Mikrotubuli

Medizinische Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher (Facharzt für Innere Medizin) am 29. November 2016
Gesundpedia.deAnatomie Mikrotubuli

Als Mikrotubuli bezeichnet man Filamente aus Proteinen, die röhrenförmig sind und gemeinsam mit den Aktin- und Intermediärfilamenten das Zytoskelett von eukaryotischen Zellen formen. Ihre Aufgabe ist es, die Zelle zu stabilisieren sowie für den Transport bzw. die Bewegungen innerhalb einer Zelle zu sorgen.

Inhaltsverzeichnis

Definition

Ein Mikrotubulus ist ein röhrenförmiges Filament, das gemeinsam mit den Intermediärfilamenten bzw. den Mikrofilamenten das Zytoskelett bildet. Dieses verleiht einer Zelle Festigkeit und Form. Außerdem sind sie am Vesikeltransport beteiligt und spielen auch bei der Zellbewegung eine wesentliche Rolle.

Mikrotubuli kommen als kurzlebige und bewegliche bzw. als langlebige und stabile Varianten vor. Die röhrenförmige Struktur der Mikrotubuli entsteht mit Hilfe von kugelförmigen Eiweißen. Sie sind etwa 15 bis 25 Nanometer groß und sind für die Krebstherapie von großer Bedeutung. Bestimmte Wirkstoffe, die einen Einfluss auf die Teilung von Tumorzellen haben, sind bereits als Chemotherapeutika bzw. Zytostatika erhältlich.

Anatomie

Die Basis der Mikrotubuli bildet ein so genanntes Protofilament, das aus alpha- bzw. beta-Tubulindimeren besteht. Diese bilden die verzweigten Untereinheiten der Mikrotubuli. Eine Vielzahl an diesen Protofilamenten führt zum typischen spiralförmigen Aufbau, wobei sich die Protofilamente nach einem Kopf-Schwanz-Prinzip zusammensetzen. Das heißt, auf einer Seite gibt es nur alpha-Tubulinsegmente und auf der anderen Seite nur beta-Tubulineinheiten.

Da die beta-Tubulindimere hauptsächlich am Plus-Ende zu finden sind, wachsen Mikrotubuli auch in diese Richtung. Das Minus-Ende bildet hingegen die stabile Seite. Mikrotubuli sind entweder als Triplett, Duplett oder Singulett angeordnet, wobei die Filamente normalerweise vom so genannten microtubule organizing center ausgehen. Dazu gehören zum Beispiel die Basalkörper sowie die Zentriolen. Langlebige Mikrotubuli sind auch in den Axonen von Neuronen zu finden, wo sie für Beweglichkeit und Stabilität sorgen.

Mikrotubuli werden abwechselnd ab- bzw. aufgebaut, Ab- und Aufbau finden dabei vorwiegend am Plus-Ende statt. Gibt es nicht mehr genügend Beta-Tubulindimere, so kommt es zur Depolymerisation. Die Tubulin-Konzentration steigt dadurch wieder an und das Wachstum beginnt erneut.

Funktion

Mikrotubuli sind in allen eukaryontischen Zellen vertreten. Sie sind wichtig für verschiedene Bewegungsabläufe wie beispielsweise für die Chromosomenanordnung während der Zellteilung sowie für die Vesikelaktivität. Darüber hinaus sind sie auch am Transport von Granula beteiligt und spielen eine wesentliche Rolle für die Zellwandbildung sowie für die Spezialisierung und Form der Zellen.

Die Vesikelbewegung ist die Grundvoraussetzung dafür, dass Motoreiweiße transportiert werden, wobei hier die Proteine Dynein und Kinesin eine wichtige Rolle spielen. Diese sind auf der Oberfläche der Vesikel zu finden. Vesikel, die mit Dynein besetzt sind, werden dabei vom Plus-Ende zum Minus-Ende befördert. Vesikel, die mit Kinesin besetzt sind, werden in die entgegengesetzte Richtung transportiert. Wenn sich einzelne Mikrotubuli zusammenlagern, so werden sehr komplexe Strukturen geformt. Dazu gehören die Basalkörper sowie die Zentriolen.

Zentriolen werden aus neun Mikrotubulitripletts gebildet, diese bestehen aus zwei vollständigen bzw. zwei unvollständigen Mikrotubuli. Basalkörper sind gleich aufgebaut wie die Zentriolen. Sie sind unter der Zelloberfläche zu finden und verankern Kinozilien und Flagellen. Kinozilien bestehen aus neun Mikrotubulidupletten und haben die Aufgabe, kleine Partikel zu transportieren. Zilien werden aus einer Plasmamembran geformt und befinden sich an der Oberfläche eukaryotischer Zellen.

Das Zentrum der Zellen wird aus stabilen Mikrotubuli gebildet, wobei diese gebündelt angeordnet sind. Zilien sind für den Flüssigkeittransport über die Oberfläche von Zellen verantwortlich. So verwenden sie beispielsweise Protozoen für das Einsammeln von Nahrungspartikel. Darüber hinaus sind Zilien auch auf den Epithelzellen zu finden, wo sie Staubpartikel oder tote Zellen im Respirationstrakt nach oben transportieren.

Des Weiteren wird durch die Zilien auf der Eileiterwand eine Strömung erzeugt, sodass eine Beförderung der Eizellen möglich ist. Geißeln oder Flagellen sind gleich wie Kinozilien aufgebaut. Sie haben die Aufgabe, Protozoen bzw. Spermien zu transportieren.



Erkrankungen der Mikrotubuli

Menschen, die an einer so genannten primären ziliären Dyskinesie leiden, haben fehlerhafte Kinozilien und eine verminderte Anzahl an Dynein-Molekülen. Eine primäre ziliäre Dyskinesie zählt zu den Erbkrankheiten und tritt äußerst selten auf, wobei hier der Transport von inhalierten Partikeln bzw. Bakterien nicht richtig funktioniert.

Als Folge davon werden Schmutzpartikel bzw. das Nasennebenhöhlen-Sekret nicht vollständig abtransportiert, sodass eine chronische Bronchitis oder irreversible Erweiterungen der Bronchien auftreten.

Bei Männern kann der Flagellenschlag der Spermien gestört sein, wodurch Infertilität auftritt.

Veränderte Mikrotubuli sind auch bei der Alzheimer-Erkrankung zu finden, wobei hier das Enzym MARK2 das Protein Tau beeinflusst. In normalen Zellen bindet sich das Protein Tau an Mikrotubuli, sodass diese stabil sind. Wirkt aber MARK2 auf das Protein Tau, so ist das Zellskelett instabil und der Transport der Zellen gestört, was als Merkmal der Alzheimer-Erkrankung gilt.

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