Cilia и flagella са два различни вида микроскопични придатъци върху клетките. Cilia се намират както в животни, така и в микроорганизми, но не и в повечето растения. Флагелите се използват за подвижност при бактерии, както и гамети на еукариоти. И ресничките, и флагелите изпълняват двигателни функции, но по различен начин. И двете разчитат на динеин, който е двигателен протеин, и микротубули, за да работят.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Cilia и flagella са органели върху клетките, които осигуряват задвижване, сензорни устройства, механизми за изчистване и много други важни функции в живите организми.
Какво представляват Cilia?
Cilia са първите органели, открити от Антони ван Левенхук в края на 17 век. Той наблюдава подвижни (движещи се) реснички, „малки крака“, за които описва, че се намират на „животински кукули“ (вероятно протозои). Неподвижните реснички се наблюдават много по-късно с по-добри микроскопи. Повечето реснички съществуват при животните, в почти всеки тип клетки, запазени за много видове в еволюция. Някои реснички обаче могат да бъдат намерени в растенията под формата на гамети. Cilia са направени от микротубули в подреждане, наречено цилиарна аксонема, която е покрита от плазмената мембрана. Клетъчното тяло произвежда цилиарни протеини и ги премества до върха на аксонемата; този процес се нарича интрацилиарен или интрафлагеларен транспорт (IFT). В момента учените смятат, че приблизително 10% от човешкия геном е посветен на ресничките и техния генезис.
Cilia варират от 1 до 10 микрометра. Тези прилични органели, подобни на коса, работят за преместване на клетки, както и за преместване на материали. Те могат да преместват течности за водни видове, като миди, за да се осигури транспорт на храна и кислород. Cilia помагат при дишането в белите дробове на животните, като предотвратяват нахлуването на отломки и потенциални патогени в тялото. Ресничките са по-къси от бичовете и се концентрират в много по-голям брой. Те са склонни да се движат с бърз удар почти по едно и също време в група, съставлявайки ефект на вълната. Cilia също може да помогне при движението на някои видове протозои. Съществуват два вида реснички: подвижни (движещи се) и неподвижни (или първични) реснички и двете работят чрез IFT системи. Подвижните реснички се намират в дихателните пътища и белите дробове, както и вътре в ухото. Неподвижните реснички се намират в много органи.
Какво представляват бичовете?
Флагелите са придатъци, които помагат за преместването на бактериите и гаметите на еукариотите, както и някои протозои. Флагелите са склонни да бъдат единични, като опашка. Те обикновено са по-дълги от ресничките. При прокариотите, флагелите работят като малки двигатели с въртене. При еукариотите те правят по-плавни движения.
Функции на Cilia
Cilia играят роли в клетъчния цикъл, както и в развитието на животните, например в сърцето. Cilia избирателно позволяват на определени протеини да функционират правилно. Cilia също играят роля на клетъчната комуникация и молекулярния трафик.
Подвижните реснички имат разположение 9 + 2 от девет външни двойки микротубули, заедно с център от две микротубули. Подвижните реснички използват своето ритмично вълнообразуване, за да пометат веществата, както при почистване на мръсотия, прах, микроорганизми и слуз, за да предотвратят заболяването. Ето защо те съществуват върху обвивките на дихателните пътища. Подвижните реснички могат както да усещат, така и да движат извънклетъчната течност.
Неподвижните или първични реснички не отговарят на същата структура като подвижните реснички. Те са подредени като отделни придатъчни микротубули без централната структура на микротубулите. Те не притежават динеинови оръжия, оттук и общата им немоторичност. В продължение на много години учените не се фокусираха върху тези първични реснички и следователно знаеха малко за техните функции. Неподвижните реснички служат като сензорен апарат за клетките, откривайки сигнали. Те играят решаваща роля в сензорните неврони. Неподвижни реснички могат да бъдат открити в бъбреците, за да се усети потокът на урината, както и в очите на фоторецепторите на ретината. Във фоторецепторите те функционират за транспортиране на жизненоважни протеини от вътрешния сегмент на фоторецептора до външния сегмент; без тази функция фоторецепторите биха умрели. Когато ресничките усетят поток от течност, това води до промени в растежа на клетките.
