ما هي الوظائف الرئيسية للأهداب والسوط؟

الأهداب والسوط نوعان مختلفان من الزوائد المجهرية على الخلايا. توجد الأهداب في كل من الحيوانات والكائنات الحية الدقيقة ، ولكن ليس في معظم النباتات. تستخدم فلاجيلا للتنقل في البكتيريا وكذلك الأمشاج من حقيقيات النوى. يخدم كل من الأهداب والسوط وظائف الحركة ، ولكن بطرق مختلفة. كلاهما يعتمد على الدينين ، وهو بروتين محرك ، والأنابيب الدقيقة للعمل.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

الأهداب والسوط عضيات على الخلايا توفر الدفع والأجهزة الحسية وآليات التطهير والعديد من الوظائف الهامة الأخرى في الكائنات الحية.

كانت الأهداب هي أول عضيات اكتشفها أنتوني فان ليوينهوك في أواخر القرن السابع عشر. لاحظ أهداب متحركة (متحركة) ، "أرجل صغيرة" ، والتي وصفها بأنها مقيمة على "حويصلات" (على الأرجح البروتوزوا). لوحظت أهداب غير متحركة في وقت لاحق بكثير باستخدام مجاهر أفضل. توجد معظم الأهداب في الحيوانات ، في كل نوع تقريبًا من الخلايا ، محفوظة على العديد من الأنواع في التطور. ومع ذلك ، يمكن العثور على بعض الأهداب في النباتات على شكل أمشاج. تتكون الأهداب من الأنابيب الدقيقة في ترتيب يسمى محور عصبي الهدبي ، وهو مغطى بغشاء البلازما. يصنع جسم الخلية البروتينات الهدبية وينقلها إلى طرف المحور العصبي ؛ وتسمى هذه العملية بالنقل داخل الأسطح أو داخل الأسطح (IFT). يعتقد العلماء حاليًا أن ما يقرب من 10 بالمائة من الجينوم البشري مخصص للأهداب وتكوينها.

يتراوح طول الأهداب من 1 إلى 10 ميكرومتر. تعمل هذه العضيات الملحقة الشبيهة بالشعر على تحريك الخلايا وكذلك تحريك المواد. يمكنهم نقل سوائل الأنواع المائية مثل البطلينوس ، للسماح بنقل الطعام والأكسجين. تساعد الأهداب في التنفس في رئتي الحيوانات عن طريق منع الحطام ومسببات الأمراض المحتملة من غزو الجسم. الأهداب أقصر من الأسواط وتتركز بأعداد أكبر بكثير. إنهم يميلون إلى التحرك بضربة سريعة في نفس الوقت تقريبًا في مجموعة ، مما يشكل تأثيرًا موجيًا. يمكن أن تساعد الأهداب أيضًا في حركة بعض أنواع البروتوزوا. يوجد نوعان من الأهداب: أهداب متحركة (متحركة) وغير متحركة (أو أولية) ، وكلاهما يعمل عبر أنظمة IFT. تتواجد الأهداب المتحركة في الممرات الهوائية والرئتين وكذلك داخل الأذن. توجد أهداب غير متحركة في العديد من الأعضاء.

فلاجيللا عبارة عن زوائد تساعد على تحريك البكتيريا وأمشاج حقيقيات النوى ، وكذلك بعض الأوليات. تميل فلاجيلا إلى أن تكون مفردة ، مثل الذيل. عادة ما تكون أطول من الأهداب. في بدائيات النوى ، تعمل الأسواط مثل المحركات الصغيرة ذات الدوران. في حقيقيات النوى ، يقومون بحركات أكثر سلاسة.

تلعب الأهداب أدوارًا في دورة الخلية وكذلك في نمو الحيوانات ، كما هو الحال في القلب. تسمح الأهداب بشكل انتقائي لبعض البروتينات بالعمل بشكل صحيح. تلعب الأهداب أيضًا دورًا في الاتصال الخلوي والاتجار الجزيئي.

تمتلك الأهداب المتحركة ترتيب 9 + 2 من تسعة أزواج من الأنابيب الدقيقة الخارجية ، جنبًا إلى جنب مع مركز اثنين من الأنابيب الدقيقة. تستخدم الأهداب المتحركة تموجها الإيقاعي لإزالة المواد ، كما هو الحال في إزالة الأوساخ والغبار والكائنات الدقيقة والمخاط ، للوقاية من الأمراض. هذا هو سبب وجودها على بطانات الممرات التنفسية. يمكن للأهداب المتحركة أن تستشعر وتحرك السائل خارج الخلية.

