Hvad er de vigtigste funktioner i Cilia & 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 kønsceller af eukaryoter. Både cilia og flagella tjener bevægelsesfunktioner, men på forskellige måder. Begge er afhængige af dynein, som er et motorisk protein, og mikrotubuli fungerer.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

Cilia og flagella er organeller på celler, der giver fremdrift, sensoriske enheder, clearance mekanismer og mange andre vigtige funktioner i levende organismer.

Cilia var de første organeller, der blev opdaget af Antonie van Leeuwenhoek i slutningen af ​​det 17. århundrede. Han observerede bevægelige (bevægelige) flimmerhår, "små ben", som han beskrev som bosiddende på "animalcules" (sandsynligvis protozoer). Ikke-bevægelige cilier blev observeret meget senere med bedre mikroskoper. De fleste cilia findes hos dyr i næsten alle typer celler, der er konserveret over mange arter i evolutionen. Imidlertid kan nogle cilia findes i planter i form af kønsceller. 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 ​​axoneme; denne proces kaldes intraciliary eller intraflagellar transport (IFT). I øjeblikket tror forskere, at ca. 10 procent af det menneskelige genom er dedikeret til cilier og deres oprindelse.

Cilier varierer fra 1 til 10 mikrometer lange. Disse hårlignende organer arbejder ved at flytte celler såvel som at flytte materialer. De kan flytte væsker til akvatiske arter som muslinger for at muliggøre transport af mad og ilt. Cilia hjælper med åndedræt i lungerne hos dyr ved at forhindre snavs og potentielle patogener i at invadere kroppen. Cilia er kortere end flageller og koncentrerer sig i meget større antal. De har tendens til at bevæge sig i et hurtigt slag næsten på samme tid i en gruppe, der udgør en bølgeeffekt. Cilia kan også hjælpe med bevægelse af nogle typer protozoer. Der findes to typer cilier: bevægelige (bevægelige) og ikke-bevægelige (eller primære) flimmerhår, og begge fungerer via IFT-systemer. Motile cilier findes i luftvejskanaler og lunger såvel som inde i øret. Ikke-bevægelige cilier findes i mange organer.

Flagella er vedhæng, der hjælper med at flytte bakterier og eukaryoter, såvel som nogle protozoer. Flagella har tendens til at være ental, som en hale. De er typisk længere end cilier. I prokaryoter fungerer flageller som små motorer med rotation. I eukaryoter foretager de glattere bevægelser.

Cilia spiller roller i cellecyklussen såvel som dyreudviklingen, såsom i hjertet. Cilia tillader selektivt, at visse proteiner fungerer korrekt. Cilia spiller også en rolle inden for cellulær kommunikation og molekylær handel.

Motile cilier har et 9 + 2 arrangement med ni ydre mikrotubuli-par sammen med et centrum af to mikrotubuli. Motile cilier bruger deres rytmiske bølgning til at feje væk stoffer som ved rensning af snavs, støv, mikroorganismer og slim for at forhindre sygdom. Dette er grunden til, at de findes på luftvejene i luftvejene. Motile cilier kan både fornemme og flytte ekstracellulær væske.

Ikke-bevægelige eller primære, flimmerhår er ikke i overensstemmelse med den samme struktur som bevægelige flimmerhår. De er arrangeret som individuelle vedhængsmikrotubuli uden den midterste mikrotubulusstruktur. De har ikke dyneinarme, deraf deres generelle ikke-bevægelighed. I mange år fokuserede forskere ikke på disse primære cilier og kendte derfor kun lidt af deres funktioner. Ikke-bevægelige cilier tjener som sensoriske apparater til celler, der detekterer signaler. De spiller afgørende roller i sensoriske neuroner. Ikke-bevægelige flimmerhår 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 fotoreceptorer dø. Når flimmerhår mærker en væskestrøm, fører det til cellevækstændringer.

Cilia giver kun mere end clearance og sensoriske funktioner. De giver også levesteder eller rekrutteringsområder for symbiotiske mikrobiomer hos dyr. Hos vanddyr som blæksprutte kan disse slimepitelvæv observeres mere direkte, da de er almindelige og ikke er indre overflader. To forskellige slags cilia-populationer findes på værtsvæv: en med lange cilier, der bølger sammen små partikler som bakterier, men udelukker større og kortere bankende cilier, der blander miljøet væsker. Disse cilier arbejder for 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 cilier med at filtrere, rydde, lokalisere, udvælge og samle bakterier og kontrollere vedhæftning til cilierede overflader.

Cilia er også blevet opdaget at deltage i vesikulær sekretion af ektosomer. Nyere forskning afslører interaktioner mellem cilier og cellulære veje, der kunne give indsigt i cellulær kommunikation såvel som sygdomme.

Flagella kan findes i prokaryoter og eukaryoter. De er lange filamentorganeller lavet af flere proteiner, der når så meget som 20 mikrometer i længden væk fra deres overflade på bakterier. Typisk er flagella længere end cilier og giver bevægelse og fremdrift. Bakterielle flagella-filamentmotorer kan dreje så hurtigt som 15.000 omdrejninger pr. Minut (o / min). Flagellas svømningsevne 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. Et flagellum i bakterier har en ionmotor til drejningsmoment, en krog, der transmitterer motormoment, og en glødetråd eller en lang halelignende struktur, der fremdriver bakterien. Motoren kan dreje og påvirke glødetrådens opførsel og ændre bakteriernes kørselsretning. Hvis flagellen bevæger sig med uret, danner det en superspole; flere flageller kan danne et bundt, og disse hjælper med at drive en bakterie på en lige vej. Når den drejes på den modsatte måde, laver filamentet en kortere superspole, og bundtet flagella skilles ad, hvilket fører til tumling. På grund af manglende høj opløsning til eksperimenter bruger forskere computersimuleringer til at forudsige flagellær bevægelse.

