Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- Hvad er Cilia?
- Hvad er Flagella?
- Funktioner af Cilia
- Funktioner af Flagella
- Sygdomme relateret til Cilia
- Sygdomme relateret til Flagella
Cilia og flagella er to forskellige typer mikroskopiske vedhæng på celler. Cilia findes i både dyr og mikroorganismer, men ikke i de fleste planter. Flagella bruges til mobilitet i bakterier såvel som gameter af eukaryoter. Både cilia og flagella tjener bevægelsesfunktioner, men på forskellige måder. Begge er afhængige af dynein, som er et motorisk protein, og at mikrotubuli fungerer.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Cilia og flagella er organeller på celler, der giver fremdrift, sanseindretninger, clearancemekanismer og adskillige andre vigtige funktioner i levende organismer.
Hvad er Cilia?
Cilia var de første organeller, der blev opdaget af Antonie van Leeuwenhoek i slutningen af det 17. århundrede. Han observerede bevægelig (bevægelig) cilie, "små ben", som han beskrev som bosiddende på "dyrestammer" (sandsynligvis protozoer). Ikke-bevægelig cili blev observeret meget senere med bedre mikroskoper. De fleste cilia findes i dyr, i næsten alle typer celler, der er konserveret over mange arter under udvikling. Imidlertid kan nogle flimmerhår findes i planter i form af gameter. Cilia er lavet af mikrotubuli i et arrangement kaldet ciliary axoneme, som er dækket af plasmamembranen. Cellelegemet fremstiller ciliære proteiner og flytter dem til spidsen af aksoneme; denne proces kaldes intraciliær eller intraflagellar transport (IFT). I øjeblikket tror forskere, at cirka 10 procent af det menneskelige genom er dedikeret til cilia og deres genesis.
Cilia spænder fra 1 til 10 mikrometer lang. Disse hårlignende appendageorganeller arbejder på at bevæge celler såvel som at bevæge materialer. De kan flytte væsker til akvatiske arter såsom muslinger for at give mulighed for transport af mad og ilt. Cilia hjælper med åndedræt i lungerne hos dyr ved at forhindre affald og potentielle patogener i at invadere kroppen. Cilia er kortere end flagella og koncentrerer sig i meget større antal. De har en tendens til at bevæge sig i et hurtigt slag næsten på samme tid i en gruppe, hvilket udgør en bølgeeffekt. Cilia kan også hjælpe med at bevæge nogle typer protozoer. Der findes to typer cilia: motil (bevægelig) og ikke-bevægelig (eller primær) cilia, og begge fungerer via IFT-systemer. Motil cilia bor i luftvejskanaler og lunger samt inde i øret. Ikke-bevægelig cili bor i mange organer.
Hvad er Flagella?
Flagella er vedhæng, der hjælper med at bevæge bakterier og gametes af eukaryoter, samt nogle protosoier. Flagella har en tendens til at være entydige, som en hale. De er typisk længere end cilia. I prokaryoter fungerer flagella som små motorer med rotation. I eukaryoter foretager de glattere bevægelser.
Funktioner af Cilia
Cilia spiller roller i cellecyklussen såvel som dyreudviklingen, såsom i hjertet. Cilia tillader selektivt visse proteiner at fungere korrekt. Cilia spiller også en rolle som cellulær kommunikation og molekylær handel.
Motil cilia besidder et 9 + 2 arrangement af ni ydre mikrotubuluspar sammen med et centrum af to mikrotubuli. Motil cilia bruger deres rytmiske bølgning til at feje stoffer, som til at fjerne snavs, støv, mikroorganismer og slim, for at forhindre sygdom. Dette er grunden til, at de findes på foring af luftvejene. Motil cilia kan både føle og bevæge ekstracellulær væske.
Ikke-bevægelig eller primær cilia er ikke i overensstemmelse med den samme struktur som bevægelig cilia. De er arrangeret som individuelle mikrotubulære appendage uden den midterste mikrotubulusstruktur. De besidder ikke dyneinarme, og dermed deres generelle ikke-bevægelighed. I mange år fokuserede forskere ikke på disse primære cilier og vidste derfor lidt om deres funktioner. Ikke-bevægelig cili fungerer som sensorisk apparat til celler, der detekterer signaler. De spiller afgørende roller i sensoriske neuroner. Ikke-bevægelig cili kan findes i nyrerne for at mærke urinstrømmen såvel som i øjnene på nethindens fotoreceptorer. I fotoreceptorer fungerer de til at transportere vitale proteiner fra det indre segment af fotoreceptoren til det ydre segment; uden denne funktion ville fotoreseptorer dø. Når cilia oplever en væskestrøm, der fører til cellevækstændringer.
