Mikrotubulus adalah struktur seluler yang terdiri dari polimer protein, diameter luar 25 nm dan diameter dalam sekitar 12 nm, dengan panjang mulai dari beberapa nanometer hingga mikrometer, 1 yang berasal dari Pusat Pengorganisasian Mikrotubulus (MTOC) seluruh sitoplasma. Mereka ditemukan dengan karakteristik yang berbeda dalam sel eukariotik dan prokariotik. Mereka dibentuk oleh polimerisasi dimer dua protein globular, alpha tubulin dan beta tubulin.
Mikrotubulus terlibat dalam berbagai proses seluler yang melibatkan perpindahan vesikel sekresi, pergerakan organel, transpor zat intraseluler, serta pembelahan sel (mitosis dan meiosis) dan itu, bersama dengan mikrofilamen dan filamen perantara, membentuk sitoskeleton. Selain itu, mereka merupakan struktur internal silia dan flagela.
Mikrotubulus berinti dan diatur dalam pusat pengorganisasian mikrotubulus (MTOC), seperti sentrosom atau badan basal silia dan flagela. Pusat-pusat pengorganisasian ini mungkin atau mungkin tidak memiliki sentriol.
Selain berkolaborasi dalam sitoskeleton, mikrotubulus terlibat dalam transit vesikel (lihat dynein atau kinesin), dalam pembentukan gelendong mitosis melalui mana sel eukariotik mengeluarkan kromatid mereka selama pembelahan sel, dan dalam pergerakan silia dan flagela.
Apa itu Mikrotubulus
Mikrotubulus merupakan organel yang ditemukan dalam sel biologis sebagai bagian dari sitoskeleton. Mereka adalah tabung hampa yang dindingnya terdiri dari 13 kolom molekul tubulin. Tugas utama mikrotubulus adalah mempertahankan bentuk sel, motilitas sel, gerakan kromosom dalam pembelahan sel, dan gerakan organel.
Mikrotubulus tampak seperti mie berlubang yang mengirimkan sinyal ke saraf kita. Ini biasanya didiskusikan dengan mikrofilamen. Meskipun keduanya adalah protein yang membantu menentukan struktur dan pergerakan sel, mereka adalah molekul yang sangat berbeda.
Sementara mikrofilamen tipis, mikrotubulus tebal, spiral kuat dari ribuan subunit. Subunit-subunit itu terbuat dari protein yang disebut tubulin. Dan ya, mereka mendapat nama mereka karena mereka terlihat seperti tabung.
Mikrotubulus disebut sebagai polimer linear dari protein tubulin. Mereka campur tangan di hampir semua proses seluler yang melibatkan perpindahan beberapa struktur internal. Mereka adalah bagian integral dari sitoskeleton, silia dan flagela.
Dalam kasus sel tumbuhan, mikrotubulus juga berperan dalam organisasi struktural internal. Dalam sel-sel ini, mikrotubulus membentuk semacam permadani yang melekat pada wajah bagian dalam membran plasma.
Struktur mikrotubulus, yang mengendalikan pembelahan sel tumbuhan, dikenal sebagai organisasi kortikal mikrotubulus. Pada saat pembelahan mitosis, misalnya, mereka runtuh menjadi cincin pusat yang akan menjadi situs masa depan dari pelat pusat, di bidang di mana sel akan membelah.
Mikrotubulus terdiri dari alpha-tubulin dan beta-tubulin. Dua subunit ini membentuk heterodimer, yang merupakan unit struktural dasar filamen tubulin. Polimerisasi dimer mengarah ke pembentukan 13 protofilamen dalam organisasi lateral yang menimbulkan silinder berongga.
Silinder berongga dari struktur ini adalah mikrotubulus, yang dengan komposisinya sendiri menunjukkan polaritas. Artinya, satu ujung dapat tumbuh dengan menambahkan heterodimer, sedangkan ujung lainnya dapat dikurangi. Dalam kasus terakhir, alih-alih memanjang ke arah itu, mikrotubulus menyusut.
Mikrotubulus nukleat (mis. Mulai mempolimerisasi) dan mengorganisasikannya menjadi pusat pengorganisasian mikrotubulus. Ini dikaitkan dengan sentrosom selama pembelahan dalam sel hewan.
Pada tumbuhan yang lebih tinggi, yang tidak memiliki sentrosom, pusat pengorganisasian mikrotubulus hadir di situs analog, tetapi dibentuk oleh komponen lain. Pada silia dan flagela, ini terletak pada dasarnya pada struktur motorik.
Perpindahan kromosom selama pembelahan sel dilakukan melalui mikrotubulus. Ini memediasi interaksi fisik antara sentromer kromosom dan pusat pengorganisasian mikrotubulus.
