Mobilita buněk je klíčovou složkou přežití mnoha jednobuněčných organismů a může být důležitá také u pokročilejších zvířat. Buňky používají bičíky pro pohyb hledat jídlo a uniknout nebezpečí. Bičíky podobné whiplike lze otáčet tak, aby podporovaly pohyb pomocí vývrtky, nebo mohou fungovat jako vesla k veslování buněk tekutinami.
Bičíky se nacházejí v bakteriích a v některých eukaryotech, ale tyto dva typy bičíků mají odlišnou strukturu.
Bakteriální bičík pomáhá prospěšným bakteriím pohybovat se v organismu a pomáhá bakteriím způsobujícím nemoci se šířit během infekcí. Mohou se pohybovat tam, kde se mohou množit, a mohou se vyhnout některým útokům imunitního systému organismu. U pokročilých zvířat se buňky, jako jsou spermie, pohybují pomocí bičíku.
V každém případě pohyb bičíků umožňuje buňce pohybovat se obecným směrem.
Struktura bičíků prokaryotických buněk je jednoduchá
Bičíky pro prokaryoty bakterie se skládají ze tří částí:
- The vlákno bičíku je dutá trubice vyrobená z bičíkového proteinu zvaného bičík.
- Na základně vlákna je a pružný háček který spojuje vlákno se základnou a působí jako univerzální kloub.
- The bazální tělo je tvořen prutem a řadou prstenů, které kotví bičík k buněčné stěně a plazmatické membráně.
Bičíkové vlákno je vytvořeno transportem proteinového bičíku z buněčných ribozomů přes duté jádro ke špičce, kde se bičík připojí a způsobí růst vlákna. Bazální tělo tvoří motor bičíku a háček dává rotaci efekt vývrtky.
Eukaryotické bičíky mají složitou strukturu
Pohyb eukaryotický bičíky a prokaryotické buňky jsou podobné, ale struktura vlákna a mechanismus rotace se liší. Bazální tělo eukaryotických bičíků je ukotveno k tělu buňky, ale bičíku chybí tyč a disky. Místo toho je vlákno pevné a je tvořeno páry mikrotubulů.
Trubky jsou uspořádány jako devět dvojitých trubek kolem centrální dvojice trubek ve formaci 9 + 2. Trubky jsou tvořeny lineární proteinové řetězce kolem dutého středu. Dvojité trubky mají společnou stěnu, zatímco střední trubky jsou nezávislé.
Proteinové paprsky, sekery a odkazy se připojují k mikrotubuly po délce vlákna. Namísto pohybu vytvořeného na základně rotujícími prstenci pochází pohyb bičíku interakcí mikrotubulů.
Bičíky pracují rotačním pohybem vlákna
Ačkoli bakteriální bičíky a bakterie eukaryotických buněk mají odlišnou strukturu, oba pracují prostřednictvím rotačního pohybu vlákna, aby poháněly buňku nebo pohybovaly tekutinami kolem buňky. Kratší vlákna budou mít tendenci pohybovat se tam a zpět, zatímco delší vlákna budou mít kruhový spirálový pohyb.
U bakteriálních bičíků se háček ve spodní části vlákna otáčí tam, kde je ukotven k buněčná stěna a plazmatická membrána. Rotace háku vede k vrtulovému pohybu bičíku. U eukaryotických bičíků je rotační pohyb způsoben postupným ohýbáním vlákna.
Výsledný pohyb může být navíc rotační.
Prokaryotické bičíky bakterií jsou poháněny bičíkovým motorem
Pod háčkem bakteriálních bičíků je základna bičíku připevněna k buněčné stěně a plazmatické membráně buňky řadou kruhů obklopených proteinovými řetězci. Protonová pumpa vytváří protonový gradient na nejnižším z prstenců a elektrochemický gradient umožňuje rotaci přes a hnací síla protonu.