Mængden af ​​friktion i en væske påvirker, hvordan glødetråden vil superspole. Bakterier kan være vært for flere flageller, såsom med Escherichia coli. Flagella tillader bakterier at svømme i en retning og dreje derefter efter behov. Dette fungerer via den roterende spiralformede flagella, der bruger forskellige metoder, herunder skubbe og trække cykler. En anden metode til bevægelse opnås ved at pakke rundt om cellelegemet i et bundt. På denne måde kan flageller også hjælpe med at vende bevægelse. Når bakterier støder på udfordrende rum, kan de ændre deres position ved at sætte deres flageller i stand til at omkonfigurere eller adskille deres bundter. Denne polymorfe tilstandsovergang tillader forskellige hastigheder, hvor skub og træk-tilstande typisk er hurtigere end de indpakkede tilstande. Dette hjælper i forskellige miljøer; for eksempel kan det spiralformede bundt flytte en bakterie gennem tyktflydende områder med en proptrækkereffekt. Dette hjælper med bakteriel efterforskning.

Flagella giver bevægelse for bakterier, men giver også en mekanisme til patogene bakterier til at hjælpe 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 har en vis lighed med bevægelige cilier med de samme generelle bevægelses- og kontrolmønstre. Flagella bruges ikke kun til bevægelse, men også til at hjælpe med cellefodring og eukaryot reproduktion. Flagella bruger intraflagellær transport, som er transporten af ​​et kompleks af proteiner, der kræves til signalmolekylerne, der giver flagellamobilitet. Flagella findes på mikroskopiske organismer såsom Mastigophora protozoa, eller de kan eksistere inde i større dyr. Et antal mikroskopiske parasitter har også flageller, hvilket hjælper deres rejse gennem en værtsorganisme. Flagellen fra disse protistparasitter bærer også en paraflagellar stang eller PFR, som hjælper med at binde sig til vektorer såsom insekter. Nogle andre eksempler på flageller i eukaryoter inkluderer haler af kønsceller som sædceller. Flagella kan også findes i svampe og andre akvatiske arter; flagellerne i disse skabninger hjælper med at flytte vand til åndedræt. Eukaryote flageller tjener også næsten som små antenner eller sensoriske organeller. Forskere begynder først nu at forstå bredden af ​​funktionen for eukaryote flageller.

Nylige videnskabelige opdagelser har fundet ud af, at mutationer eller andre defekter relateret til cilier forårsager en række sygdomme. Disse betingelser kaldes ciliopatier. De påvirker dybtgående personer, der lider af dem. Nogle ciliopatier inkluderer kognitiv svækkelse, retinal degeneration, høretab, anosmi (tab af lugtesans), kraniofaciale abnormiteter, lunge og luftvej abnormiteter, venstre-højre asymmetri og relaterede hjertefejl, cyster i bugspytkirtlen, leversygdom, infertilitet, polydactyly og nyre abnormiteter såsom cyster, blandt andre. Derudover har nogle kræftformer forbindelse til ciliopatier.

Nogle nyrelidelser relateret til cilia dysfunktion inkluderer nefronophthisis og både autosomal dominant og autosomal recessiv polycystisk nyresygdom. Funktionsfejl i cilier kan ikke stoppe celledeling på grund af ingen påvisning af urinstrømning, hvilket fører til cysteudvikling.

I Kartageners syndrom fører dysfunktion af dyneinarm til ineffektiv rensning af luftvejene fra bakterier og andre stoffer. Dette kan føre til gentagne luftvejsinfektioner.

I Bardet-Biedl syndrom fører cilia misdannelse til sådanne problemer som retinal degeneration, polydactyly, hjernesygdomme og fedme.

Ikke-arvelige sygdomme kan skyldes skade på cilierne, såsom cigaretrester. Dette kan føre til bronkitis og andre problemer.

Patogener kan også kommandere den normale symbiotiske fremme af bakterier af cilier, såsom med Bordetella arter, som forårsager cilia-slå at reducere og tillader derfor patogenet at fæstne sig til et substrat og føre til infektion hos mennesker luftveje.

Et antal bakterielle infektioner vedrører flagellafunktion. Eksempler på patogene bakterier omfatter Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa og Campylobacter jejuni. Der opstår et antal interaktioner, der fører bakterier til at invadere værtsvæv. Flagella fungerer som bindende sonder, der søger køb på værtssubstrat. Nogle fytobakterier bruger deres flageller til at klæbe til plantevæv. Dette fører til, at produkter som frugt og grøntsager bliver sekundære værter for bakterier, der inficerer mennesker og dyr. Et eksempel er Listeria monocytogenes og naturligvis E. coli og Salmonella er berygtede agenser for fødevarebåren sygdom.

Helicobacter pylori bruger sin flagellum til at svømme gennem slim og invadere maveforingen og undgår den beskyttende mavesyre. Slimhindeforinger fungerer som et immunforsvar for at fange en sådan invasion ved at binde flageller, men nogle bakterier finder flere måder at undslippe genkendelse og fangst. Flagella-filamenter kan nedbrydes, så værten ikke kan genkende dem, eller deres udtryk og bevægelighed kan slås fra.

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.

Da 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.