Mikrotubuli er protein intracellulære strukturer, der udgør cytoskelettet .
Mikrotubuli er hule cylindre med en diameter på 25 nm . Deres længde kan være fra nogle få mikrometer til sandsynligvis nogle få millimeter i nervecellernes axoner . Deres væg er dannet af tubulin- dimerer . Mikrotubuli er ligesom actin - mikrofilamenter polære: mikrotubuli samles selv i den ene ende og adskilles i den anden. I celler spiller mikrotubuli rollen som strukturelle komponenter og er involveret i mange cellulære processer, herunder mitose , cytokinese og vesikulær transport .
Mikrotubuli er strukturer, hvor 13 protofilamenter [1] , bestående af α- og β- tubulin - heterodimerer , er stablet rundt om omkredsen af en hul cylinder. Den ydre diameter af cylinderen er omkring 25 nm, den indre diameter er omkring 15.
Den ene ende af mikrotubuli, kaldet plusenden, binder konstant fri tubulin til sig selv. Fra den modsatte ende - minusenden - spaltes tubulin-enheder.
Der er tre faser i dannelsen af mikrotubuli:
Laboratorieundersøgelser viser, at samling af mikrotubuli fra tubuliner kun sker i nærværelse af guanosintrifosfat og magnesiumioner .
Mikrotubuli er dynamiske strukturer og polymeriserer og depolymeriserer konstant i cellen . Centrosomet , der er lokaliseret nær kernen , fungerer i dyrs celler og mange protister som centrum for organisering af mikrotubuli ( MTS ): de vokser fra det til periferien af cellen. Samtidig kan mikrotubuli pludselig stoppe med at vokse og forkortes tilbage mod centrosomet , indtil de er helt ødelagt, og så vokse igen. Når de er knyttet til en mikrotubuli, danner GTP -bærende tubulinmolekyler en "hætte", der muliggør vækst af mikrotubuli. Hvis den lokale koncentration af tubulin falder, hydrolyseres beta-tubulin-bundet GTP gradvist. Hvis hætten GTP ved +-terminalen er fuldstændig hydrolyseret, fører dette til en hurtig disintegration af mikrotubuli. Således er samling og adskillelse af mikrotubuli forbundet med GTP energiforbrug.
Dynamisk ustabilitet af mikrotubuli spiller en vigtig fysiologisk rolle. For eksempel under celledeling vokser mikrotubuli meget hurtigt og hjælper med at orientere kromosomerne korrekt og danne den mitotiske spindel .
Mikrotubuli i cellen bruges som "skinner" til at transportere partikler. Membran vesikler og mitokondrier kan bevæge sig langs deres overflade . Transport gennem mikrotubuli udføres af proteiner kaldet motorproteiner . Disse er højmolekylære forbindelser bestående af to tunge (vejer ca. 300 kDa ) og flere lette kæder. Tunge kæder er opdelt i hoved- og haledomæner . De to hoveddomæner binder til mikrotubuli og fungerer som motorer, mens haledomænerne binder til organeller og andre intracellulære formationer, der skal transporteres.
Der er to typer motorproteiner:
Dyneiner flytter kun last fra plus-enden til minus-enden af mikrotubuli, det vil sige fra de perifere områder af cellen til centrosomet . Kinesins bevæger sig tværtimod mod plus-enden, det vil sige mod den cellulære periferi.
Bevægelsen udføres på grund af energien fra ATP . Hoveddomænerne af motorproteiner til dette formål indeholder ATP-bindingssteder .
Ud over deres transportfunktion danner mikrotubuli den centrale struktur af cilia og flageller , axonemet . Et typisk axoneme indeholder 9 par forenede mikrotubuli langs periferien og to komplette mikrotubuli i midten. Mikrotubuli består også af centrioler og en delingsspindel , som sikrer, at kromosomerne divergerer til cellens poler under mitose og meiose . Mikrotubuli er involveret i at opretholde cellens form og arrangementet af organeller (især Golgi-apparatet ) i cellernes cytoplasma.
Plantemikrotubuli er meget dynamiske komponenter i cytoskelettet , der er involveret i vigtige cellulære processer, især kromosomsegregering , fragmoplastdannelse , mikrokompartmentalisering , intracellulær transport og opretholdelse af cellens konstante form og polaritet . Mobilitet af mikrotubuli er tilvejebragt af dynamisk ustabilitet, bevægelse af polymerer af motorproteiner, løbebånd) og en hybrid løbebåndsmekanisme med dynamisk ustabilitet af plus-enden og langsom depolymerisering af minus-enden [2] .
Mikrotubuli er alt for følsomme over for biotiske og abiotiske miljøfaktorer (kulde, lys, tørke, saltholdighed, herbicider og pesticider , oversvømmelse, kompression, elektrisk felt , tryk og tyngdekraft) såvel som over for fytohormoner , antimitotisk medicin og en række andre biologisk aktive forbindelser [3] . Mikrotubuli er hule polære cylindriske filamenter over 24 nm i diameter, som er samlet af α- og β- tubulin - heterodimerer , som danner 13 protofilamenter i hoved-til-hale-positionen.
En væsentlig begrænsning af immunhistokemiske undersøgelser er umuligheden af in vivo visualisering af mikrotubulus dynamik i eukaryote og prokaryote celler i realtid. Denne begrænsning blev overvundet ved brug af konfokal mikroskopi med grønt fluorescerende protein isoleret fra vandmændene Aequorea victoria L. [4] . GFP-MBD- reporterkonstruktionen til heterolog transformation, selv ved et lavt niveau af forbigående ekspression [5] in vivo og in vitro , gør det muligt at visualisere den dynamiske ustabilitet af mikrotubuli i forskellige typer rodceller [6] [7] .
