ما هي الوظيفة الرئيسية للأنابيب الدقيقة في الخلية؟

المحتوى

• TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)
• المهام الرئيسية للأنابيب الدقيقة داخل الخلية
• ما هي: مكونات مجهرية والبناء
• الأنابيب الدقيقة والخلايا الهيكل الخلوي
• الأنابيب الدقيقة وعدم الاستقرار الديناميكي
• الأنابيب المجهرية ، انقسام الخلايا والمغزل الانيقي
• الأنابيب الدقيقة تعطي بنية لسيليا وجلطة
• حركة الأهداب والسوط
• نظام نقل الخلايا
• مجموعتين رئيسيتين من Microtubule موتورز
• الدراسات لا تزال مستمرة

الأنابيب الدقيقة هي بالضبط كيف تبدو: أنابيب مجوفة مجوفة موجودة داخل خلايا حقيقية النواة وبعض خلايا البكتيريا بدائية النواة توفر بنية ووظائف حركية للخلية. يتعلم طلاب البيولوجيا أثناء دراستهم أن هناك نوعين فقط من الخلايا: بدائية النواة ونواة النواة.

تتكون الخلايا بدائية النواة من الكائنات وحيدة الخلية الموجودة في مجالي الأركيا والبكتيريا في ظل نظام تصنيف لينيا ، وهو نظام تصنيف بيولوجي لجميع أنواع الحياة ، في حين تقع الخلايا حقيقية النواة تحت نطاق النواة ، والتي تشرف على مملكة البروتيا والنباتات والحيوانات والفطريات. . تشير مملكة مونيرا إلى البكتيريا. تساهم الأنابيب الدقيقة في وظائف متعددة داخل الخلية ، وكلها مهمة للحياة الخلوية.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)

الأنابيب الصغيرة عبارة عن هياكل أنبوبيّة صغيرة مجوفة تشبه حبة تساعد الخلايا في الحفاظ على شكلها. جنبا إلى جنب مع microfilaments وخيوط وسيطة ، فإنها تشكل الهيكل الخلوي للخلية ، وكذلك المشاركة في مجموعة متنوعة من الوظائف الحركية للخلية.

المهام الرئيسية للأنابيب الدقيقة داخل الخلية

كجزء من الهيكل الخلوي للخلية ، تساهم الأنابيب الدقيقة في:

ما هي: مكونات مجهرية والبناء

الأنابيب الصغيرة عبارة عن أنابيب أو أنابيب صغيرة مجوفة تشبه حبة الخرز ، وهي جدران مبنية في دائرة مكونة من 13 قطعة من المواد الأولية تتكون من بوليميرات من البروبولين والبروتين الكروي. تشبه الأنابيب الدقيقة إصدارات مصغرة من مصائد الإصبع الصينية المخرزة. يمكن أن تنمو الأنابيب الدقيقة 1000 مرة طول عرضها. ملفقة من قبل مجموعة من dimers - جزيء واحد ، أو جزيئين متطابقة مرتبطة معا من ألفا وبيتا توبولين - توجد الأنابيب الدقيقة في كل من الخلايا النباتية والحيوانية.

في الخلايا النباتية ، تتشكل الأنابيب الدقيقة في العديد من المواقع داخل الخلية ، ولكن في الخلايا الحيوانية ، تبدأ الأنابيب الدقيقة في المركز ، وهي عضية بالقرب من نواة الخلية التي تشارك أيضًا في انقسام الخلية. تمثل نهاية الطرح الطرف المرفق من الأنبوب الصغير بينما عكسه هو نهاية علامة الجمع. تنمو الأنابيب الدقيقة في نهاية علامة الجمع من خلال بلمرة ثنائيات التوبولين ، وتتقلص الأنابيب الدقيقة مع إطلاقها.

تمنح الأنابيب الدقيقة الخلية للخلية لمساعدتها على مقاومة الضغط وتوفير طريق سريع تنتقل فيه الحويصلات (هياكل تشبه الكيس التي تنقل البروتينات والبضائع الأخرى) عبر الخلية. تقوم الأنابيب المجهرية أيضًا بفصل الكروموسومات المكررة إلى أطراف متقابلة للخلية أثناء الانقسام. يمكن لهذه الهياكل أن تعمل بمفردها أو بالاشتراك مع عناصر أخرى في الخلية لتشكيل هياكل أكثر تعقيدًا مثل: المركزية أو الأهداب أو السوط.

