Unterschied zwischen Mikrotubuli und Mikrofilamenten

Hauptunterschied - Mikrotubuli vs. Mikrofilamente

Mikrotubuli und Mikrofilamente sind zwei Komponenten des Zytoskeletts einer Zelle. Das Zytoskelett besteht aus Mikrotubuli, Mikrofilamenten und Zwischenfilamenten. Mikrotubuli werden durch die Polymerisation von Tubulinproteinen gebildet. Sie unterstützen die Zelle mechanisch und tragen zum intrazellulären Transport bei. Mikrofilamente werden durch Polymerisation von Aktinproteinmonomeren gebildet. Sie tragen zur Bewegung der Zelle auf einer Oberfläche bei. Das Hauptunterschied zwischen Mikrotubuli und Mikrofilamenten ist das Mikrotubuli sind lange, hohle Zylinder, die aus Tubulinproteineinheiten bestehen, während Mikrofilamente doppelsträngige helikale Polymere sind, die aus Actinproteinen bestehen. 

1. Was sind Mikrotubuli?
      - Struktur, Funktion, Eigenschaften
2. Was sind Mikrofilamente?
      - Struktur, Funktion, Eigenschaften
3. Was ist der Unterschied zwischen Mikrotubuli und Mikrofilamenten?

Was sind Mikrotubuli?

Mikrotubuli sind Polymere des Tubulinproteins, die überall im Zytoplasma vorkommen. Mikrotubuli sind eine der Komponenten des Zytoplasmas. Sie werden durch die Polymerisation des Dimers alpha und beta tubulin gebildet. Das Polymer von Tubulin kann auf sehr dynamische Weise bis zu 50 Mikrometer wachsen. Der Außendurchmesser der Röhre beträgt etwa 24 nm und der Innendurchmesser beträgt etwa 12 nm. Mikrotubuli können in Eukaryoten und Bakterien gefunden werden. 

Struktur der Mikrotubuli

Eukaryotische Mikrotubuli sind lange und hohle zylindrische Strukturen. Der Innenraum des Zylinders wird als Lumen bezeichnet. Das Monomer des Tubulinpolymers ist ein α / β-Tubulindimer. Dieses Dimer verbindet sich mit seinem Ende zu Ende, um ein lineares Protofilament zu bilden, das dann lateral verbunden wird, um ein einzelnes Mikrotubuli zu bilden. Normalerweise sind etwa dreizehn Protofilamente in einem einzigen Mikrotubulus assoziiert. Somit beträgt der Aminosäurespiegel in jedem α- und β-Tubulin im Polymer 50%. Das Molekulargewicht des Polymers beträgt etwa 50 kDa. Das Mikrotubuli-Polymer besitzt eine Polarität zwischen zwei Enden, ein Ende enthält eine α-Untereinheit und das andere Ende enthält eine β-Untereinheit. Somit werden die beiden Enden als (-) bzw. (+) Enden bezeichnet.

Abbildung 1: Struktur eines Mikrotubulus

Intrazelluläre Organisation von Mikrotubuli

Die Organisation von Mikrotubuli in einer Zelle variiert je nach Zelltyp. In Epithelzellen sind (-) - Enden entlang der apikal-basalen Achse angeordnet. Diese Organisation erleichtert den Transport von Organellen, Vesikeln und Proteinen entlang der apikal-basalen Achse der Zelle. In mesenchymalen Zelltypen wie Fibroblasten verankern Mikrotubuli das Zentrosom und strahlen ihr (+) Ende in die Zellperipherie aus. Diese Organisation unterstützt die Fibroblastenbewegungen. Mikrotubuli organisieren zusammen mit dem Assistenten von Motorproteinen den Golgi-Apparat und das endoplasmatische Retikulum. Eine Fibroblastenzelle, die die Mikrotubuli enthält, ist in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: Mikrotubuli in einer Fibroblastenzelle
Mikrotubuli sind in grüner Farbe fluoreszierend markiert und Aktin in roter Farbe.

Funktion von Mikrotubuli

Mikrotubuli tragen zur Bildung des Zytoskeletts bei, dem strukturellen Netzwerk der Zelle. Das Zytoskelett bietet die mechanische Unterstützung, den Transport, die Motilität, die chromosomale Segregation und die Organisation des Zytoplasmas. Mikrotubuli sind in der Lage, durch Kontraktion Kräfte zu erzeugen, und sie ermöglichen den zellulären Transport zusammen mit Motorproteinen. Mikrotubuli und die Aktinfilamente geben dem Zytoskelett einen inneren Rahmen und ermöglichen es ihm, seine Form während der Bewegung zu verändern. Komponenten des eukaryotischen Zytoskeletts sind in gezeigt Figur 3. Mikrotubuli sind grün gefärbt. Aktinfilamente sind rot gefärbt und die Kerne blau gefärbt.

