Flagella: Τύποι, λειτουργία & δομή

Κινητική κινητικότητα είναι ένα βασικό συστατικό για την επιβίωση πολλών μονοκυτταρικών οργανισμών και μπορεί να είναι σημαντικό και σε πιο προχωρημένα ζώα. Τα κύτταρα χρησιμοποιούν flagella για μετακίνηση να ψάχνεις για φαγητό και να ξεφεύγεις από τον κίνδυνο. Το μαστίγιο μαστίγιο μπορεί να περιστραφεί για να προωθήσει την κίνηση μέσω ενός ανοιχτήρι, ή μπορεί να ενεργήσει σαν κουπιά για να κυλήσει τα κύτταρα μέσω υγρών.

Τα Flagella βρίσκονται σε βακτήρια και σε μερικούς ευκαρυώτες, αλλά αυτοί οι δύο τύποι flagella έχουν διαφορετική δομή.

Ένα βακτηριακό μαστίγιο βοηθά τα ευεργετικά βακτήρια να μετακινηθούν μέσω του οργανισμού και βοηθά τα βακτήρια που προκαλούν ασθένειες να εξαπλωθούν κατά τη διάρκεια λοιμώξεων. Μπορούν να κινηθούν εκεί όπου μπορούν να πολλαπλασιαστούν και μπορούν να αποφύγουν μερικές από τις επιθέσεις από το ανοσοποιητικό σύστημα του οργανισμού. Για προχωρημένα ζώα, κύτταρα όπως το σπέρμα κινούνται με τη βοήθεια μαστιγίου.

Σε κάθε περίπτωση, η κίνηση της μαστίγιας επιτρέπει στο κελί να κινείται σε μια γενική κατεύθυνση.

Flagella για προκαρυώτες όπως τα βακτήρια αποτελούνται από τρία μέρη:

1. ο νήμα του μαστιγίου είναι ένας κοίλος σωλήνας φτιαγμένος από μια μαστιγωτή πρωτεΐνη που ονομάζεται μαστίγιο.
2. Στη βάση του νήματος είναι ένα εύκαμπτο γάντζο που συνδέει το νήμα με τη βάση και λειτουργεί ως καθολική άρθρωση.
3. ο βασικό σώμα αποτελείται από μια ράβδο και μια σειρά δακτυλίων που αγκυρώνουν το μαστίγιο στο κυτταρικό τοίχωμα και τη μεμβράνη πλάσματος.

Το νηματοειδές νήμα δημιουργείται μεταφέροντας την πρωτεϊνική μαστιγίνη από τα ριβοσώματα των κυττάρων μέσω του κοίλου πυρήνα στην άκρη όπου το μαστίγιο προσκολλάται και κάνει το νήμα να μεγαλώνει. Το βασικό σώμα σχηματίζει το μοτέρ του μαστιγίου, και το άγκιστρο δίνει στην περιστροφή ένα φαινόμενο ανοιχτήρι.

Η κίνηση του ευκαρυωτικός Η μαστίγια και τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι παρόμοια, αλλά η δομή του νήματος και ο μηχανισμός περιστροφής είναι διαφορετικοί. Το βασικό σώμα του ευκαρυωτικού μαστίγια είναι αγκυροβολημένο στο κυτταρικό σώμα, αλλά το μαστίγιο στερείται ράβδου και δίσκων. Αντίθετα, το νήμα είναι συμπαγές και αποτελείται από ζεύγη μικροσωληνίσκων.

Τα σωληνάρια είναι διατεταγμένα ως εννέα διπλοί σωλήνες γύρω από ένα κεντρικό ζεύγος σωλήνων σε σχηματισμό 9 + 2. Τα σωληνάρια αποτελούνται από γραμμικές χορδές πρωτεΐνης γύρω από ένα κοίλο κέντρο. Οι διπλοί σωλήνες μοιράζονται έναν κοινό τοίχο ενώ οι κεντρικοί σωλήνες είναι ανεξάρτητοι.

Οι ακτίνες πρωτεΐνης, οι άξονες και οι σύνδεσμοι ενώνουν το μικροσωληνίσκοι κατά μήκος του νήματος. Αντί μιας κίνησης που δημιουργείται στη βάση από περιστρεφόμενους δακτυλίους, η κίνηση του μαστιγίου προέρχεται από την αλληλεπίδραση των μικροσωληνίσκων.

