Cilia a flagella jsou dva různé typy mikroskopických přídavků na buňkách. Cilia se vyskytují jak u zvířat, tak u mikroorganismů, ale ne u většiny rostlin. Bičíky se používají pro mobilitu bakterií i gamet eukaryot. Cilia i bičíky slouží pohybovým funkcím, ale odlišným způsobem. Oba spoléhají na dynein, který je motorickým proteinem, a fungují mikrotubuly.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Cilia a bičíky jsou organely na buňkách, které zajišťují pohon, senzorická zařízení, mechanismy odstraňování a řadu dalších důležitých funkcí v živých organismech.
Co jsou Cilia?
Cilia byly prvními organelami objevenými Antoniem van Leeuwenhoekem na konci 17. století. Pozoroval pohyblivé (pohyblivé) řasinky, „malé nohy“, které popsal jako sídlící na „zvířecích“ (pravděpodobně prvoky). Non-pohyblivé řasy byly pozorovány mnohem později s lepšími mikroskopy. Většina řasinek existuje u zvířat, téměř v každém typu buněk, konzervovaných během evoluce mnoha druhů. Některé řasy se však v rostlinách vyskytují ve formě gamet. Cilia jsou vyrobeny z mikrotubulů v uspořádání zvaném ciliární axoném, který je pokryt plazmatickou membránou. Tělo buňky vytváří řasinkové proteiny a přesouvá je ke špičce axonému; tento proces se nazývá intraciliary nebo intraflagellar transport (IFT). V současné době si vědci myslí, že přibližně 10 procent lidského genomu je věnováno řasinám a jejich genezi.
Rozsah řasinek je dlouhý od 1 do 10 mikrometrů. Tyto vlasové přívěskové organely pracují na pohybu buněk i pohybu materiálů. Mohou přesouvat tekutiny pro vodní druhy, jako jsou škeble, aby umožnily transport potravy a kyslíku. Cilia pomáhá s dýcháním v plicích zvířat tím, že brání úlomkům a potenciálním patogenům v napadení těla. Cilia jsou menší než bičíky a koncentrují se v mnohem větším počtu. Mají tendenci se pohybovat rychlým tahem téměř současně ve skupině, což vytváří vlnový efekt. Cilia může také pomáhat při pohybu některých druhů prvoků. Existují dva typy řasinek: pohyblivé (pohyblivé) a nepohyblivé (nebo primární) řasinky a obě fungují prostřednictvím systémů IFT. Pohyblivé řasy se nacházejí v dýchacích cestách a plicích i uvnitř ucha. Non-pohyblivé řasy bydlí v mnoha orgánech.
Co jsou Flagella?
Bičíky jsou přídavky, které pomáhají pohybovat bakteriemi a gametami eukaryot, stejně jako některými prvoky. Bičíky bývají singulární, jako ocas. Obvykle jsou delší než řasinky. U prokaryot fungují bičíky jako malé motory s rotací. V eukaryotech dělají plynulejší pohyby.
Funkce Cilia
Cilia hraje roli v buněčném cyklu i ve vývoji zvířat, například v srdci. Cilia selektivně umožňuje správné fungování určitých proteinů. Cilia také hraje roli buněčné komunikace a molekulárního obchodování.
Motilní řasinky mají uspořádání 9 + 2 devíti vnějších párů mikrotubulů spolu se středem dvou mikrotubulů. Řasné řasy používají své rytmické vlnění k zametání látek, jako je odstraňování nečistot, prachu, mikroorganismů a hlenu, k prevenci nemocí. Proto existují na podšívkách dýchacích cest. Pohyblivé řasy mohou vnímat i pohybovat extracelulární tekutinu.
Non-pohyblivé, nebo primární, řasinky neodpovídají stejné struktuře jako pohyblivé řasinky. Jsou uspořádány jako jednotlivé přídavné mikrotubuly bez středové struktury mikrotubulů. Nemají dyneinové paže, a proto mají obecnou nemotilitu. Po mnoho let se vědci nezaměřovali na tyto primární řasinky, a proto věděli jen málo o jejich funkcích. Non-pohyblivé řasinky slouží jako senzorický aparát pro buňky, detekující signály. Hrají klíčové role ve smyslových neuronech. Non-pohyblivé řasinky lze nalézt v ledvinách pro snímání toku moči, stejně jako v očích na fotoreceptory sítnice. Ve fotoreceptorech fungují k transportu životně důležitých proteinů z vnitřního segmentu fotoreceptoru do vnějšího segmentu; bez této funkce by fotoreceptory zemřely. Když řasinky cítí tok tekutiny, vede to ke změnám buněčného růstu.
Cilia poskytuje více než pouze funkce čištění a senzorické funkce. Poskytují také stanoviště nebo náborové oblasti pro symbiotické mikrobiomy u zvířat. U vodních živočichů, jako jsou chobotnice, lze tyto tkáně epitelu hlenu přímo sledovat, protože jsou běžné a nejedná se o vnitřní povrchy. Na hostitelských tkáních existují dva různé druhy řasinek: jedna s dlouhými řasinami, které se vlní malé částice, jako jsou bakterie, ale vylučují větší částice, a kratší bušení řasinek, které míchají prostředí tekutiny. Tyto řasinky pracují na náboru mikrobiomových symbiontů. Pracují v zónách, které přesouvají bakterie a jiné drobné částice do chráněných zón, přičemž také směšují tekutiny a usnadňují chemické signály, aby bakterie mohly kolonizovat požadovanou oblast. Proto řasinky pracují na filtrování, čištění, lokalizaci, výběru a agregaci bakterií a kontrole adheze k řasnatým povrchům.
Bylo také zjištěno, že řasinky se účastní vezikulární sekrece ektozomů. Novější výzkum odhaluje interakce mezi řasinkami a buněčnými cestami, které by mohly poskytnout pohled na buněčnou komunikaci i na nemoci.
Funkce Flagelly
Bičíky lze nalézt v prokaryotech a eukaryotech. Jsou to organely s dlouhými vlákny vyrobené z několika proteinů, které dosahují až 20 mikrometrů na délku od svého povrchu na bakterie. Typicky jsou bičíky delší než řasinky a poskytují pohyb a pohon. Motory s bakteriálními bičíkovými vlákny se mohou točit až 15 000 otáček za minutu (ot / min). Plavecká schopnost bičíků napomáhá jejich funkci, ať už jde o hledání potravy a živin, rozmnožování nebo napadení hostitelů.
U prokaryot, jako jsou bakterie, slouží bičíky jako pohonné mechanismy; jsou hlavním způsobem, jak bakterie plavat tekutinami. Bičík v bakteriích má iontový motor pro točivý moment, háček, který přenáší točivý moment motoru, a vlákno nebo dlouhou strukturu podobnou ocasu, která bakterii pohání. Motor se může otáčet a ovlivňovat chování vlákna, čímž mění směr pohybu bakterie. Pokud se bičík pohybuje ve směru hodinových ručiček, vytváří supercoil; několik bičíků může tvořit svazek a tyto pomáhají pohánět bakterii po přímé cestě. Když se točí opačným směrem, vlákno vytváří kratší supercoil a svazek bičíků se demontuje, což vede k omílání. Kvůli nedostatku vysokého rozlišení pro experimenty vědci používají počítačové simulace k předpovědi bičíkového pohybu.
Množství tření v kapalině ovlivňuje, jak bude vlákno supercoil. Bakterie mohou hostit několik bičíků, například u Escherichia coli. Bičíky umožňují bakteriím plavat jedním směrem a poté se podle potřeby otáčet. To funguje pomocí rotujících, spirálových bičíků, které používají různé metody včetně cyklů tlačení a tahání. Další metody pohybu je dosaženo zabalením kolem těla buňky do svazku. Tímto způsobem mohou bičíky také pomoci obrátit pohyb. Když se bakterie setkají s náročnými prostory, mohou změnit svou polohu povolením jejich bičíků překonfigurovat nebo rozebrat jejich svazky. Tento přechod polymorfního stavu umožňuje různé rychlosti, přičemž stavy push a pull jsou obvykle rychlejší než zabalené stavy. To pomáhá v různých prostředích; například šroubovicový svazek může pohybovat bakterií viskózními oblastmi s efektem vývrtky. To pomáhá při průzkumu bakterií.
Bičíky poskytují pohyb bakteriím, ale také poskytují mechanismus pro patogenní bakterie, které pomáhají při kolonizaci hostitelů, a tím přenosu chorob. Flagella používá metodu kroucení a lepení k ukotvení bakterií na povrchy. Bičíky také fungují jako mosty nebo lešení pro přilnutí k hostitelské tkáni.