Der er fire typer mikrotubuli i cellerne i højere planter [8] :
Alle komponenter i cytoskelettet og andre organeller er forbundet med en række specifikke mikrotubuli-associerede proteiner ( BAM'er ). I dyreceller er de mest undersøgte BAM'er tau og BAM2 , som stabiliserer mikrotubuli og binder dem til andre cellulære strukturer, samt transportproteinerne dynein og kinesin [9] . Funktionen af forskellige grupper af plantemikrotubuli afhænger af tilstedeværelsen af BAM- isoformer fra BAM 65-familien og regulatoriske kinaser og fosfataser . Især er den meget konserverede dyrehomolog af BAM65-familien vigtig for, at mikrotubuli kan erhverve specifikke konfigurationer gennem planteudviklingen [7] . Orienteringen og organiseringen af forskellige populationer og typer af mikrotubuli er vævs- og organspecifik [10] .
Strukturen af roden af Tal's rezukhovidka ( Arabidopsis thaliana L.) er typisk for tokimbladede planter . Tættest på rodoverfladen er epidermislaget , hvis celler i den modne zone, afhængig af evnen til at igangsætte udviklingen af rodhår, er trichoblaster eller atrichoblaster [11] . Dybere er det akkumulerende chloroplastfri kortikale lag med talrige intercellulære rum og plasmodesmata og et lag af endodermale celler med caspariske bånd på antiklinale overflader [12] . Den centrale cylinder i roden er dannet af parenkymceller i pericycle [12] , som er i stand til hurtig deling, og elementer af xylem og floem . Der er også en funktionel afgrænsning af rodzoner: opdelingszoner, forlængelseszoner , modning samt en overgangszone på grænsen til initierings- og forlængelseszoner . Siderødder dannes med pericycle, og rodhår dannes med trichoblasterne i epidermallaget [12] [13] . Rodspidsen er dækket af en rodkappe med en specifik morfologi af columellaceller .
Atcentrosomale kortikale mikrotubuli ( CMT'er ) er vigtige for plantemorfogenese , regulering af celledeling og forlængelse [14] . Den meget dynamiske population af membranbundne korte CMT'er reorienterer sig hurtigt fra interfasen på tværs til den langsgående position under celleforlængelse [15] . Atcentrosomale kortikale mikrotubuli har et uordnet arrangement af plus-ender og viser dynamisk ustabilitet, og frie minus-ender af CMT'er depolymeriseres langsomt, det vil sige, CMT'er er selvorganiserede af en hybridmekanisme af dynamisk ustabilitet og løbebånd [2] . Enucleation sker over hele overfladen af plasmamembranen [2] [15] . SPR1-proteinet regulerer dynamikken og organiseringen af CMT plus-enden i planter, hvilket påvirker den anisotrope cellevækst [16] [17] . Atcentrosomale kortikale mikrotubuli ligger parallelt med cellulosemikrofibriller [18] , korrekt organisering af CMT er afgørende for normal cellevægssyntese [19] . Det er blevet fastslået, at CMT forenes til knuder, der ofte krydser hinanden for at stabilisere mikrotubuli og fastholde proteiner på deres overflade [17] .
Cylindriske laterale udvækster af trichoblaster, rodhår, når en betydelig længde i forhold til deres egen tykkelse med en ret konstant diameter i Arabidopsis thaliana L. (umoden ~ 6-10 nm; moden - mere end 1 mm) og er karakteriseret ved en meget polær cytoarkitektur [20] . Deres forlængelse sker gennem apikal vækst ( engelsk tip growth ) ved polariseret exocytose , som er præget af en reciprok strømning af cytoplasmaet, en gradient af cytoplasmatisk Ca 2+ , F - actin aktivitet og et skift af cellulært indhold til toppen af håret . I de tidlige udviklingsstadier vokser rodhårene fra 3 dage gamle frøplanter af Arabidopsis thaliana L. med en hastighed på 0,4 µm/min og accelererer senere til 1-2,5 µm/min [20] .
Planteceller er karakteriseret ved en organiseret population af kortikale mikrotubuli [9] , som er til stede i rodhår på alle udviklingsniveauer [21] [22] . Under overgangen fra den rudimentære tilstand til forlængelsestilstanden visualiseres de kortikale mikrotubuli i spidsen af hårene ikke, da endoplasmatiske mikrotubuli vises. Kortikale mikrotubuli er orienteret på langs eller spiral [22] [23] . I majs ( Zea mays L.) og almindelig salat ( Lactuca sativa L.) er initieringen af rodhårvækst forbundet med reorganiseringen af CMT-populationen i trichoblaster [22] [24] [25] . Denne population styrer stabiliteten og retningen af den apikale vækst af rodhår [26] [27] . Sammenligning af fire standardparametre for CMT dynamisk ustabilitet in vivo - niveauet af vækstaktivitet, adskillelseshastigheden, hyppigheden af overgange fra demontering til vækst ("redning") og omvendt ("katastrofe") afslørede, at kortikale mikrotubuli (CMT) ) af unge rodhår er dynamiske, fordi de modnes. Netværket af mikrotubuli reorganiseres som reaktion på skiftende miljøparametre og differentieringsstimuli ved at variere indikatorerne for dynamisk ustabilitet [27] .
| eukaryote celleorganeller _ | |
|---|---|
| endomembransystem | |
| cytoskelet | |
| Endosymbionter | |
| Andre indre organeller | |
| Eksterne organeller | |