Dengan reaksi depolimerisasi yang ditargetkan, kromosom metafase akhirnya akan bergerak menuju kutub sel pembagi.
Struktur Mikrotubulus
Mikrotubulus adalah heteropolimer dari tubulin α- dan β, yang membentuk dimer, yang merupakan unit strukturalnya. Dimer berpolimerisasi menjadi 13 protofilamen, yang kemudian beragregasi secara lateral untuk membentuk struktur silinder berongga. Untuk berpolimerisasi, keberadaan dimer diperlukan pada konsentrasi minimum tertentu yang disebut konsentrasi kritis, meskipun prosesnya dipercepat dengan penambahan inti yang memanjang.
Karakteristik penting dari mikrotubulus adalah polaritasnya. Tubulin berpolimerisasi dengan menambahkan dimer ke salah satu atau kedua ujung mikrotubulus. Penambahannya adalah dengan menggabungkan kepala ke ekor, dalam pembentukan protofilamen. Dengan demikian, deretan monomer dan -tubulin yang miring terbentuk di dinding, menyebabkan polaritas global pada mikrotubulus. Karena semua protofilamen dalam mikrotubulus memiliki orientasi yang sama, salah satu ujungnya terdiri dari cincin -tubulin (disebut ujung -) dan sebaliknya terdiri dari cincin -tubulin (disebut ujung + plus).4
Struktur pada bakteri
Mikrotubulus bakteri berdiameter lebih kecil dari eukariota tetapi memiliki struktur dasar yang sama. Pada bakteri, homolog tubulin, protein bakteri tubulin A (BtubA) dan tubulin B bakteri (BtubB) juga membentuk mikrotubulus. Mikrotubulus bakteri menunjukkan protofilamen yang dipesan dan menunjukkan interaksi yang mirip dengan eukariota. Mikrotubulus bakteri hanya terdiri dari lima protofilamen, bukan 13 protofilamen yang ada pada eukariota.
Komponen dari Sitoskeleton
Semua mikrofilamen dan mikrotubulus bergabung untuk membentuk sitoskeleton sel. Sitoskeleton berbeda dari sitoplasma (sitosol). Sitoskeleton menyediakan struktur. Sitoplasma hanyalah cairan. Sitoskeleton terhubung ke setiap organel dan setiap bagian membran sel. Pikirkan tentang amuba. Semua potongan bekerja bersama sehingga kaki bisa menjangkau makanan. Kemudian lisosom dan peroksisom dikirim untuk memulai pencernaan. Pergerakan membran sel, organel, dan sitoplasma semuanya terkait dengan tubulus dan filamen.
Fungsi mikrotubulus
Polimerisasi mikrotubulus berinti di pusat pengorganisasian mikrotubulus. Di dalamnya ada jenis tubulin, yang disebut tubulin -γ, yang bertindak dengan nukleasi penambahan dimer baru, dengan intervensi protein pengatur lainnya. Dengan demikian, keberadaan kompleks cincin -tubulin dianggap, selalu terletak di ujung -γ mikrotubulus.
1- Penggerak Kromosom
Mikrotubulus memiliki banyak kegunaan lebih dari sekadar struktur sel. Mikrotubulus juga sangat penting dalam pembelahan sel. Mereka terhubung ke kromosom, membantu mereka dengan pemisahan pertama mereka, dan kemudian pindah ke setiap sel anak baru. Mereka adalah bagian dari sepasang organel kecil yang disebut sentriol yang memiliki tujuan spesifik untuk membantu pembelahan sel. Setelah sel selesai membelah, mikrotubulus digunakan di tempat lain.
2- Organisme Pindah
Di luar peran yang mereka mainkan dalam pergerakan sel internal, mikrotubulus juga bekerja bersama untuk membentuk struktur yang lebih besar yang bekerja di luar sel. Mikrotubulus dapat bergabung dalam pengaturan yang sangat spesifik untuk membentuk silia dan flagela.
Silia adalah rambut-rambut kecil yang mungkin Anda lihat di bagian luar paramecium atau protista lainnya. Mereka mengepakkan bolak-balik untuk membantu sel bergerak. Flagela panjang, ekornya tebal. Mereka mencambuk dan kadang-kadang berputar, mendorong sel.
