Cilien sind lange, röhrenförmige Organellen, die auf der Oberfläche vieler eukaryotische Zellen. Sie haben eine komplexe Struktur und einen Mechanismus, der es ihnen ermöglicht, kreisförmig zu winken oder peitschenartig zu schnappen.
Die Zilienwirkung wird von einzelligen Organismen zur Fortbewegung und im Allgemeinen zum Bewegen von Flüssigkeiten verwendet, während Zilien, die sich nicht bewegen, zur sensorischen Eingabe verwendet werden.
Cilia gegen Flagellen
Zilien haben viele Ähnlichkeiten mit Geißeln, dass es sich um haarähnliche Fortsätze einer Zelle handelt, die durch die Zelle ragen Plasma Membran.
Unterschiede von Zilien vs. Flagellen umfassen Lage, Bewegung und Länge. Eine große Anzahl von Zilien neigt dazu, sich über einen weiten Bereich der Zelloberfläche zu befinden, während Flagellen entweder einzeln oder in geringer Zahl vorkommen.
Zilien bewegen sich koordiniert zusammen, während sich Geißeln unabhängig voneinander bewegen. Zilien sind in der Regel kürzer als Flagellen.
Geißeln befinden sich normalerweise an einem Ende der Zelle, und obwohl sie empfindlich auf Temperatur oder bestimmte Substanzen reagieren können, werden sie hauptsächlich für die Zellbewegung verwendet. Zilien haben mehrere mögliche sensorische Funktionen, insbesondere wenn sie Teil von
Nervenzellen, und sie bewegen sich möglicherweise überhaupt nicht.Zilien kommen nur in Eukaryoten vor, während Flagellen sowohl in eukaryotischen als auch in Prokaryotische Zellen.
Die Struktur eukaryotischer Zilien
Zilien in eukaryotischen Zellen haben eine komplizierte röhrenförmig Struktur in einer Plasmamembran eingeschlossen. Die Tubuli bestehen aus lineare Polymerproteine Sie bilden neun äußere Mikrotubuli-Dubletts, die symmetrisch um ein zentrales Paar innerer Tubuli angeordnet sind.
Das innere Paar besteht aus zwei separaten Tubuli, während sich die äußeren neun Dubletts jeweils eine gemeinsame Tubuluswand teilen.
Die Sätze von 9 + 2 Mikrotubuli sind in einer zylindrischen Struktur namens an. angeordnet Axonem und sind mit der Zelle an einem Teil des Ziliens verbunden, der als bezeichnet wird Basalkörper oder Kinetosom. Der Basalkörper wiederum ist an der zytoplasmatischen Seite der Zellmembran verankert. Die Mikrotubuli werden durch Proteinarme, Speichen und Verbindungen innerhalb der Zilien an Ort und Stelle gehalten.
Diese Proteinstrukturen verleihen den Flimmerhärchen ihre Steifigkeit und sind ein wichtiger Bestandteil ihres Mobilitätssystems.
Das Motorproteindynein befindet sich in den Armen und Speichen, die die Mikrotubuli, und es treibt die Bewegung der Zilien an. Die Dynein-Moleküle sind durch die Arme und Glieder an einem der Mikrotubuli befestigt.
Sie nutzen Energie aus energy Adenosintriphosphat (ATP) einen der anderen Mikrotubuli nach oben und unten zu bewegen. Die variable Gleitbewegung der Mikrotubuli erzeugt eine Biegebewegung.
Die verschiedenen Typen und die Zilienfunktion
Zilien gibt es in zwei Grundtypen, aber jeder Typ kann mehrere Zilienfunktionen erfüllen. Je nach Funktion haben sie unterschiedliche Eigenschaften und Fähigkeiten.
Alle Zilien sind entweder beweglich oder nicht beweglich, dh sie können sich bewegen oder nicht. Nicht bewegliche Zilien werden auch als bezeichnet primär Zilien, und fast jede eukaryotische Zelle hat mindestens eine. Bewegliche Flimmerhärchen bewegen sich, aber ihre Funktionen sind unterschiedlich, und nur ein Typ ist insofern beweglich, als seine Bewegung die zugehörige Zelle bewegt.
Die verschiedenen Typen und Funktionen sind wie folgt:
- Primäre Zilien, chemische Sensoren: Die Flimmerhärchen sind stationär, aber sie spüren die Anwesenheit von Substanzen wie Proteinen und senden entsprechende Signale an Zellen wie Nierenzellen.
- Primäre Zilien, physikalische Sensoren: Die Flimmerhärchen dieser Zellen reagieren empfindlich auf Berührung und Bewegung. Solche Zilien sind für die Wahrnehmung von Geräuschen im Innenohr verantwortlich.
- Primäre Zilien,Signalisierung: Die Flimmerhärchen erkennen Zellsignale wie das Hedgehog (Hh)-Signal, ein Schlüsselfaktor bei der Entwicklung von Säugerzellen und -gewebe.
