מה התפקיד העיקרי של צינורות המיקרו בתא?

תוֹכֶן

• TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
• הפונקציות העיקריות של צינורות המיקרו-תא בתוך התא
• מה הם: רכיבי מיקרו-צינור ובנייה
• מיקרו-צינורות והתאים ציטוס-שלד
• מיקרו-צינורות וחוסר יציבות דינמית
• מיקרו-צינורות, חלוקת תאים והציר המיטוטי
• מיקרו-צינורות נותנים מבנה לסיליה ולגלום
• תנועת סיליה ופלגלום
• מערכת הובלת התאים
• שתי קבוצות עיקריות של מנועי מיקרו-צינור
• מחקרים שעדיין ממשיכים

מיקרו-צינורות הם בדיוק איך הם נשמעים: צינורות חלולים מיקרוסקופיים שנמצאים בתוך תאים אוקיארוטיים וכמה תאים חיידקים פרוקריוטיים המספקים פונקציות מבניות ותנועתיות לתא. סטודנטים לביולוגיה לומדים במהלך הלימודים כי ישנם רק שני סוגים של תאים: פרוקריוטים ואוקריוטים.

תאים פרוקריוטיים מהווים את האורגניזמים החד-תאיים שנמצאים בתחומי Archaea ו- Bacteria תחת מערכת הטקסונומיה הלינאית, מערכת סיווג ביולוגית של כל החיים, ואילו התאים האוקריוטים נופלים תחת תחום האוקריה, שמפקח על הממלכות הפרוטסטיות, הצמחיות, בעלי החיים והפטריות. . ממלכת מונרה מתייחסת לחיידקים. מיקרו-צינורות תורמים לתפקודים מרובים בתא, כולם חשובים לחיי התא.

TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)

מיקרו-צינורות הם מבנים צינוריים זעירים, חלולים דמויי חרוזים המסייעים לתאים לשמור על צורתם. יחד עם מיקרו-חוטים וחוטים ביניים, הם מהווים את שלד הציטוס של התא, ומשתתפים במגוון פונקציות מוטוריות לתא.

הפונקציות העיקריות של צינורות המיקרו-תא בתוך התא

כחלק משלד הציטוס של התא, מיקרו-צינורות תורמים ל:

מה הם: רכיבי מיקרו-צינור ובנייה

מיקרו-צינורות הם צינורות או צינורות קטנים, חלולים, דמויי חרוזים, עם קירות בנויים במעגל של 13 פרופילמנטים המורכבים מפולימרים של טובולין וחלבון כדורית. מיקרו-צינורות דומים לגרסאות מזעריות של מלכודות אצבעות סיניות חרוזים. מיקרו-צינורות יכולים לגדול פי אלף מאורך הרוחב שלהם. מיוצר על ידי הרכבת דימרים - מולקולה יחידה, או שתי מולקולות זהות המחוברות יחד של אלפא ובטא טובולין - מיקרו-צינורות קיימים בתאים צמחיים ובעלי חיים כאחד.

בתאים צמחיים נוצרות מיקרו-צינורות באתרים רבים בתוך התא, אך בתאים מהחי, מיקרו-צינוריות מתחילות במרכז הצנטרוזום, אברון ליד גרעין התא שמשתתף גם הוא בחלוקת התא. סוף המינוס מייצג את הקצה המצורף של המיקרו-צינורית בעוד שהפוכה הוא הקצה הפלוס. המיקרו-צינוריות גדלות בסוף פלוס באמצעות פילמור של דימרים של טובולין, והמיקרו-צינורות מתכווצים עם שחרורם.

מיקרו-צינורות נותנים מבנה לתא כדי לעזור לו להתנגד לדחיסה ולספק כביש מהיר בו שלפוחית ​​(מבנים דמויי שק המעבירים חלבונים ומטען אחר) עוברים על פני התא. מיקרו-צינורות מפרידים גם כרומוזומים משוכפלים לקצוות מנוגדים של תא במהלך חלוקה. מבנים אלה יכולים לעבוד לבד או בשילוב עם אלמנטים אחרים בתא ליצירת מבנים מורכבים יותר כמו צנטריוזות, ציציות או סמלונים.