Cilia предоставя повече от клирънс и само сензорни функции. Те също така осигуряват местообитания или зони за набиране на симбиотични микробиоми при животните. При водни животни като калмари тези епителни тъкани на слуз могат да бъдат наблюдавани по-директно, тъй като са често срещани и не са вътрешни повърхности. В тъканите на гостоприемника съществуват два различни вида популации на реснички: една с дълги реснички, които се развяват малки частици като бактерии, но изключват по-големите и по-къси биещи реснички, които смесват околната среда течности. Тези реснички работят за набиране на микробиомни симбионти. Те работят в зони, които преместват бактериите и други малки частици в защитени зони, като същевременно смесват течности и улесняват химичните сигнали, така че бактериите да могат да колонизират желания регион. Следователно ресничките работят за филтриране, изчистване, локализиране, селектиране и агрегиране на бактерии и контролиране на адхезията за ресничестите повърхности.
Установено е също, че ресничките участват в везикуларната секреция на ектозомите. По-нови изследвания разкриват взаимодействия между ресничките и клетъчните пътища, които биха могли да предоставят представа за клетъчната комуникация, както и за болестите.
Функции на флагела
Флагелите могат да бъдат намерени в прокариоти и еукариоти. Те са органели с дълги нишки, направени от няколко протеина, които достигат до 20 микрометра дължина от повърхността си върху бактериите. Обикновено биччетата са по-дълги от ресничките и осигуряват движение и задвижване. Двигателите с бактериални нишки могат да се въртят до 15 000 оборота в минута (об / мин). Способността на плуването на бичовете спомага за тяхната функция, независимо дали става въпрос за търсене на храна и хранителни вещества, размножаване или нахлуване на гостоприемници.
В прокариоти като бактерии, бичетата служат като задвижващи механизми; те са основният начин бактериите да плуват през течности. Флагелумът в бактериите притежава йонен двигател за въртящ момент, кука, която предава въртящия момент на двигателя, и нажежаема жичка, или дълга опашка, подобна структура, която задвижва бактерията. Двигателят може да се завърти и да повлияе на поведението на нишката, променяйки посоката на движение на бактерията. Ако бичът се движи по посока на часовниковата стрелка, той образува суперспирала; няколко бичта могат да образуват сноп и те помагат за прокарването на бактерия по прав път. Когато се завърти по обратния начин, нажежаемата жичка прави по-къса суперспирала и снопът от бичури се разглобява, което води до преобръщане. Поради липсата на висока разделителна способност за експерименти, учените използват компютърни симулации за прогнозиране на бичково движение.
Размерът на триене в дадена течност влияе върху начина, по който нажежаемата жичка ще се сгъне. Бактериите могат да приемат няколко бичта, като например при Escherichia coli. Флагелите позволяват на бактериите да плуват в една посока и след това се обръщат при необходимост. Това работи чрез въртящи се, винтови флагели, които използват различни методи, включително цикли на изтласкване и изтегляне. Друг метод на движение се постига чрез обвиване на тялото на клетката в сноп. По този начин флагелите също могат да помогнат за обръщане на движението. Когато бактериите се сблъскат с предизвикателни пространства, те могат да променят позицията си, като позволяват на своите бичури да преконфигурират или разглобяват своите снопове. Този полиморфен преход на състоянието позволява различни скорости, като състоянията на натискане и издърпване обикновено са по-бързи от обвитите състояния. Това помага в различни среди; например винтовият сноп може да премести бактерия през вискозни области с ефект на тирбушон. Това помага за изследване на бактерии.
Флагелите осигуряват движение на бактериите, но също така осигуряват механизъм за патогенни бактерии, за да подпомогнат колонизирането на гостоприемници и следователно предаването на болести. Флагелите използват метод на усукване и залепване, за да закрепят бактериите върху повърхностите. Флагелите също функционират като мостове или скелета за адхезия към тъканта гостоприемник.
