνίνης βαδίζουν στο τέλος της μείον πλευράς του μικροσωληνίσκου, συναθροίζονται εκεί αντί να πέσουν. Πήραν σε όλη την έκταση για να συνδεθούν με ένα άλλο μικροσωληνίσκο για να σχηματίσουν αυτό που ορισμένοι επιστήμονες αποκαλούν "αστέρες", που θεωρούν οι επιστήμονες ότι είναι μια σημαντική διαδικασία στο σχηματισμό της μιτωτικής ατράκτου, μεταμορφώνοντας τους πολλαπλούς μικροσωληνίσκους σε μια ενιαία διαμόρφωση.
Ο μιτωτικός άξονας είναι μια μοριακή δομή "ποδοσφαιρικού σχήματος" που σέρνει τα χρωμοσώματα στα αντίθετα άκρα ακριβώς πριν το κελί χωρίσει για να σχηματίσει δύο θυγατρικά κύτταρα.
Οι μελέτες συνεχίζονται
Η μελέτη της κυτταρικής ζωής συνεχίζεται από την εφεύρεση του πρώτου μικροσκοπίου στο τελευταίο μέρος του 16ου αιώνα, αλλά μόνο στις τελευταίες δεκαετίες σημειώθηκαν πρόοδοι στην κυτταρική βιολογία. Για παράδειγμα, οι ερευνητές ανακάλυψαν μόνο την κινητική πρωτεΐνη kinesin-1 το 1985 με τη χρήση ενός ενισχυμένου με βίντεο οπτικού μικροσκοπίου.
Μέχρι εκείνο το σημείο, οι πρωτεΐνες του κινητήρα υπήρξαν ως μία κλάση μυστηριωδών μορίων άγνωστων στους ερευνητές. Καθώς οι τεχνολογικές εξελίξεις προχωρούν και οι μελέτες συνεχίζονται, οι ερευνητές ελπίζουν να βυθιστούν βαθιά μέσα στην κυψέλη για να μάθουν ό, τι μπορούν να μάθουν για το πώς λειτουργούν οι εσωτερικές λειτουργίες του κυττάρου έτσι απρόσκοπτα.