مع أقطار 25 نانومتر فقط ، غالباً ما تتحلل الأنابيب الدقيقة وتصلحها بأسرع ما تحتاج إليها الخلية. لا يستغرق نصف عمر التوبولين سوى يوم واحد ، ولكن قد توجد الأنابيب المجهرية لمدة 10 دقائق فقط لأنها في حالة عدم استقرار دائمة. يُطلق على هذا النوع من عدم الاستقرار عدم الاستقرار الديناميكي ، ويمكن تجميع الأنابيب الدقيقة وتفكيكها استجابة لاحتياجات الخلايا.

الأنابيب الدقيقة والخلايا الهيكل الخلوي

تشمل المكونات التي تتكون منها الهيكل الخلوي عناصر مصنوعة من ثلاثة أنواع مختلفة من البروتينات - خيوط دقيقة ، خيوط وسيطة وأنابيب دقيقة. تشتمل أضيق هياكل البروتين هذه على ألياف دقيقة ، غالبًا ما تكون مرتبطة بالميوسين ، وهو تكوين بروتين يشبه الخيوط ، عندما يقترن مع البروتين الأكتين (ألياف طويلة و رقيقة تسمى أيضًا الشعيرات "الرقيقة") ، يساعد على تقلص خلايا العضلات وتوفير تصلب وشكل إلى الخلية.

تسهم الأسقف المصغرة ، وهي هياكل صغيرة تشبه القضبان ويبلغ متوسط ​​قطرها بين 4 و 7 نانومتر ، في الحركة الخلوية بالإضافة إلى العمل الذي تؤديه في الهيكل الخلوي. تعمل الخيوط الوسيطة ، التي يبلغ قطرها 10 نانومتر ، كأنها مربوطة بتأمين عضيات الخلية والنواة. كما أنها تساعد الخلية على تحمل التوتر.

الأنابيب الدقيقة وعدم الاستقرار الديناميكي

قد تبدو الأنابيب الدقيقة مستقرة تمامًا ، لكنها في حالة تغير مستمر. في أي لحظة ، قد تكون مجموعات من الأنابيب الدقيقة في عملية الذوبان ، في حين أن البعض الآخر في طور النمو. مع نمو الأنبوب الصغير ، توفر وحدات التغذية غير المتجانسة (بروتين يتكون من سلسلتين من عديد الببتيد) أغطية في نهاية الأنبوب الصغير ، والتي تنطلق عندما تتقلص للاستخدام مرة أخرى. يعتبر عدم الاستقرار الديناميكي للأنابيب الدقيقة حالة مستقرة بدلاً من التوازن الحقيقي لأن لديهم عدم استقرار جوهري - يتحركون داخل وخارج الشكل.

الأنابيب المجهرية ، انقسام الخلايا والمغزل الانيقي

انقسام الخلايا ليس مهمًا فقط لإعادة إنتاج الحياة ، ولكن أيضًا لجعل خلايا جديدة قديمة. تلعب الأنابيب الدقيقة دورًا مهمًا في انقسام الخلايا من خلال المساهمة في تكوين المغزل الانقسامي ، والذي يلعب دورًا في هجرة الصبغيات المكررة خلال الطور. باعتباره "آلة الجزيئات الكبيرة" ، يفصل المغزل الانقسامي الكروموسومات المكررة إلى الجانبين المعاكسين عند تكوين خليتين ابنتين.

إن قطبية الأنابيب الدقيقة ، مع كون النهاية المرفقة ناقصًا والطرف العائم إيجابية ، يجعلها عنصرًا حيويًا وديناميكيًا لتجميع المغزل ثنائي القطب والغرض منه. يساعد قطبا المغزل ، المصنوعان من هياكل الأنابيب الدقيقة ، على فصل وفصل الكروموسومات المكررة بشكل موثوق.

