Mikrotubule

Mikrotubule so beljakovinske nitke, ki imajo cevasto strukturo in skupaj z aktinskimi in vmesnimi nitkami tvorijo citoskelet evkariontskih celic. Stabilizirajo celico in sodelujejo tudi pri transportih in premikih znotraj celice.

Kaj so mikrotubule?

Mikrotubuli so cevasti polimeri, katerih beljakovinske strukture imajo premer približno 24 nm. Skupaj z drugimi nitkami tvorijo citoskelet, ki daje celicam moč in obliko. Poleg tega igrajo tudi bistveno vlogo pri gibanju celic in so prav tako pomembni elementi cilije, flagele, centriole in jedrskega vretena. Mikrotubuli so zelo pomembni tudi za zdravljenje raka. Nekatere učinkovine, ki vplivajo na delitev tumorskih celic, se že uporabljajo v obliki kemoterapevtskih zdravil ali citostatičnih zdravil.

Anatomija in struktura

Mikrotubule so sestavljene iz alfa in beta tubulinskih dimerov (heterodimerov). Heterodimeri so podenote mikrotubul, ki so znane tudi kot protofilamenti. Protofilamenti tvorijo votlo telo v obliki spirale tako, da se nalagajo, samo na enem koncu so alfa-tubulinske enote in na drugem koncu samo beta-tubulinske podenote. Alfa in beta tubulin imajo lastnost vezave 1 molekule GTP. GTP je nepovratno vezan na alfa tubulin.

Heterodimeri so prednostno nameščeni na plus koncu, zato mikrotubul raste v tej smeri, minus konec pa tvori stabilno stran. Mikrotubula je dolga med enim mikrometrom in nekaj sto mikrometri. Mikrotubuli so razporejeni bodisi kot singlet, dublet ali triplet. Filamenti običajno prihajajo iz centra za urejanje mikrotubulov, vključno na primer s centrioli ali bazalnimi telesi. Poleg tega se razlikuje med dvema različnima populacijama: dinamičnimi, kratkotrajnimi in stabilnimi, dolgoživimi mikrotubuli. Stabilne mikrotubule predstavljajo okvir flagelov, cilijev in centriolov.

Dolgoživeče mikrotubule se pojavljajo tudi v aksonih nevronov ali v flagelah spermijev. Tam zagotavljajo prožnost, stabilnost in mobilnost. Dinamične mikrotubule lahko najdemo tudi tam, kjer je potrebna hitra obnova. Poleg tega zagotavljajo porazdelitev kromosomov v hčerinskih celicah. Mikrotubuli se gradijo ali razpadajo izmenično, pri čemer se kopičenje in razčlenitev dogaja predvsem na plus koncu. Mikrotubula raste, dokler ni več dovolj heterodimerov.

Nato se začne depolimerizacija, s katero se koncentracija tubulina spet poveča in začne se nova rast. Različne snovi preprečujejo depolimerizacijo ali polimerizacijo, te se uporabljajo za zdravljenje bolezni.

Funkcija in naloge

Mikrotubuli imajo večnamenske naloge. Vplivajo na razporeditev kromosomov in gibanje veziklov, ki deluje kot železniški sistem. Aktivnost veziklov je predpogoj za transport motornih beljakovin. Transport poteka zaradi proteinov kinezin in dinin, ki se nahajata na površini veziklov. Vesili, prekriti z dinininom, se prevažajo od plusa do minus konca, medtem ko se vezikli, prekriti s kinezinom, prevažajo v nasprotni smeri.

Če se kopičijo posamezni mikrotubuli, nastanejo zapletene strukture. Sem spadajo centriole in bazalna telesa. Centriole je sestavljeno iz devetih mikroplastičnih trojčkov, ki so sestavljeni iz dveh nepopolnih in ene popolne mikrotubule. Bazalna telesa imajo enako strukturo kot centriole. Nahajajo se pod površino celice in imajo nalogo, da zasidrajo flagele in cilije. Kinocilije sestavljajo osrednji par mikrotubul in devet mikrotubulov. Kinocilije se pojavljajo predvsem na epitelijskih celicah in na površini celice prenašajo majhne delce. Cilia je sestavljena iz plazemske membrane in se nahaja na površini evkariontskih celic.

Njihovo središče je sestavljeno iz stabilnih mikrotubul, ki so razporejene v obliki snopa. Čiliji so odgovorni za gibanje tekočine po celični površini. Na primer, nekateri protozoji jih uporabljajo za zbiranje delcev hrane. Številne cilije najdemo na epitelijskih celicah, kjer plast sluzi z odmrlimi celicami ali prašnimi delci prevaža do žrela, da se te kasneje izločijo.

Poleg tega cilija ustvari tok na steni jajcevodov, tako da se jajčne celice lahko prenašajo skozi jajcevod. Flagele (flagella) imajo enako strukturo kot kino cilija, vendar so veliko daljše in se uporabljajo za gibanje celic. Sem spada na primer gibanje semenčic in prevoz protozojev.

Tu lahko najdete svoja zdravila

Bolezni

Pri primarni ciliarni displaziji je kinocilija okvarjena in število dyneinskih molekul se zmanjša. Primarna ciliarna displazija je zelo redka dedna bolezen, pri kateri transportni mehanizem, ki nosi vdihane bakterije in delce, ne deluje pravilno. Posledično manjka gibanje kinocilije ali pa je zelo neusklajeno.

Zaradi tega delcev umazanije ni mogoče pravilno odpeljati z bronhialno sluzjo ali izločanjem paranazalnih sinusov, kar vodi v bronhiektazo (nepovratno dilatacijo bronhijev), kronični bronhitis ali kronični sinusitis. Če je utrip flagele pri spermi pri moških moten, pride do neplodnosti. V okviru Alzheimerjeve bolezni najdemo spremenjene mikrotubule v pacientovih možganih. Pri tej bolezni encim MARK2 vpliva na protein tau. V normalnih celicah se tau veže na mikrotubule, kar jih stabilizira. Ko pa MARK2 deluje na tau, pride do nestabilnosti citoskeleta in motenj v celičnem prometnem sistemu, kar je eden od značilnosti Alzheimerjeve bolezni.