Cilia giver kun mere clearance og sensoriske funktioner. De tilvejebringer også levesteder eller rekrutteringsområder til symbiotiske mikrobiomer hos dyr. Hos akvatiske dyr, såsom blæksprutter, kan disse slimepitelvæv observeres mere direkte, da de er almindelige og ikke er indre overflader. Der findes to forskellige typer ciliepopulationer på værtsvæv: en med lang cilie, der bølger langs små partikler som bakterier, men udelukker større, og kortere, slående cili, der blander miljøvæsker. Disse flimmerhår arbejder med at rekruttere mikrobiomsymbionter. De arbejder i zoner, der skifter bakterier og andre små partikler til beskyttede zoner, mens de også blander væsker og letter kemiske signaler, så bakterier kan kolonisere det ønskede område. Derfor arbejder cilia med at filtrere, rydde, lokalisere, vælge og samle bakterier og kontrollere vedhæftning til cilierede overflader.
Cilia er også blevet opdaget at deltage i vesikulær sekretion af ectosomer. Nyere forskning afslører interaktioner mellem cilia og cellulære veje, der kunne give indsigt i cellulær kommunikation såvel som sygdomme.
Funktioner af Flagella
Flagella findes i prokaryoter og eukaryoter. De er lange filamentorganeller lavet af flere proteiner, der når så meget som 20 mikrometer i længde væk fra deres overflade på bakterier. Flageller er typisk længere end cilia og giver bevægelse og fremdrift. Bakterielle flagellafilamentmotorer kan dreje så hurtigt som 15.000 omdrejninger pr. Minut (o / min). Flagellens svømmeevne hjælper med deres funktion, hvad enten det drejer sig om at søge mad og næringsstoffer, reproduktion eller invaderende værter.
I prokaryoter, såsom bakterier, fungerer flagella som fremdrivningsmekanismer; de er den vigtigste måde for bakterier at svømme gennem væsker på. Et flagellum i bakterier har en ionmotor til drejningsmoment, en krog, der overfører motorisk drejningsmoment, og et glødetråd eller en lang hale-lignende struktur, der fremkalder bakterien. Motoren kan dreje og påvirke glødetrådens opførsel ved at ændre bakteriens bevægelsesretning. Hvis flagellumet bevæger sig med uret, danner det en supercoil; adskillige flageller kan danne et bundt, og disse hjælper med at drive en bakterie på en lige sti. Når den drejes på den modsatte måde, gør filamenten en kortere supercoil, og bundten af flagella adskilles, hvilket fører til tumbling. På grund af manglen på høj opløsning til eksperimenter bruger forskere computersimuleringer til at forudsige flagellær bevægelse.
Mængden af friktion i en væske påvirker, hvordan filamentet vil supercoil. Bakterier kan være vært for flere flageller, såsom med Escherichia coli. Flagella tillader bakterier at svømme i en retning og derefter dreje efter behov. Dette fungerer via den roterende, spiralformede flagella, der bruger forskellige metoder, herunder skubbe og trække cykler. En anden bevægelsesmetode opnås ved at vikle rundt om cellelegemet i et bundt. På denne måde kan flagella også hjælpe med at vende bevægelse. Når bakterier støder på udfordrende rum, kan de ændre deres position ved at gøre det muligt for deres flagella at konfigurere eller adskille deres bundter. Denne polymorfe tilstandovergang tillader forskellige hastigheder, hvor skubbe- og træktilstande typisk er hurtigere end de indpakkede tilstande. Dette hjælper i forskellige miljøer; for eksempel kan det spiralformede bundt bevæge sig en bakterie gennem viskøse områder med en kurkscrew-virkning. Dette hjælper med bakterieudforskning.
Flagella tilvejebringer bevægelse for bakterier, men tilvejebringer også en mekanisme til patogene bakterier, der hjælper med at kolonisere værter og derfor overføre sygdomme. Flagella bruger en twist-and-stick-metode til at forankre bakterier på overflader. Flagella fungerer også som broer eller stilladser til vedhæftning til værtsvæv.