עם קוטרים של 25 ננומטר בלבד, מיקרו-צינורות מתפרקים לרוב ורפורמות במהירות ככל שהתא זקוק להם. אורך החיים של טובולין הוא רק ביום, אך מיקרו-צינורית עשויה להתקיים במשך 10 דקות בלבד מכיוון שהם במצב בלתי יציב מתמיד. אי יציבות מסוג זה נקרא חוסר יציבות דינמי, ומיקרו-צינורות יכולים להרכיב ולהתפרק כתגובה לצורכי התאים.

מיקרו-צינורות והתאים ציטוס-שלד

המרכיבים המרכיבים את שלד הציטוס כוללים אלמנטים המורכבים משלושה סוגים שונים של חלבונים - מיקרו-חוטים, חוטי ביניים ומיקרו-צינורות. הצר מבין מבני החלבון הללו כוללים מיקרו-פילמנטים, הקשורים לעיתים קרובות למיוזין, היווצרות חלבון דמוי חוט, שבשילוב עם החלבון אקטין (סיבים ארוכים ודקים הנקראים גם חוטים "דקים"), מסייע להתכווצות תאי שריר ולספק קשיחות וצורה לתא.

מיקרופילמנטים, מבנים קטנים דמויי מוט עם קוטר ממוצע של בין 4 ל 7 ננומטר, תורמים אף הם לתנועת הסלולר בנוסף לעבודה שהם מבצעים בציטוס שלד. חוטים ביניים, בקוטר 10 ננומטר בממוצע, פועלים כמו כריכות קשירה על ידי אבטחת איברונים התא והגרעין. הם גם עוזרים לתא לעמוד במתח.

מיקרו-צינורות וחוסר יציבות דינמית

מיקרו-צינורות עשויים להיראות יציבים לחלוטין, אך הם נמצאים בשטף קבוע. בכל רגע אחד, קבוצות של מיקרו-צינורות עשויות להיות בתהליך של התמוססות, בעוד שאחרות עשויות להיות בתהליך של גידול. ככל שהמיקרו-צינור גדל, ההטרודימרים (חלבון המורכב משתי שרשראות פוליפפטיד) מספקים כובעים לקצה המיקרו-צינורית, אשר נופלים כשהוא מתכווץ לשימוש שוב. חוסר היציבות הדינמית של המיקרו-צינורות נחשב למצב יציב לעומת שיווי משקל אמיתי מכיוון שיש להם חוסר יציבות מהותי - נעים פנימה ומחוצה להם.

מיקרו-צינורות, חלוקת תאים והציר המיטוטי

חלוקת תאים אינה חשובה רק להתרבות החיים, אלא ליצירת תאים חדשים ישנים. המיקרו-צינורות ממלאים תפקיד חשוב בחלוקת התאים בכך שהם תורמים להיווצרות הציר המיטוטי, אשר ממלא תפקיד בהגירה של כרומוזומים משוכפלים במהלך אנאפאזה. כ"מכונה מקרומולקולרית ", הציר המיטוטי מפריד כרומוזומים משוכפלים לצדדים מנוגדים בעת יצירת שני תאי בת.

הקוטביות של המיקרו-צינורות, כאשר הקצה המצורף הוא מינוס והקצה הצף חיובי, הופכת אותו לאלמנט קריטי ודינאמי לקיבוץ ציר דו-קוטבי ומטרה. שני הקטבים של הציר, העשויים ממבנים מיקרו-צינוריים, מסייעים בהפרדה ובהפרדה של כרומוזומים כפולים באופן מהימן.