Když protony difundují přes nejnižší hranici prstence v důsledku hybné síly protonu, prstenec se otáčí a připojený háček s vlákny se otáčí. Rotace v jednom směru vede k řízenému pohybu bakterie vpřed. Rotace v opačném směru umožňuje bakteriím pohybovat se náhodným způsobem.
Výsledná bakteriální motilita v kombinaci se změnou směru otáčení vytváří jakýsi náhodný pohyb, který umožňuje buňce pokrýt hodně půdy v obecném směru.
Eukaryotické bičíky K ohýbání použijte ATP
Základna bičíku eukaryotických buněk je pevně ukotvena k buněčná membrána a bičíky se spíše ohýbají, než otáčejí. Volaly proteinové řetězce dynein jsou připojeny k některým z dvojitých mikrotubulů uspořádaných kolem bičíkových vláken v radiálních paprskech.
Molekuly dyneinu využívají energii z adenosintrifosfát (ATP), molekula akumulující energii, k produkci ohýbacího pohybu v bičících.
Molekuly dyneinu způsobují ohýbání bičíků pohybem mikrotubulů nahoru a dolů proti sobě. Oddělují jednu z fosfátových skupin od molekul ATP a pomocí uvolněné chemické energie popadnou jeden z mikrotubulů a posunou jej proti tubulu, ke kterému jsou připojeny.
Koordinací takovéto ohybové akce může být výsledný pohyb vlákna rotační nebo tam a zpět.
Prokaryotické bičíky jsou důležité pro bakteriální množení
Zatímco bakterie mohou přežít delší dobu na čerstvém vzduchu a na pevných površích, rostou a množí se v tekutinách. Typickým tekutým prostředím jsou řešení bohatá na živiny a vnitřek pokročilých organismů.
Mnoho z těchto bakterií, například ty v střeva zvířat, jsou prospěšné, ale musí být schopni najít potřebné živiny a vyhnout se nebezpečným situacím.
Bičíky jim umožňují pohybovat se směrem k jídlu, daleko od nebezpečných chemikálií a šířit se, když se množí.
Ne všechny bakterie ve střevě jsou prospěšné. H. pylorije například bičíkatá bakterie, která způsobuje žaludeční vředy. Spoléhá se na bičíky, které procházejí hlenem trávicího systému a vyhýbají se příliš kyselým oblastem. Když najde příznivý prostor, množí se a používá bičíky k rozšíření.
Studie ukázaly, že H. pylori bičíky jsou klíčovým faktorem infekčnosti bakterií.
Související článek: Transdukce signálu: definice, funkce, příklady
Bakterie lze klasifikovat podle číslo a umístění jejich bičíků. Monotrichous bakterie mají na jednom konci buňky jeden bičík. Lophotrichous bakterie mají na jednom konci hromadu několika bičíků.
Peritrichous bakterie mají na obou stranách laterální bičíky a bičíky amphitrichous bakterie mohou mít na obou koncích jeden nebo několik bičíků.
Uspořádání bičíků ovlivňuje, jak rychle a jakým způsobem se bakterie může pohybovat.
Eukaryotické buňky používají bičíky k pohybu uvnitř i vně organismů
Eukaryotické buňky s jádrem a organely se nacházejí ve vyšších rostlinách a zvířatech, ale také jako jednobuněčné organismy. Eukaryotické bičíky používají primitivní buňky k pohybu, ale lze je najít také u pokročilých zvířat.
V případě jednobuněčných organismů se bičíky používají k lokalizaci potravy, k šíření a úniku před predátory nebo nepříznivými podmínkami. U pokročilých zvířat používají specifické buňky ke zvláštním účelům eukaryotické bičík.
Například zelené řasyChlamydomonas reinhardtii používá dva řasové bičíky k pohybu vodou jezer a řek nebo půdy. Spoléhá se na to, že se tento pohyb po reprodukci rozšíří a je široce distribuován po celém světě.
U vyšších zvířat je spermie je příklad mobilní buňky využívající pro pohyb eukaryotické bičík. Takto se spermie pohybují v ženském reprodukčním traktu, aby oplodnily vajíčko a zahájily sexuální reprodukci.