Η λειτουργία των μικροσωληνίσκων:φυτικά και ζωικά κύτταρα
Λειτουργία μικροσωληνίσκων ως μικροί, διασυνδεδεμένοι σωλήνες πολυμερών που αποτελούν μέρος του κυτταροσκελετού σε ευκαρυωτικά κύτταρα και ορισμένα προκαρυωτικά κύτταρα. Οι μικροσωληνίσκοι είναι ευέλικτες κυτταρικές δομές που εξυπηρετούν πολλές λειτουργίες. Μια κύρια λειτουργία των μικροσωληνίσκων είναι να δίνουν στο κύτταρο το σχήμα και τη δομή του, όπως ακριβώς οι σκελετοί στους ανθρώπους δίνουν το σχήμα και τη δομή του σώματος.
Μια άλλη κύρια λειτουργία των μικροσωληνίσκων είναι να βοηθούν στη διακυτταρική μεταφορά. Οι μικροσωληνίσκοι αποτελούν σαφώς καθορισμένες διαδρομές για την κίνηση των κυτταρικών πόρων και έτσι λειτουργούν όπως οι αυτοκινητόδρομοι του κυττάρου. δρόμοι που συνδέουν τις διάφορες περιοχές μεταξύ τους και παρέχουν ένα μέσο για να ταξιδέψετε από τη μια περιοχή στην άλλη. Οι μικροσωληνίσκοι, μαζί με τα μικρονημάτια, σχηματίζουν τον κυτταροσκελετό του κυττάρου. Οι μικροσωληνίσκοι παίζουν επίσης ρόλο στη μείωση και τη μίτωση καθώς είναι τα κύρια συστατικά του μηχανισμού που απομακρύνει τα χρωμοσώματα για κυτταρική διαίρεση.
Οι μικροσωληνίσκοι ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 1964 από τους Αμερικανούς και Καναδο-Αμερικανούς βιολόγους Myron Ledbetter και Keith Porter. Σε ένα διάσημο και ευρέως διαδεδομένο άρθρο, οι Ledbetter και Porter περιέγραψαν την παρατήρηση δομών που μοιάζουν με ίνες διαμέτρου 25 nm σε φυτικά κύτταρα. Ο Ledbetter και ο Porter προσδιόρισαν αμέσως ότι είχαν ανακαλύψει ένα νέο οργανίδιο, και ορθώς υπέθεσαν ότι οι μικροσωληνίσκοι ήταν η ίδια δομή που βρέθηκε στις μιτωτικές ατράκτους. Οι μεταγενέστερες εργασίες έριξαν φως στον ρόλο των μικροσωληνίσκων σε μια σειρά διεργασιών, όπως η κυτταρική κίνηση, η κατασκευή βλεφαρίδων και μαστιγίων, η εμβρυϊκή ανάπτυξη και η γονιδιακή έκφραση.
Σύνθεση/Δομή Μικροσωληνίσκων
Οι μικροσωληνίσκοι είναι κοίλες κυλινδρικές δομές που αποτελούνται από δύο τύπους πρωτεϊνών, την α- και τη β-τουμπουλίνη. Τα διμερή α- και β-τουμπουλίνης συνδέονται για μακριές αλυσίδες πολυμερών που στη συνέχεια στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο για να σχηματίσουν τον σωλήνα. Το εσωτερικό του σωλήνα αναφέρεται ως αυλός. Οι μικροσωληνίσκοι έχουν μια ηλεκτρική πολικότητα που είναι απαραίτητη για τη λειτουργία τους. Όταν σχηματίζονται μικροσωληνίσκοι, η α- και η β-τουμπουλίνη σε κάθε διμερές έρχονται σε επαφή. Έτσι, σε πλήρως σχηματισμένους μικροσωληνίσκους, το ένα άκρο έχει εκτεθειμένη α-τουμπουλίνη και το άλλο άκρο έχει εκτεθειμένη β-τουμπουλίνη, που προσδιορίζεται ως άκρα (−) και (+), αντίστοιχα. Η πολικότητα σε κάθε μικροσωληνίσκο επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο το συσσωμάτωμα, σχηματίζοντας μια δομή ψευδοέλικας Κάθε «δακτύλιος» της ελικοειδούς δομής αποτελείται από περίπου 13 διμερή.
Τα ζωικά κύτταρα είναι μοναδικά στο ότι περιέχουν ειδικά οργανίδια για την κατασκευή και τη συντήρηση μικροσωληνίσκων, οργανίδια γνωστά ως κεντρόλια. Δύο ή περισσότερα κεντρόλια θα συγκεντρωθούν κάθετα μεταξύ τους. Ουσιαστικά, τα δύο συγκεντρωτικά κεντρόλια λειτουργούν ως άγκυρες για την υπόλοιπη δομή των μικροσωληνίσκων του κυττάρου. Τα κεντρόλια βρίσκονται κοντά στο κέντρο του κυττάρου και οι προσαρτημένοι μικροσωληνίσκοι ακτινοβολούν προς τα έξω, με το (+) άκρο να κοιτάζει προς το εξωτερικό του κυττάρου. Τα ζωικά κύτταρα περιέχουν επίσης μια ειδική πρωτεΐνη τουμπουλίνης, τη γ-τουμπουλίνη που καλύπτει το (−) άκρο της δομής και χρησιμεύει για την αγκύρωση των μικροσωληνίσκων στα κεντρόλια. Τα φυτικά κύτταρα, από την άλλη πλευρά, στερούνται κεντρολίλων και βασίζονται σε άλλες μεθόδους για να οργανώσουν τους μικροσωληνίσκους τους. Ορισμένα φυτικά κύτταρα, για παράδειγμα, θα χρησιμοποιήσουν το πυρηνικό περίβλημα για να αγκυρώσουν μικροσωληνίσκους. Δεδομένου ότι τα φυτικά κύτταρα έχουν σχετικά παχιά κυτταρικά τοιχώματα και μεγάλα κεντρικά κενοτόπια που ασκούν πίεση στρέψης, τα φυτικά κύτταρα έχουν λιγότερη ανάγκη για μικροσωληνίσκους για να δώσουν το σχήμα και τη δομή του κυττάρου.
