Mikrotubule

Mikrotubule są włóknami białkowymi, które mają strukturę rurkową i razem z aktyną i włóknami pośrednimi tworzą cytoszkielet komórek eukariotycznych. Stabilizują komórkę, a także uczestniczą w transportach i ruchach wewnątrz komórki.

Co to są mikrotubule?

Mikrotubule to polimery rurkowe, których struktury białkowe mają średnicę około 24 nm. Wraz z innymi włóknami tworzą cytoszkielet, który nadaje komórkom siłę i kształt. Ponadto odgrywają również istotną rolę w ruchu komórek i są również ważnymi elementami rzęsek, wici, centrioli i wrzecion jądrowych. Mikrotubule są również bardzo ważne w leczeniu raka. Niektóre składniki czynne, które mają wpływ na podział komórek nowotworowych, są już stosowane w postaci chemioterapeutyków lub cytostatyków.

Anatomia i budowa

Mikrotubule składają się z dimerów tubuliny alfa i beta (heterodimerów). Heterodimery to podjednostki mikrotubul, które są również znane jako protofilamenty. Protofilamenty tworzą wydrążone ciało w postaci spirali, nakładając się na siebie, mając tylko jednostki alfa-tubuliny na jednym końcu i tylko podjednostki beta-tubuliny na drugim końcu. Tubulina alfa i beta mają właściwość wiązania 1 cząsteczki GTP. GTP jest nieodwracalnie związany z alfa-tubuliną.

Heterodimery są korzystnie zlokalizowane na końcu dodatnim, więc mikrotubula rośnie w tym kierunku, podczas gdy koniec ujemny tworzy stronę stabilną. Mikrotubula ma długość od jednego mikrometra do kilkuset mikrometrów. Mikrotubule są ułożone jako singlet, dublet lub triplet. Włókna zwykle pochodzą z centrum organizującego mikrotubule, w tym na przykład z centrioli lub ciał podstawowych. Ponadto rozróżnia się dwie różne populacje: dynamiczne, krótkotrwałe i stabilne, długowieczne mikrotubule. Stabilne mikrotubule stanowią szkielet wici, rzęsek i centrioli.

Długowieczne mikrotubule występują również w aksonach neuronów lub we wici plemników. Tam zapewniają elastyczność, stabilność i mobilność. Dynamiczne mikrotubule można również znaleźć tam, gdzie wymagana jest szybka rekonstrukcja. Ponadto zapewniają dystrybucję chromosomów w komórkach potomnych. Mikrotubule są naprzemiennie budowane lub rozkładane, przy czym narastanie i rozpad mają miejsce głównie na końcu dodatnim. Mikrotubula rośnie, dopóki nie ma już wystarczającej liczby heterodimerów.

Następnie rozpoczyna się depolimeryzacja, podczas której stężenie tubuliny ponownie wzrasta i rozpoczyna się nowy wzrost. Depolimeryzacji lub polimeryzacji zapobiegają różne substancje, które są stosowane w leczeniu chorób.

Funkcja i zadania

Mikrotubule mają wielofunkcyjne zadania. Wpływają na ułożenie chromosomów i ruch pęcherzyków, które działają jak system szyn. Aktywność pęcherzyków jest warunkiem wstępnym transportu białek silnikowych. Transport odbywa się za pośrednictwem białek kinezyny i dyneiny, które znajdują się na powierzchni pęcherzyka. Pęcherzyki pokryte dyneiną transportowane są od plusa do końca, podczas gdy pęcherzyki pokryte kinezyną transportowane są w przeciwnym kierunku.

Jeśli gromadzą się pojedyncze mikrotubule, powstają złożone struktury. Należą do nich centriole i ciała podstawowe. Centriole składają się z dziewięciu trojaczków mikrotubul, które składają się z dwóch niekompletnych i jednej pełnej mikrotubuli. Ciała podstawowe mają taką samą strukturę jak centriole. Znajdują się pod powierzchnią komórki i mają za zadanie zakotwiczenie wici i rzęsek. Kinocilia składa się z centralnej pary mikrotubul i dziewięciu dubletów mikrotubul. Kinocilia zachodzi głównie na komórkach nabłonka i transportuje małe cząsteczki na powierzchni komórki. Rzęski składają się z błony komórkowej i znajdują się na powierzchni komórek eukariotycznych.

Ich środek składa się ze stabilnych mikrotubul ułożonych w wiązkę. Rzęski są odpowiedzialne za ruch płynu po powierzchni komórki. Na przykład niektóre pierwotniaki wykorzystują je do zbierania cząstek jedzenia. Wiele rzęsek znajduje się na komórkach nabłonka, gdzie transportują warstwy śluzu z martwymi komórkami lub cząstkami kurzu do gardła, aby można je było później wydalić.

Ponadto rzęski wytwarzają prąd na ścianie jajowodu, dzięki czemu komórki jajowe mogą być transportowane przez jajowód. Wici (wici) mają taką samą strukturę jak rzęski kinowe, ale są znacznie dłuższe i służą do poruszania się komórek. Obejmuje to na przykład ruch plemników i transport pierwotniaków.

Tutaj znajdziesz swoje leki

Choroby

W pierwotnej dysplazji rzęsek kinocilia jest wadliwa, a liczba cząsteczek dyneiny jest zmniejszona. Pierwotna dysplazja rzęsek jest bardzo rzadkim zaburzeniem dziedzicznym, w którym mechanizm transportu przenoszący wdychane bakterie i cząsteczki nie działa prawidłowo. W rezultacie brakuje ruchu kinocilii lub jest on bardzo nieskoordynowany.

Z tego powodu cząsteczki brudu nie mogą być odpowiednio odprowadzane wraz ze śluzem oskrzelowym lub wydzieliną zatok przynosowych, co prowadzi do rozstrzeni oskrzeli (nieodwracalne rozszerzenie oskrzeli), przewlekłego zapalenia oskrzeli lub przewlekłego zapalenia zatok. Jeśli bicie wici plemników u mężczyzn jest zaburzone, pojawia się bezpłodność. W kontekście choroby Alzheimera zmienione mikrotubule znajdują się w mózgu pacjenta. W tej chorobie enzym MARK2 wpływa na białko tau. W normalnych komórkach tau wiąże się z mikrotubulami, co je stabilizuje. Jednak gdy MARK2 działa na tau, dochodzi do niestabilności cytoszkieletu i zaburzeń w układzie transportu komórek, co jest jedną z cech charakterystycznych choroby Alzheimera.