لا تتوافق الأهداب غير المتحركة أو الأولية مع نفس بنية الأهداب المتحركة. يتم ترتيبها كأنابيب ملحقة فردية بدون بنية الأنابيب الدقيقة المركزية. لا يمتلكون أذرع داينين ​​، ومن ثم فإنهم غير قادرين على الحركة. لسنوات عديدة ، لم يركز العلماء على هذه الأهداب الأولية وبالتالي لم يعرفوا سوى القليل من وظائفها. تعمل الأهداب غير المتحركة كجهاز حسي للخلايا ، واكتشاف الإشارات. يلعبون أدوارًا حاسمة في الخلايا العصبية الحسية. يمكن العثور على أهداب غير متحركة في الكلى لاستشعار تدفق البول ، وكذلك في العيون على المستقبلات الضوئية لشبكية العين. في المستقبلات الضوئية ، تعمل على نقل البروتينات الحيوية من الجزء الداخلي للمستقبلات الضوئية إلى الجزء الخارجي ؛ بدون هذه الوظيفة ، ستموت المستقبلات الضوئية. عندما تشعر الأهداب بتدفق السوائل ، يؤدي ذلك إلى تغيرات نمو الخلايا.

توفر الأهداب أكثر من وظائف الإزالة والوظائف الحسية فقط. كما أنها توفر موائل أو مناطق تجنيد للميكروبات التكافلية في الحيوانات. في الحيوانات المائية مثل الحبار ، يمكن ملاحظة هذه الأنسجة الظهارية المخاطية بشكل مباشر لأنها شائعة وليست أسطحًا داخلية. يوجد نوعان مختلفان من مجموعات الأهداب على الأنسجة المضيفة: أحدهما به أهداب طويلة تموج على طول الجزيئات الصغيرة مثل البكتيريا لكنها تستبعد الجسيمات الكبيرة ، وأهداب الضرب الأقصر التي تمزج البيئة سوائل. تعمل هذه الأهداب على تجنيد المتعايشين مع الميكروبيوم. إنهم يعملون في المناطق التي تنقل البكتيريا والجزيئات الصغيرة الأخرى إلى مناطق محمية ، بينما تقوم أيضًا بخلط السوائل وتسهيل الإشارات الكيميائية حتى تتمكن البكتيريا من استعمار المنطقة المرغوبة. لذلك تعمل الأهداب على تصفية البكتيريا وتنظيفها وتحديد موقعها واختيارها وتجميعها والتحكم في الالتصاق للأسطح المهدبة.

تم اكتشاف الأهداب أيضًا للمشاركة في إفراز حويصلي من الجسيمات الخارجية. تكشف الأبحاث الحديثة عن التفاعلات بين الأهداب والمسارات الخلوية التي يمكن أن توفر نظرة ثاقبة للاتصال الخلوي وكذلك في الأمراض.

يمكن العثور على فلاجيلا في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. إنها عضيات خيوط طويلة تتكون من عدة بروتينات يصل طولها إلى 20 ميكرومترًا بعيدًا عن سطحها على البكتيريا. عادة ، تكون الأسواط أطول من الأهداب وتوفر الحركة والدفع. يمكن أن تدور محركات خيوط الأسواط البكتيرية بسرعة تصل إلى 15000 دورة في الدقيقة (دورة في الدقيقة). تساعد قدرة الأسواط على السباحة في وظيفتها ، سواء كان ذلك للبحث عن الطعام والمغذيات أو التكاثر أو غزو العوائل.

