Un grup separat de proteine din citoschelet este alcătuit din proteine microtubuli. Acestea includ tubulina, proteinele asociate cu microtubuli (MAP 1, MAP 2, MAP 4, tau etc.) și proteinele translocatoare (dineină, kinesină, dinamină). Microtubulii sunt structuri tubulare proteice cu un diametru de aproximativ 25 nm și o lungime de până la câteva zeci de micrometri; grosimea pereților lor este de aproximativ 6 nm. Ele sunt o componentă esențială a citoplasmei celulelor eucariote. Microtubulii formează un fus de diviziune (figura de acromatină) în mitoză și meioză, un axonem (structură centrală) a cililor și flagelilor mobili, un perete de centrioli și corpuri bazale. Microtubulii joacă un rol important, dacă nu cheie, în morfogeneza celulară și în unele tipuri de motilitate celulară.
Pereții microtubulilor sunt construiți din proteina tubulină, care reprezintă 90% din greutate. Tubulina este o proteină globulară care există ca un dimer al subunităților α și β cu o greutate moleculară de ~ 55 kDa. Microtubulul are forma unui cilindru gol, al cărui perete este format din lanțuri liniare de dimeri de tubulină, așa-numitele protofilamente. În protofilamente, subunitatea α a dimerului anterior este legată de subunitatea β a următorului. Dimerii din protofilamentele adiacente sunt deplasați unul față de celălalt, formând rânduri elicoidale. Secțiunea transversală prezintă 13 dimeri de tubulină, ceea ce corespunde la 13 protofilamente în
peretele microtubulului (fig. 9). Fiecare subunitate conține aproximativ 450 de aminoacizi și secvențele de aminoacizi ale subunităților sunt aproximativ 40% omoloage între ele. Tubulina este o proteină care leagă GTP, iar subunitatea β conține o moleculă GTP sau GDP legată labil, care se poate schimba cu GTP în soluție, iar subunitatea α conține o moleculă GTP strâns legată.
Orez. 9. Structura microtubulului.
Tubulina este capabilă de polimerizare spontană in vitro. O astfel de polimerizare este posibilă la temperaturi fiziologice și condiții ionice favorabile (absența ionilor de Ca2 +) și necesită doi factori: o concentrație mare de tubulină și prezența GTP. Polimerizarea este însoțită de hidroliza GTP, iar tubulina din microtubuli rămâne legată de HDF, în timp ce fosfatul anorganic este eliberat în soluție.
Polimerizarea tubulinei constă în două faze: nucleare și alungire. În timpul nucleării are loc formarea semințelor și în timpul
alungirea - alungirea lor cu formarea de microtubuli. Trebuie remarcat faptul că în timpul polimerizării tubulinei, subunitățile sunt adăugate numai la capetele microtubulilor.
Capetele opuse ale microtubulilor diferă în ritmul de creștere. Capătul cu creștere rapidă se numește de obicei capătul plus, iar capătul cu creștere lentă se numește capătul minus al microtubulului (vezi Fig. 9). Într-o celulă, (-) - capetele microtubulilor, de regulă, sunt asociate cu centrozomul, iar (+) - capetele sunt direcționate către periferie și ajung adesea chiar la marginea celulei.
Microtubulii sunt sensibili la instabilitate dinamică.
Cu o cantitate constantă de polimer, are loc creșterea spontană sau scurtarea microtubulilor individuali, până la dispariția lor completă. Datorită întârzierii hidrolizei GTP în raport cu inserția tubulinei, la capătul unui microtubul în procesul de creștere se formează un capac GTP, format din 9-18 molecule de tubulină GTP. Capacul GTP stabilizează capătul microtubulului și promovează creșterea ulterioară a acestuia. Dacă viteza de încorporare a noilor heterodimeri se dovedește a fi mai mică decât viteza de hidroliză a GTP sau în cazul ruperii mecanice a microtubulului, se formează un capăt lipsit de capacul GTP. Acest capăt are o afinitate redusă pentru noile molecule de tubulină; începe să-și dea seama.
Polimerizarea și depolimerizarea microtubulilor este indusă de schimbările de temperatură, condițiile ionice sau utilizarea agenților chimici speciali. Dintre substanțele care provoacă dezasamblarea ireversibilă, sunt folosiți pe scară largă alcaloizii indolici (colchicină, vinblastină, vincristină etc.).
PROTEINE ASOCIATE CU MICROTUBULUI
Proteinele asociate cu microtubuli sunt împărțite în două grupe: MAP structural (proteine asociate cu microtubuli) și proteine
translocatoare.
