Zentrosom: Definition, Struktur & Funktion (mit Diagramm)

Inhalt

• Die Struktur des Zentrums
• Das Zentrosom als Teil des Zytoskeletts
• Rolle des Zentrosoms bei der Zellteilung
• Zentriol-Replikation
• Rolle bei der Zilienbildung

Das Zentrosom ("mittlerer Körper") ist eine Struktur, die in den Zellen der meisten Pflanzen und Tiere zu finden ist. Von dieser Organelle stammen die Proteinstrukturen, die als Mikrotubuli formen und erweitern.

Diese Mikrotubuli treten aus dem Mikrotubuli-Organisationszentrum (MTOC) aus und sind während der gesamten Lebensdauer der Zellen für eine Reihe von eukaryotischen Zellfunktionen und -prozessen von entscheidender Bedeutung. Sie sind vielleicht am besten für ihre wichtige Rolle im Prozess der Zellteilung bekannt, zu der auch gehört Mitose (die Teilung eines Zellkernmaterials in Tochterkerne) folgte in kurzer Zeit Zytokinese (die Aufteilung einer ganzen Zelle in Tochterzellen).

Dieser Teilungsprozess wird vermittelt durch die Centriolen von Zentrosomen.

Die Struktur des Zentrums

Centrosomen sind Strukturen, die die Centriolen enthalten, aus denen die Mikrotubuli hervorgehen, die als mitotische Spindel fungieren. Das ist eine Menge, die man sich vorstellen muss. Ein Blick auf diese beiden Begriffe gibt einen klareren Überblick über den physikalischen Aufbau von Zentrosomen.

Während ZwischenphaseIn diesem Zeitraum, in dem sich eine Zelle nicht aktiv teilt, enthält jede Zelle ein Zentrosom, das ein Paar von Zentriolen enthält. Jede dieser Zentriolen besteht aus neun Mikrotubuli-Tripletts in zylindrischer Anordnung; Mit anderen Worten, eine einzelne Zentriole enthält insgesamt 27 Mikrotubuli Laufen von Ende zu Ende. Die beiden Zentriolen sind rechtwinklig zueinander ausgerichtet. Die Drillinge selbst ähneln winzigen parallelen Rohren, die in einer Linie liegen.
Lesen Sie mehr darüber, was in der Zwischenphase passiert.

Auch während der Interphase werden alle Grundkomponenten einer Zelle repliziert, einschließlich des Zentrosoms und seines Zentriolenpaars. Anfänglich bleiben die zwei Zentrosomen oder Zentriolenpaare in enger physikalischer Nähe. Sobald die Mitose voll im Gange ist, werden die beiden Zentriolen wandern zu entgegengesetzten Enden der Zelle, die sich darauf vorbereitet, sich in zwei Tochterzellen zu teilen.

Centrosome vs. Centromere: Weder "Centrosom" noch "Centriol" sollten mit dem verwechselt werden CentromereDies ist die physikalische Verbindung zwischen den Schwesterchromatiden eines Chromosoms, das sich im Rahmen der Mitose auf die Teilung vorbereitet.)

Wie bereits erwähnt, haben Mikrotubuli in Zellen eine Reihe verschiedener Funktionen, aber ihr Hauptzweck bei der Zellteilung besteht darin, als Spindelfasern zu dienen, die dabei helfen, die Trennung von Zellbestandteilen während des Teilungsprozesses zu steuern und durchzuführen.

Das Zentrosom als Teil des Zytoskeletts

Neben der Teilnahme an Mitosespielt das Centrosom eine entscheidende strukturelle Rolle in der Zelle, indem es die Mikrotubuli das bilden die Zytoskelett, was den Zellen ihre Form und Integrität verleiht.

Obwohl es vielleicht verlockend ist, sich Zellen als zerbrechliche, gallertartige Klumpen vorzustellen, die kaum mehr als runde Behälter sind, ist jede Zelle äußerst dynamisch, einschließlich ihrer Membran, die sorgfältig kontrolliert, welche Substanzen in und außerhalb der Zelle gelangen können oder nicht.

Lesen Sie mehr über die Hauptfunktion von Mikrotubuli-Zellen.

Ihr Zweck ähnelt dem Ihres eigenen Körpers, der dem Rest von Ihnen Ihre allgemeine physische Form verleiht und als eine Art Gestell fungiert, das Ihre anderen wichtigen physischen Komponenten - Ihre Organe, Muskeln und Gewebe - enthält.

Anordnung und Zusammensetzung des Zytoskeletts: Die Mikrotubuli, die das Zytoskelett bilden, ziehen sich durch das Zytoplasma des Zellinneren und bilden eine Reihe von Klammern zwischen der Zellgrenze und dem Zellkern in der Nähe des Zentrums. Diese Tubuli bestehen wiederum aus monomeren Einheiten, die aus einem Protein namens hergestellt sind Tubulin.