في بدائيات النوى مثل البكتيريا ، تعمل السوط كآليات دفع ؛ إنها الطريقة الرئيسية للبكتيريا للسباحة عبر السوائل. يمتلك السوط في البكتيريا محركًا أيونيًا لعزم الدوران ، وخطافًا ينقل عزم دوران المحرك ، وخيطًا ، أو هيكلًا طويلًا يشبه الذيل يدفع البكتيريا. يمكن للمحرك أن يدور ويؤثر على سلوك الشعيرة ، ويغير اتجاه حركة البكتيريا. إذا تحرك السوط في اتجاه عقارب الساعة فإنه يشكل ملفًا فائقًا ؛ العديد من الأسواط يمكن أن تشكل حزمة ، وهذه تساعد في دفع البكتيريا في مسار مستقيم. عندما يتم تدويرها في الاتجاه المعاكس ، فإن الفتيل يصنع ملفًا فائقًا أقصر وتتفكك حزمة السوط ، مما يؤدي إلى الانهيار. نظرًا لعدم وجود دقة عالية للتجارب ، يستخدم العلماء المحاكاة الحاسوبية للتنبؤ بحركة السوط.

تؤثر كمية الاحتكاك في السائل على كيفية التفاف الشعيرة. يمكن أن تستضيف البكتيريا العديد من الأسواط ، مثل Escherichia coli. تسمح الأسواط للبكتيريا بالسباحة في اتجاه واحد ثم الدوران حسب الحاجة. يعمل هذا من خلال السوط الحلزوني الدوار ، والذي يستخدم طرقًا مختلفة بما في ذلك دورات الدفع والسحب. يتم تحقيق طريقة أخرى للحركة من خلال الالتفاف حول جسم الخلية في حزمة. بهذه الطريقة ، يمكن أن تساعد الأسواط أيضًا في عكس الحركة. عندما تواجه البكتيريا مساحات صعبة ، يمكنها تغيير موقعها عن طريق تمكين سوطها من إعادة تكوين حزمها أو تفكيكها. يسمح انتقال الحالة متعدد الأشكال هذا بسرعات مختلفة ، حيث تكون حالات الدفع والسحب عادةً أسرع من الحالات المغلفة. هذا يساعد في بيئات مختلفة ؛ على سبيل المثال ، يمكن للحزمة الحلزونية أن تحرك بكتيريا عبر مناطق لزجة ذات تأثير المفتاح. هذا يساعد في الاستكشاف البكتيري.

توفر الأسواط حركة للبكتيريا ولكنها توفر أيضًا آلية للبكتيريا المسببة للأمراض للمساعدة في استعمار العوائل وبالتالي نقل الأمراض. تستخدم فلاجيللا طريقة الالتواء والالتصاق لتثبيت البكتيريا على الأسطح. تعمل الأسواط أيضًا كجسور أو سقالات للالتصاق بالأنسجة المضيفة.

تتباعد سوط حقيقيات النوى عن بدائيات النوى في التكوين. تحتوي الأسواط في حقيقيات النوى على بروتينات أكثر بكثير وتحمل بعض التشابه مع الأهداب المتحركة ، مع نفس الحركة العامة وأنماط التحكم. لا تستخدم فلاجيلا للحركة فحسب ، بل تستخدم أيضًا للمساعدة في تغذية الخلايا والتكاثر حقيقية النواة. يستخدم فلاجيللا النقل داخل السوط ، وهو نقل مركب من البروتينات اللازمة لجزيئات الإشارة التي تعطي حركة الأسواط. توجد الأسواط على الكائنات المجهرية مثل Mastigophora protozoa ، أو قد توجد داخل الحيوانات الكبيرة. يمتلك عدد من الطفيليات المجهرية سوطًا أيضًا ، مما يساعدهم على السفر عبر كائن حي مضيف. تحمل سوط هذه الطفيليات الأولية أيضًا قضيبًا من نوع paraflagellar أو PFR ، والذي يساعد في الارتباط بالنواقل مثل الحشرات. تتضمن بعض الأمثلة الأخرى للسوط في حقيقيات النوى ذيول الأمشاج مثل الحيوانات المنوية. يمكن العثور على فلاجيلا أيضًا في الإسفنج والأنواع المائية الأخرى ؛ تساعد الأسواط الموجودة في هذه المخلوقات على تحريك الماء للتنفس. تعمل سوط حقيقيات النوى أيضًا تقريبًا كقرون استشعار صغيرة أو عضيات حسية. بدأ العلماء الآن فقط في فهم اتساع وظيفة سوط حقيقيات النواة.