IDA structural
O proprietate comună a MAP-urilor structurale este asocierea lor permanentă cu microtubuli. O altă proprietate comună a acestui grup de proteine este că, spre deosebire de proteinele translocatoare, atunci când interacționează cu tubulina, toate se leagă de partea C-terminală a moleculei cu o dimensiune de aproximativ 4 kDa.
Există MAP 1 și MAP 2 cu greutate moleculară mare, proteine tau cu o greutate moleculară de aproximativ 60-70 kDa și MAP 4 sau MAP U cu o greutate moleculară de aproximativ 200 kDa.
Astfel, molecula MAP 1B (reprezentant al grupului de proteine MAP 1) este un complex stoichiometric de un lanț greu și două lanțuri ușoare; este o moleculă alungită în formă de tijă de 190 nm lungime cu un domeniu globular de 10 nm în diametru la unu. capăt (aparent, un loc de legare cu microtubuli); greutatea sa moleculară este de 255,5 kDa.
MAP 2 este o proteină termostabilă. Își păstrează capacitatea de a interacționa cu microtubulii și de a rămâne în compoziția lor în mai multe cicluri de asamblare-dezasamblare după încălzire la 90 ° C.
MAP-urile structurale sunt capabile să stimuleze inițierea și alungirea și să stabilizeze microtubulii pregătiți; coaseți microtubulii în mănunchiuri. Această cusătură implică α- scurtă
secvențe hidrofobe elicoidale la capătul N-terminal al MAP și tau, închizând moleculele MAP, așezate pe microtubuli adiacenți, ca un fermoar. Rolul biologic al unei astfel de reticulări poate fi acela de a stabiliza structurile formate de microtubuli din celulă.
Până în prezent, studiile experimentale au stabilit că, pe lângă reglarea dinamicii microtubulilor, MAP-urile structurale au încă două funcții principale: morfogeneza celulară și participarea la interacțiunea microtubulilor cu alte structuri intracelulare.
Proteinele translocatoare
O caracteristică distinctivă a acestui grup de proteine este capacitatea de a converti energia ATP într-o forță mecanică capabilă să miște particulele de-a lungul microtubulilor sau microtubulilor de-a lungul substratului. În consecință, translocatorii sunt ATPaze mecanochimice, iar activitatea lor ATPază este stimulată de microtubuli. Spre deosebire de MAP-urile structurale, translocatorii sunt asociați în microtubuli doar în momentul mișcării dependente de ATP.
Proteinele translocatoare sunt împărțite în două grupe: proteine asemănătoare kinezinei (mișcarea mediană de la (-) - capăt la (+) - capătul microtubulilor) și proteine asemănătoare dineinei (mișcare de la (+) - capăt la (-) - capătul microtubuli) (Fig. 10).
Kinesina este un tetramer din două lanțuri polipeptidice ușoare (62 kDa) și două grele (120 kDa). Moleculă de kinesină
are forma unei tije cu diametrul de 2-4 nm și lungimea de 80-100 nm cu două capete globulare la un capăt și o expansiune în formă de evantai la celălalt (fig. 11).
Orez. 10. Translocatori de proteine.
Există o secțiune de balama în mijlocul tijei. Fragmentul N-terminal al lanțului greu de aproximativ 50 kDa, care are activitate mecanochimică, se numește domeniul motor al kinezinei.
Orez. 11. Structura moleculei kinesinei.
Centrul celular este format din doi centrioli și o centrosferă. Centriolul se bazează pe nouă triplete de microtubuli situate în jurul circumferinței și formând un cilindru gol. Diametrul cilindrului centriol este de aproximativ 0,15-0,2 microni, lungimea este de la 0,3 la 0,5 microni. Unul dintre microtubulii fiecărui triplet (microtubul A) este format din 13 protofilamente, celelalte două (B și C) sunt reduse și conțin 11 protofilamente. Toți microtubulii tripletului sunt strâns adiacenți unul cu celălalt. Fiecare triplet este situat la un unghi de aproximativ 40 de grade în raport cu raza cilindrului de microtubuli pe care îl formează. Ca parte a centriolilor, microtubulii sunt legați prin punți proteice transversale sau mânere. Acestea din urmă pleacă de la microtubulul A și cu un capăt îndreptat spre centrul centriolului, celălalt spre microtubulul C al tripletului vecin.