الأنابيب الدقيقة تعطي بنية لسيليا وجلطة

تسهم الأنابيب المجهرية أيضًا في أجزاء الخلية التي تساعدها على الحركة وهي عناصر هيكلية للأهداب والأوعية المركزية والسوط. تحتوي خلية الحيوانات المنوية الذكرية على سبيل المثال على ذيل طويل يساعدها في الوصول إلى وجهتها المرغوبة ، وهي البويضة الأنثوية. يُطلق عليها اسم السوط (الجمع هو السوط) ، ويمتد هذا الذيل الطويل الذي يشبه الخيوط من الجزء الخارجي من غشاء البلازما إلى طاقة حركة الخلايا. تحتوي معظم الخلايا - في الخلايا التي تحتوي عليها - بشكل عام واحد إلى اثنين من السوط. عندما توجد أهداب على الخلية ، ينتشر الكثير منها على طول السطح الكامل للخلايا غشاء البلازما الخارجي.

على سبيل المثال ، تساعد أهداب الخلايا التي تبطن كائنًا حيويًا في قناة فالوب ، على نقل البويضة إلى قاءتها المصيرية مع خلية الحيوانات المنوية في رحلتها إلى الرحم. ليست السوط والأهداب للخلايا حقيقية النواة نفس البنية كتلك الموجودة في الخلايا بدائية النواة. صُنِع علماء الأحياء بنفس الطريقة مع الأنابيب المجهرية ، حيث يطلقون على ترميز الأنابيب المجهرية "صفيف 9 + 2" لأن السوط أو القرمزي يتكون من تسعة أزواج من الأنابيب الصغيرة في حلقة تحيط ثنائيات microtubule في الوسط.

تتطلب وظائف Microtubule بروتينات توبولين ، ومواقع ترسيخ ومراكز تنسيق للأنزيم والأنشطة الكيميائية الأخرى داخل الخلية. في أهداب وأهداب ، يساهم توبولين في التركيب المركزي للأنبوب الصغير ، والذي يتضمن مساهمات من هياكل أخرى مثل الأسلحة داينين ​​، وصلات نيكسين والمتحدث شعاعي. تسمح هذه العناصر بالتواصل بين الأنابيب الدقيقة ، وتجميعها معًا بطريقة تشبه كيفية تحرك خيوط الأكتين والميوسين أثناء تقلص العضلات.

حركة الأهداب والسوط

على الرغم من أن كل من الأهداب والسوط يتكونان من هياكل الأنابيب الدقيقة ، إلا أن الطرق التي يتحركان بها مختلفة بشكل واضح. تدفع السوط المفردة الخلية كثيرًا بنفس الطريقة التي يحرك بها ذيل السمكة سمكة إلى الأمام ، بحركة تشبه السوط جنبًا إلى جنب.قد يقوم زوج من السوط بتزامن تحركاته لدفع الخلية للأمام ، مثل كيفية عمل أذرع السباحين عندما تسبح سكتة دماغية.

أهداب ، أقصر بكثير من سوط ، وتغطي الغشاء الخارجي للخلية. يشير السيتوبلازم إلى أن الأهداب تتحرك بطريقة منسقة لدفع الخلية في الاتجاه الذي تحتاجه. مثل الفرقة المسيرة ، تتحرك حركاتها المنسقة في الوقت المناسب إلى نفس لاعب الدرامز. بشكل فردي ، تعمل حركة cilium أو flagellums مثل حركة مجذاف منفرد ، تمر عبر الوسيط بضربة قوية لدفع الخلية في الاتجاه الذي تحتاج إليه.

قد يحدث هذا النشاط بعشرات السكتات الدماغية في الثانية ، وقد تتضمن السكتة الدماغية الواحدة التنسيق بين آلاف الأهداب. تحت المجهر ، يمكنك أن ترى مدى سرعة استجابة ciliates للعقبات في بيئتهم عن طريق تغيير الاتجاهات بسرعة. لا يزال علماء الأحياء يدرسون كيفية تجاوبهم بسرعة وبهذا لم يكتشفوا بعد آلية الاتصال التي تخبر بها الأجزاء الداخلية للخلية أهداب الجلد وسوطها كيف ومتى وأين تذهب.