وجدت الاكتشافات العلمية الحديثة أن الطفرات أو العيوب الأخرى المتعلقة بالأهداب تسبب عددًا من الأمراض. يشار إلى هذه الحالات باسم اعتلال الهدبيات. إنها تؤثر بعمق على الأفراد الذين يعانون منها. تشمل بعض حالات اعتلال الأعصاب ضعف الإدراك ، وتنكس الشبكية ، وفقدان السمع ، وفقدان حاسة الشم (فقدان حاسة الشم) ، والتشوهات القحفية ، والرئة ، والمجرى الهوائي. شذوذ ، عدم تناسق بين اليسار واليمين وعيوب القلب ذات الصلة ، وأكياس البنكرياس ، وأمراض الكبد ، والعقم ، وتعدد الأصابع ، وتشوهات الكلى مثل الخراجات ، من بين الآخرين. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط بعض أنواع السرطان بالاعتلال الهدبي.

تشمل بعض اضطرابات الكلى المرتبطة بخلل وظيفة الأهداب: الإصابة بسرطان الكلية ومرض الكلى متعدد الكيسات المتنحي السائد والجسمي المتنحي. لا يمكن للأهداب المعطلة أن توقف انقسام الخلايا بسبب عدم اكتشاف تدفق البول ، مما يؤدي إلى تطور الكيس.

في متلازمة كارتاجينر ، يؤدي خلل ذراع داينين ​​إلى تطهير غير فعال للجهاز التنفسي من البكتيريا والمواد الأخرى. هذا يمكن أن يؤدي إلى التهابات الجهاز التنفسي المتكررة.

في متلازمة بارديت بيدل ، يؤدي تشوه الأهداب إلى مشاكل مثل تنكس الشبكية وتعدد الأصابع واضطرابات الدماغ والسمنة.

يمكن أن تنجم الأمراض غير الوراثية عن تلف الأهداب ، مثل بقايا السجائر. هذا يمكن أن يؤدي إلى التهاب الشعب الهوائية ومشاكل أخرى.

يمكن لمسببات الأمراض أيضًا السيطرة على التكافؤ الطبيعي للبكتيريا عن طريق الأهداب ، مثل أنواع البورديتيلا ، والتي يتسبب في تقليل ضرب الأهداب وبالتالي يسمح للممرض بالالتصاق بالركيزة ويؤدي إلى إصابة الإنسان الممرات الهوائية.

يرتبط عدد من الالتهابات البكتيرية بوظيفة الأسواط. تشمل الأمثلة على البكتيريا المسببة للأمراض السالمونيلا المعوية والإشريكية القولونية والزائفة الزنجارية والعطيفة الصائمية. يحدث عدد من التفاعلات التي تؤدي إلى غزو البكتيريا للأنسجة المضيفة. تعمل فلاجيلا كمجسات ملزمة ، تسعى للشراء على الركيزة المضيفة. تستخدم بعض البكتيريا النباتية سوطها للالتصاق بأنسجة النبات. هذا يؤدي إلى أن تصبح الفواكه والخضروات مضيفًا ثانويًا للبكتيريا التي تصيب الإنسان والحيوان. أحد الأمثلة على ذلك هو Listeria monocytogenes ، وبالطبع E. القولونية والسالمونيلا عوامل سيئة السمعة للأمراض المنقولة بالغذاء.

تستخدم هيليكوباكتر بيلوري سوطها للسباحة عبر المخاط وغزو بطانة المعدة ، متجنبًا حمض المعدة الواقي. تعمل البطانات المخاطية كدفاع مناعي لاحتجاز مثل هذا الغزو عن طريق ربط السوط ، لكن بعض البكتيريا تجد عدة طرق للهروب من التعرف عليها والتقاطها. يمكن أن تتحلل خيوط السوط بحيث لا يستطيع المضيف التعرف عليها ، أو يمكن إيقاف تعبيرها وحركتها.

تؤثر متلازمة كارتاجينر أيضًا على الأسواط. تتسبب هذه المتلازمة في اضطراب أذرع الداينين ​​بين الأنابيب الدقيقة. والنتيجة هي العقم بسبب افتقار خلايا الحيوانات المنوية للدفع اللازم من السوط للسباحة إلى البويضات وتخصيبها.

بينما يتعلم العلماء المزيد عن الأهداب والسوط ، ويوضحون دورهم في الكائنات الحية ، يجب اتباع نهج جديدة لعلاج الأمراض وصنع الأدوية.