Mikrotubula

Metrika mikrotubula i tubulina

Mikrotubule su strukture sastavljene iz proteina koje se nalaze u ćelijama. Formiraju se u obliku cilindra. Mikrotubule mogu narasti do 50 mikrometara i veoma su dinamične. Spoljni prečnik mikrotubula je između 23 i 27 nm, dok je unutrašnji prečnik između 11 i 15 nm.

Mikrotubule su veoma važne u nizu ćelijskih procesa. Oni su uključeni u održavanje strukture ćelije i zajedno sa mikrofilamentima i srednjim filamentima formiraju citoskelet. Oni takođe čine unutrašnju strukturu cilija i flagela. Oni obezbeđuju platforme za intracelularni transport i uključeni su u različite ćelijske procese, uključujući kretanje sekretornih vezikula, organela i intracelularnih makromolekularnih sklopova (dinein i kinezin). Oni su takođe uključeni u deobu ćelija (mitoza i mejoza) i glavni su sastojci mitotičkih vretena, koji se koriste za razdvajanje eukariotskih hromozoma.

Organizacija

Mikrotubule su jedan od sistema filamenata citoskeleta u eukariotskim ćelijama. Citoskelet mikrotubula je uključen u transport materijala unutar ćelija, koji obavljaju motorni proteini koji se kreću po površini mikrotubula.

Mikrotubule  su najkrupniji elementi citoskeleta. Osnovu njihove strukture čini linearni heteropolimerni molekul – protofilament, sastavljen od naizmenično povezanih subjedinica α- i β- tubulina. Najčešće 13 (ponekad, 12 ili 14) protofilamenata  povezuje se lateralno i formira šuplju cevčicu sa spoljašnjim dijametrom od oko 25 nm. Mikrotubule se nalaze u aksonima i dendritima i kao što je rečeno, posreduju u transportu unutarćelijskog materijala. Osim tubulina, koji izgrađuje mikrotubule svih tipova ćelija, u sastav mikrotubula nervnih ćelija ulaze i dodatni, MAP proteini (engl. microtubule associated proteins), koji se diferencijalno ispoljavaju na mikrotubulama dendrita i aksona. Primera radi, jedan takan protein koji nosi oznaku MAP2 nalazi se isključivo na mikrotubulama u telu nervne ćelije i u dendritima, dok se protein sa oznakom tau nalazi isključivo na mikrotubulama unutar aksona, što omogućava imunohemijsko razlikovanje ova dva tipa nastavaka.

Mikrotubule poseduju osobinu polarnosti: svaka mikrotubula ima (+) i (-) kraj. Pripajanje ili odvajanje tubulinskih gradivnih jedinica sa (+) ili (-) kraja može izmeniti dužinu mikrotubule.

Mikrotubule se ujedruju (formiraju jedro) i organizuju u organizacionim centrima mikrotubula (OCM), poput centrozoma i bazalnih tela. One su deo strukturne mreže (citoskelet) koja se nalazi unutar ćelijske citoplazme, ali osim sturkurne potpore, mikrotubule učestvuju i u drugim procesima. One mogu menjati svoju veličinu (izduživati se i skupljati) čime stvaraju mehaničku silu, a sa druge strane postoje i motorni proteini koji se kreću duž mikrotubula. Jedna od istaknutih struktura koje sadrže mikrotubule je i mitotsko vreteno kod eukariotskih ćelija koje služi za ispravno razdvajanje hromozoma tokom deobe ćelije. Mikrotubule su takođe odgovorne za Flagelu kod eukariotskih ćelija (prokariotska flagela je potpuno drugačija).

Dinamička nestabilnost

Tubulin vezuje GTP (guanozin-trifosfat) kako bi se spojio sa (+) krajem mikrotubula. Ovaj proces se naziva sastavljanje. Ukratko nakon vezivanja, GTP se hidolizuje u GDP (guanozin-difosfat). Jedinica tubulina koja se GDP-om vezuje za kraj mikrotubule je nestabilna i ukratko nakon vezivanja se odvaja od lanca, dok se tubulin vezan GDP-om u sredini lanca ne može spontano izdvojiti iz lanca. Proces odvajanja GDP-tubulina se naziva rastavljanje. Kako se tubulin vezuje za kraj mikrotubula isključivo pomoću GTP-a, to je takav GTP-tubulin zapravo kapa koja se nalazi na kraju mikrotubula i štiti je od spontanog rastavljanja. Kada se hidroliza prenese na kraj mikrotubule, otpočinje brza depolimerizacija i skupljanje. Ovaj prelaz sa rasta ka skupljanju se naziva katastrofa. Tubulin vezan GTP-om može potom nastaviti da se vezuje na kraj mikrotubula i ponovo stvoriti zaštitnu kapu koja sprečava dalje skupljanje lanca mikrotubula. Ovaj događaj se naziva spašavanje. Dinamika mikrotubula u in vivo uslovima značajno varira. Brzina sastavljanja, rastavljanja i katastrofe zavise od vrste prisutnih proteina pridruženih mikrotubulama (PPM). Svojstva ovih procesa se takođe mogu promeniti medikamentima. Primera radi Taxol®, koji se koristi u terapiji raka, blokira dinamičku nestabilnost tako što stabilizuje GDP-tubulin u mikrotubulama. Time, čak i kada hidroliza GTP-a dostigne kraj mikrotubula, depolimerizacija biva zaustavljena i skupljanje mikrotubula prestaje. Kolhicin ima suprotno dejstvo: on blokira polimerizaciju tubulina u mikrotubule.

Motorni proteini

Osim kretanja nastalog usled dinamičke nestabilnosti samih mikrotubula, vlakna mikrotubula su i supstrati duž kojih se molekuli proteina mogu kretati. Glavni motorni proteini mikrotubula su kinezin, koji se kreće ka (+) kraju mikrotubule, i dinein, koji se kreće ka (-) kraju mikrotubule.