Eukaryotické bičíky se ve složení liší od prokaryot. Bičíky v eukaryotech obsahují mnohem více proteinů a mají určitou podobnost s pohyblivými řasinkami, se stejnými obecnými pohyby a kontrolními vzory. Bičíky se používají nejen k pohybu, ale také k podpoře krmení buněk a eukaryotické reprodukci. Bičíky používají intraflagelární transport, což je transport komplexu proteinů potřebných pro signální molekuly, které dodávají bičíku mobilitu. Bičíky existují na mikroskopických organizmech, jako je např. Mastigophora protozoa, nebo mohou existovat uvnitř větších zvířat. Řada mikroskopických parazitů má také bičíky, které napomáhají jejich cestování hostitelským organismem. Bičíky těchto protistických parazitů také nesou paraflagelární tyč nebo PFR, která pomáhá při připojení k vektorům, jako je hmyz. Některé další příklady bičíků u eukaryot zahrnují ocasy gamet jako spermie. Bičíky lze také nalézt v houbách a jiných vodních druzích; bičíky v těchto tvorech pomáhají pohybovat vodou pro dýchání. Eukaryotické bičíky také slouží téměř jako malé antény nebo smyslové organely. Vědci teprve nyní začínají chápat šíři funkcí pro eukaryotické bičíky.
Nemoci související s řasinkami
Nedávné vědecké objevy zjistily, že mutace nebo jiné defekty související s řasinkami způsobují řadu nemocí. Tyto stavy se označují jako ciliopatie. Hluboce ovlivňují jednotlivce, kteří jimi trpí. Některé ciliopatie zahrnují kognitivní poruchy, degeneraci sítnice, ztrátu sluchu, anosmii (ztrátu čichu), kraniofaciální abnormality, plíce a dýchací cesty abnormality, levo-pravá asymetrie a související srdeční vady, cysty pankreatu, onemocnění jater, neplodnost, polydaktylie a abnormality ledvin, jako jsou cysty, ostatní. Některé druhy rakoviny mají navíc souvislost s ciliopatiemi.
Některé poruchy ledvin související s dysfunkcí řasinek zahrnují nefronoftis a autosomálně dominantní i autosomálně recesivní polycystické onemocnění ledvin. Nefunkční řasinky nemohou zastavit dělení buněk, protože není detekován tok moči, což vede k rozvoji cyst.
U Kartagenerova syndromu vede dyneinová dysfunkce k neúčinnému čištění dýchacích cest od bakterií a jiných látek. To může vést k opakovaným respiračním infekcím.
U Bardet-Biedlova syndromu vede malformace řasinek k takovým problémům, jako je degenerace sítnice, polydaktylie, mozkové poruchy a obezita.
Dědičné nemoci mohou být důsledkem poškození řasinek, například zbytků cigaret. To může vést k bronchitidě a dalším problémům.
Patogeny mohou také ovládat normální symbiotické pěstování bakterií řasinkami, například u druhů Bordetella, které způsobuje, že se řasinky zmenšují, a proto umožňuje patogenu připojit se k substrátu a vést k infekci člověka dýchacích cest.
Nemoci související s Flagella
S funkcí bičíku souvisí řada bakteriálních infekcí. Příklady patogenních bakterií zahrnují Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa a Campylobacter jejuni. Dochází k řadě interakcí, které vedou bakterie k napadení hostitelských tkání. Bičíky fungují jako vazebné sondy a hledají nákup na hostitelském substrátu. Některé fytobakterie používají své bičíky k přilnutí k rostlinným tkáním. To vede k tomu, že se ovoce a zelenina stávají sekundárními hostiteli bakterií, které infikují lidi a zvířata. Jedním z příkladů je Listeria monocytogenes a samozřejmě E. coli a Salmonella jsou nechvalně známé původci nemocí přenášených potravinami.
Helicobacter pylori používá svůj bičík k plavení přes hlen a napadání sliznice žaludku a vyhýbá se ochranné kyselině žaludku. Slizniční výstelky fungují jako imunitní obrana, která zachycuje takovou invazi vázáním bičíků, ale některé bakterie najdou několik způsobů, jak uniknout uznání a zajmout. Vlákna bičíků se mohou degradovat, takže je hostitel nemůže rozpoznat, nebo lze vypnout jejich výraz a pohyblivost.
Kartagenerův syndrom také ovlivňuje bičíky. Tento syndrom narušuje dyneinová ramena mezi mikrotubuly. Výsledkem je neplodnost kvůli tomu, že spermie nemají dostatečný pohon potřebný pro bičíky, aby mohly plavat a oplodňovat vajíčka.
Když se vědci dozvědí více o řasinkách a bičících a dále objasní jejich roli v organismech, měli by se řídit novými přístupy k léčbě nemocí a výrobě léků.