Abbildung 3: Zytoskelett

Mikrotubuli, die an der chromosomalen Segregation während Mitosen und Meiosen beteiligt sind, bilden die Spindel Gerät. Sie werden in dem Zentromer, den Mikrotubuli-Organisationszentren (MTOCs), zur Bildung des Spindelapparates kernhaltig gebildet. Sie sind auch in den Grundkörpern von Zilien und Flagellen wie innere Strukturen organisiert.

Mikrotubuli ermöglichen die Genregulation durch spezifische Expression von Transkriptionsfaktoren, die die differentielle Expression von Genen mit Hilfe der dynamischen Natur von Mikrotubuli aufrechterhalten.

Assoziierte Proteine ​​mit Mikrotubuli

Verschiedene Dynamiken von Mikrotubuli wie Polymerisationsgeschwindigkeiten, Depolymerisation und Katastrophen werden durch Mikrotubuli-assoziierte Proteine ​​(MAPs) reguliert. Tau-Proteine, MAP-1, MAP-2, MAP-3, MAP-4, Katanin und Fidgeting werden als MAPs betrachtet. Plus-End-Tracking-Proteine ​​(+ TIPs) wie CLIP170 sind eine weitere Klasse von MAPs. Mikrotubuli sind die Substrate für die Motorproteine, die die letzte Klasse von MAPs darstellen. Dynein, das sich zum (-) Ende der Mikrotubuli bewegt, und Kinesin, das sich zum (+) Ende der Mikrotubuli bewegt, sind die beiden Arten von Motorproteinen, die in Zellen gefunden werden. Motorproteine ​​spielen eine wichtige Rolle bei der Zellteilung und beim Vesikeltransport. Motorproteine ​​hydrolysieren ATP, um mechanische Energie für den Transport zu erzeugen. 

Was sind Mikrofilamente?

Die aus Aktinfilamenten bestehenden Filamente sind als Mikrofilamente bekannt. Mikrofilamente sind Bestandteil des Zytoskeletts. Sie werden durch Polymerisation von Actin-Proteinmonomeren gebildet. Ein Mikrofilament hat einen Durchmesser von etwa 7 nm und besteht aus zwei spiralförmigen Strängen.

Struktur von Mikrofilamenten

Die dünnsten Fasern im Zytoskelett sind Mikrofilamente. Das Monomer, das das Mikrofilament bildet, wird globulare Actin-Untereinheit (G-Actin) genannt. Ein Filament der Doppelhelix wird als filamentöses Aktin (F-Actin) bezeichnet. Die Polarität der Mikrofilamente wird durch das Bindungsmuster von Myosin-S1-Fragmenten in den Aktinfilamenten bestimmt. Daher wird das spitze Ende als (-) Ende und das mit Widerhaken versehene Ende als (+) Ende bezeichnet. Die Struktur des Mikrofilaments ist in gezeigt Figur 3.

Abbildung 3: Ein Mikrofilament

Organisation von Mikrofilamenten

Drei der G-Actin-Monomere sind selbst verbunden, um ein Trimer zu bilden. Aktin, das an ATP gebunden ist, bindet an das mit Widerhaken versehene Ende, wodurch das ATP hydrolysiert wird. Die Bindungskapazität des Aktins mit den benachbarten Untereinheiten wird durch autokatalysierte Ereignisse reduziert, bis das frühere ATP hydrolysiert wird. Die Aktinpolymerisation wird durch Actoclampine, eine Klasse von molekularen Motoren, katalysiert. Aktin-Mikrofilamente in Kardiomyozyten sind in grün gefärbt Figur 4. Die blaue Farbe zeigt den Kern.

Abbildung 4: Mikrofilamente in Kardiomyozyten

Funktion von Mikrofilamenten

Mikrofilamente sind an beteiligt Cytokinese und Zelle Beweglichkeit wie amoeboide Bewegung. Im Allgemeinen spielen sie eine Rolle bei der Zellform, der Zellkontraktilität, der mechanischen Stabilität, der Exozytose und der Endozytose. Mikrofilamente sind stark und relativ flexibel. Sie sind widerstandsfähig gegen Bruch durch Zugkräfte und Knicken durch Druckkräfte aus mehreren Piconewton-Systemen. Die Beweglichkeit der Zelle wird durch die Verlängerung eines Endes und die Kontraktion des anderen Endes erreicht. Mikrofilamente fungieren neben den Myosin-II-Proteinen auch als aktomyosin- getriebene kontraktile molekulare Motoren.   

