Hauptunterschied – Mikrotubuli vs. Mikrofilamente

Mikrotubuli und Mikrofilamente sind zwei Bestandteile 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 die Polymerisation von Aktinproteinmonomeren gebildet. Sie tragen zur Bewegung der Zelle auf einer Oberfläche bei. Die Hauptunterschied zwischen Mikrotubuli und Mikrofilamenten ist das Mikrotubuli sind lange, hohle Zylinder, die aus Tubulinproteineinheiten bestehen, während Mikrofilamente doppelsträngige helikale Polymere sind, die aus Aktinproteinen 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 in einer hochdynamischen Natur bis zu 50 Mikrometer wachsen. Der Außendurchmesser der Röhre beträgt ca. 24 nm, der Innendurchmesser ca. 12 nm. Mikrotubuli kommen in Eukaryoten und Bakterien vor.

Struktur der Mikrotubuli

Eukaryotische Mikrotubuli sind lange und hohlzylindrische Strukturen. Der Innenraum des Zylinders wird als Lumen bezeichnet. Das Monomer des Tubulin-Polymers ist ein α/β-Tubulin-Dimer. Dieses Dimer verbindet sich mit ihrem Ende zu Ende, um ein lineares Protofilament zu bilden, das dann seitlich verbunden wird, um einen einzelnen Mikrotubulus zu bilden. Normalerweise sind etwa dreizehn Protofilamente in einem einzigen Mikrotubulus assoziiert. Somit beträgt der Aminosäuregehalt in jedem α- und β-Tubulin im Polymer jeweils 50 %. Das Molekulargewicht des Polymers beträgt etwa 50 kDa. Das Mikrotubuli-Polymer trägt eine Polarität zwischen zwei Enden, ein Ende enthält eine &agr;-Untereinheit und das andere Ende enthält eine &bgr;-Untereinheit. Somit werden die beiden Enden als (–) bzw. (+) Enden bezeichnet.

Abbildung 1: Struktur eines Mikrotubulus

Intrazelluläre Organisation von Mikrotubuli

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

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

Funktion der 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 können durch Kontraktion Kräfte erzeugen und ermöglichen zusammen mit Motorproteinen den zellulären Transport. Mikrotubuli und die Aktinfilamente bilden ein inneres Gerüst des Zytoskeletts und ermöglichen ihm, seine Form während der Bewegung zu verändern. Bestandteile des eukaryotischen Zytoskeletts sind in Abbildung 3 dargestellt. Mikrotubuli sind mit grüner Farbe gefärbt. Aktinfilamente sind rot gefärbt und Kerne sind blau gefärbt.

Abbildung 3: Zytoskelett

Mikrotubuli, die an der chromosomalen Segregation während der Mitose und Meiose beteiligt sind, bilden die Spindelapparat. Sie werden im Zentromer, den Mikrotubuli organisierenden Zentren (MTOCs), nukleiert, um den Spindelapparat zu bilden. Sie sind auch in den Basalkörpern von Zilien und Geißeln wie interne Strukturen organisiert.

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

Assoziierte Proteine ​​mit Mikrotubuli

Verschiedene Dynamiken von Mikrotubuli wie die Geschwindigkeiten der Polymerisation, Depolymerisation und Katastrophe werden durch Mikrotubuli-assoziierte Proteine ​​(MAPs) reguliert. Tau-Proteine, MAP-1, MAP-2, MAP-3, MAP-4, Katanin und Zappeln 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 sind. Dynein, das sich zum (-)-Ende des Mikrotubulus bewegt, und Kinesin, das sich zum (+)-Ende des Mikrotubulus hin bewegt, sind die beiden Arten von Motorproteinen, die in Zellen vorkommen. Motorproteine ​​spielen eine wichtige Rolle bei der Zellteilung und dem Vesikeltransport. Motorproteine ​​hydrolysieren ATP, um mechanische Energie für den Transport zu erzeugen.

Was sind Mikrofilamente?

Die aus Aktinfilamenten bestehenden Filamente werden als Mikrofilamente bezeichnet. Mikrofilamente sind ein Bestandteil des Zytoskeletts. Sie werden durch die Polymerisation von Aktinproteinmonomeren gebildet. Ein Mikrofilament hat einen Durchmesser von etwa 7 nm und besteht aus zwei Strängen in helixförmiger Natur.

