TUBULINA: ALFA I BETA, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Tubuliny jest dimerycznym białkiem składającym się z dwóch polipeptydów kulistych: alfa i beta-tubuliny. Są ułożone w kształt rurki, aby utworzyć mikrotubule, które wraz z mikrowłókienkami aktyny i filamentami pośrednimi tworzą cytoszkielet.

Mikrotubule znajdują się w różnych podstawowych strukturach biologicznych, takich jak między innymi wici plemników, przedłużenia organizmów orzęsionych, rzęski tchawicy i jajowody.

Ponadto struktury, które tworzy tubulina, działają jako drogi transportowe - analogiczne do torów kolejowych - dla materiałów i organelli wewnątrz komórki. Przemieszczanie substancji i struktur jest możliwe dzięki związanym z mikrotubulami białkom motorycznym, zwanym kinezyną i dyneiną.

Charakterystyka ogólna

Podjednostki tubuliny to heterodimery 55 000 daltonów i są budulcem mikrotubul. Tubulina występuje we wszystkich organizmach eukariotycznych i była silnie konserwowana w toku ewolucji.

Dimer składa się z dwóch polipeptydów zwanych tubuliną alfa i beta. Te polimeryzują tworząc mikrotubule, które składają się z trzynastu protofilamentów ułożonych równolegle w kształcie pustej rurki.

Jedną z najważniejszych cech mikrotubul jest biegunowość struktury. Innymi słowy, dwa końce mikrotubuli nie są takie same: jeden koniec nazywany jest końcem szybko rosnącym lub „więcej”, a drugi końcem wolno rosnącym lub „mniej”.

Biegunowość jest ważna, ponieważ określa kierunek ruchu wzdłuż mikrotubuli. Dimer tubuliny jest zdolny do polimeryzacji i depolaryzacji w szybkich cyklach składania. Zjawisko to występuje również w filamentach aktyny.

Istnieje trzeci typ podjednostki: jest to tubulina gamma. Nie jest to część mikrotubul i znajduje się w centrosomach; uczestniczy jednak w zarodkowaniu i tworzeniu mikrotubul.

Tubulina alfa i beta

Podjednostki alfa i beta silnie łączą się, tworząc złożony heterodimer. W rzeczywistości interakcja kompleksu jest tak intensywna, że ​​nie dysocjuje w normalnych warunkach.

Białka te składają się z 550 aminokwasów, w większości kwaśnych. Chociaż tubuliny alfa i beta są dość podobne, są kodowane przez różne geny.

Reszty aminokwasów z grupą acetylową można znaleźć w alfa-tubulinie, nadając jej różne właściwości w wici komórkowej.

Każda podjednostka tubuliny związana jest z dwoma cząsteczkami: w alfa tubulinie GTP wiąże się nieodwracalnie i nie zachodzi hydroliza związku, natomiast drugie miejsce wiązania w tubulinie beta wiąże GTP odwracalnie i hydrolizuje go .

Hydroliza GTP powoduje zjawisko zwane „dynamiczną niestabilnością”, w którym mikrotubule przechodzą cykle wzrostu i spadku, w zależności od szybkości dodawania tubuliny i szybkości hydrolizy GTP.

Zjawisko to skutkuje dużą szybkością obrotu mikrotubul, gdzie okres półtrwania struktury wynosi zaledwie kilka minut.

cechy

Cytoszkielet

Podjednostki alfa i beta tubuliny polimeryzują, tworząc mikrotubule, które są częścią cytoszkieletu.

Oprócz mikrotubul cytoszkielet składa się z dwóch dodatkowych elementów strukturalnych: mikrofilamentów aktyny o długości około 7 nm i włókien pośrednich o średnicy od 10 do 15 nm.

Cytoszkielet stanowi szkielet komórki, wspiera i utrzymuje kształt komórki. Jednak błona i przedziały subkomórkowe nie są statyczne i są w ciągłym ruchu, aby móc przeprowadzać zjawiska endocytozy, fagocytozy i wydzielania materiałów.

Struktura cytoszkieletu umożliwia komórce przystosowanie się do pełnienia wszystkich wyżej wymienionych funkcji.

Jest to idealne podłoże dla organelli komórkowych, błony plazmatycznej i innych składników komórkowych, aby mogły pełnić swoje normalne funkcje, oprócz udziału w podziale komórek.

Przyczyniają się również do zjawisk związanych z ruchem komórkowym, takich jak ruch ameby, oraz wyspecjalizowanych struktur ruchu, takich jak rzęski i wici. Wreszcie odpowiada za ruch mięśni.

Mitoza

Dzięki dynamicznej niestabilności mikrotubule mogą ulec całkowitej reorganizacji podczas procesów podziału komórek. Macierz mikrotubul podczas interfazy jest zdolna do rozmontowania, a podjednostki tubuliny są wolne.

Tubulina może się ponownie złożyć i spowodować powstanie wrzeciona mitotycznego, które bierze udział w oddzielaniu chromosomów.

Istnieją pewne leki, takie jak kolchicyna, taksol i winblastyna, które zakłócają procesy podziału komórek. Działa bezpośrednio na cząsteczki tubuliny, wpływając na zjawisko składania i dysocjacji mikrotubul.

Centrosom

W komórkach zwierzęcych mikrotubule rozciągają się do centrosomu, struktury znajdującej się blisko jądra, składającej się z pary centrioli (z których każda jest zorientowana prostopadle) i otoczonych amorficzną substancją, zwaną macierzą okołośrodkową.

Centriole to cylindryczne ciała zbudowane z dziewięciu trojaczków mikrotubul, w organizacji podobnej do rzęsek komórkowych i wici.

W procesie podziału komórek mikrotubule wychodzą z centrosomów, tworząc w ten sposób wrzeciono mitotyczne, odpowiedzialne za prawidłową dystrybucję chromosomów do nowych komórek potomnych.

Wydaje się, że centriole nie są niezbędne do tworzenia mikrotubul w komórkach, ponieważ nie występują w komórkach roślinnych ani w niektórych komórkach eukariotycznych, jak w zalążkach niektórych gryzoni.

W macierzy okołomorkowej następuje inicjacja tworzenia mikrotubul, gdzie zarodkowanie następuje za pomocą tubuliny gamma.

Perspektywa ewolucyjna

Trzy typy tubuliny (alfa, beta i gamma) są kodowane przez różne geny i są homologiczne z genem występującym u prokariotów, który koduje białko 40 000 daltonów, zwane FtsZ. Białko bakteryjne jest funkcjonalnie i strukturalnie podobne do tubuliny.

Jest prawdopodobne, że białko to pełniło funkcję przodków u bakterii i było modyfikowane podczas procesów ewolucyjnych, w wyniku czego powstało białko o funkcjach, które spełnia u eukariotów.

Bibliografia

1. Cardinali, DP (2007). Neuronauka stosowana: jej podstawy. Panamerican Medical Ed.
2. Cooper, GM (2000). Komórka: podejście molekularne. Wydanie 2. Sunderland (MA): Sinauer Associates.
3. Curtis, H. i Schnek, A. (2006). Zaproszenie na biologię. Panamerican Medical Ed.
4. Frixione, E. i Meza, I. (2017). Żywe maszyny: jak poruszają się komórki? . Fundusz Kultury Ekonomicznej.
5. Lodish H, Berk A, Zipursky SL i wsp. (2000). Molecular Cell Biology. Wydanie 4. Nowy Jork: WH Freeman.