Pengertian mikrotubulus – ciri, fungsi, struktur, komposisi

Mikrotubulus adalah tubulus sitoplasma yang berfungsi sebagai komponen struktural sitoskeleton, silia, dan flagela eukariotik.  Sitoskeleton adalah struktur sitoplasma yang terdiri dari filamen protein dan mikrotubulus dalam sitoplasma, dan memiliki peran dalam mengendalikan bentuk sel, mempertahankan organisasi intraseluler, dan dalam pergerakan sel. Dalam eukariota, ada tiga jenis utama sitoskeleton, yaitu (1) mikrofilamen, (2) mikrotubulus, dan (3) filamen intermediata.

Apa itu mikrotubulus?

Mikrotubulus merupakan tabung mikroskopis yang ditemukan di setiap sel kita, dimulai di MTOC atau pusat pengorganisasian mikrotubulus dan berlanjut ke seluruh sitoplasma sel. Masing-masing tabung kecil ini tebalnya 25 nanometer, dengan diameter hanya 12 nanometer, dan panjangnya, mereka bisa mencapai beberapa mikron, jarak yang mungkin tampak kecil tetapi pada tingkat sel dan sebanding dengan lebarnya membuatnya panjang.

Pada tingkat struktural, mikrotubulus terdiri dari polimer protein, dan terdiri dari 13 protofilamen, yang pada gilirannya terdiri dari monomer tubulin a dan b yang ditempatkan secara bergantian, yaitu membentuk rantai ab dimer satu terhadap yang lain sampai struktur silinder terbentuk, meninggalkan bagian tengah berongga. Selanjutnya, ke-13 memiliki struktur yang sama, semua memiliki – ujung, yang dimulai dengan tubulin a, yang lainnya adalah ujung +, dari tubulin b.

Untuk ikhtisar perbedaan jenis sitoskeleton, lihat tabel di bawah ini.

jenis sitoskeleton Ciri-ciri fungsi
Mikrofilamen polimer heliks dari sub-unit aktin (mis. aktin) Bentuk sel: Penggerak sel (via filopodia, pseudopodia, atau lamellipodia) Gerakan intraseluler atau transpor Cytokinesis (dengan membantu sentrosom pada kutub yang berlawanan) Kontraksi otot (dengan filamen miosin) Streaming sitoplasma
Mikrotubulus struktur tubular dengan diameter 25nm dan panjang mulai dari 200nm hingga 25μm; menunjukkan polaritas; pada silia dan flagela, susunan mikrotubular 9 + 2. (mis. alfa-tubulin dan beta-tubulin) Bentuk intraseluler: Penggerak sel (sebagai aksonia silia dan flagela) Pengangkutan organel intraseluler (mis. Mitokondria) melalui dynein dan kinesin
Filamen menengah dua heliks anti-paralel atau dimer dari berbagai sub-unit protein dengan diameter berkisar antara 8 hingga 12 nm. (mis. vimentin (mesenkim), protein asam glial fibrillary (sel glial), protein neurofilamen (proses neuronal), keratin (sel epitel), dan lamin nuklei) Pembentukan serat gelendong

Bentuk sel (dengan menahan ketegangan). “Perancah” untuk sel dan nukleus. Pembentukan lamina nuklir. Organel jangkar. Koneksi sel-sel (ketika dengan protein dan desmosom)

Ciri struktur Mikrotubulus

Pada eukariota, mikrotubulus tersusun atas polimer dari dimer alfa dan beta-tubulin. Mikrotubulus adalah struktur tubular (yaitu tabung berlubang) dengan diameter 25 nm, panjang mulai dari 200 nm hingga 25 μm, dan ketebalan dinding 5 nm. Ruang hampa di dalam mikrotubulus disebut sebagai lumen. Karena mikrotubulus terdiri dari dimer α- / β-tubulin, ia menunjukkan polaritas karena satu ujungnya bisa α-tubulin (- ujung) dan ujung lainnya, β-tubulin (+ ujung).

Mikrotubulus diatur oleh pusat pengorganisasian mikrotubulus (mis. sentriol dan badan basal). Mirip dengan sitoskelet utama lainnya, mikrotubulus memiliki protein yang terikat padanya. Contoh protein yang berikatan dengan mikrotubulus adalah protein motor (mis. Kinesin dan dinein), protein terputus (mis. Katanin), dan protein pengatur lainnya.

Struktur Mikrotubulus
Struktur Mikrotubulus

Jenis Mikrotubulus

Ada tiga macam mikrotubulus yang utama yaitu:

  • Mikrotubulus polar (yang meluas melintasi sel, seperti dari dari sentrosom ke sentrosom). Mikrotubulus interpolar atau polar fungsinya yang tidak menempel pada kinetokor dapat membantu mengumpulkan kromosom melalui interaksi lateral dengan kinetokor
  • Mikrotubulus astral (yang mengaitkan kutub poros ke membran sel) yang fungsinya membantu sentrosom mengorientasikan diri menjauh satu sama lain dalam sel. Namun mikrotubulus astral ini tidak berinteraksi dengan gelendong mitosis itu sendiri. Fungsi mikrotubulus astral lainnya adalah untuk membantu sitokinesis. Mikrotubulus astral berinteraksi dengan protein motor di membran sel untuk menarik spindel dan seluruh sel terpisah begitu kromosom telah direplikasi.
  • Mikrotubulus kinetokor (yang memanjang dari sentrosom ke protein kinetokor dalam sentromer kromosom). Mikrotubulus ini fungsinya membentuk koneksi langsung dengan kinetokor pada spindel mitosis.