Fiecare triplet centrioli din exterior este conectat cu corpuri proteice sferice - sateliți, din care microtubuli, formând centrosfera, diverg în hialoplasmă. În jurul fiecărui centriol se găsește o matrice fin-fibroasă, iar tripleții înșiși sunt scufundați într-un material amorf cu densitate moderată de electroni, numit manșon de centriol.
Există o pereche în celula de interfază(fiică și maternă) centriol, sau diplozom, care este mai des situat în apropierea complexului Golgi, lângă nucleu. În diplozom, axa longitudinală a centriolului fiică este îndreptată perpendicular pe axa longitudinală a celei materne. Fiica centriol, spre deosebire de mama, nu are sateliți pericentriolari și centrosferă.
Centrioliîndeplinesc funcțiile de organizare a unei rețele de microtubuli citoplasmatici în celulă (atât în celulele în repaus, cât și în cele în diviziune) și, de asemenea, formează microtubuli pentru cilii celulelor specializate.
Microtubuli sunt prezente în toate celulele animale, cu excepția eritrocitelor. Ele sunt formate din molecule de proteine tubulină polimerizate, care este un heterodimer format din două subunități - alfa și beta-tubulină. În timpul polimerizării, subunitatea alfa a unei proteine se combină cu subunitatea beta a următoarei. Așa se formează protofilamente separate, care, unindu-se în 13, formează un microtubul gol, al cărui diametru exterior este de aproximativ 25 nm, iar diametrul interior este de 15 nm.
Fiecare microtubul are un capăt în creștere și un capăt în minus care crește încet. Microtubulii sunt unul dintre cele mai dinamice elemente ale citoscheletului. În timpul creșterii lungimii microtubulilor, atașarea tubulinelor are loc la capătul plus în creștere. Dezasamblarea microtubulilor are loc cel mai adesea la ambele capete. Proteina care formează microtubuli tubulina nu este o proteină contractilă, iar microtubulii nu sunt înzestrați cu capacitatea de a se contracta și de a se mișca. Cu toate acestea, microtubulii citoscheletului sunt implicați activ în transportul organelelor celulare, veziculelor secretoare și vacuolelor. Două proteine, kinezina și dineina, au fost izolate din preparatele de microtubuli ale proceselor neuronale (axoni). La un capăt al moleculei acestor proteine sunt asociate cu un microtubul, la celălalt capăt sunt capabile să se lege de membranele organelelor și veziculelor intracelulare. Cu ajutorul kinesinei, transportul intracelular se efectuează până la capătul plus al microtubulului, iar cu ajutorul dineinei, în direcția opusă.
Cili și flageli sunt derivați ai microtubulilor din celulele epiteliale ale căilor respiratorii, tractului reproducător feminin, canalele deferente, spermatozoizii.
Cilia este un cilindru subțire cu un diametru constant de aproximativ 300 nm. Aceasta este o consecință a plasmolemei (axolemei), al cărei conținut intern, axonemul, constă dintr-un complex de microtubuli și o cantitate mică de hialoplasmă. Partea inferioară a ciliului este scufundată în hialoplasmă și este formată din corpul bazal. Microtubulii sunt situati in jurul circumferintei ciliului in perechi (dublete), rotiti fata de raza sa la un unghi usor - aproximativ 10 grade. În centrul axonemului, există o pereche centrală de microtubuli. Formula microtubulilor din cili este descrisă ca (9x2) +2. În fiecare dublet, un microtubul (A) este complet, adică este format din 13 subunități, al doilea (B) este incomplet, adică conține doar 11 subunități. Microtubulul A are mânere de dineină îndreptate către microtubulul B al dubletului adiacent. Cu ajutorul proteinei care leagă nectina, microtubulul A se conectează cu microtubulul B al dubletului vecin. Din microtubulul A până în centrul axonemului pleacă un ligament radial, sau spiță, care se termină cu un cap pe așa-numitul manșon central. Acesta din urmă înconjoară perechea centrală de microtubuli. Microtubulii centrali, spre deosebire de dubletele periferice ale microtubulilor, sunt situate separat unul de celălalt la o distanță de aproximativ 25 nm.
Corpul bazal al cililor este format din 9 tripleti de microtubuli. Microtubulii A și B ai tripleților corpului bazal, continuând în microtubulii A și B ai dubletelor axonemice, împreună cu aceștia constituie o singură structură.
Cilia nu conțin proteine contractile în compoziția lor, dar în același timp efectuează bătăi unidirecționale fără a-și modifica lungimea. Acest lucru se întâmplă din cauza deplasării perechilor de microtubuli unul față de celălalt (alunecare longitudinală a dubletelor) în prezența ATP.