Αν και τα βακτηριακά μαστίγια και εκείνα των ευκαρυωτικών κυττάρων έχουν διαφορετική δομή, λειτουργούν και τα δύο μέσω μιας περιστροφικής κίνησης του νήματος για να προωθήσουν το κύτταρο ή να μετακινήσουν υγρά πέρα ​​από το κύτταρο. Τα μικρότερα νήματα τείνουν να κινούνται μπρος-πίσω, ενώ μακρύτερα νήματα θα έχουν κυκλική σπειροειδή κίνηση.

Στην βακτηριακή μαστίγια, το άγκιστρο στο κάτω μέρος του νήματος περιστρέφεται όπου είναι αγκυρωμένο στο κυτταρικό τοίχωμα και μεμβράνη πλάσματος. Η περιστροφή του γάντζου οδηγεί σε μια έλικα που μοιάζει με τη μαστίγια. Στην ευκαρυωτική μαστίγια, η περιστροφική κίνηση οφείλεται στη διαδοχική κάμψη του νήματος.

Η κίνηση που προκύπτει μπορεί να είναι ομαλή εκτός από την περιστροφή.

Κάτω από το άγκιστρο της βακτηριακής μαστίγιας, η βάση του μαστιγίου συνδέεται με το κυτταρικό τοίχωμα και τη μεμβράνη πλάσματος του κυττάρου από μια σειρά δακτυλίων που περιβάλλονται από πρωτεϊνικές αλυσίδες. Μια αντλία πρωτονίων δημιουργεί μια κλίση πρωτονίων στο χαμηλότερο από τους δακτυλίους, και η ηλεκτροχημική κλίση ισχύος περιστρέφεται μέσω κινητική δύναμη πρωτονίων.

Όταν τα πρωτόνια διαχέονται στο χαμηλότερο όριο δακτυλίου λόγω της δύναμης κίνησης του πρωτονίου, ο δακτύλιος περιστρέφεται και ο προσαρτημένος γάντζος νήματος περιστρέφεται. Η περιστροφή προς μία κατεύθυνση οδηγεί σε ελεγχόμενη εμπρόσθια κίνηση του βακτηρίου. Η περιστροφή προς την άλλη κατεύθυνση κάνει τα βακτήρια να κινούνται με τυχαίο τρόπο.

Η προκύπτουσα βακτηριακή κινητικότητα σε συνδυασμό με την αλλαγή στην κατεύθυνση περιστροφής παράγει ένα είδος τυχαίας πορείας που επιτρέπει στο κελί να καλύπτει πολύ έδαφος σε γενική κατεύθυνση.

Η βάση του μαστιγίου των ευκαρυωτικών κυττάρων είναι σταθερά αγκυρωμένη στο κυτταρική μεμβράνη και το flagella λυγίζει αντί να περιστρέφεται. Οι αλυσίδες πρωτεϊνών ονομάζονται δυναϊνη συνδέονται με μερικούς από τους διπλούς μικροσωληνίσκους διατεταγμένους γύρω από τα νημάτια flagella σε ακτινικές ακτίνες.

Τα μόρια dynein χρησιμοποιούν ενέργεια από τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP), ένα μόριο αποθήκευσης ενέργειας, για την παραγωγή κάμψης κίνησης στα μαστίγια.

Τα μόρια dynein κάμπτουν τη μαστίγια μετακινώντας τους μικροσωληνίσκους πάνω-κάτω μεταξύ τους. Αποσυνδέουν μία από τις φωσφορικές ομάδες από τα μόρια ΑΤΡ και χρησιμοποιούν την απελευθερωμένη χημική ενέργεια για να αρπάξουν έναν από τους μικροσωληνίσκους και να τον μετακινήσουν πάνω στο σωληνάριο στον οποίο συνδέονται.

Συντονίζοντας μια τέτοια κάμψη, η προκύπτουσα κίνηση νημάτων μπορεί να είναι περιστροφική ή εμπρός και πίσω.