Eukaryotisk flagella afviger fra prokaryoter i sammensætning. Flagella i eukaryoter indeholder langt flere proteiner og bærer en vis lighed med bevægelig cili, med de samme generelle bevægelses- og kontrolmønstre. Flagella bruges ikke kun til bevægelse, men også til hjælp i cellefodring og eukaryot reproduktion. Flagella bruger intraflagellar transport, som er transporten af et kompleks af proteiner, der kræves til signalmolekylerne, der giver flagella-mobilitet. Flagella findes på mikroskopiske organismer såsom Mastigophora-protosoerne, eller de kan eksistere i større dyr. Et antal mikroskopiske parasitter har også flagella, hvilket hjælper deres rejse gennem en værtsorganisme. Flagellerne fra disse protistparasitter bærer også en paraflagellær stang eller PFR, som hjælper ved fastgørelse til vektorer såsom insekter. Nogle andre eksempler på flagella i eukaryoter inkluderer haler fra gameter som sædceller. Flagella kan også findes i svampe og andre akvatiske arter; flagellerne i disse skabninger er med til at bevæge vand til respiration. Eukaryotiske flagella tjener også næsten som små antenner eller sanseorganeller. Forskere begynder først nu at forstå bredden af funktionen for eukaryotiske flagella.
Sygdomme relateret til Cilia
Nye videnskabelige opdagelser har fundet, at mutationer eller andre defekter, der er relateret til cili, forårsager en række sygdomme. Disse forhold kaldes ciliopatier. De påvirker dybt individer, der lider af dem. Nogle ciliopatier inkluderer kognitiv svækkelse, retinal degeneration, høretab, anosmia (tab af lugtesans), kraniofaciale abnormiteter, abnormiteter i lunger og luftveje, venstre-højre asymmetri og relaterede hjertefejl, bugspytkirtelscyster, leversygdom, infertilitet, polydactyly og nyre abnormaliteter såsom cyster, blandt andre. Derudover har nogle kræftformer forbindelse til ciliopatier.
Nogle nyresygdomme relateret til cilia dysfunktion inkluderer nefronophthisis og både autosomal dominerende og autosomal recessiv polycystisk nyresygdom. Funktionssvigtende cili kan ikke stoppe celledelingen på grund af ingen påvisning af urinstrøm, hvilket fører til cysteudvikling.
I Kartageners syndrom fører dyneinarmsdysfunktion til ineffektiv clearing af luftvejene til bakterier og andre stoffer. Dette kan føre til gentagne luftvejsinfektioner.
I Bardet-Biedl-syndrom fører cilia-misdannelse til sådanne problemer som retinal degeneration, polydactyly, hjerneforstyrrelser og fedme.
Ikke-arvelige sygdomme kan skyldes skader på cili, såsom af cigaretrester. Dette kan føre til bronkitis og andre problemer.
Patogener kan også kommandere for den normale symbiotiske plejning af bakterier ved cilia, såsom med Bordetella-arter, hvilket får cilia-slag at reducere og derfor tillader patogen at fastgøre til et underlag og føre til infektion i humane luftveje.
Sygdomme relateret til Flagella
Et antal bakterielle infektioner vedrører flagellafunktion. Eksempler på patogene bakterier inkluderer Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa og Campylobacter jejuni. Der forekommer et antal interaktioner, der fører bakterier til at invadere værtsvæv. Flagella fungerer som bindende sonder og søger køb på værtssubstrat. Nogle fytobakterier bruger deres flagella til at klæbe til plantevæv. Dette fører til, at frugter og grøntsager bliver sekundære værter for bakterier, der inficerer mennesker og dyr. Et eksempel er Listeria monocytogenes, og naturligvis er E. coli og Salmonella berygtede midler af fødevarebåren sygdom.
Helicobacter pylori bruger sin flagellum til at svømme gennem slim og invadere maves foring og undgå den beskyttende mavesyre. Slimholdige foringer fungerer som et immunforsvar for at fange en sådan invasion ved at binde flagella, men nogle bakterier finder flere måder at undslippe genkendelse og indfangning af. Flagamafilamenter kan nedbrydes, så værten ikke kan genkende dem, eller deres udtryk og bevægelighed kan slukkes.
Kartageners syndrom påvirker også flagella. Dette syndrom forstyrrer dyneinarmene mellem mikrotubuli. Resultatet er infertilitet på grund af sædceller, der mangler fremdrift fra flagella for at svømme til og befrugte æg.
Når forskere lærer mere om cilia og flagella og yderligere belyser deres roller i organismer, bør nye tilgange til behandling af sygdomme og fremstilling af medicin følge.