Еукариотните флагели се различават от прокариотите по състав. Флагелите в еукариотите съдържат много повече протеини и имат известна прилика с подвижните реснички, със същите общи модели на движение и контрол. Флагелите се използват не само за движение, но и за подпомагане на храненето на клетките и размножаването на еукариот. Флагелите използват интрафлагеларен транспорт, който представлява транспорт на комплекс протеини, необходими за сигналните молекули, които дават флагела подвижност. Флагелите съществуват върху микроскопични организми като Mastigophora protozoa, или те могат да съществуват в по-големи животни. Редица микроскопични паразити притежават и бич, подпомагайки пътуването им през организма гостоприемник. Флагелите на тези паразити-протести също носят парафлагеларна пръчка или PFR, която помага при привързването към вектори като насекоми. Някои други примери на флагели при еукариотите включват опашките на гамети като сперматозоиди. Флагела може да се намери и в гъби и други водни видове; флагелите в тези същества помагат да се движи вода за дишане. Еукариотните флагели също служат почти като миниатюрни антени или сетивни органели. Учените едва сега започват да разбират широтата на функциите на еукариотните биччета.
Болести, свързани с Cilia
Последните научни открития установиха, че мутациите или други дефекти, свързани с ресничките, причиняват редица заболявания. Тези състояния се наричат цилиопатии. Те засягат дълбоко хората, които страдат от тях. Някои цилиопатии включват когнитивно увреждане, дегенерация на ретината, загуба на слуха, аносмия (загуба на обоняние), краниофациални аномалии, бели дробове и дихателни пътища аномалии, ляво-дясна асиметрия и свързани сърдечни дефекти, панкреатични кисти, чернодробни заболявания, безплодие, полидактилия и бъбречни аномалии като кисти, сред други. Освен това някои видове рак имат връзка с цилиопатиите.
Някои бъбречни заболявания, свързани с дисфункция на ресничките, включват нефронофтиза и както автозомно доминиращо, така и автозомно-рецесивно поликистозно бъбречно заболяване. Неправилно функциониращите реснички не могат да спрат клетъчното делене поради липса на откриване на потока урина, което води до развитие на киста.
При синдрома на Картагенер, диснеиновата дисфункция на ръката води до неефективно изчистване на дихателните пътища от бактерии и други вещества. Това може да доведе до повтарящи се респираторни инфекции.
При синдрома на Bardet-Biedl малформацията на ресничките води до такива проблеми като дегенерация на ретината, полидактилия, мозъчни нарушения и затлъстяване.
Ненаследствените заболявания могат да бъдат резултат от увреждане на ресничките, например от остатъци от цигари. Това може да доведе до бронхит и други проблеми.
Патогените също могат да стимулират нормалното симбиотично насърчаване на бактериите от ресничките, като например при видовете Bordetella, които причинява намаляване на биенето на реснички и следователно позволява на патогена да се прикрепи към субстрата и да доведе до инфекция на човека дихателните пътища.
Болести, свързани с джгутици
Редица бактериални инфекции се отнасят до функцията на биччетата. Примери за патогенни бактерии включват Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и Campylobacter jejuni. Възникват редица взаимодействия, които карат бактериите да нахлуят в тъканите на гостоприемника. Флагелите действат като свързващи сонди, търсейки покупка върху основата на гостоприемника. Някои фитобактерии използват своите биччета, за да се придържат към растителните тъкани. Това води до това, че продукти като плодове и зеленчуци стават вторични гостоприемници на бактерии, които заразяват хората и животните. Един пример е Listeria monocytogenes и разбира се E. coli и Salmonella са скандални агенти на хранителни заболявания.
Helicobacter pylori използва своя бич, за да плува през слуз и да нахлуе в лигавицата на стомаха, избягвайки защитната стомашна киселина. Лигавичните лигавици действат като имунна защита за улавяне на такава инвазия чрез свързване на бичури, но някои бактерии намират няколко начина да избегнат разпознаването и улавянето. Нишките на бичовете могат да се разградят, така че гостоприемникът да не може да ги разпознае, или тяхната експресия и подвижност могат да бъдат изключени.
Синдромът на Картагенер също засяга бичулите. Този синдром нарушава динеиновите рамена между микротубулите. Резултатът е безплодие, дължащо се на сперматозоидите, на които липсва задвижването, необходимо от флагелите, за да плуват и оплождат яйцеклетките.
Тъй като учените научават повече за ресничките и бичурите и допълнително изясняват ролята им в организмите, трябва да последват нови подходи за лечение на заболявания и производство на лекарства.