Reaksi biologis yang umum

Bentuk mikrotubulus dari polimerisasi dua jenis protein globular (terutama α- dan β-tubulin) membentuk filamen linier yang disebut protofilamen. Biasanya, mikrotubulus tunggal akan menjadi struktur berongga yang terdiri dari sekitar 13 protofilamen yang berasosiasi secara lateral. Panjang mikrotubulus bervariasi. Itu bisa meluas dengan penambahan dimer α- / β-tubulin di ujung polimer. Dalam prokariota meskipun mikrotubulus sering terdiri dari lima bukannya 13.

Dalam silia dan flagela, mikrotubulus berkumpul untuk membentuk susunan 9 + 2.

Fungsi

Mikrotubulus adalah tubulus sitoplasma yang berfungsi sebagai komponen struktural sitoskeleton, silia, dan flagela eukariotik. Fungsi mereka terkait dengan menyediakan bentuk intraseluler, penggerak, dan transportasi. Khususnya dalam pembelahan sel, mikrotubulus adalah sumber serat gelendong. Mereka menimbulkan aparatus gelendong yang memainkan peran penting dalam memindahkan dan memisahkan kromosom selama pembelahan sel. Mikrotubulus juga terlibat dalam pergerakan intraseluler organel, vesikula sekretorik, dan struktur sitoplasma lainnya.

Mikrotubulus memiliki peran struktural utama dalam silia eukariotik dan flagela. Cilia dan flagella selalu meluas langsung dari MTOC, dalam hal ini disebut tubuh basal. Aksi protein motor dinein pada berbagai helai mikrotubulus yang berjalan di sepanjang cilium atau flagel memungkinkan organel untuk menekuk dan menghasilkan kekuatan untuk berenang, memindahkan bahan ekstraseluler, dan peran lainnya.

Mikrotubulus memiliki peran mendasar untuk berbagai tugas di dalam sel, yang sifatnya sangat bervariasi. Kami akan mempelajari beberapa di antaranya secara mendalam di bawah ini.

1. Silia dan flagela

Mikrotubulus membentuk sebagian besar elemen penting sel lainnya seperti silia dan flagela, yang pada dasarnya adalah mikrotubulus tetapi dengan membran plasma yang mengelilinginya. Silia dan flagela ini adalah struktur yang digunakan sel untuk dapat bergerak dan juga sebagai elemen sensitif untuk menangkap beragam informasi dari lingkungan dasar untuk proses seluler tertentu.

Silia berbeda dari flagela karena mereka lebih pendek tetapi juga jauh lebih banyak. Dalam gerakannya, silia menggerakkan cairan yang mengelilingi sel ke arah yang sejajar dengannya, sedangkan flagela melakukan hal yang sama tegak lurus terhadap membran sel.

Baik silia dan flagela adalah elemen kompleks yang dapat menampung 250 jenis protein. Di setiap silia dan setiap flagel, kami menemukan aksonem, satu set pusat mikrotubulus yang ditutupi oleh membran plasma yang telah kami tunjukkan sebelumnya. Aksonema ini terdiri dari sepasang mikrotubulus yang terletak di tengah dan dikelilingi oleh 9 pasangan lain di luar.

Aksonema memanjang dari badan basal, struktur seluler lain, dalam hal ini terdiri dari 9 set, dalam hal ini tiga kali lipat, mikrotubulus, diatur dalam lingkaran untuk meninggalkan rongga pusat di antara mereka berongga.

Kembali ke aksonema, perlu dicatat bahwa pasangan mikrotubulus yang menyusunnya saling menempel berkat efek protein nexin dan jari-jari protein. Pada gilirannya, pada pasangan luar ini kita juga menemukan dynein, protein lain, yang kegunaannya dalam hal ini adalah untuk menghasilkan pergerakan silinder dan flagela, karena itu adalah tipe motor. Secara internal, ini terjadi berkat pergeseran di antara setiap pasang mikrotubulus, yang akhirnya menghasilkan gerakan pada tingkat struktural.

2. Pengangkutan

Fungsi utama mikrotubulus lainnya adalah untuk mengangkut organel di dalam sitoplasma sel, yang dapat berupa vesikel atau jenis lain. Mekanisme ini dimungkinkan karena mikrotubulus akan bertindak sebagai semacam jalur yang dilalui organel dari satu titik ke titik lain di dalam sel.