Dieses Tubulin kommt, wie viele Proteine ​​in der Natur, in einer Vielzahl von Subtypen vor; Die häufigsten Mikrotubuli sind:

Nur in Gegenwart eines Zentrosoms bilden sich diese Monomere spontan zu Mikrotubuli, ähnlich wie sich Eier, Zucker und Schokolade nur in Gegenwart einer von Menschen besetzten Küche zu Keksen formen.

Außerdem werden Proteine ​​genannt Dyneine und Kinesine nehmen Sie an der Mitose teil; Diese helfen dabei, die Enden der Mikrotubuli an ihren korrekten Positionen entlang oder nahe den Chromosomen zu orientieren, die sich bald teilen und sich entlang der Metaphasenplatte ausrichten.

Bedeutung von Zentrosomen: Es ist noch nicht bekannt, wie genau die Duplikation von Zentrosomen während der Interphase stattfindet. Es ist auch bemerkenswert, dass, während Centrosomen und Centriolen in den meisten Pflanzenzellen auftreten, Ohne diese Strukturen kann es in Pflanzen zu Mitosen kommen. In einigen tierischen Zellen kann die Mitose sogar dann funktionieren, wenn die Zentriolen gezielt zerstört wurden. Dies führt jedoch im Allgemeinen zu einer ungewöhnlich hohen Anzahl von Replikationsfehlern.

Es wird daher angenommen, dass Centrosomen helfen dabei, ein gewisses Maß an Kontrolle zu vermitteln Während des gesamten Prozesses sind Biochemiker bestrebt, die Mechanismen dieses Prozesses aufzuklären, denn diese sind wahrscheinlich wichtig in die Entstehung und das Fortschreiten von Krebserkrankungen und andere Störungen, die von der Zellreplikation und -teilung abhängen.

••• Dana Chen | Wissenschaft

Rolle des Zentrosoms bei der Zellteilung

Die Zellteilung ist ein wesentlicher Bestandteil der Zellbiologie. Zentrosomen spielen dabei eine große Rolle.

Denken Sie daran, dass die beiden Zentriolen eines einzelnen Zentrosoms im rechten Winkel zueinander ausgerichtet sind, was bedeutet, dass die Mikrotubuli in diesen Zentriolen in einer von zwei zueinander senkrechten Richtungen angeordnet sind. Denken Sie auch daran, dass die beiden Zentrosomen in einer sich noch nicht vollständig teilenden Zelle an entgegengesetzten Enden der Interphasenzelle liegen.

Diese Geometrie impliziert, dass sich die Spindelfasern der Mitose zu bilden beginnen erstrecken sich von jeder Seite (oder „Pol”) Der Zelle in Richtung ihres Zentrums, wo die Zellteilung letztendlich am offensichtlichsten ist, und Sie erstrecken sich auch oder „fächern“ sich nach außen in einer Reihe von Richtungen von jedem Zentrosom selbst.

Versuchen Sie, die geschlossenen Fäuste leicht auseinander zu halten und sie dann langsam zu öffnen, während Sie die neu sichtbaren Finger aufeinander zustrecken. Dies bietet ein allgemeines Bild dessen, was sich bei fortschreitender Mitose an den Zentrosomen abspielt.

Mitose selbst umfasst vier Phasen (manchmal als fünf aufgeführt). In der Reihenfolge sind dies:

Einige Quellen enthalten auch Prometaphase zwischen Prophase und Metaphase. Während der Mitose bewegen sich die Mikrotubuli, die von der entstehenden mitotischen Spindel an jedem Pol wachsen, in Richtung des Zentrums der Zelle, wo die paarweise angeordneten replizierten Chromosomen entlang der sogenannten Linie angeordnet sind Metaphasenplatte (eine unsichtbare Linie, entlang der die Spaltung des Kerns stattfindet).

Diese sich erstreckenden Enden der Spindelfasern wickeln sich an einer von drei Stellen auf: am Kinetochor von jedem Chromosomenpaar die Struktur, bei der sich die Chromosomen tatsächlich trennen; auf den Armen der Chromosomen; und im Zytoplasma selbst auf der anderen Seite der Zelle, näher am gegenüberliegenden Zentrosom als am Ursprungspunkt dieser Fasern.

Spindelfasern in Betrieb: Der Bereich der Ankerpunkte an den Enden der Spindelfasern zeugt von der Eleganz und Komplexität des mitotischen Prozesses. Es ist eine Art "Tauziehen", das jedoch äußerst gut koordiniert werden muss, damit die Teilung genau durch die Mitte jedes Chromosomenpaars "verläuft", um dies sicherzustellen Jede Tochterzelle erhält von jedem Paar genau ein Chromosom.

Die Spindelfasern üben daher ein gewisses „Drücken“ sowie ein starkes „Ziehen“ aus, um sicherzustellen, dass die Zellteilung nicht nur kraftvoll, sondern auch genau ist. Die Mikrotubuli beteiligen sich allein an der Teilung des Zellkerns, aber auch an der Teilung der gesamten Zelle (d. h. Zytokinese) und das erneute Einschließen jeder neuen Tochterzelle in ihre eigene Zellmembran.

Eine Möglichkeit, sich all das vorzustellen: Zellen haben keine Muskeln, aber die Mikrotubuli sind ungefähr so ​​nah wie die Zellbestandteile.

Zentriol-Replikation

Wie bereits erwähnt, replizieren sich die Zentrosomen von Zellen während der Interphase, dem vergleichsweise langen Teil des Zellzyklus zwischen mitotischen Teilungen. Die Replikation von Centriolen in Centrosomen ist nicht vollständig konservativ, Dies bedeutet, dass die beiden gebildeten Tochterzentriolen nicht vollständig identisch sind, wie dies in einem konservativen Prozess der Fall wäre. Stattdessen wird die Zentriolreplikation ausgeführt semikonservativ.

Während der genaue Mechanismus der Replikation von Zentrosomen während der S-Phase (Synthesephase) Die Wissenschaftler haben erkannt, dass, wenn sich ein Zentriol teilt, eine der resultierenden Zentriolen behält die Eigenschaften der „Mutter“ und kann operative Mikrotubuli erzeugen.

Dieses Centriol hat „stammzellähnliche“ Eigenschaften, während das andere, die „Tochter“, vollständig differenziert wird. Jede Teilungszelle hat also an jedem Pol ein Mutter-Tochter-Zentriol-Paar Wie zu erwarten, enthält jede neue Tochterzelle ein Mutterzentriol und ein Tochterzentriol in jedem Paar. In der folgenden Interphase wird sich dieses Zentriol teilen, um erneut zwei Mutter-Zentriol-Tochter-Zentriol-Paare zu bilden.

Zentriolen in differenzierten Strukturen: Die subtilen Funktionsunterschiede zwischen den rechtwinkligen Zentriolen in jedem Paar werden deutlich, wenn beispielsweise das Mutterzentriol an das Innere der Plasmamembran der Zelle gebunden wird und eine Struktur mit der Bezeichnung a bildet Basalkörper. Dieser Körper ist normalerweise Teil einer Cilium- oder haarähnlichen Multi-Mikrotubuli-Extension, die nicht beweglich ist. Das heißt, es bewegt sich nicht.

Etwas cilia (der Plural von "Cilium") bilden Geißel (singuläres „Flagellum“), das sich bewegt und oft ganze Zellen mit sich treibt, während es in anderen Fällen als Miniaturbesen dient, die Trümmer aus der Region des Flagellums entfernen.

Während Biologen viel über die genaue Dynamik von Zentrosomen lernen müssen, bietet Krebs einen Einblick in die Probleme mit Zentrosomen bei abnormaler Zellteilung. Forscher haben zum Beispiel beobachtet, dass Krebszellen enthalten oft ungewöhnlich viele Zentrosomen statt der erwarteten ein oder zwei, und bestimmte Krebsmedikamente (z. B. Taxol und Vincristin) üben ihre Wirkung aus, indem sie die Anordnung der Mikrotubuli stören.

Rolle bei der Zilienbildung

Ein Flagellum ist eine Zusammenstellung von Mikrotubuli, die die Fortbewegung ermöglichen, wie im Fall von a Samenzelle. Ein Flagellum stammt von einem einzelnen Basalkörper auf der Innenfläche der Plasmamembran. Somit enthält eine Samenzelle ein einzelnes Zentriolpaar.

Denn ein Spermienschicksal besteht letztendlich darin, mit einem zu verschmelzen EizelleWenn einer Eizelle ein Basalkörper fehlt, ist es das Sperma, das dafür sorgt, dass sich eine neu gebildete Zygote (das Produkt der Eizellenzusammenführung und der erste Schritt bei der Erzeugung eines neuen Organismus bei der Reproduktion) teilen kann Die Zentriole enthält Anweisungen und Komponenten, die für den Teilungsprozess benötigt werden.

Einige Organismen haben Zilien auf bestimmten Zellen. Dies schließt einige der Zellen Ihrer eigenen Atemwege ein. Das Epithel (Oberflächenzellen; Ihre Haut ist eine Art Epithel), das Ihre Lunge auskleidet und eine Reihe miteinander verbundener Basalkörper bildet, wie es ein Cilium eigentlich ist. Die röhrenförmigen Fortsätze dieser Flimmerzellen bewegen sich entlang von Schleim und Partikeln und schützen so das Innere der Lunge.