コンテンツ
- TL; DR（長すぎる;読まなかった）
- 細胞内の微小管の主な機能
- 概要：微小管コンポーネントと構造
- 微小管と細胞の細胞骨格
- 微小管と動的不安定性
- 微小管、細胞分裂および有糸分裂紡錘体
- 微小管は繊毛と鞭毛に構造を与える
- 繊毛と鞭毛運動
- 細胞輸送システム
- 微小管モーターの2つの主要なグループ
- まだ進行中の研究
微小管はまさにその音です。真核細胞と、細胞の構造と運動機能を提供するいくつかの原核細菌細胞内に見られる微細な中空管。生物学の学生は研究中に、原核生物と真核生物の2種類の細胞しかないことを学びます。
原核細胞は、すべての生命の生物学的分類システムであるリンネ分類体系下の古細菌および細菌ドメインで見られる単細胞生物を構成し、真核細胞は、原生生物、植物、動物、および菌類の王国を監督するユーカリヤドメインに分類されます。モネラ王国はバクテリアを指します。微小管は細胞内の複数の機能に寄与しており、それらはすべて細胞の生命にとって重要です。
TL; DR（長すぎる;読まなかった）
微小管は、細胞の形状を維持するのに役立つ、小さな中空のビーズ状の管状構造です。マイクロフィラメントと中間フィラメントに加えて、細胞の細胞骨格を形成し、細胞のさまざまな運動機能に関与しています。
細胞内の微小管の主な機能
細胞の細胞骨格の一部として、微小管は以下に貢献します。
概要：微小管コンポーネントと構造
微小管は、チューブリンと球状タンパク質のポリマーで構成される13のプロトフィラメントの円で構成される壁を備えた、小さな中空のビーズ状のパイプまたはチューブです。微小管は、ビーズのチャイニーズフィンガートラップの小型バージョンに似ています。微小管は、その幅の1,000倍の長さに成長できます。二量体の集合体、つまり単一分子、またはアルファチューブリンとベータチューブリンの結合した2つの同一の分子によって組み立てられた微小管は、植物細胞と動物細胞の両方に存在します。
植物細胞では、細胞内の多くの部位で微小管が形成されますが、動物細胞では、微小管は細胞分裂に関与する細胞核近くの細胞小器官である中心体から始まります。マイナス端は微小管の接続端を表し、反対側はプラス端を表します。微小管はチューブリン二量体の重合によりプラス端で成長し、微小管は放出とともに収縮します。
微小管は細胞に構造を与え、圧縮に抵抗し、小胞（タンパク質や他の貨物を輸送する嚢状構造）が細胞内を移動する高速道路を提供します。微小管はまた、分裂中に複製された染色体を細胞の両端に分離します。これらの構造は、単独で、または細胞の他の要素と連携して、中心小体、繊毛、鞭毛などのより複雑な構造を形成することができます。
直径がわずか25ナノメートルの微小管は、細胞が必要とするのと同じくらい迅速に解散し、再形成することがよくあります。チューブリンの半減期はわずか1日ですが、微小管は不安定な状態にあるため、わずか10分間しか存在しません。このタイプの不安定性は動的不安定性と呼ばれ、微小管は細胞のニーズに応じて組み立てたり分解したりできます。
微小管と細胞の細胞骨格
細胞骨格を構成するコンポーネントには、3つの異なるタイプのタンパク質（マイクロフィラメント、中間フィラメント、微小管）から作られた要素が含まれます。これらのタンパク質構造の中で最も細いものには、多くの場合ミオシンに関連するマイクロフィラメントが含まれます。ミオシンは、タンパク質アクチン（「細い」フィラメントとも呼ばれる細長い繊維）と結合すると筋細胞を収縮させ、セルの剛性と形状。
マイクロフィラメント、平均直径4〜7 nmの小さな棒状構造も、細胞骨格で行われる仕事に加えて、細胞運動に寄与します。直径が平均10 nmの中間フィラメントは、細胞小器官と核を固定することにより固定のように機能します。また、細胞が緊張に耐えることができます。
微小管と動的不安定性
微小管は完全に安定しているように見える場合がありますが、絶えず変化しています。ある瞬間に、微小管のグループは溶解の過程にあり、他のグループは成長の過程にあります。微小管が成長すると、ヘテロダイマー（2本のポリペプチド鎖からなるタンパク質）が微小管の末端にキャップを提供し、それが再び使用するために収縮すると外れます。微小管の動的な不安定性は、本来の不安定性を持っているため、真の平衡状態とは対照的に、定常状態であると考えられています。
微小管、細胞分裂および有糸分裂紡錘体
細胞分裂は、生命を再現するだけでなく、古い細胞を新しい細胞にするために重要です。微小管は、有糸分裂紡錘体の形成に寄与することにより、細胞分裂において重要な役割を果たします。有糸分裂紡錘体は、後期に複製染色体の移動に関与します。 「巨大分子機械」として、有糸分裂紡錘体は、2つの娘細胞を作成するときに複製された染色体を反対側に分離します。
微小管の極性は、接続端がマイナスで、浮動端が正であるため、双極スピンドルのグループ化と目的のために重要かつ動的な要素になります。微小管構造から作られた紡錘の2つの極は、複製された染色体を確実に分離および分離するのに役立ちます。
微小管は繊毛と鞭毛に構造を与える