Citoscheletul este format din polimeri proteici. Fiecare polimer este compus din câteva mii de subunități identice legate între ele pentru a forma filamente
Citoscheletul asigură mișcarea celulelor și suport mecanic
Citoscheletul celular este compus din trei tipuri de polimeri: filamente de actină, filamente intermediare și microtubuli.
Toți polimerii sunt de natură dinamică; cresc și pierd constant subunități
Microtubulii sunt polimeri ai subunităților de tubulină
Microtubulii funcționează aproape întotdeauna împreună cu motoarele moleculare care generează forțe prin mișcarea veziculelor și a altor complexe de-a lungul suprafeței microtubulilor.
Cilii și flagelii sunt organite specializate, constând din și proteine motorii care asigură mișcarea celulelor într-un mediu lichid sau mișcarea fluidului de-a lungul suprafeței celulare.
Compușii chimici care distrug microtubulii sunt utilizați în medicină și agricultură
O fotografie este un cadru al unei imagini video.O mică secțiune a citoplasmei celulelor de mamifer este vizibilă.
Marginea cuștii este vizibilă în stânga jos; miezul este în dreapta sus și nu este vizibil în cadru.
Imaginile video arată că majoritatea veziculelor sunt în mișcare constantă.
Citoplasma celulele eucariote sunt în mișcare constantă, deoarece organelele se mișcă constant dintr-un loc în altul. Această mișcare este vizibilă în special în citoplasma celulelor mari alungite, cum ar fi neuronii.
Trafic citoplasma se notează și în alte celule. Mișcarea organelelor este necesară pentru o serie de funcții. Veziculele secretoare ies din aparatul Golgi, care este situat în mijlocul celulei, și sunt transportate către membrana plasmatică, unde își excretă conținutul în mediul intercelular. În același timp, veziculele interiorizate în membrană sunt transportate la endozomi. Mitocondriile sunt în permanență în mișcare, iar EPR se întinde și se reorganizează constant.
În celulele mitotice cromozomii la început se aliniază într-o placă de metafază, apoi diverg în direcții opuse. Mișcarea organelelor și cromozomilor în direcția corectă și la momentul potrivit este asigurată de citoschelet, care sunt structuri proteice care formează sistemul de transport feroviar al celulei și proteinele motorii care se deplasează de-a lungul acestora.
Citoscheletul are și altele importante funcții: asigură mobilitatea celulelor și este, de asemenea, necesar pentru organizarea și susținerea structurală a formei tuturor celulelor. Multe celule se mișcă fie independent, de exemplu, aflându-se în corp (celule animale), fie mișcându-se odată cu curentul mediului (organisme unicelulare și gameți).
Celulele ca celule albe care găsesc și distrug bacteriile patogene sunt capabile să se deplaseze pe o suprafață plană. Alții, cum ar fi sperma, se deplasează într-un mediu lichid pentru a ajunge la destinație. Citoscheletul asigură toate formele unei astfel de mișcări celulare și direcția acesteia. Alături de funcția cinematică, citoscheletul asigură organizarea structurii interne a celulei și formează partea superioară și inferioară, stânga și dreapta, precum și părțile sale anterioare și posterioare.
Definirea caracteristicii generale citoplasma, citoscheletul determină forma generală a celulei, formând celule epiteliale dreptunghiulare, neuroni cu axoni lungi și subțiri și dendrite, care la om pot ajunge la un metru lungime.
Trei cadre de imagine video a axonului unui neuron viu. Cadrul superior prezintă o reprezentare schematică a întregii celule nervoase.
Trei vezicule marcate cu săgeți roșii, galbene și albastre au fost observate timp de 6 s.
Două vezicule se deplasează spre capătul axonului și una spre corpul celular.
Citoscheletul este format din trei tipuri principale de elemente structurale: microtubuli, microfilamente. Aceste trei tipuri de structuri, prezentate în figura de mai jos, au multe proprietăți în comun. Fiecare proteină nu funcționează ca o moleculă independentă, ci ca un polimer compus din multe subunități identice de proteine. Așa cum mărgele înșirate pe o sfoară formează un colier, polimerii citoscheletului se aliniază în citoplasmă, legând împreună mii de subunități proteice. Principala caracteristică a tuturor polimerilor citoscheletului este că nu reprezintă structuri statice, ci cresc și pierd constant subunități. Această natură dinamică a polimerilor citoscheletului permite reorganizarea acestuia, formarea altora noi sau facilitarea funcționării căilor de transport existente în conformitate cu nevoile intracelulare.