3- Ketidakstabilan dinamis
Selama polimerisasi, kedua unit tubulin terikat pada molekul guanosin trifosfat. GTP memainkan peran struktural dalam tubulin α, tetapi dihidrolisis menjadi GDP di tubulin β. Hidrolisis ini memodulasi penambahan dimer baru. Dengan demikian, GTP dihidrolisis setelah periode waktu tertentu, yang memungkinkan, jika penambahan dimer cepat, tutup tubulin β yang terikat pada GTP terbentuk di ujung (+), sedangkan, jika lambat, berapa terpapar adalah tubulin yang terikat pada GDP. Nah, pengikatan satu atau beberapa nukleotida inilah yang menentukan kecepatan polimerisasi atau depolimerisasi mikrotubulus. Dengan demikian, tutup di ujung (+) dengan GTP mendukung pemanjangan, sementara salah satu dari PDB, depolimerisasi.
Sekarang, proses ini, apakah monomer baru ditambahkan atau tidak, tergantung pada konsentrasi dimer tubulin αβ dalam larutan; jika konsentrasinya lebih besar dari parameter yang dikenal sebagai konsentrasi kritis (Cc) (yang merupakan konstanta kesetimbangan disosiasi dimer di ujung mikrotubulus), mikrotubulus tumbuh, dan jika lebih kecil, ia menurun. Dan sesuai dengan adanya batas GTP atau GDP, Cc berbeda, yang mendefinisikan bahwa ekstrem (+) dan (-) memiliki nilai yang berbeda, yang pada gilirannya menghasilkan aktivitas dinamis ekstrem (+) yang lebih tinggi karena untuk menurunkan Cc spesifik. Mikrotubulus, oleh karena itu, dapat tumbuh di kedua ujungnya atau hanya di satu ujung, tergantung pada konsentrasi dimer tubulin αβ. Interaksi ujung (-) dengan MTOC sangat menurunkan aktivitasnya.
Fungsi lainnya
Selain peran strukturalnya sebagai komponen sitoskeleton (bersama dengan aktin dan filamen perantara), mikrotubulus terkait dengan proses biologis.
Sifat polimerisasi tubulin
Ringkasan global dari sifat ini:
- Pada konsentrasi tubulin αβ lebih tinggi dari Cc, dimer berpolimerisasi membentuk mikrotubulus; di bawah Cc, mikrotubulus mengalami depolimerisasi.
- Nukleotida, GTP atau GDP, melekat pada -tubulin membuat Cc untuk perakitan di (+) dan (-) ujung mikrotubulus berbeda; Dengan analogi dengan rakitan aktin berfilamen, ujung (+) didefinisikan sebagai yang disukai oleh rakitan.
- Dengan konsentrasi tubulin αβ yang lebih tinggi daripada Cc untuk polimerisasi, dimer menambahkan lebih banyak ke ujung (+).
- Ketika konsentrasi tubulin αβ lebih tinggi dari Cc di ujung (+) tetapi kurang dari Cc di (-), pertumbuhan satu arah dapat terjadi dengan menambahkan subunit ke satu ujung dan memisahkan subunit dari ujung yang berlawanan.
Karakteristik ini berasal dari adanya ketidakstabilan dinamis mikrotubulus, yang terdiri dari fakta bahwa, dalam sel yang sama, beberapa mikrotubulus mengalami depolimerisasi (bencana) dan yang lainnya memanjang (penyelamatan).
Farmakologi
Ada sejumlah besar obat yang mampu mengikat tubulin, memodulasi keadaan aktivasinya dan dengan demikian mengganggu dinamika mikrotubulus pada konsentrasi intraseluler yang jauh lebih rendah daripada tubulin. Dengan cara ini, sel menghentikan siklus selnya dan dapat menyebabkan kematian sel terprogram atau apoptosis. Senyawa yang memodulasi aktivitas tubulin secara garis besar dapat dibagi menjadi dua kelompok besar: Pertama, ada penghambat polimerisasinya, seperti colchicine dan vincristine, yang mengikatnya, mencegahnya membentuk mikrotubulus. Di sisi lain, ada agen penstabil mikrotubulus (MSA), seperti paclitaxel (dikenal sebagai taxol) 11 dan docetaxel, yang secara istimewa mengikat tubulin rakitan, meminimalkan disosiasi tubulin-GDP dari ujung mikrotubulus dan menginduksi perakitan tubulin-GDP yang biasanya tidak aktif.
Obat modulator polimerisasi mikrotubulus telah banyak digunakan dalam terapi antitumor. Menjadi penting untuk mitosis dan menghentikannya, adalah mungkin untuk bertindak melawan tumor, tetapi jaringan-jaringan dalam proliferasi cepat juga terpengaruh (sumsum tulang, mukosa usus …). Keberhasilan klinis paclitaxel dan docetaxel telah mengarah pada pencarian senyawa baru dengan mekanisme aksi yang sama dan penemuan dalam beberapa tahun terakhir sejumlah besar agen penstabil mikrotubulus dengan setidaknya dua situs pengikatan yang berbeda.