Apa Fungsi Utama Mikrotubulus dalam Sel?

Isi

• TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Dibaca)
• Fungsi Utama Mikrotubulus Di Dalam Sel
• Apa Mereka: Komponen dan Konstruksi Microtubule
• Mikrotubulus dan Sitoskeleton Sel
• Mikrotubulus dan Ketidakstabilan Dinamis
• Mikrotubulus, Pembelahan Sel dan Spindel Mitotik
• Mikrotubulus Memberikan Struktur pada Silia dan Flagel
• Gerakan Cilia dan Flagel
• Sistem Transportasi Sel
• Dua Kelompok Besar Motor Microtubule
• Studi Masih Berlangsung

Mikrotubulus persis seperti apa suaranya: tabung berongga mikroskopis ditemukan di dalam sel eukariotik dan beberapa sel bakteri prokariotik yang menyediakan struktur dan fungsi motorik untuk sel. Siswa biologi belajar selama studi mereka bahwa hanya ada dua jenis sel: prokariotik dan eukariotik.

Sel prokariotik membentuk organisme bersel tunggal yang ditemukan dalam domain Archaea dan Bacteria di bawah sistem taksonomi Linnaean, sistem klasifikasi biologis semua kehidupan, sedangkan sel eukariotik berada di bawah domain Eukarya, yang mengawasi kerajaan protista, tumbuhan, hewan, dan jamur . Kerajaan Monera mengacu pada bakteri. Mikrotubulus berkontribusi pada berbagai fungsi di dalam sel, yang semuanya penting bagi kehidupan sel.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Dibaca)

Mikrotubulus adalah struktur tubular kecil, berongga, seperti manik yang membantu sel mempertahankan bentuknya. Bersama dengan mikrofilamen dan filamen menengah, mereka membentuk sitoskeleton sel, serta berpartisipasi dalam berbagai fungsi motorik untuk sel.

Fungsi Utama Mikrotubulus Di Dalam Sel

Sebagai bagian dari sitoskeleton sel, mikrotubulus berkontribusi pada:

Apa Mereka: Komponen dan Konstruksi Microtubule

Mikrotubulus adalah pipa atau tabung kecil berongga, seperti manik dengan dinding yang dibangun dalam lingkaran 13 protofilamen yang terdiri dari polimer tubulin dan protein globular. Mikrotubulus menyerupai versi miniatur jebakan jari manik-manik Cina. Mikrotubulus dapat tumbuh 1.000 kali lebih panjang dari lebarnya. Dibuat oleh perakitan dimer - molekul tunggal, atau dua molekul identik yang bergabung bersama dari alpha dan beta tubulin - mikrotubulus ada di sel tumbuhan dan hewan.

Dalam sel tanaman, mikrotubulus terbentuk di banyak situs di dalam sel, tetapi dalam sel hewan, mikrotubulus dimulai di centrosome, sebuah organel dekat inti sel yang juga berpartisipasi dalam pembelahan sel. Ujung minus mewakili ujung mikrotubulus yang terpasang sedangkan kebalikannya adalah ujung plus. Mikrotubulus tumbuh pada ujung positifnya melalui polimerisasi dimer tubulin, dan mikrotubulus menyusut dengan pelepasannya.

Mikrotubulus memberikan struktur pada sel untuk membantunya melawan kompresi dan untuk menyediakan jalan raya di mana vesikel (struktur mirip kantung yang mengangkut protein dan muatan lainnya) bergerak melintasi sel. Mikrotubulus juga memisahkan kromosom yang direplikasi ke ujung sel yang berlawanan selama pembelahan. Struktur-struktur ini dapat bekerja sendiri atau bersama-sama dengan elemen-elemen lain dari sel untuk membentuk struktur yang lebih rumit seperti centrioles, cilia atau flagella.

Dengan diameter hanya 25 nanometer, mikrotubulus sering membubarkan dan membentuk kembali secepat sel membutuhkannya. Waktu paruh tubulin hanya sekitar satu hari, tetapi mikrotubulus mungkin ada hanya 10 menit karena mereka berada dalam keadaan ketidakstabilan yang konstan. Jenis ketidakstabilan ini disebut ketidakstabilan dinamis, dan mikrotubulus dapat berkumpul dan membongkar sebagai respons terhadap kebutuhan sel.

Mikrotubulus dan Sitoskeleton Sel

Komponen-komponen yang membentuk sitoskeleton mencakup unsur-unsur yang terbuat dari tiga jenis protein yang berbeda - mikrofilamen, filamen menengah, dan mikrotubulus. Struktur protein tersempit ini termasuk mikrofilamen, sering dikaitkan dengan myosin, pembentukan protein seperti benang yang, bila dikombinasikan dengan aktin protein (panjang, serat tipis yang juga disebut filamen "tipis"), membantu mengerut sel otot dan menyediakan kekakuan dan bentuk sel.

Mikrofilamen, struktur mirip batang kecil dengan diameter rata-rata antara 4 hingga 7 nm, juga berkontribusi terhadap pergerakan seluler di samping pekerjaan yang mereka lakukan dalam sitoskeleton. Filamen menengah, rata-rata berdiameter 10 nm, bertindak seperti tie-down dengan mengamankan organel sel dan nukleus. Mereka juga membantu sel menahan ketegangan.

Mikrotubulus dan Ketidakstabilan Dinamis

Mikrotubulus mungkin tampak benar-benar stabil, tetapi konstan dalam fluks. Pada suatu saat, kelompok mikrotubulus mungkin sedang dalam proses pelarutan, sementara yang lain mungkin sedang dalam proses tumbuh. Ketika mikrotubulus tumbuh, heterodimer (protein yang terdiri dari dua rantai polipeptida) memberikan tutup pada ujung mikrotubulus, yang terlepas ketika menyusut untuk digunakan lagi. Ketidakstabilan dinamis mikrotubulus dianggap sebagai kondisi mantap sebagai lawan dari keseimbangan sejati karena mereka memiliki ketidakstabilan intrinsik - bergerak masuk dan keluar dari bentuk.

Mikrotubulus, Pembelahan Sel dan Spindel Mitotik

Pembelahan sel tidak hanya penting untuk mereproduksi kehidupan, tetapi untuk membuat sel baru dari yang lama. Mikrotubulus memainkan peran penting dalam pembelahan sel dengan berkontribusi pada pembentukan gelendong mitosis, yang berperan dalam migrasi kromosom duplikat selama anafase. Sebagai "mesin makromolekul," gelendong mitosis memisahkan kromosom yang direplikasi ke sisi yang berlawanan saat membuat dua sel anak.

Polaritas mikrotubulus, dengan ujung yang terpasang minus dan ujung mengambang menjadi positif, menjadikannya elemen kritis dan dinamis untuk pengelompokan dan tujuan gelendong bipolar. Dua kutub gelendong, dibuat dari struktur mikrotubulus, membantu untuk memisahkan dan memisahkan kromosom hasil duplikasi secara andal.

Mikrotubulus Memberikan Struktur pada Silia dan Flagel

Mikrotubulus juga berkontribusi pada bagian-bagian sel yang membantunya bergerak dan merupakan elemen struktural dari silia, sentriol dan flagela. Sel sperma pria misalnya, memiliki ekor panjang yang membantunya mencapai tujuan yang diinginkan, sel telur wanita. Disebut flagel (bentuk jamak adalah flagela), yang panjang, seperti benang yang memanjang dari luar membran plasma untuk memberi tenaga pada pergerakan sel. Sebagian besar sel - dalam sel yang memilikinya - umumnya memiliki satu hingga dua flagela. Ketika silia ada di sel, banyak dari mereka menyebar di sepanjang permukaan penuh sel membran plasma luar.

Silia pada sel yang melapisi organisme betina tabung Fallopii, misalnya, membantu untuk memindahkan sel telur ke pertemuan yang ditakdirkan dengan sel sperma dalam perjalanannya menuju rahim. Flagela dan silia sel eukariotik tidak secara struktural sama dengan yang ditemukan pada sel prokariotik. Dibangun dengan mikrotubulus yang sama, ahli biologi menyebut pengaturan mikrotubulus sebagai "array 9 + 2" karena flagel atau silium terdiri dari sembilan pasangan mikrotubulus dalam sebuah cincin yang melingkupi duo mikrotubulus di tengah.

Fungsi mikrotubulus membutuhkan protein tubulin, lokasi penahan dan pusat koordinasi untuk enzim dan aktivitas kimia lainnya di dalam sel. Dalam silia dan flagela, tubulin berkontribusi pada struktur pusat mikrotubulus, yang mencakup kontribusi dari struktur lain seperti lengan dynein, tautan nexin dan jari-jari radial. Elemen-elemen ini memungkinkan komunikasi antara mikrotubulus, menyatukannya dengan cara yang mirip dengan bagaimana aktin dan filamen miosin bergerak selama kontraksi otot.

Gerakan Cilia dan Flagel

Meskipun silia dan flagel terdiri dari struktur mikrotubulus, cara mereka bergerak berbeda. Sebuah flagel tunggal mendorong sel dengan cara yang sama seperti ekor ikan menggerakkan ikan ke depan, dalam gerakan seperti cambuk dari sisi ke sisi.Sepasang flagela dapat menyinkronkan gerakan mereka untuk mendorong sel ke depan, seperti bagaimana perenang berfungsi saat dia berenang di dada.

Silia, jauh lebih pendek dari flagel, menutupi membran luar sel. Sitoplasma memberi sinyal silia untuk bergerak secara terkoordinasi untuk mendorong sel ke arah yang diinginkan. Seperti marching band, gerakan mereka yang harmonis semuanya berjalan tepat waktu ke drummer yang sama. Secara individual, gerakan cilium atau flagel bekerja seperti dayung tunggal, melewati medium dengan langkah kuat untuk mendorong sel ke arah yang diperlukan.

Aktivitas ini dapat terjadi pada lusinan stroke per detik, dan satu stroke mungkin melibatkan koordinasi ribuan silia. Di bawah mikroskop, Anda dapat melihat seberapa cepat ciliate merespons hambatan di lingkungan mereka dengan mengubah arah dengan cepat. Ahli biologi masih mempelajari bagaimana mereka merespons dengan sangat cepat dan belum menemukan mekanisme komunikasi yang dengannya bagian dalam sel memberi tahu silia dan flagella bagaimana, kapan dan ke mana harus pergi.

Sistem Transportasi Sel

Mikrotubulus berfungsi sebagai sistem transportasi di dalam sel untuk memindahkan mitokondria, organel, dan vesikel melalui sel. Beberapa peneliti merujuk pada cara di mana proses ini bekerja dengan menyamakan mikrotubulus yang mirip dengan sabuk konveyor, sementara peneliti lain menyebutnya sebagai sistem jalur di mana mitokondria, organel dan vesikel bergerak melalui sel.

Sebagai pabrik energi dalam sel, mitokondria adalah struktur atau organ kecil di mana respirasi dan produksi energi terjadi - keduanya proses biokimia. Organel terdiri dari beberapa struktur kecil, tetapi terspesialisasi dalam sel, masing-masing dengan fungsi masing-masing. Vesikel adalah struktur kecil seperti kantung yang mungkin mengandung cairan atau zat lain seperti udara. Vesikel terbentuk dari membran plasma, mencubit untuk membuat kantung seperti bola yang dikelilingi oleh lapisan ganda lipid.

Dua Kelompok Besar Motor Microtubule

Konstruksi mikrotubulus mirip manik berfungsi sebagai sabuk konveyor, jalur atau jalan raya untuk mengangkut vesikel, organel, dan elemen lain di dalam sel ke tempat yang harus dikunjungi. Motor mikrotubulus dalam sel eukariotik termasuk kinesin, yang bergerak ke ujung plus mikrotubulus - ujung yang tumbuh - dan dyneins yang bergerak ke ujung yang berlawanan atau minus di mana mikrotubulus menempel pada membran plasma.

Sebagai protein "motor", kinesin memindahkan organel, mitokondria, dan vesikel sepanjang filamen mikrotubulus melalui kekuatan hidrolisis mata uang energi sel, adenosin trifosfat atau ATP. Protein motorik lain, dynein, berjalan struktur ini dalam arah yang berlawanan sepanjang filamen mikrotubulus menuju ujung minus sel dengan mengubah energi kimia yang disimpan dalam ATP. Baik kinesin dan dynein adalah motor protein yang digunakan selama pembelahan sel.

Studi terbaru menunjukkan bahwa ketika protein dynein berjalan ke ujung sisi minus mikrotubulus, mereka berkumpul di sana bukannya jatuh. Mereka melompati rentang untuk terhubung ke mikrotubulus lain untuk membentuk apa yang oleh beberapa ilmuwan disebut "aster," dianggap oleh para ilmuwan sebagai proses penting dalam pembentukan gelendong mitosis dengan memetakan beberapa mikrotubulus ke dalam satu konfigurasi.

Spindel mitosis adalah struktur molekul "berbentuk bola" yang menyeret kromosom ke ujung yang berlawanan tepat sebelum sel membelah untuk membentuk dua sel anak.

Studi Masih Berlangsung

Studi tentang kehidupan seluler telah berlangsung sejak penemuan mikroskop pertama di bagian akhir abad ke-16, tetapi baru dalam beberapa dekade terakhir bahwa kemajuan telah terjadi dalam biologi seluler. Sebagai contoh, para peneliti hanya menemukan protein motor kinesin-1 pada tahun 1985 dengan menggunakan mikroskop cahaya video-ditingkatkan.

Sampai saat itu, protein motor ada sebagai kelas molekul misterius yang tidak diketahui para peneliti. Seiring perkembangan teknologi, dan penelitian terus berlanjut, para peneliti berharap untuk menggali jauh ke dalam sel untuk mengetahui segala hal yang dapat mereka pelajari tentang cara kerja bagian dalam sel dengan begitu lancar.