Ενώ τα βακτήρια μπορούν να επιβιώσουν για μεγάλο χρονικό διάστημα στον ανοιχτό αέρα και σε στερεές επιφάνειες, αναπτύσσονται και πολλαπλασιάζονται σε υγρά. Τυπικά περιβάλλοντα υγρών είναι πλούσια σε θρεπτικά συστατικά διαλύματα και το εσωτερικό των προηγμένων οργανισμών.

Πολλά από αυτά τα βακτήρια, όπως εκείνα στο έντερο των ζώων, είναι ευεργετικά, αλλά πρέπει να είναι σε θέση να βρουν τα θρεπτικά συστατικά που χρειάζονται και να αποφύγουν επικίνδυνες καταστάσεις.

Η Flagella τους επιτρέπει να κινούνται προς τα τρόφιμα, μακριά από επικίνδυνα χημικά και να εξαπλώνονται όταν πολλαπλασιάζονται.

Δεν είναι ευεργετικά όλα τα βακτήρια στο έντερο. Η. Πυλώρι, για παράδειγμα, είναι ένα βακτηριοειδές βακτήριο που προκαλεί έλκη στομάχου. Βασίζεται στη μαστίγια για να περάσει από τη βλέννα του πεπτικού συστήματος και να αποφύγει περιοχές που είναι πολύ όξινες. Όταν βρίσκει ευνοϊκό χώρο, πολλαπλασιάζεται και χρησιμοποιεί μαστίγια για να εξαπλωθεί.

Μελέτες έχουν δείξει ότι το Η. Πυλώρι Η μαστίγια είναι ένας βασικός παράγοντας στη μολυσματικότητα των βακτηρίων.

Σχετικό άρθρο: Μεταγωγή σήματος: Ορισμός, Λειτουργία, Παραδείγματα

Τα βακτήρια μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με το αριθμός και τοποθεσία της μαστίγας τους. Μονοτριχός βακτήρια έχουν ένα μόνο μαστίγιο στο ένα άκρο του κυττάρου. Λοφοτριχούς τα βακτήρια έχουν μια σειρά από πολλά μαστίγια στο ένα άκρο.

Περιτριχός Τα βακτήρια έχουν τόσο πλευρικά μαστίγια όσο και μαστίγια στα άκρα του κυττάρου ενώ αμφιτριχούς βακτήρια μπορεί να έχουν ένα ή περισσότερα μαστίγια και στα δύο άκρα.

Η διάταξη της μαστίγιας επηρεάζει πόσο γρήγορα και με ποιον τρόπο μπορεί να κινηθεί το βακτήριο.

Ευκαρυωτικά κύτταρα με πυρήνα και οργανίδια βρίσκονται σε ανώτερα φυτά και ζώα αλλά και ως μονοκύτταροι οργανισμοί. Τα ευκαρυωτικά μαστίγια χρησιμοποιούνται από πρωτόγονα κύτταρα για να μετακινούνται, αλλά μπορούν να βρεθούν και σε προχωρημένα ζώα.

Στην περίπτωση των μονοκυτταρικών οργανισμών, τα μαστίγια χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό τροφής, την εξάπλωση και τη διαφυγή από αρπακτικά ή δυσμενείς συνθήκες. Σε προχωρημένα ζώα, συγκεκριμένα κύτταρα χρησιμοποιούν ένα ευκαρυωτικό μαστίγιο για ειδικούς σκοπούς.

Για παράδειγμα, το πράσινα φύκιαChlamydomonas reinhardtii χρησιμοποιεί δύο φύκια flagella για να περάσει μέσα από το νερό των λιμνών και των ποταμών ή του εδάφους. Βασίζεται σε αυτήν την κίνηση να εξαπλωθεί μετά την αναπαραγωγή και διανέμεται ευρέως σε όλο τον κόσμο.

Σε ανώτερα ζώα, το σπερματοζωάριο είναι ένα παράδειγμα κινητού κυττάρου που χρησιμοποιεί ευκαρυωτικό μαστίγιο για κίνηση. Έτσι το σπέρμα κινείται μέσω της γυναικείας αναπαραγωγικής οδού για να γονιμοποιήσει το αυγό και να ξεκινήσει τη σεξουαλική αναπαραγωγή.