מיקרו-צינורות נותנים מבנה לסיליה ולגלום

המיקרו-צינורות תורמים גם לחלקי התא המסייעים לו לנוע והם אלמנטים מבניים של ציציות, צנטריונים ופלנלה. לתא הזרע הגברי, למשל, יש זנב ארוך המסייע לו להגיע ליעדה הרצוי, הביצית הנשית. המכונה סגלגל (ברבים הוא פלאלה), הזנב הארוך והדומה לחוטים משתרע מהחלק החיצוני של קרום הפלזמה כדי להניע את תנועת התאים. לרוב התאים - בתאים שיש להם - בדרך כלל סמל אחד עד שניים. כאשר קיימים cilia על התא, רבים מהם מתפשטים על פני השטח המלא של קרום הפלזמה החיצוני של התאים.

ציציות על תאים המיישרים קו אורגניזמים נקביים, למשל, עוזרות להעביר את הביצית למפגש הגורלי שלה עם תא הזרע במסעו לרחם. הסמל והצליליה של התאים האוקריוטים אינם זהים מבחינה מבנית כמו אלה שנמצאים בתאים פרוקריוטים. הביולוגים, שנבנו יחד עם אותו המיקרו-צינורות, מכנים את סידור המיקרו-צינוריות "מערך 9 + 2" מכיוון שפלגלום או ציליום מורכב מתשעה זוגות מיקרו-צינוריים בזירה שתוחם צמד מיקרו-צינורי במרכז.

תפקודי המיקרוטולה דורשים חלבוני טובולין, מיקומי עיגון ומרכזי תיאום לאנזים ופעילויות כימיות אחרות בתא. ב cilia ו flagella, טובולין תורם למבנה המרכזי של המיקרו-צינורית, הכולל תרומות ממבנים אחרים כמו זרועות דינין, חוליות נקסין ודחפים רדיאליים. אלמנטים אלה מאפשרים תקשורת בין צינורות מיקרו, ומחברים אותם זה לזה באופן הדומה לאופן בו חוטים אקטין ומיוזין נעים במהלך התכווצות השרירים.

תנועת סיליה ופלגלום

אף על פי ששני הצלעות והפללום מורכבים ממבנים מיקרו-צינוריים, הדרכים בהן הן נעות שונות זו מזו. סגלגל בודד מניע את התא במידה רבה באותה צורה שבה זנב דג מזיז דג קדימה, בתנועה דמויי שוט בצד.זוג דגלונים עשויים לסנכרן את תנועותיהם כדי להניע את התא קדימה, כמו כיצד זרועות השחיינים מתפקדות כאשר היא שוחה במכת השד.

Cilia, קצר בהרבה מהפלגלום, מכסה את הממברנה החיצונית של התא. הציטופלזמה מסמנת את הציפורן לנוע באופן מתואם כדי להניע את התא לכיוון אליו הוא צריך ללכת. כמו להקה צועדת, תנועותיהם ההרמוניות עוברות כל הזמן לאותו מתופף. באופן אינדיבידואלי, תנועת ציליום או דגלים פועלת כמו זו של משוט בודד, עוברת את המדיום במכה חזקה כדי להניע את התא לכיוון אליו הוא צריך ללכת.

פעילות זו עשויה להופיע בעשרות פעימות בשנייה, ושבץ אחד עשוי לכלול תיאום של אלפי ציציות. תחת מיקרוסקופ, תוכלו לראות כמה מהר הצליליות מגיבות למכשולים בסביבתם על ידי שינוי כיוונים במהירות. הביולוגים עדיין חוקרים כיצד הם מגיבים כל כך מהר ועדיין לא גילו את מנגנון התקשורת שבאמצעותו החלקים הפנימיים של התא אומרים לצלילות והפללה כיצד, מתי ולאן ללכת.