Dalam kasus khusus neuron, fenomena ini juga akan terjadi untuk apa yang disebut transpor aksoplasma. Mempertimbangkan bahwa akson dapat mengukur tidak hanya sentimeter, tetapi meter pada spesies tertentu, memungkinkan kita untuk mendapatkan gambaran tentang kapasitas pertumbuhan mikrotubulus itu sendiri untuk dapat mendukung fungsi transportasi ini, yang sangat penting dalam ritme sel.

Mengenai fungsi ini, mikrotubulus akan menjadi jalur organel belaka, tetapi interaksi antara dua elemen tidak akan dihasilkan. Sebaliknya, gerakan akan dicapai melalui protein motorik, seperti dynein, yang telah kita lihat, dan juga kinesin. Perbedaan antara kedua jenis protein adalah arah yang mereka ambil dalam mikrotubulus, karena dynein digunakan untuk pergerakan menuju ujung minus, sedangkan kinesin digunakan untuk menuju ujung plus.

3. Spindel akromatik

Mikrotubulus juga membentuk struktur dasar sel lainnya, dalam hal ini gelendong akromatik, mitosis, atau meiosis. Ini dibentuk oleh beberapa mikrotubulus yang menghubungkan sentriol dan sentromer kromosom saat proses pembelahan sel terjadi, baik dengan mitosis atau meiosis.

4. Bentuk sel

Kita sudah tahu bahwa ada banyak jenis sel, masing-masing dengan karakteristik dan susunannya sendiri. Mikrotubulus akan membantu menyediakan sel dengan bentuk spesifik dari masing-masing jenis ini, misalnya dalam kasus yang terlihat di atas sel memanjang, seperti neuron dengan akson dan dendritnya yang panjang.

Pada saat yang sama, mereka juga merupakan kunci agar elemen-elemen tertentu dari sel berada di tempat yang seharusnya untuk memenuhi fungsinya dengan baik. Ini adalah kasus, misalnya, organel yang fundamental seperti retikulum endoplasma atau aparatus Golgi.

5. Organisasi filamen

Fungsi penting lainnya dari mikrotubulus adalah bertanggung jawab untuk distribusi filamen di seluruh sitoskeleton (jaringan protein yang ada di dalam sel dan yang memelihara semua struktur di dalamnya), membentuk jaringan jalur yang lebih kecil dan lebih kecil yang berasal dari mikrotubulus ( yang terbesar) hingga filamen menengah dan berakhir dengan yang tersempit, yang disebut mikrofilamen, yang dapat berupa miosin atau aktin.

Ketidakstabilan dinamis

Salah satu kualitas yang menjadi ciri mikrotubulus adalah apa yang disebut ketidakstabilan dinamis. Ini adalah proses konstan dalam struktur ini di mana mereka terus berpolimerisasi atau depolimerisasi. Ini berarti bahwa sepanjang waktu mereka menggabungkan dimer tubulin untuk menambah panjang atau sebaliknya mereka menghilangkannya untuk dipersingkat.

Faktanya, mereka dapat terus memendek sampai benar-benar dibatalkan untuk memulai siklus lagi, kembali berpolimerisasi. Proses polimerisasi ini, yaitu pertumbuhan, lebih sering terjadi pada ujung +, yaitu pada ujung tubulin b.

Tetapi bagaimana proses ini terjadi pada tingkat sel? Dimer tubulin ditemukan dalam sel dalam keadaan bebas. Mereka semua terikat pada dua molekul guanosin trifosfat, atau GTP (nukleotida trifosfat). Ketika saatnya tiba bagi dimer ini untuk menempel pada salah satu mikrotubulus, sebuah fenomena yang dikenal sebagai hidrolisis terjadi, di mana salah satu molekul GTP diubah menjadi guanosin difosfat, atau GDP (nukleotida difosfat).

Perlu diingat bahwa kecepatan proses sangat penting untuk memahami apa yang bisa terjadi selanjutnya. Jika dimer mengikat mikrotubulus lebih cepat daripada hidrolisis itu sendiri terjadi, ini berarti bahwa apa yang disebut tutup atau tutup GTP akan selalu ada di ujung plus dimer. Sebaliknya, jika hidrolisis lebih cepat daripada polimerisasi itu sendiri (karena ini telah membuat prosesnya lebih lambat), apa yang akan kita dapatkan pada ekstrem yang ekstrem adalah dimer GTP-GDP.

Karena salah satu nukleotida trifosfat telah berubah menjadi nukleotida difosfat, ketidakstabilan dihasilkan dalam adhesi antara protofilamen itu sendiri, yang menyebabkan efek berantai, berakhir dengan depolimerisasi seluruh rangkaian. Setelah dimer GTP-GDP yang menyebabkan ketidakseimbangan ini hilang, mikrotubulus kembali normal dan melanjutkan proses polimerisasi.

Dimer tubulin-GDP yang dilonggarkan dengan cepat menjadi dimer tubulin-GTP, sehingga mereka kembali tersedia untuk mengikat mikrotubulus lagi. Dengan cara ini, ketidakstabilan dinamis yang kita bicarakan di awal terjadi, menyebabkan mikrotubulus tumbuh dan berkurang tanpa henti, dalam siklus yang seimbang sempurna.