Mikrotubuly sú proteínové vlákna, ktoré majú tubulárnu štruktúru a spolu s aktínom a medziľahlými vláknami tvoria cytoskelet eukaryotických buniek. Stabilizujú bunku a tiež sa podieľajú na transporte a pohybe v bunke.
Čo sú mikrotubuly?
Mikrotubuly sú tubulárne polyméry, ktorých proteínové štruktúry majú priemer asi 24 nm. Spolu s ďalšími vláknami tvoria cytoskelet, ktorý dáva bunky pevnosť a tvar. Okrem toho tiež zohrávajú zásadnú úlohu pri pohybe buniek a sú tiež dôležitými prvkami mihalníc, bičíkov, centriolov a jadrových vretien. Mikrotubuly sú tiež veľmi dôležité v rakovina terapie. Niektoré prostriedky, ktoré majú vplyv na delenie nádorových buniek, sa už používajú vo forme chemoterapeutík resp cytostatiká.
Anatómia a štruktúra
Mikrotubuly sú zložené z dimérov alfa a beta tubulínu (heterodiméry). Heterodiméry sú podjednotky mikrotubulov, ktoré sa tiež nazývajú protofily. Protofilamenty vytvárajú duté telo vo forme špirály pomocou interkalácie, pričom na jednom konci sú iba alfa-tubulínové jednotky a na druhom konci sú iba podjednotky beta-tubulínu. Alfa- a beta-tubulín majú vlastnosť viazať 1 molekulu GTP. Pri alfa-tubulíne je GTP nevratne viazaný. Heterodiméry sú prednostne umiestnené na plusovom konci, preto v tomto smere rastie mikrotubul, zatiaľ čo mínusový koniec tvorí stabilnú stranu. Mikrotubuly majú dĺžku medzi jedným mikrometrom a niekoľkými stovkami mikrometrov. Usporiadanie mikrotubúl je buď singlet, duplet alebo triplet. Vlákna normálne pochádzajú z organizačného centra mikrotubulov, ktoré zahrnuje napríklad centrioly alebo bazálne telieska. Okrem toho sa rozlišujú dve rôzne populácie: dynamické, krátkodobé mikrotubuly a stabilné, dlhodobé mikrotubuly. Stabilné mikrotubuly tvoria kostru bičíkov, mihalníc a centriolov. Ďalej sa mikrotubuly s dlhou životnosťou nachádzajú aj v axónoch neurónov alebo v bičíkoch spermie bunky. Tam poskytujú flexibilitu, stabilitu a mobilitu. Dynamické mikrotubuly sa tiež nachádzajú tam, kde je potrebná rýchla remodelácia. Okrem toho zabezpečujú: distribúcia of chromozómy v dcérskych bunkách. Mikrotubuly sa hromadia alebo rozkladajú striedavo, pričom hromadenie alebo rozklad sa deje hlavne na kladnom konci. Mikrotubuly rastú, kým už nie je dostatok heterodimérov. Potom začne depolymerizácia, ktorá spôsobí koncentrácie tubulínu znova stúpať a začať obnovený rast. Rôzne látky zastavujú depolymerizáciu alebo polymerizáciu, používajú sa na liečbu chorôb.
Funkcia a úlohy
Mikrotubuly majú multifunkčné úlohy. Ovplyvňujú usporiadanie spoločnosti chromozómy a pohyb vezikúl, ktorý funguje ako železničný systém. Aktivita vezikúl je predpokladom prepravy motorom proteíny. Preprava sa uskutočňuje z dôvodu proteíny kinezín a dyneín, ktoré sa nachádzajú na povrchu vezikúl. Vezikuly obsadené dyneínom sa prenášajú z plusu do mínusového konca, zatiaľ čo vezikuly obsadené kinezínom sa prenášajú opačným smerom. Keď sa jednotlivé mikrotubuly zhromaždia, vzniknú zložité štruktúry. Patria sem centrioly a bazálne telá. Centrioly sú zložené z deviatich trojičiek mikrotubulov pozostávajúcich z dvoch neúplných a jedného úplného mikrotubulu. Bazálne telá majú rovnakú štruktúru ako centrioly. Nachádzajú sa pod povrchom bunky a majú funkciu ukotvenia bičíkov a kinocilií. Kinoceily sa skladajú z centrálneho páru mikrotubulov a deviatich duplikátov mikrotubulov. Kineceily sa nachádzajú predovšetkým na bunkách epitelu a transportujú malé častice na povrchu bunky. Riasinky sa skladajú z plazmatickej membrány a nachádzajú sa na povrchu eukaryotických buniek. Ich stred tvoria stabilné mikrotubuly usporiadané vo forme zväzku. Ciliá zabezpečujú pohyb tekutiny cez povrch bunky. Používajú ich napríklad niektoré prvoky na zber častíc potravy. Mnoho riasiniek sa nachádza na epiteliálnych bunkách, kde transportujú vrstvy hlienu obsahujúce mŕtve bunky alebo prachové častice až do hrdla, aby sa mohli následne vylučovať. Riasinky navyše vytvárajú prúd na stene vajíčkovodu, aby mohli byť oocyty transportovaný vajíčkovodom. Bičíky (bičíky) majú rovnakú štruktúru ako kinocilia, sú však oveľa dlhšie a slúžia na pohyb buniek. Patria sem napríklad spermie lokomócia a transport prvokov.
Choroby
Pri primárnej ciliárnej dysplázii je kinocília chybne konštruovaná a počet dyneínu molekuly je znížená. Primárna ciliárna dysplázia je dedičné ochorenie, ktoré sa vyskytuje veľmi zriedka a pri ktorom sa inhalačný transportný mechanizmus nesie baktérie a častice nepracujú správne. Výsledkom je, že pohyb kinocílie chýba alebo je veľmi nekoordinovaný. Z tohto dôvodu môžu byť častice nečistôt s bronchiálnym hlienom alebo vylučované paranazálne dutiny sa nedajú správne transportovať, čo vedie k bronchiektázie (ireverzibilná bronchiálna dilatácia), na chronické bronchitída alebo na chronické zápal dutín. Ak bičíkový rytmus z spermie je narušený u mužov, neplodnosť vyskytuje. V Alzheimerova choroba choroby sa v mozgu pacientov nachádzajú zmenené mikrotubuly. Pri tomto ochorení ovplyvňuje enzým MARK2 proteín tau. V normálnych bunkách je tau viazaný na mikrotubuly a stabilizuje ich. Keď však MARK2 pôsobí na tau, nastáva cytoskeletálna nestabilita a narušenie systému transportu buniek, čo je jedným z charakteristických znakov Alzheimerova choroba ochorenia.