Assoziierte Proteine ​​mit Mikrofilamenten

Die Bildung der Aktinfilamente wird durch die mit Mikrotubuli assoziierten Proteine ​​reguliert,

• Aktinmonomer-bindende Proteine ​​(Thymosin beta-4 und Profilin)
• Filamentvernetzer (Fascin, Fimbrin und Alpha-Actinin)
• Filament-Nukleator oder Actin-verwandter Protein 2/3 (Arp2 / 3) -Komplex
• Fadentrennende Proteine ​​(Gelsolin)
• Filament-End-Tracking-Protein (Formine, N-WASP und VASP)
• Filament-Widerhaken wie CapG.
• Aktin depolymerisierende Proteine ​​(ADF / Cofilin)

Unterschied zwischen Mikrotubuli und Mikrofilamenten

Struktur

Mikrotubuli: Mikrotubuli ist ein helicales Gitter.

Mikrofilamente: Mikrofilament ist eine Doppelhelix.

Durchmesser

Mikrotubuli: Mikrotubuli haben einen Durchmesser von 7 nm.

Mikrofilamente: Das Mikrofilament hat einen Durchmesser von 20-25 nm.

Zusammensetzung

Mikrotubuli: Mikrotubuli bestehen aus Alpha- und Beta-Untereinheiten von Protein-Tubulin.

Mikrofilamente: Mikrofilamente bestehen überwiegend aus kontraktilem Protein, dem Aktin.

Stärke

Mikrotubuli: Mikrotubuli sind steif und widerstehen Biegekräften.

Mikrofilamente: Mikrofilamente sind flexibel und relativ fest. Sie widerstanden Knicken aufgrund von Druckkräften und Filamentbruch durch Zugkräfte.

Funktion

Mikrotubuli: Mikrotubuli unterstützen Zellfunktionen wie Mitose und verschiedene Zelltransportfunktionen.

Mikrofilamente: Mikrofilamente helfen den Zellen, sich zu bewegen.

Assoziierte Proteine

Mikrotubuli: MAPs, + TIPs und Motorproteine ​​sind die assoziierten Proteine, die die Dynamik von Mikrotubuli regulieren.

Mikrofilamente: Aktinmonomer-bindende Proteine, Filamentvernetzer, Actin-verwandtes Protein 2/3 (Arp2 / 3) -Komplex und filamenttrennende Proteine ​​sind an der Regulierung der Dynamik von Mikrofilamenten beteiligt.

Fazit

Mikrotubuli und Mikrofilamente sind zwei Komponenten im Zytoskelett. Der Hauptunterschied zwischen Mikrotubuli und Mikrofilamenten besteht in ihrer Struktur und Funktion. Mikrotubuli haben eine lange, hohlzylindrische Struktur. Sie werden durch die Polymerisation von Tubulinproteinen gebildet. Die Hauptaufgabe von Mikrotubuli besteht darin, die Zelle mechanisch zu unterstützen, an der chromosomalen Segregation teilzunehmen und den Transport von Komponenten innerhalb der Zelle aufrechtzuerhalten. Andererseits sind Mikrofilamente helikale Strukturen, die im Vergleich zu Mikrotubuli fester und flexibler sind. Sie sind an der Bewegung der Zelle auf einer Oberfläche beteiligt. Sowohl Mikrotubuli als auch Mikrofilamente sind dynamische Strukturen. Ihre dynamische Natur wird durch assoziierte Proteine ​​mit den Polymeren reguliert.

Referenz:
1. "Mikrotubuli" Wikipedia. Wikimedia Foundation, 14. März 2017. Web. 14. März 2017.
2. "Mikrofilament". Wikipedia. Wikimedia Foundation, 08. März 2017. Web. 14. März 2017.

Bildhöflichkeit:
1. "Microtubule Struktur" Von Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) - Eigene Arbeit (mit Maxon Cinema 4D gerendert) (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia
2. „Fluoreszenzbild-Fibroblast“ von James J. Faust und David G. Capco - NIGMS-Open-Source-Bilder- und Videogalerie (Public Domain) über Commons Wikimedia
3. "Fluoreszenzzellen" von (Public Domain) über Commons Wikimedia
4. "Abbildung 04 05 02" von CNX OpenStax - (CC BY 4.0) über Commons Wikimedia
5. "Datei: F-Actin-Filamente in Kardiomyozyten" Von Ps1415 - Eigene Arbeit (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia