Крошечные трубки внутри клеток, обеспечивающие структурную поддержку и служащие магистралями для внутриклеточного транспорта грузов.Микротрубочки — это полые цилиндры внутри клеток, построенные из белка тубулина. Они являются частью цитоскелета — внутреннего каркаса, который придаёт клетке форму и упорядочивает её внутреннее пространство. Диаметр микротрубочки составляет примерно 25 нанометров — гораздо тоньше человеческого волоса, — но она может тянуться на значительную часть длины клетки. Это не статичные трубки: они быстро растут и укорачиваются, собираясь на одном конце и разбираясь на другом, что позволяет клетке перестраивать свою внутреннюю структуру за считанные минуты.
Помимо опорной функции, микротрубочки служат рельсами. Молекулярные моторы, в частности кинезин и динеин, перемещаются по ним, перенося везикулы, органеллы и другой груз к определённым местам назначения. Этот транспорт жизненно важен в крупных клетках, таких как нейроны, где материалы должны доставляться от тела клетки по длинному аксону. Микротрубочки также образуют веретено деления, которое разделяет хромосомы во время клеточного деления, и формируют основу ресничек и жгутиков — похожих на хлыст структур, с помощью которых клетки двигаются или создают ток жидкости.
Поскольку микротрубочки играют центральную роль в делении и транспорте, они являются естественной мишенью для лекарств и частым объектом изучения механики клетки. Их динамичное самоорганизующееся поведение также делает их модельной системой для понимания того, как простые взаимодействия белков порождают крупномасштабный порядок.
Белки тубулина объединяются в пары — димеры, а димеры соединяются конец в конец в длинные цепочки, называемые протофиламентами. Около тринадцати таких цепочек располагаются бок о бок в кольцо, образуя полую трубку. Каждый димер несёт молекулу ГТФ — химического топлива; когда ГТФ связана, димер легко встраивается в растущий конец. После включения ГТФ постепенно превращается в ГДФ, что ослабляет связи. Если «шапка» из димеров, связанных с ГТФ, на растущем конце теряется, трубка становится нестабильной и распадается — происходит внезапный переход от роста к укорачиванию, известный как катастрофа.
Эта «динамическая нестабильность» позволяет клетке исследовать пространство и быстро перестраивать свои рельсы. Моторные белки движутся вдоль трубки, циклически меняя форму за счёт энергии АТФ, и шагают в определённом направлении, поскольку димеры тубулина расположены с структурной полярностью.
Лекарства, нарушающие динамику микротрубочек, такие как паклитаксел и алкалоиды барвинка, широко применяются в химиотерапии рака, поскольку делящиеся клетки зависят от веретена деления.
Рельсы микротрубочек в одном нейроне могут тянуться на расстояния в тысячу раз больше тела клетки, а груз доставляется моторными белками, которые «шагают» дискретными шагами.