TUBULÍN: ALFA A BETA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Tubulín je dimerizovaných proteín, pozostávajúci z dvoch guľových polypeptidov: alfa a beta tubulín. Sú usporiadané do tvaru rúrky, aby vznikli mikrotubuly, ktoré spolu s aktínovými mikrovláknami a strednými vláknami tvoria cytoskelet.

Mikrotubuly sa nachádzajú okrem iného v rôznych podstatných biologických štruktúrach, napríklad v bičíkoch spermií, predlžovaní riasnatých organizmov, riasnici priedušnice a vajcovodoch.

Okrem toho štruktúry, ktoré tvoria tubulín, fungujú ako dopravné cesty - analogické so stopami vlakov - pre materiály a organely vo vnútri bunky. Vytláčanie látok a štruktúr je možné vďaka motorickým proteínom spojeným s mikrotubulami, ktoré sa nazývajú kinezín a dyneín.

Všeobecné charakteristiky

Tubulínové podjednotky sú 55 000 daltonových heterodimérov a sú stavebnými blokmi mikrotubulov. Tubulín sa nachádza vo všetkých eukaryotických organizmoch a v priebehu evolúcie bol vysoko konzervovaný.

Dimér je tvorený dvoma polypeptidmi nazývanými alfa a beta tubulín. Tieto polymerizujú za vzniku mikrotubulov, ktoré pozostávajú z trinástich vlákien preto usporiadaných rovnobežne v tvare dutej trubice.

Jednou z najdôležitejších charakteristík mikrotubulov je polarita štruktúry. Inými slovami, dva konce mikrotubúl nie sú rovnaké: jeden koniec sa nazýva rýchlo rastúci alebo „viac“ koniec a druhý je pomaly rastúci alebo „menej“ koniec.

Polarita je dôležitá, pretože určuje smer pohybu pozdĺž mikrotubuly. Tubulínový dimér je schopný polymerizácie a depolarizácie v rýchlych montážnych cykloch. Tento jav sa vyskytuje aj v aktínových vláknach.

Existuje tretí typ podjednotky: je to gama tubulín. Toto nie je časť mikrotubulov a nachádza sa v centrozómoch; podieľa sa však na nukleácii a tvorbe mikrotubulov.

Alfa a beta tubulín

Alfa a beta podjednotky sa silne asociujú, aby vytvorili komplexný heterodimér. V skutočnosti je interakcia komplexu taká intenzívna, že sa za normálnych podmienok nedisociuje.

Tieto proteíny sa skladajú z 550 aminokyselín, väčšinou kyslých. Aj keď alfa a beta tubulíny sú dosť podobné, sú kódované rôznymi génmi.

Aminokyselinové zvyšky s acetylovou skupinou je možné nájsť v alfa tubulíne, čo mu dáva odlišné vlastnosti v bunkových bičíkoch.

Každá podjednotka tubulínu je spojená s dvoma molekulami: v alfa tubulíne sa GTP nevratne viaže a nenastáva hydrolýza zlúčeniny, zatiaľ čo druhé väzobné miesto v beta tubulíne reverzibilne viaže GTP a hydrolyzuje ho ,

Hydrolýza GTP vedie k javu nazývanému „dynamická nestabilita“, pri ktorom mikrotubuly podliehajú cyklom rastu a poklesu, v závislosti od rýchlosti pridávania tubulínu a rýchlosti hydrolýzy GTP.

Tento jav má za následok vysokú mieru premeny mikrotubulov, kde polčas rozpadu štruktúry je len niekoľko minút.

Vlastnosti

cytoskelet

Alfa a beta podjednotky tubulínu polymerizujú za vzniku mikrotubulov, ktoré sú súčasťou cytoskeletu.

Okrem mikrotubulov je cytoskelet tvorený dvoma ďalšími štruktúrnymi prvkami: aktínovými mikrofilamentmi s veľkosťou približne 7 nm a strednými vláknami s priemerom 10 až 15 nm.

Cytoskelet je kostrou bunky, podporuje a udržuje tvar bunky. Membrána a subcelulárne kompartmenty však nie sú statické a sú v konštantných pohyboch, aby boli schopné uskutočňovať javy endocytózy, fagocytózy a sekrécie materiálov.

Štruktúra cytoskeletu umožňuje bunke prispôsobiť sa, aby mohla plniť všetky vyššie uvedené funkcie.

Je to ideálne médium pre bunkové organely, plazmatickú membránu a ďalšie zložky buniek, ktoré okrem ich účasti na delení buniek vykonávajú svoje normálne funkcie.

Prispievajú tiež k fenoménom bunkového pohybu, ako je napríklad amébová lokomócia, a špecializované štruktúry pre pohyb, ako sú cilia a bičíky. Nakoniec je zodpovedný za pohyb svalov.

mitosis

Vďaka dynamickej nestabilite môžu byť mikrotubuly počas procesov delenia buniek úplne reorganizované. Súbor mikrotubúl počas interfázy je schopný sa rozobrať a tubulínové podjednotky sú voľné.

Tubulín sa môže znova zostaviť a vyvolať mitotické vreteno, ktoré sa podieľa na separácii chromozómov.

Existujú určité lieky, ako napríklad kolchicín, taxol a vinblastín, ktoré narušujú procesy bunkového delenia. Pôsobí priamo na molekuly tubulínu a ovplyvňuje jav mikrotubúl a jav disociácie.

centrosome

V živočíšnych bunkách sa mikrotubuly rozprestierajú k centrosómu, čo je štruktúra v blízkosti jadra, ktorá sa skladá z páru centiolov (každá orientovaná kolmo) a obklopená amorfnou látkou, ktorá sa nazýva pericentriolárna matrica.

Centrioly sú valcové telieska pozostávajúce z deviatich mikrotubulových trojíc, v organizácii podobnej bunkovej riasinke a bičíku.

V procese bunkového delenia mikrotubuly siahajú od centrosómov, čím tvoria mitotický vretienok, ktorý je zodpovedný za správne rozdelenie chromozómov do nových dcérskych buniek.

Zdá sa, že centrioly nie sú nevyhnutné na zostavenie mikrotubulov v bunkách, pretože nie sú prítomné v rastlinných bunkách alebo v niektorých eukaryotických bunkách, ako sú vo vajíčkach určitých hlodavcov.

V pericentriolovej matrici dochádza k iniciácii pre zostavenie mikrotubulov, kde dochádza k nukleácii pomocou gama tubulínu.

Evolučná perspektíva

Tri typy tubulínu (alfa, beta a gama) sú kódované rôznymi génmi a sú homológne s génom nachádzajúcim sa v prokaryotoch, ktoré kódujú proteín 40 000 daltonov, nazývaný FtsZ. Bakteriálny proteín je funkčne a štrukturálne podobný tubulínu.

Je pravdepodobné, že proteín mal pôvodnú funkciu v baktériách a bol modifikovaný počas evolučných procesov, pričom sa v proteíne dospelo k funkciám, ktoré vykonáva v eukaryotoch.

Referencie

1. Cardinali, DP (2007). Aplikovaná neuroveda: jej základy. Panamerican Medical Ed.
2. Cooper, GM (2000). Bunka: molekulárny prístup. 2. vydanie. Sunderland (MA): Sinauer Associates.
3. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka na biológiu. Panamerican Medical Ed.
4. Frixione, E., & Meza, I. (2017). Živé stroje: Ako sa bunky pohybujú? , Fond hospodárskej kultúry.
5. Lodish H, Berk A, Zipursky SL, a kol. (2000). Molecular Cell Biology. 4. vydanie. New York: WH Freeman.