Deși toate trei tipuri de proteine structurale prezintă proprietăți generale, fiecare dintre ele fiind unic, ceea ce îl face cel mai potrivit pentru îndeplinirea anumitor sarcini în celulă. Prin urmare, cele trei tipuri de polimeri vor fi discutate separat, deși adesea funcționează împreună.
Aceasta și următoarele articole site-ul este dedicat microtubulilor. Subunitatea principală care formează microtubuli este proteina tubulina. Conectându-se între ele, moleculele de tubulină formează tuburi goale de aproximativ 25 nm în diametru. De aici și-au luat numele. Un microtubul poate conține zeci și sute de mii de molecule de tubulină și poate avea o lungime de până la câțiva microni.
Prin urmare, microtubuli capabil să se răspândească mai mult de jumătate din lungimea majorității celulelor eucariote. De obicei, celulele de interfaza conțin sute de microtubuli lungi care trec prin citoplasmă și conectează diferite regiuni ale celulei.
Aproape întotdeauna funcționează împreună cu motoarele moleculare care se mișcă de-a lungul lor. Aceste proteine motorii se atașează la diferite sarcini, inclusiv organele și veziculele, și le transportă pe suprafața microtubulilor, la fel ca camioanele care călătoresc pe autostrăzi. De asemenea, microtubulii și proteinele motorii funcționează împreună pentru a separa cromozomii replicați în timpul mitozei și formează coloana vertebrală a structurilor mobile care sunt utilizate de celulă pentru a se deplasa în fluid sau pentru a deplasa fluidul de-a lungul suprafeței sale. Microtubulii și proteinele motorii sunt chiar folosite de viruși precum HIV și adenovirusuri, astfel încât să poată ajunge rapid la nucleu și să se replice.
Mic molecule de compuși organici, care perturbă polimerizarea microtubulilor, sunt utilizate în medicină și agricultură. Substanțe capabile să stabilizeze microtubulii într-un grad sau altul blochează mitoza și sunt utilizate ca agenți pentru tratamentul cancerului. O astfel de substanță este paclitaxelul (Taxol™), a cărui formulă este prezentată în figura de mai jos și care este utilizată pentru tratarea cancerului ovarian și de sân. Taxolul se leagă de microtubuli și îi stabilizează, prevenind disocierea subunităților tubulinei. Colchicina este o altă otravă care are efectul opus asupra microtubulilor, adică provoacă disocierea acestora.
Medicamentul este utilizat pentru a trata guta deoarece distrugerea microtubulilor blochează migrarea globulelor albe responsabile de procesul inflamator din această boală. Substanțele cu greutate moleculară mică care afectează tubulina își găsesc aplicații importante în agricultură. De exemplu, Zoxamide™ este un fungicid care se leagă în mod specific de tubulinele fungice, prevenind astfel creșterea acestora. Medicamentul este folosit pentru a combate ofilirea tardivă a cartofilor, o boală fungică care a provocat un eșec masiv al recoltei de cartofi în Irlanda în 1850. În prezent, există o căutare activă pentru noi medicamente care se pot lega de tubulină și pot găsi aplicații în medicină și agricultură. .
Locul fibroblastului într-un microscop electronic (stânga). Sunt vizibile numeroase filamente. În imaginea din dreapta, cele trei tipuri de polimeri care alcătuiesc citoscheletul unei celule eucariote sunt evidențiate în culori diferite.
Microtubuli în fibroblast. Pentru a vizualiza microtubulii, celulele au fost tratate cu un colorant verde fluorescent. Microtubulii sunt organizați în jurul unui punct central (marcat cu roșu) și se răspândesc în citoplasmă.
Majoritatea microtubulilor sunt suficient de lungi pentru a pătrunde dintr-o parte a celulei în alta.
Structura a trei molecule organice mici care interferează cu asamblarea sau dezasamblarea microtubulilor. Paclitaxelul (Taxol™) și colchicina sunt produse naturale ale anumitor plante (tisa Pacificului și, respectiv, Colchicum).
Zoxamida este o substanță sintetică care a fost găsită la screeningul unui număr mare de compuși diferiți cu greutate moleculară mică în testul de disfuncție a microtubulilor.