Οι μικροσωληνίσκοι είναι πολύ δυναμικά ασταθείς, που σημαίνει ότι αλλάζουν συχνά σχήμα, θέση, διασπώνται και αποδομούνται. Οι περισσότεροι μικροσωληνίσκοι έχουν χρόνο ημιζωής μόνο λεπτών και η παραγωγή μικροσωληνίσκων είναι σταθερή. Η εξαιρετικά ευέλικτη φύση των μικροσωληνίσκων τους καθιστά απαραίτητους για την κυτταρική αναπαραγωγή, κατά την οποία ολόκληρα δίκτυα μικροσωληνίσκων αναδημιουργούνται ή αναδιατάσσονται. Είναι ενδιαφέρον ότι το κύτταρο χρησιμοποιεί αυτές τις ιδιότητες ταχείας σχηματισμού και ταχείας αποσύνθεσης των μικροσωληνίσκων για να «ανιχνεύσει» το τρισδιάστατο εσωτερικό του.
Λειτουργίες μικροσωληνίσκων
Μία από τις κύριες λειτουργίες των μικροσωληνίσκων είναι να διευκολύνουν τη διακυτταρική μεταφορά πόρων/αποβλήτων/εκκρίσεων. Οι μικροσωληνίσκοι διευκολύνουν την κυτταρική μεταφορά μέσω της δραστηριότητας κινητικών πρωτεϊνών , πρωτεΐνες που συνδέονται με τη δομή του πολυμερούς του μικροσωληνίσκου. Πρωτεΐνες κινητήρα, όπως η κινεσίνη, συνδέονται με διμερή τουμπουλίνης και στη μεμβράνη ενός κυστιδίου που περιέχει οποιοδήποτε υλικό προς μεταφορά. Η υδρόλυση ATP παράγει ενέργεια με τη μορφή μηχανικής εργασίας, η οποία «βαδίζει» την πρωτεΐνη του κινητήρα στους μικροσωληνίσκους. Ως απλή αναλογία, ο μικροσωληνίσκος είναι σαν τις γραμμές του τρένου και η πρωτεΐνη του κινητήρα είναι το καρότσι που μεταφέρει τα εμπορεύματα. Το καρότσι ακολουθεί τις γραμμές του τρένου στον επιθυμητό προορισμό.
Μια άλλη σημαντική λειτουργία των μικροσωληνίσκων είναι ο διαχωρισμός των χρωμοσωμάτων κατά την κυτταρική αναπαραγωγή. Κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, μια δομή γνωστή ως μιτωτική άτρακτος σχηματίζεται από 3 είδη μικροσωληνίσκων. Η άτρακτος είναι ουσιαστικά ένα μεγάλο δίκτυο μικροσωληνίσκων και άλλων πεπτιδίων που συνδέονται με τα χρωμοσώματα του κυττάρου. Οι κινητικές πρωτεΐνες Dynein προσκολλώνται σε κάθε άκρο της μιτωτικής ατράκτου και ασκούν μηχανική δύναμη προς την κατεύθυνση των κυτταρικών μεμβρανών. Η παραγόμενη δύναμη απομακρύνει τα χρωμοσώματα για να δημιουργήσει δύο ξεχωριστούς κυτταρικούς πυρήνες. Τα υπόλοιπα κομμάτια των νέων κυττάρων στη συνέχεια συντίθενται μέσω κυτταροκίνησης.
Η αποικοδόμηση των μικροσωληνίσκων συνδέεται σε μεγάλο βαθμό με νευροεκφυλιστικές ασθένειες, όπως το Αλτσχάιμερ και το Πάρκινσον. Οι πρωτεΐνες Tau που απαιτούνται για τη σταθεροποίηση και τη συντήρηση των μικροσωληνίσκων αρχίζουν να δυσλειτουργούν και η δομή των μικροσωληνίσκων των νευρώνων αρχίζει να υποβαθμίζεται. Χωρίς μεταφορά μικροσωληνίσκων, οι νευρώνες δεν είναι σε θέση να πάρουν τα υλικά που χρειάζονται για την επιβίωσή τους και πεθαίνουν. Οι τρέχουσες θεραπείες για τις νευροεκφυλιστικές ταυοπάθειες περιλαμβάνουν τη διέγερση δομικών στοιχείων μικροσωληνίσκων, όπως η α- και η β-τουμπουλίνη για την αντιμετώπιση της υποβάθμισης των δικτύων μικροσωληνίσκων.
Εκτός από το ότι δίνουν το σχήμα και τη δομή του κυττάρου, οι μικροσωληνίσκοι εμπλέκονται επίσης στην εμβρυϊκή ανάπτυξη χρησιμεύοντας ως «ικρίωμα» για τα αναπτυσσόμενα κύτταρα, στη λειτουργία των βακτηριακών μαστιγίων ως μέσο προώθησης ή μετακίνησης, και υπάρχουν ακόμη στοιχεία ότι οι μικροσωληνίσκοι μπορεί να παίζουν ρόλο στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. Συνολικά, αποτελούν ένα πολύ δυναμικό μέρος του ανθρώπινου κυττάρου, εξυπηρετώντας πολλές λειτουργίες σε πολλά διαφορετικά επίπεδα οργάνωσης.