- bewegliche Flimmerhärchen,Fortbewegung: Die Flimmerhärchen ermöglichen es Zellen, sich auf der Suche nach Nahrung zu bewegen und Gefahren zu vermeiden, insbesondere bei einzelligen Organismen wie dem Paramecium.
- Bewegliche Flimmerhärchen, Transport: Zilien nutzen ihre Bewegung, um den Flüssigkeitstransport durch eine Röhre oder einen Kanal wie im Eileiter zu fördern.
- Bewegliche Zilien, Schadstoffentfernung: Zilien nutzen ihre Bewegung, um kontaminierende Partikel abzugeben und nach außen zu bewegen, z Atmungssystem.
Die auf den meisten Zellen vorkommenden Flimmerhärchen werden verwendet, um mit der Umgebung und mit anderen Zellen zu interagieren, sei es durch Bewegung oder sensorische Mittel. Die verschiedenen Arten von Flimmerhärchen helfen den Zellen, Funktionen zu erfüllen, die sie sonst nur schwer ausführen könnten.
Primäre Zilien führen spezielle Funktionen aus
Da sich primäre Zilien nicht bewegen müssen, ist ihre Struktur einfacher als die anderer Zilien. Anstelle der 9 + 2-Struktur der beweglichen Zilien fehlen ihnen die beiden zentralen Mikrotubuli-Paare und sie haben eine 9 + 0-Struktur. Sie brauchen das Dynein-Motorprotein nicht und ihnen fehlen viele der Arme, Speichen und Glieder, die mit der Zilienbewegung verbunden sind.
Stattdessen kommen ihre sensorischen Fähigkeiten oft davon, dass sie Nervenzellzilien sind und Nervensignalisierung Funktionen, um ihre sensorischen Aufgaben zu erfüllen. Die meisten eukaryotischen Zellen haben mindestens eine dieser primären oder nicht beweglichen Zilien.
Sind Zilien oder die mit ihnen verbundenen Zellen defekt oder fehlen, kann das Fehlen ihrer spezialisierten Funktionen zu schweren Erkrankungen führen.
Zum Beispiel Zilien an Nierenzellen die Nierenfunktion unterstützen, und Probleme mit diesen Zellen verursachen eine polyzystische Nierenerkrankung. Primäre Zilien in den Augen helfen den Zellen, Licht zu erkennen, und Defekte können Erblindung durch eine Krankheit namens Retinitis pigmentosa verursachen. Für den Geruchssinn sind andere Flimmerhärchen auf olfaktorischen Neuronen verantwortlich.
Spezialisierte Funktionen wie diese werden von primären Zilien im ganzen Körper ausgeführt.
Bewegliche Zilien nutzen Bewegung für verschiedene Zwecke
Zellen mit beweglichen Zilien können die Bewegungsfähigkeiten ihrer Zilien auf verschiedene Weise nutzen. Ihr ursprünglicher Zweck bestand darin, einzelligen Organismen bei der Bewegung zu helfen, und sie spielen diese Rolle immer noch in primitiven Lebensformen wie Ciliaten.
Als sich mehrzellige Organismen entwickelten, wurden Zellen mit Zilien nicht mehr für die Fortbewegung des Organismus benötigt und übernahmen andere Aufgaben.
Die Zilienbewegung hat mehrere Eigenschaften, die ihre Bewegung nützlich machen. Sie schlagen typischerweise koordiniert hin und her über mehrere Reihen von Zilien und bilden einen effizienten Transportmechanismus.
Die meisten am Transport beteiligten Zellen haben auf einer ihrer Oberflächen eine große Anzahl von Zilien, die einen schnellen Transport großer Volumina ermöglichen. Während sie die Zellen nicht direkt bewegen, können sie bei der Bewegung anderer Substanzen helfen.
Typische Beispiele sind:
- Atmungssystem: Zellen mit bis zu 200 Zilien säumen Teile des Atmungssystems wie die Luftröhre. Ihre koordinierte Wellenbewegung transportiert den Schleim aus den Atemwegen und bringt Partikel oder Schmutz mit.
- Eileiter: Das Schlagen der Zilien in den Wänden der Eileiter treibt die Ovum die Röhre in die Gebärmutter hinunter, wo sie sich festsetzt und wächst. Sind die Flimmerhärchen defekt, dringt die Eizelle nicht in die Gebärmutter ein und Eileiterschwangerschaft kann dazu führen.
- Mittelohr: Flimmerzellen auf dem Epithel des Mittelohrs helfen bei der Hörentwicklung. Defekte dieser beweglichen Zilien können zu einer Krankheit namens. führen Mittelohrentzündung und kann zu Hörverlust führen.
Bewegliche Zilien finden sich auf dem Epithel vieler Körperteile, und obwohl ihre Funktion manchmal nicht gut verstanden wird, übernehmen sie eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung des Organismus und bei Zellprozessen.
Ihre komplexe Struktur, der komplizierte interne Gleitmechanismus und ihre koordinierte Bewegung zeigen, dass Bewegung ist eine schwer zu realisierende biologische Funktion, und ein Ausfall ihrer Funktion führt oft zu Krankheiten für den Organismus.
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