Odată cu apariția microscopului electronic, a devenit rapid clar că citoplasma celulei este mult mai complexă decât se credea anterior și că există o diviziune clară a muncii între organele înconjurate de o membrană și organele mici precum ribozomii și centriolii. Mai târziu, a fost posibilă dezvăluirea unei structuri și mai fine în matricea citoplasmatică, care până atunci părea complet lipsită de structură. Aici a fost descoperită o rețea complexă de fibrile. Dintre acestea, se pot distinge cel puțin trei tipuri: microtubuli, microfilamente și filamente intermediare. Funcțiile lor sunt legate de mișcarea celulelor sau de mișcarea intracelulară, precum și de capacitatea celulelor de a-și menține forma.
Microtubuli
Aproape toate celulele eucariote conțin organele goale, cilindrice, neramificate numite microtubuli... Aceștia sunt tubuli foarte subțiri, de aproximativ 24 nm în diametru; pereții lor de aproximativ 5 nm grosime sunt formați din subunități proteice globulare împachetate spiralat tubulina(fig. 7.24). Orez. 7.21 oferă o idee despre cum arată microtubulii în micrografiile electronice. Acestea pot avea o lungime de până la câțiva micrometri. Uneori, proiecțiile se extind din pereții lor la anumite intervale, formând legături sau punți cu microtubuli vecini, așa cum se poate observa la cili și flageli. Microtubulii cresc la un capăt prin adăugarea de subunități de tubulină. Această creștere se oprește sub influența anumitor substanțe chimice, în special sub influența colchicina, care este folosit pentru a studia funcțiile microtubulilor. Creșterea, aparent, poate începe numai în prezența unei matrice; există motive să credem că rolul unor astfel de matrici este jucat de niște structuri inelare foarte mici care au fost izolate din celule și care, după cum sa dovedit, constau din subunități de tubulină. În celulele animale, aceeași funcție este în mod evident îndeplinită de centrioli, în legătură cu care sunt uneori numiți centre de organizare a microtubulilor. Centriolii conțin microtubuli scurti (Figura 22.3).
Microtubulii sunt implicați în diferite procese intracelulare; pe unele le vom aminti aici.
Centrioli, corpi bazali, cili și flageli. Centriolii sunt mici cilindri goali (0,3-0,5 microni lungime și aproximativ 0,2 microni în diametru) care se găsesc în aproape toate celulele animale și celulele plantelor inferioare; sunt aranjate în perechi într-o zonă colorată caracteristică a citoplasmei cunoscută sub numele centrozom sau centrosfera... Fiecare centriol este construit din nouă tripleți de microtubuli, așa cum se arată în Fig. 22.3. La începutul diviziunii, nucleii centriolilor se dublează și două noi perechi de centrioli diverg către polii fusului - structuri de-a lungul ecuatorului ale căror cromozomi se aliniază în fața divergenței lor (Secțiunea 22.2). Axul în sine este format din microtubuli, în timpul asamblarii cărora centriolii joacă evident rolul de centre de organizare. Microtubulii reglează divergența cromatidelor sau cromozomilor (cap. 22). În celulele plantelor superioare, centriolii sunt absenți, deși în ele se formează un fus în timpul diviziunii nucleare. Este posibil ca în aceste celule să existe niște centre foarte mici de organizare a microtubulilor, imposibil de distins chiar și cu un microscop electronic. Mai jos, când luăm în considerare transportul intracelular, vom atinge o altă posibilă funcție a centriolilor ca centre de organizare a microtubulilor.
Centriolii sunt identici ca structură corpuri bazale numit anterior kinetozomii sau blefaroplaste... Corpurile bazale se găsesc întotdeauna la baza cililor și a flagelilor. Aparent, ele sunt formate prin dublarea centriolilor care preced corpul bazal. Probabil, corpurile bazale acționează și ca centre de organizare a microtubulilor, deoarece cilii și flagelii se caracterizează și printr-un aranjament caracteristic de microtubuli („9 + 2”; Sec. 17.6 și Fig. 17.31).
În fus, precum și în cili și flageli, mișcarea se realizează datorită alunecării microtubulilor; în primul caz, rezultatul acestei alunecări este divergența cromozomilor sau cromatidelor, iar în al doilea, bătaia cililor sau flagelilor. Aceste procese sunt descrise mai detaliat în cap. 17 și 22.