微小管は、細胞の動きを助ける細胞の一部にも寄与しており、繊毛、中心小体、鞭毛の構造要素です。たとえば、男性の精子細胞には、目的の目的地である女性の卵子に到達するのに役立つ長い尾があります。鞭毛（複数はべん毛）と呼ばれ、その長い糸状の尾が細胞膜の外側から伸びて細胞の動きを促進します。ほとんどの細胞-それらを持っている細胞では-一般的に1つから2つの鞭毛を持っています。繊毛が細胞上に存在する場合、それらの多くは細胞外形質膜の全面に沿って広がります。
たとえば、女性の生物の卵管に並ぶ細胞上の繊毛は、卵子を子宮への旅で精子細胞との運命的な出会いに移動させるのに役立ちます。真核細胞の鞭毛と繊毛は、原核細胞に見られるものと構造的に同じではありません。微小管を備えた同じもので構築された生物学者は、鞭毛または繊毛が中心の微小管デュオを囲むリング内の9個の微小管ペアで構成されるため、微小管配列を「9 + 2アレイ」と呼びます。
微小管機能には、細胞内の酵素および他の化学的活性のためのチューブリンタンパク質、固定位置および調整中心が必要です。繊毛および鞭毛では、チューブリンは微小管の中心構造に寄与します。これには、ダイニン腕、ネキシンリンク、放射状スポークなどの他の構造からの寄与が含まれます。これらの要素により、微小管間の通信が可能になり、筋肉の収縮中にアクチンとミオシンのフィラメントが移動するのと同様の方法で微小管を保持します。
繊毛と鞭毛運動
繊毛と鞭毛の両方が微小管構造で構成されていても、それらの移動方法は明らかに異なります。単一の鞭毛は、魚の尾が左右に鞭のような動きで魚を前方に動かすのとほぼ同じ方法で細胞を推進します。泳ぐ人が平泳ぎを泳いでいるときに腕がどのように機能するかなど、一対の鞭毛は動きを同期させて細胞を前進させます。
繊毛は鞭毛よりもはるかに短く、細胞の外膜を覆っています。細胞質は繊毛に信号を送り、協調的に移動し、細胞を必要な方向に推進します。マーチングバンドのように、彼らの調和のとれた動きはすべて同じドラマーに時間をかけて歩みます。個々に、繊毛または鞭毛の動きは、単一のオールの動きのように機能し、強力なストロークで培地を通過して、細胞を必要な方向に推進します。
この活動は毎秒数十回の脳卒中で発生する場合があり、1回の脳卒中は数千の繊毛の協調を伴う場合があります。顕微鏡下では、方向をすばやく変更することにより、繊毛虫が周囲の障害物にどれだけ速く反応するかを確認できます。生物学者は今でも彼らがどのように迅速に反応するかを研究しており、細胞の内部が繊毛と鞭毛にどのように、いつ、どこに行くかを伝えるコミュニケーション機構をまだ発見していない。
細胞輸送システム
微小管は、細胞、細胞内のミトコンドリア、細胞小器官、および小胞を移動させる細胞内の輸送システムとして機能します。一部の研究者は、微小管をコンベヤーベルトに似せてこのプロセスが機能する方法に言及していますが、他の研究者は、微小管をミトコンドリア、細胞小器官および小胞が細胞内を移動するトラックシステムと呼んでいます。
細胞内のエネルギー工場であるミトコンドリアは、呼吸とエネルギー生産が起こる構造または小さな器官であり、どちらも生化学的プロセスです。オルガネラは、それぞれが独自の機能を備えた、セル内の複数の小さいが特殊な構造で構成されています。小胞は、液体または空気などの他の物質を含む可能性のある小さな嚢のような構造です。小胞は原形質膜から形成され、脂質二重層に囲まれた球体のような嚢を作ります。
微小管モーターの2つの主要なグループ
微小管のビーズのような構造は、小胞、細胞小器官、および細胞内の他の要素を移動する必要がある場所に運ぶためのコンベヤーベルト、トラック、または高速道路として機能します。真核細胞の微小管モーターには、 キネシン、微小管のプラス端（成長する端）に移動します。 ダイニン 微小管が細胞膜に付着する反対側またはマイナス端に移動します。
「モーター」タンパク質であるキネシンは、細胞のエネルギー通貨であるアデノシン三リン酸またはATPの加水分解の力により、細胞小器官、ミトコンドリア、および小胞を微小管フィラメントに沿って移動させます。もう1つのモータータンパク質であるダイニンは、ATPに保存されている化学エネルギーを変換することにより、細胞のマイナス端に向かって微小管フィラメントに沿ってこれらの構造を反対方向に歩きます。キネシンとダイニンの両方が、細胞分裂中に使用されるタンパク質モーターです。
最近の研究では、ダイニンタンパク質が微小管のマイナス側の端まで歩くと、脱落する代わりにそこに集まることが示されています。彼らはスパンを飛び越えて別の微小管に接続し、一部の科学者が「アスター」と呼ぶものを形成します。科学者は、複数の微小管を単一の構成にモーフィングする有糸分裂紡錘体の形成における重要なプロセスであると考えています。
有糸分裂紡錘体は、細胞が分裂して2つの娘細胞を形成する直前に染色体を反対側の端に引きずる「フットボール型」の分子構造です。
まだ進行中の研究
細胞生命の研究は、16世紀後半の最初の顕微鏡の発明以来続いてきましたが、細胞生物学で進歩が起こったのは過去数十年に過ぎません。たとえば、研究者は1985年にビデオ増強光学顕微鏡を使用してモータータンパク質キネシン-1を発見しました。
その時点まで、モータータンパク質は研究者には知られていない謎の分子のクラスとして存在していました。技術開発が進み、研究が継続するにつれて、研究者は細胞の奥深くを掘り下げて、細胞の内部の仕組みがどのようにシームレスに機能するかについて学ぶことができるすべてを見つけることを望んでいます。