Mikrotubuli: Struktur, Funktionen und klinische Bedeutung

Mikrotubuli sind zelluläre Strukturen in Form von Zylindern, die unter anderem grundlegende Funktionen in Bezug auf Unterstützung, zelluläre Mobilität und Zellteilung erfüllen. Diese Filamente sind in eukaryotischen Zellen vorhanden.

Sie sind hohl und ihr Innendurchmesser liegt in der Größenordnung von 25 nm, während der Außendurchmesser 25 nm beträgt. Die Länge variiert zwischen 200 nm und 25 μm. Es sind sehr dynamische Strukturen mit einer definierten Polarität, die wachsen und sich verkürzen können.

Struktur und Zusammensetzung

Mikrotubuli bestehen aus Molekülen mit Proteincharakter. Sie werden aus einem Protein namens Tubulin gebildet.

Tubulin ist ein Dimer, dessen zwei Komponenten α-Tubulin und β-Tubulin sind. Der Hohlzylinder besteht aus dreizehn Ketten dieses Dimers.

Die Enden eines Mikrotubulus sind nicht dasselbe. Das heißt, es gibt eine Polarität der Filamente. Ein Ende ist als Plus (+) und das andere als Minus (-) bekannt.

Die Mikrotubuli sind keine statische Struktur, die Filamente können schnell ihre Größe ändern. Dieser Prozess des Wachstums oder der Verkürzung findet hauptsächlich im Extremfall statt; Diesen Vorgang nennt man Selbstorganisation. Die Dynamik der Mikrotubuli ermöglicht es den tierischen Zellen, ihre Form zu ändern.

Es gibt Ausnahmen. Diese Polarität ist in den Mikrotubuli innerhalb der Dendriten, in den Neuronen, undeutlich.

Mikrotubuli sind nicht in allen Zellformen homogen verteilt. Seine Position hängt hauptsächlich vom Zelltyp und dem Zustand ab. Beispielsweise bilden bei einigen Protozoenparasiten die Mikrotubuli eine Rüstung.

Wenn sich die Zelle in einer Grenzfläche befindet, sind diese Filamente ebenfalls im Zytoplasma verteilt. Wenn sich die Zelle zu teilen beginnt, beginnen sich die Mikrotubuli in der mitotischen Spindel zu organisieren.

Funktionen

Zytoskelett

Das Zytoskelett besteht aus einer Reihe von Filamenten, einschließlich Mikrotubuli, Zwischenfilamenten und Mikrofilamenten. Wie der Name schon sagt, ist das Zytoskelett für die Unterstützung der Zelle, Motilität und Regulation verantwortlich.

Mikrotubuli werden mit spezialisierten Proteinen assoziiert (MAP, Abkürzung für „microtubules“, Proteine, die mit Mikrotubuli assoziiert sind), um ihre Funktionen zu erfüllen.

Das Zytoskelett ist in tierischen Zellen besonders wichtig, da ihnen eine Zellwand fehlt.

Mobilität

Mikrotubuli spielen eine grundlegende Rolle bei der motorischen Funktion. Sie dienen als eine Art Hinweis, damit sich die mit der Bewegung verbundenen Proteine ​​bewegen können. Ebenso sind Mikrotubuli Fahrbahnen und Proteinwagen.

Insbesondere Kinesine und Dynein sind Proteine, die im Zytoplasma gefunden werden. Diese Proteine ​​binden an die Mikrotubuli, um die Bewegungen auszuführen und die Mobilisierung von Materialien im gesamten Zellraum zu ermöglichen.

Sie transportieren Vesikel und bewegen sich mit Mikrotubuli über weite Strecken. Sie können auch Waren transportieren, die sich nicht in den Vesikeln befinden.

Die motorischen Proteine ​​haben eine Art Arme, und durch Veränderungen in der Form dieser Moleküle kann die Bewegung ausgeführt werden. Dieser Prozess ist abhängig von ATP.

Zellteilung

Was die Zellteilung betrifft, sind sie für die ordnungsgemäße und gerechte Verteilung der Chromosomen unverzichtbar. Die Mikrotubuli werden zusammengesetzt und bilden die mitotische Spindel.