Transport intracelular... Microtubulii sunt, de asemenea, implicați în mișcarea altor organite celulare, de exemplu, veziculele Golgi, care, cu ajutorul lor, sunt direcționate către placa celulară care se formează, așa cum se poate observa în Fig. 7.21. În celule, are loc un transport continuu al bulelor Golgi și, odată cu acesta, transportul bulelor înmugurite din ER și se deplasează către aparatul Golgi. Imagistica time-lapse face posibilă dezvăluirea mișcărilor organelelor mai mari, cum ar fi lizozomii și mitocondriile, care au loc în multe celule. Astfel de mișcări pot fi ordonate sau neordonate; se crede că sunt caracteristice pentru aproape toate organitele celulare. Mișcările sunt suspendate dacă sistemul de microtubuli este deteriorat. Rețeaua de microtubuli din celule este foarte clar identificată folosind metoda imunofluorescent microscopie bazată pe atașarea markerilor fluorescenți la moleculele de anticorpi care se leagă în mod specific de proteină, a cărei distribuție este investigată. Dacă folosim anticorpi specifici tubulinei, atunci într-un microscop cu lumină, puteți obține o imagine similară cu cea prezentată în Fig. 7.25.
Se crede că microtubulii diverg radial de centrosferă, în interiorul căreia se află centriolii. Proteinele satelit din jurul centriolilor acționează ca centre de organizare a microtubulilor.
Citoscheletul... Pe lângă funcțiile enumerate mai sus, microtubulii joacă și un rol structural pasiv în celule: aceste structuri tubulare lungi, destul de rigide formează sistemul de susținere al celulei, un fel de citoschelet. Ele contribuie la determinarea formei celulei în procesul de diferențiere și menținerea formei celulelor diferențiate; ele sunt adesea localizate în zona imediat adiacentă membranei plasmatice. În axonii celulelor nervoase, există, de exemplu, mănunchiuri de microtubuli localizate longitudinal (posibil, sunt implicate și în transportul de-a lungul axonului). Se observă că celulele animale în care sistemul de microtubuli este deteriorat iau o formă sferică. În celulele vegetale, dispunerea microtubulilor corespunde aranjamentului fibrelor celulozice depuse în timpul construcției peretelui celular; astfel, microtubulii determină indirect forma celulei.
Microfilamente
Microfilamentele sunt filamente proteice foarte subțiri cu un diametru de 5-7 nm. S-a demonstrat recent că aceste filamente, prezente în număr mare în celulele eucariote, sunt compuse dintr-o proteină actina apropiată de cea găsită în mușchi. În toate celulele studiate, actina reprezintă 10-15% din cantitatea totală de proteine celulare. Prin metoda microscopiei cu imunofluorescență, s-a constatat că citoscheletul de actină este similar cu citoscheletul microtubulilor (Fig. 7.26).
Adesea, microfilamentele formează plexuri sau mănunchiuri direct sub membrana plasmatică, precum și pe interfața dintre citoplasma mobilă și cea imobilă (în celulele vegetale, unde se observă cicloza). Aparent, microfilamentele sunt, de asemenea, implicate în endocitoză și exocitoză. În celulă se găsesc și filamente de miozină (o altă proteină musculară importantă), deși numărul lor este mult mai mic. Interacțiunea actinei și miozinei stă la baza contracției musculare (secțiunea 17.4). Această circumstanță, împreună cu alte date, indică faptul că rolul microfilamentelor într-o celulă este asociat cu mișcarea (fie al întregii celule în ansamblu, fie al structurilor sale individuale din interiorul acesteia). Adevărat, această mișcare nu este reglată exact ca într-un mușchi.În unele cazuri funcționează doar filamentele de actină, iar în altele, actina împreună cu miozina. Acesta din urmă este tipic, de exemplu, pentru microvilozități (Secțiunea 7.2.11). În celulele care se caracterizează prin mișcare, asamblarea și distrugerea microfilamentelor este continuă. Ca un ultim exemplu de utilizare a microfilamentelor, subliniem că în timpul citotomiei celulelor animale, acestea formează un inel contractil.
Filamente intermediare
Al treilea grup de structuri este, după cum sa menționat mai sus, filamentele intermediare (8-10 nm în diametru). Aceste filamente joacă, de asemenea, un rol în mișcare și sunt implicate în formarea citoscheletului.
O celulă sau o membrană citoplasmatică înconjoară fiecare celulă. Nucleul este înconjurat de două membrane nucleare: externe si interne... Toate structurile intracelulare: mitocondrii, reticul endoplasmatic, aparat Golgi, lizozomi, peroxizomi, fagozomi, sinaptozomi etc. reprezinta vezicule cu membrană închisă (vezicule). Fiecare tip de membrană conține un set specific de proteine - receptori și enzime; în același timp baza oricărei membrane este un strat bimolecular de lipide(dublu strat lipidic), care în orice membrană îndeplinește două funcții principale:
- barieră pentru ioni și molecule,
- baza structurală (matricea) pentru funcționarea receptorilor și a enzimelor.
