Mikrotubuly

Mikrotubuly jsou proteinová vlákna, která mají tubulární strukturu a společně s aktinem a meziprodukty tvoří cytoskelet eukaryotických buněk. Stabilizují buňku a podílejí se také na transportech a pohybech uvnitř buňky.

Co jsou mikrotubuly?

Mikrotubuly jsou trubkovité polymery, jejichž proteinové struktury mají průměr přibližně 24 nm. Spolu s dalšími vlákny tvoří cytoskelet, který dává buňkám sílu a tvar. Kromě toho také hrají zásadní roli v buněčném hnutí a jsou také důležitými prvky řasinek, bičíků, středítek a jaderných vřeten. Mikrotubuly jsou také velmi důležité pro léčbu rakoviny. Některé aktivní složky, které mají vliv na dělení nádorových buněk, se již používají ve formě chemoterapeutických nebo cytostatických látek.

Anatomie a struktura

Mikrotubuly jsou tvořeny dimery alfa a beta tubulinů (heterodimery). Heterodimery jsou podjednotky mikrotubulů, které jsou také známé jako protofilamenty. Protofilamenty vytvářejí duté tělo ve formě spirály tím, že jsou superponovány, s pouze alfa-tubulinovými jednotkami na jednom konci a pouze beta-tubulinovými podjednotkami na druhém konci. Alfa a beta tubulin mají schopnost vázat 1 molekulu GTP. GTP je nevratně vázán na alfa tubulin.

Heterodimery jsou s výhodou umístěny na kladném konci, takže mikrotubule roste v tomto směru, zatímco záporný konec tvoří stabilní stranu. Mikrotubule je dlouhá mezi jedním mikrometrem a několika stovkami mikrometrů. Mikrotubuly jsou uspořádány jako singlet, dublet nebo triplet. Vlákna obvykle pocházejí z centra pro organizování mikrotubulů, včetně například středových nebo bazálních těl. Kromě toho se rozlišuje mezi dvěma různými populacemi: dynamickými, krátkodobými a stabilními, dlouhodobými mikrotubuly. Stabilní mikrotubuly představují kostru bičíků, řasinek a centriolů.

Mikrotubuly s dlouhou životností se vyskytují také v axonech neuronů nebo v bičících buňkách spermií. Tam zajišťují flexibilitu, stabilitu a mobilitu. Dynamické mikrotubuly lze také nalézt tam, kde je vyžadována rychlá rekonstrukce. Kromě toho zajišťují distribuci chromozomů v dceřiných buňkách. Mikrotubuly se střídavě vytvářejí nebo štěpí, přičemž k hromadění a rozkladu dochází hlavně na kladném konci. Mikrotubule roste, dokud již není dostatek heterodimerů.

Poté začíná depolymerace, čímž se koncentrace tubulinu opět zvyšuje a začíná nový růst. Depolymerizaci nebo polymeraci brání různé látky, které se používají k léčbě nemocí.

Funkce a úkoly

Mikrotubuly mají multifunkční úkoly. Ovlivňují uspořádání chromozomů a pohyb vezikul, který funguje jako železniční systém. Aktivita vezikul je předpokladem pro transport motorických proteinů. K transportu dochází díky proteinům kinesin a dynein, které jsou umístěny na povrchu vezikul. Vesikuly pokryté dyneinem se transportují z plusu na mínus, zatímco vezikuly pokryté kinezinem se transportují opačným směrem.

Pokud se akumulují jednotlivé mikrotubuly, vytvoří se složité struktury. Patří mezi ně středa a bazální těla. Centrioly se skládají z devíti mikrotubulárních tripletů, které se skládají ze dvou neúplných a jedné kompletní mikrotubule. Bazální těla mají stejnou strukturu jako centioly. Jsou umístěny pod buněčným povrchem a mají za úkol ukotvit bičíky a řasinky. Kinocilie se skládá z centrálního páru mikrotubulů a devíti mikrotubulových dubletů. Kinocilie se vyskytuje primárně na epiteliálních buňkách a transportuje malé částice na povrch buňky. Cilia se skládá z plazmatické membrány a nachází se na povrchu eukaryotických buněk.

Jejich střed se skládá ze stabilních mikrotubulů, které jsou uspořádány ve formě svazku. Cilia je zodpovědná za pohyb tekutiny přes buněčný povrch. Například je někteří protozoové používají ke sběru potravinových částic. Na epiteliálních buňkách se nachází mnoho řasinek, kde transportují vrstvy hlenu s mrtvými buňkami nebo prachovými částicemi až k hrdlu, takže je lze následně vyloučit.

Kromě toho cilia vytváří proud na stěně vejcovodů, takže vajíčkové buňky mohou být transportovány vejcovodem. Flagella (flagella) mají stejnou strukturu jako filmové řasinky, ale jsou mnohem delší a používají se pro pohyb buněk. To zahrnuje například pohyb spermií a transport prvoků.

Zde najdete své léky

Nemoci

V primární ciliární dysplázii je kinocilie vadná a počet molekul dyneinu je snížen. Primární ciliární dysplazie je velmi vzácné dědičné onemocnění, u kterého transportní mechanismus, který přenáší inhalované bakterie a částice, nefunguje správně. Výsledkem je, že pohyb kinocilie chybí nebo je velmi nekoordinovaný.

Z tohoto důvodu nemohou být částice nečistot řádně transportovány pryč s bronchiálním hlenem nebo sekrecí paranasálních dutin, což vede k bronchiektázi (nevratné bronchiální dilataci), chronické bronchitidě nebo chronické sinusitidě. Pokud je u mužů narušena bičí sperma spermatu, dochází k neplodnosti. V souvislosti s Alzheimerovou chorobou se v mozku pacienta nacházejí změněné mikrotubuly. Při tomto onemocnění ovlivňuje enzym MARK2 protein tau. V normálních buňkách je tau vázán na mikrotubuly, což je stabilizuje. Když však MARK2 působí na tau, dochází k nestabilitě cytoskeletu a narušování buněčného transportního systému, což je jedna z charakteristických znaků Alzheimerovy choroby.