מערכת הובלת התאים

מיקרו-צינורות משמשים כמערכת ההובלה בתוך התא להעברת מיטוכונדריה, אברונים ושלפוחית ​​דרך התא. ישנם חוקרים המתייחסים לאופן בו פועל תהליך זה על ידי דימיון של צינורות מיקרו הדומים לחגורות מסוע, ואילו חוקרים אחרים מתייחסים אליהם כאל מערכת מסלול שבאמצעותה עוברים מיטוכונדריה, אברונים ושלפוחית ​​בתא.

כמפעלים אנרגטיים בתא, המיטוכונדריה הם מבנים או איברים קטנים בהם מתרחשת הנשימה וייצור אנרגיה - שניהם תהליכים ביוכימיים. האורגנלים מורכבים ממבנים קטנים אך מתמחים בתא, ולכל אחד מהם הפונקציות שלהם. כלי הדם הם מבנים קטנים דמויי שק שעלולים להכיל נוזלים או חומרים אחרים כמו אוויר. הווסקיקים נוצרים מממברנה הפלזמה, צובטים ליצירת שק דמוי כדורי הסגור על ידי דו שכבתי שומנים.

שתי קבוצות עיקריות של מנועי מיקרו-צינור

הבנייה הדומה לחרוזים של מיקרו-צינורות משמשת מסוע, מסילה או כביש מהיר להובלת שלפוחיות, אברונים ואלמנטים אחרים בתא למקומות אליהם הם צריכים להגיע. מנועי מיקרו-צינוריים בתאים אוקריוטיים כוללים קינסינים, שעוברים לקצה הפלוס של המיקרו-צינור - הסוף שגדל - ו דינינים שעוברים לקצה ההפוך או המינוס, בו המיקרו-צינורית מתחברת לקרום הפלזמה.

כחלבונים "מוטוריים", קינזינים מזיזים אברונים, מיטוכונדריה ושלפוחית ​​לאורך חוטים המיקרו-צינוריים דרך כוח ההידרוליזה של מטבע האנרגיה של התא, אדנוזין טריפוספט או ATP. החלבון המוטורי האחר, דינין, צועד את המבנים הללו בכיוון ההפוך לאורך חוטים של צינוריות מיקרו לכיוון קצה המינוס של התא על ידי המרת האנרגיה הכימית המאוחסנת ב- ATP. שני קינזינים ודינינים הם מנועי החלבון המשמשים במהלך חלוקת תאים.

מחקרים אחרונים מראים שכאשר חלבוני דינין הולכים לקצה הצד המינוס של המיקרו-צינורית, הם מתאספים שם במקום ליפול. הם מקפצים לכל אורך הדרך להתחבר למיקרו-צינור אחר כדי ליצור את מה שחלק מדענים מכנים "אסטרס", שנחשבו על ידי מדענים כתהליך חשוב בהיווצרות הציר המיטוטי, על ידי שינוי המעגל-צינורות המרובים לתצורה יחידה.

הציר המיטוטי הוא מבנה מולקולרי "בצורת כדורגל" שגורר כרומוזומים לקצוות מנוגדים ממש לפני שהתא מתפצל ליצירת שני תאי בת.

מחקרים שעדיין ממשיכים

חקר חיי הסלולר נמשך מאז המצאת המיקרוסקופ הראשון בחלקו האחרון של המאה ה -16, אך רק בעשורים האחרונים חלו התקדמות בביולוגיה הסלולרית. לדוגמה, החוקרים גילו רק את החלבון המוטורי קינסיני -1 בשנת 1985 בעזרת מיקרוסקופ אור משופר בווידיאו.

עד לאותה נקודה, היו חלבונים מוטוריים כמעמד של מולקולות מסתוריות שלא היו ידועות לחוקרים. עם התקדמות ההתפתחות הטכנולוגית והמחקרים נמשכים, מקווים החוקרים להתעמק בתא כדי לגלות את כל מה שהם יכולים ללמוד על אופן פעולתו הפנימית של התא בצורה חלקה כל כך.