نظام نقل الخلايا

تعمل الأنابيب الدقيقة كنظام نقل داخل الخلية لتحريك الميتوكوندريا والعضيات والحويصلات عبر الخلية. يشير بعض الباحثين إلى الطريقة التي تعمل بها هذه العملية من خلال تشبيه الأنابيب المجهرية التي تشبه الأحزمة الناقلة ، بينما يشير الباحثون الآخرون إليهم كنظام مسار تنتقل عبره الميتوكوندريا والعضيات والحويصلات عبر الخلية.

كمصانع للطاقة في الخلية ، الميتوكوندريا هي هياكل أو أعضاء صغيرة يحدث فيها التنفس وإنتاج الطاقة - كلاهما عمليتان كيميائيتان حيويتان. تتكون العضيات من عدة هياكل صغيرة ولكنها متخصصة داخل الخلية ، ولكل منها وظائفها الخاصة. الحويصلات عبارة عن هياكل صغيرة تشبه الكيس قد تحتوي على سوائل أو مواد أخرى مثل الهواء. تتشكل الحويصلات من غشاء البلازما ، معسرًا لإنشاء كيس يشبه الكرة محاطًا بطبقة ثنائية من الدهون.

مجموعتين رئيسيتين من Microtubule موتورز

يشبه بناء الأنابيب الدقيقة مثل حزام سير أو مسار أو طريق سريع لنقل الحويصلات والعضيات وعناصر أخرى داخل الخلية إلى الأماكن التي يحتاجون إليها. تشمل محركات الأنابيب الصغيرة في خلايا حقيقية النواة kinesins، والتي تنتقل إلى نهاية علامة micropubule - النهاية التي تنمو - و dyneins التي تنتقل إلى الطرف الآخر أو الطرف السفلي حيث تتصل الأنبوب الصغير بغشاء البلازما.

باعتبارها البروتينات "الحركية" ، تحريك الكينيسين العضيات والميتوكوندريا والحويصلات على طول خيوط الأنابيب المجهرية من خلال قوة التحلل المائي لعملة الطاقة للخلية أو أدينوساين ثلاثي الفوسفات أو ATP. يسير البروتين الحركي الآخر ، dynein ، في هذه الهياكل في الاتجاه المعاكس على طول خيوط الأنبوب الصغير باتجاه نهاية ناقص الخلية عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في ATP. كلا كينين ودينين هما محركات البروتين المستخدمة خلال انقسام الخلايا.

تشير الدراسات الحديثة إلى أنه عندما تسير بروتينات داينين ​​إلى نهاية الجانب الناقص من الأنبوب الصغير ، فإنها تتجمع هناك بدلاً من السقوط. إنهم يقفزون عبر الأفق للاتصال بأنيبيبات مجهرية أخرى لتكوين ما يسميه بعض العلماء "أستيرس" ، وهو ما اعتقد العلماء أنه عملية مهمة في تكوين المغزل الانقسامي عن طريق تحويل الأنابيب الدقيقة المتعددة إلى تكوين واحد.

المغزل الانقسامي هو هيكل جزيئي "على شكل كرة القدم" يقوم بسحب الكروموسومات إلى أطراف متقابلة مباشرة قبل انقسام الخلية لتشكيل خليتين ابنتيتين.

الدراسات لا تزال مستمرة

استمرت دراسة الحياة الخلوية منذ اختراع المجهر الأول في الجزء الأخير من القرن السادس عشر ، ولكن لم يحدث إلا في العقود القليلة الماضية حدوث تطورات في البيولوجيا الخلوية. على سبيل المثال ، اكتشف الباحثون فقط البروتين الحركي كينيسين -1 في عام 1985 باستخدام مجهر الضوء المعزز بالفيديو.

حتى تلك النقطة ، كانت البروتينات الحركية موجودة كفئة من الجزيئات الغامضة غير المعروفة للباحثين. مع تقدم التطورات التكنولوجية ، واستمرار الدراسات ، يأمل الباحثون في الخوض في عمق الخلية لاكتشاف كل ما يمكنهم تعلمه عن كيفية عمل الأعمال الداخلية للخلية بسلاسة.