Wenn sich der Kern teilt, transportieren und trennen die Mikrotubuli die Chromosomen zu den neuen Kernen.

Cilios und Flagellen

Mikrotubuli sind verwandt mit Zellstrukturen, die Bewegung ermöglichen: Zilien und Flagellen.

Diese Fortsätze haben die Form dünner Peitschen und ermöglichen es der Zelle, sich in ihrer Mitte zu bewegen. Die Mikrotubuli erleichtern den Zusammenbau dieser Zellverlängerungen.

Die Zilien und Flagellen haben eine identische Struktur; Die Wimpern sind jedoch kürzer (10 bis 25 Mikrometer) und arbeiten normalerweise zusammen. Für die Bewegung ist die aufgebrachte Kraft parallel zur Membran. Die Zilien wirken als "Ruder", die die Zelle drücken.

Im Gegensatz dazu sind die Flagellen länger (50 bis 70 Mikrometer) und die Zelle weist gewöhnlich eine oder zwei auf. Die ausgeübte Kraft ist senkrecht zur Membran.

Die Queransicht dieser Anhänge stellt eine 9 + 2-Anordnung dar. Diese Nomenklatur bezieht sich auf das Vorhandensein von 9 Paaren verschmolzener Mikrotubuli, die ein nicht verschmolzenes zentrales Paar umgeben.

Die motorische Funktion ist das Produkt der Wirkung spezialisierter Proteine. Dynein ist einer davon. Dank ATP kann Protein seine Form ändern und Bewegung ermöglichen.

Hunderte von Organismen nutzen diese Strukturen, um sich zu bewegen. Zilien und Flagellen kommen unter anderem in einzelligen Organismen, in Spermien und in kleinen mehrzelligen Tieren vor. Der Basalkörper ist die zelluläre Organelle, aus der Zilien und Flagellen stammen.

Centriolos

Die Zentriolen sind den Basalkörpern sehr ähnlich. Diese Organellen sind charakteristisch für eukaryotische Zellen, mit Ausnahme von Pflanzenzellen und bestimmten Protisten.

Diese Strukturen haben eine Tonnenform. Sein Durchmesser beträgt 150 nm und die Länge 300-500 nm. Die Mikrotubuli in den Zentriolen sind in drei verschmolzenen Filamenten organisiert.

Die Zentriolen befinden sich in einer Struktur, die als Zentrosom bezeichnet wird. Jedes Zentrosom besteht aus zwei Zentriolen und einer proteinreichen Matrix, die als perizentriolare Matrix bezeichnet wird. In dieser Anordnung organisieren die Zentriolen die Mikrotubuli.

Die genaue Funktion von Zentriolen und Zellteilung ist noch nicht im Detail bekannt. In bestimmten Experimenten wurden die Zentriolen entfernt und die Zelle kann sich ohne größere Unannehmlichkeiten teilen. Die Zentriolen sind für die Bildung der mitotischen Spindel verantwortlich: Hier kommen die Chromosomen zusammen.

Pflanzen

In Pflanzen spielen Mikrotubuli eine zusätzliche Rolle in der Zellwandanordnung und helfen, die Zellulosefasern zu organisieren. Sie helfen auch bei der Teilung und dem Zellwachstum von Gemüse.

Klinische Bedeutung und Medikamente

Krebszellen zeichnen sich durch eine hohe mitotische Aktivität aus; Daher würde die Suche nach Arzneimitteln, deren Ziel die Ansammlung von Mikrotubuli ist, dazu beitragen, ein solches Wachstum zu stoppen.

Es gibt eine Reihe von Medikamenten, die für die Destabilisierung von Mikrotubuli verantwortlich sind. Colcemid, Colchicin, Vincristin und Vinblastin verhindern die Polymerisation von Mikrotubuli.

Beispielsweise wird Colchicin zur Behandlung von Gicht eingesetzt. Die anderen werden zur Behandlung von bösartigen Tumoren eingesetzt.