Microtubuli- structurile intracelulare proteice care alcătuiesc citoscheletul.
Microtubulii sunt cilindri goali cu un diametru de 25 nm. Lungimea lor poate fi de la câțiva micrometri la, probabil, câțiva milimetri în axonii celulelor nervoase. Peretele lor este format din dimeri de tubulină. Microtubulii sunt polari: auto-asamblarea microtubulului are loc la un capăt, iar dezasamblarea la celălalt. În celule, microtubulii joacă un rol structural în multe procese celulare.
Microtubulii sunt structuri în care 13 protofilamente, constând din heterodimeri de α- și β-tubulină, sunt aranjate în jurul circumferinței unui cilindru gol. Diametrul exterior al cilindrului este de aproximativ 25 nm, diametrul interior este de aproximativ 15 nm.
Un capăt al unui microtubul, numit plus sfârşitul, atașează constant tubulina liberă la sine. De la capătul opus, capătul minus, unitățile de tubulină sunt separate.
În formarea microtubulilor se disting trei faze:
Faza întârziată sau nucleare... Aceasta este etapa de nucleare a microtubulilor, când moleculele de tubulină încep să se combine în formațiuni mai mari. Această conexiune are loc mai lent decât atașarea tubulinei la un microtubul deja asamblat, motiv pentru care faza se numește întârziată.
Faza de polimerizare sau alungire... Dacă concentrația de tubulină liberă este mare, polimerizarea acesteia are loc mai rapid decât depolimerizarea la capătul minus, datorită căreia microtubulul este lungit. Pe măsură ce crește, concentrația de tubulină scade la una critică, iar ritmul de creștere încetinește până când intră în următoarea fază.
Faza de stare de echilibru... Depolimerizarea echilibrează polimerizarea, iar creșterea microtubulilor este oprită.
Microtubulii sunt structuri dinamice iar în celulă se polimerizează și se depolimerizează constant. Centrozomul, localizat în apropierea nucleului, acționează în celulele animalelor și a multor protisti ca centru de organizare a microtubulilor (CMT): cresc de la ea la periferia celulei... În același timp, microtubulii se pot opri brusc din creștere și se pot scurta înapoi spre centrozom până când sunt complet distruși, apoi cresc înapoi.
Instabilitatea dinamică a microtubulilor joacă un rol fiziologic important. De exemplu, în timpul diviziunii celulare, microtubulii cresc foarte repede și contribuie la orientarea corectă a cromozomilor și la formarea fusului mitotic.
Funcţie ... Microtubulii dintr-o celulă sunt folosiți ca „șine” pentru transportul particulelor. Veziculele membranare și mitocondriile se pot deplasa de-a lungul suprafeței lor. Transportul prin microtubuli este realizat de proteine numite motor... Aceștia sunt compuși cu greutate moleculară mare constând din două lanțuri grele (aproximativ 300 kDa) și mai multe lanțuri ușoare. În lanțuri grele, emit domeniile cap și coadă... Două domenii ale capului se leagă de microtubuli și sunt de fapt motoare, în timp ce domeniile de coadă se leagă de organele și alte formațiuni intracelulare pentru a fi transportate.
Există două tipuri de proteine motorii:
- dineine citoplasmatice;
- kinesinele.
Dineina mutați sarcina numai de la capătul plus la capătul minus al microtubulului, adică din zonele periferice ale celulei la centrozom. Kinesinele dimpotrivă, se deplasează la capătul plus, adică la periferia celulei.
Mișcarea se realizează datorită energiei ATP. Pentru aceasta, domeniile capului proteinelor motorii conțin situsuri de legare a ATP.
Pe lângă funcția de transport, microtubuli formează structura centrală a cililor și flagelilor - axonemul. Un axonem tipic conține 9 perechi de microtubuli combinați la periferie și doi microtubuli completi la centru.
Centriolii și fusul de fisiune constau, de asemenea, din microtubuli, asigurarea divergenței cromozomilor către polii celulei în timpul mitozei și meiozei... Microtubulii sunt implicați în menținere forma celulară și aranjarea organelelor(în special, aparatul Golgi) în citoplasma celulelor.
Microtubulii vegetali sunt componente extrem de dinamice ale citoscheletului, care sunt implicate în procese celulare importante, în special, segregarea cromozomilor, formarea fragmoplastelor, microcompartimentarea, transportul intracelular, precum și menținerea unei forme și polarități constante a celulei. Miez. Structura și funcțiile nucleului.