Struktur von Mikrofilamenten

Die dünnsten Fasern im Zytoskelett sind Mikrofilamente. Das Monomer, das das Mikrofilament bildet, wird als globuläre Aktin-Untereinheit (G-Aktin) bezeichnet. Ein Filament der Doppelhelix wird als filamentöses Aktin (F-Aktin) bezeichnet. Die Polarität der Mikrofilamente wird durch das Bindungsmuster der Myosin-S1-Fragmente 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 Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3: Ein Mikrofilament

Organisation von Mikrofilamenten

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

Abbildung 4: Mikrofilamente in Kardiomyozyten

Funktion von Mikrofilamenten

Mikrofilamente sind beteiligt an Zytokinese und Zellmotilität wie amöboide Bewegungen. Im Allgemeinen spielen sie eine Rolle bei der Zellform, Zellkontraktilität, mechanischen Stabilität, Exozytose und Endozytose. Mikrofilamente sind stark und relativ flexibel. Sie sind beständig gegen Brüche durch Zugkräfte und Knicken durch Multi-Piconewton-Druckkräfte. Die Beweglichkeit der Zelle wird durch die Verlängerung eines Endes und die Kontraktion des anderen Endes erreicht. Mikrofilamente fungieren zusammen mit den Myosin-II-Proteinen auch als Aktomyosin-getriebene kontraktile molekulare Motoren.

Assoziierte Proteine ​​mit Mikrofilamenten

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

Unterschied zwischen Mikrotubuli und Mikrofilamenten

Struktur

Mikrotubuli: Mikrotubuli ist ein spiralförmiges Gitter.

Mikrofilamente: Mikrofilament ist eine Doppelhelix.

Durchmesser

Mikrotubuli: Mikrotubuli haben einen Durchmesser von 7 nm.

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

Komposition

Mikrotubuli: Mikrotubuli bestehen aus Alpha- und Beta-Untereinheiten des Proteins Tubulin.

Mikrofilamente: Mikrofilamente bestehen überwiegend aus dem kontraktilen Protein Aktin.

Stärke

Mikrotubuli: Mikrotubuli sind steif und widerstehen Biegekräften.

Mikrofilamente: Mikrofilamente sind flexibel und relativ stark. Sie widerstehen Knicken aufgrund von Druckkräften und Filamentbruch durch Zugkräfte.

Funktion

Mikrotubuli: Mikrotubuli unterstützen Zellfunktionen wie die 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: Aktin-Monomer-bindende Proteine, Filament-Crosslinker, Actin-Related Protein 2/3 (Arp2/3)-Komplex und filament-abtrennende Proteine ​​sind an der Regulierung der Dynamik von Mikrofilamenten beteiligt.

Abschluss

Mikrotubuli und Mikrofilamente sind zwei Komponenten des Zytoskeletts. Der Hauptunterschied zwischen Mikrotubuli und Mikrofilamenten liegt 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 beteiligt zu sein und den Transport von Komponenten innerhalb der Zelle aufrechtzuerhalten. Auf der anderen Seite sind Mikrofilamente schraubenförmige Strukturen, die im Vergleich zu Mikrotubuli stärker 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. "Mikrotubulus." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 14. März 2017. Web. 14. März 2017. 2. „Mikrofilament“. Wikipedia. Wikimedia Foundation, 08. März 2017. Web. 14. März 2017.

Bildhöflichkeit: 1. „Mikrotubuli-Struktur“ Von Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) – Eigene Arbeit (gerendert mit Maxon Cinema 4D) (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia2. „Fluoreszenzbild-Fibroblast“ Von James J. Faust und David G. Capco – NIGMS Open Source Bilder- und Videogalerie (Public Domain) über Commons Wikimedia3. „Fluoreszierende Zellen“ von (Public Domain) über Commons Wikimedia4. „Abbildung 04 05 02″Von CNX OpenStax – (CC BY 4.0) über Commons Wikimedia5. „Datei: F-Aktin-Filamente in Kardiomyozyten“ Von Ps1415 – Eigene Arbeit (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia