MICROTUBULI: STRUCTUUR, FUNCTIES EN KLINISCH BELANG - BIOLOGIE - 2025

De microtubuli zijn gevormde cellulaire structuren die onder andere belangrijke cilinderondersteunende functies, celmotiliteit en celdeling vervullen. Deze filamenten zijn aanwezig in eukaryote cellen.

Ze zijn hol en hun interne diameter is in de orde van 25 nm, terwijl de externe 25 nm meet. De lengte varieert tussen 200 nm en 25 µm. Het zijn vrij dynamische structuren, met een gedefinieerde polariteit, die kunnen groeien en verkorten.

Structuur en samenstelling

Microtubuli zijn opgebouwd uit eiwitmoleculen. Ze zijn gemaakt van een eiwit genaamd tubuline.

Tubuline is een dimeer, de twee componenten zijn α-tubuline en β-tubuline. De holle cilinder is opgebouwd uit dertien ketens van dit dimeer.

De uiteinden van een microtubule zijn niet hetzelfde. Dat wil zeggen, er is een polariteit van de filamenten. Het ene uiterste staat bekend als plus (+) en het andere als min (-).

De microtubule is geen statische structuur, de filamenten kunnen snel van grootte veranderen. Dit groei- of verkortingsproces vindt voornamelijk plaats in het uiterste; Dit proces wordt zelfassemblage genoemd. Door de dynamiek van microtubuli kunnen dierlijke cellen van vorm veranderen.

Er zijn uitzonderingen. Deze polariteit is onduidelijk in de microtubuli in de dendrieten, in de neuronen.

Microtubuli zijn niet homogeen verdeeld in alle celvormen. De locatie hangt voornamelijk af van het celtype en de staat ervan. In sommige protozoaire parasieten vormen microtubuli bijvoorbeeld een pantser.

Evenzo, wanneer de cel zich in het grensvlak bevindt, worden deze filamenten verspreid in het cytoplasma. Wanneer de cel begint te delen, beginnen de microtubuli zich te organiseren op de mitotische spoel.

Kenmerken

Cytoskelet

Het cytoskelet bestaat uit een reeks filamenten, waaronder microtubuli, intermediaire filamenten en microfilamenten. Zoals de naam aangeeft, is het cytoskelet verantwoordelijk voor de ondersteuning van de cel, de beweeglijkheid en de regulatie.

Microtubuli associëren zich met gespecialiseerde eiwitten (MAP's) om hun functies te vervullen.

Het cytoskelet is vooral belangrijk in dierlijke cellen, omdat ze geen celwand hebben.

Mobiliteit

Microtubuli spelen een fundamentele rol bij motorische functies. Ze dienen als een soort aanwijzing voor bewegingsgerelateerde eiwitten om te bewegen. Evenzo zijn microtubuli rijbanen en zijn eiwitten auto's.

In het bijzonder zijn kinesines en dyneïne eiwitten die in het cytoplasma worden aangetroffen. Deze eiwitten binden zich aan microtubuli om bewegingen uit te voeren en de mobilisatie van materialen door de celruimte mogelijk te maken.

Ze dragen blaasjes en reizen lange afstanden door microtubuli. Ze kunnen ook goederen vervoeren die niet in de blaasjes zitten.

Motoreiwitten hebben een soort armen, en door veranderingen in de vorm van deze moleculen kan beweging worden uitgevoerd. Dit proces is afhankelijk van ATP.

Celdeling

Met betrekking tot celdeling zijn ze essentieel voor de juiste en rechtvaardige verdeling van chromosomen. De microtubuli assembleren en vormen de mitotische spoel.

Wanneer de kern zich deelt, dragen en scheiden de microtubuli de chromosomen naar de nieuwe kernen.

Cilia en flagella

Microtubuli zijn gerelateerd aan cellulaire structuren die beweging mogelijk maken: cilia en flagella.

Deze aanhangsels hebben de vorm van dunne zwepen en laten de cel in hun omgeving bewegen. Microtubuli bevorderen de opbouw van deze celextensies.

Cilia en flagella hebben een identieke structuur; de trilharen zijn echter korter (10 tot 25 micron) en werken meestal samen. Voor beweging is de uitgeoefende kracht parallel aan het membraan. De trilharen werken als "peddels" die de cel duwen.

De flagellen daarentegen zijn langer (50 tot 70 micron) en de cel heeft er doorgaans één of twee. De uitgeoefende kracht staat loodrecht op het membraan.

De dwarsdoorsnede van deze aanhangsels toont een 9 + 2. Deze nomenclatuur verwijst naar de aanwezigheid van 9 paren gefuseerde microtubuli die een centraal, niet gefuseerd paar omringen.

Motorische functie is het product van de werking van gespecialiseerde eiwitten; dynein is er een van. Dankzij ATP kan proteïne van vorm veranderen en beweging mogelijk maken.

Honderden organismen gebruiken deze structuren om zich te verplaatsen. Cilia en flagella zijn onder meer aanwezig in eencellige organismen, in spermatozoa en in kleine meercellige dieren. Het basale lichaam is het cellulaire organel waaruit de cilia en flagella afkomstig zijn.

Centrioles

De centriolen lijken erg op de basale lichamen. Deze organellen zijn kenmerkend voor eukaryote cellen, behalve plantencellen en bepaalde protisten.

Deze constructies zijn tonvormig. De diameter is 150 nm en de lengte is 300-500 nm. De microtubuli in de centriolen zijn georganiseerd in drie gefuseerde filamenten.

De centriolen bevinden zich in een structuur die het centrosoom wordt genoemd. Elk centrosoom bestaat uit twee centriolen en een eiwitrijke matrix die de pericentriolaire matrix wordt genoemd. In deze opstelling organiseren de centriolen de microtubuli.

De exacte functie van de centriolen en celdeling is nog niet in detail bekend. Bij bepaalde experimenten zijn de centriolen verwijderd en kan deze cel zich zonder groot ongemak delen. De centriolen zijn verantwoordelijk voor de vorming van de mitotische spoel: hier worden de chromosomen samengevoegd.

Planten

In planten spelen microtubuli een extra rol bij de opstelling van de celwand, waardoor ze cellulosevezels helpen organiseren. Evenzo helpen ze de celdeling en uitbreiding in planten.

Klinische betekenis en medicijnen

Kankercellen worden gekenmerkt door een hoge mitotische activiteit; dus het vinden van medicijnen die gericht zijn op de assemblage van microtubuli, zou een dergelijke groei helpen stoppen.

Er zijn een aantal medicijnen die verantwoordelijk zijn voor het destabiliseren van microtubuli. Colcemide, colchicine, vincristine en vinblastine voorkomen polymerisatie van microtubuli.

Colchicine wordt bijvoorbeeld gebruikt om jicht te behandelen. De andere worden gebruikt bij de behandeling van kwaadaardige tumoren.

Referenties

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologie: leven op aarde. Pearson onderwijs.
2. Campbell, NA en Reece, JB (2007). Biologie. Panamerican Medical Ed.
3. Eynard, AR, Valentich, MA, en Rovasio, RA (2008). Histologie en embryologie van de mens: cellulaire en moleculaire bases. Panamerican Medical Ed.
4. Kierszenbaum, AL (2006). Histologie en celbiologie. Tweede druk. Elsevier Mosby.
5. Rodak, BF (2005). Hematologie: fundamentals en klinische toepassingen. Panamerican Medical Ed.
6. Sadava, D., en Purves, WH (2009). Life: The Science of Biology. Panamerican Medical Ed.