Ποιες είναι οι κύριες λειτουργίες της Cilia & Flagella;

Η Cilia και η flagella είναι δύο διαφορετικοί τύποι μικροσκοπικών προσαρτημάτων στα κύτταρα. Οι βλεφαρίδες βρίσκονται τόσο στα ζώα όσο και στους μικροοργανισμούς, αλλά όχι στα περισσότερα φυτά. Τα Flagella χρησιμοποιούνται για κινητικότητα σε βακτήρια καθώς και γαμέτες ευκαρυωτικών. Τόσο η σίλια όσο και η μαστίγια εξυπηρετούν τις λειτουργίες κίνησης, αλλά με διαφορετικούς τρόπους. Και οι δύο βασίζονται στη δυνατίνη, που είναι μια κινητική πρωτεΐνη, και τους μικροσωληνίσκους για να λειτουργήσουν.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Τα Cilia και flagella είναι οργανίδια στα κύτταρα που παρέχουν πρόωση, αισθητηριακές συσκευές, μηχανισμούς κάθαρσης και πολλές άλλες σημαντικές λειτουργίες σε ζωντανούς οργανισμούς.

Η Cilia ήταν τα πρώτα οργανίδια που ανακαλύφθηκαν από τον Antonie van Leeuwenhoek στα τέλη του 17ου αιώνα. Παρατήρησε κινητά (κινούμενα) βλεφαρίδες, «μικρά πόδια», τα οποία περιέγραψε ότι κατοικούν σε «ζώα» (πιθανώς πρωτόζωα). Μη κινητές βλεφαρίδες παρατηρήθηκαν πολύ αργότερα με καλύτερα μικροσκόπια. Τα περισσότερα βλεφαρίδες υπάρχουν σε ζώα, σχεδόν σε κάθε τύπο κυττάρου, διατηρημένα σε πολλά είδη στην εξέλιξη. Ωστόσο, ορισμένα βλεφαρίδες μπορούν να βρεθούν σε φυτά με τη μορφή γαμετών. Οι βλεφαρίδες αποτελούνται από μικροσωληνίσκους σε μια διάταξη που ονομάζεται ακτινωτή ακτινωτή, η οποία καλύπτεται από τη μεμβράνη του πλάσματος. Το κυτταρικό σώμα παράγει ακτινικές πρωτεΐνες και τις μετακινεί στην άκρη του αξονήματος. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ενδοσχολική ή ενδοφθάλμια μεταφορά (IFT). Επί του παρόντος, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι περίπου το 10 τοις εκατό του ανθρώπινου γονιδιώματος είναι αφιερωμένο στην silia και στη γένεσή τους.

Η μήτρα κυμαίνεται από 1 έως 10 μικρόμετρα. Αυτά τα οργανικά προσαρτήματα που μοιάζουν με τα μαλλιά λειτουργούν για την κίνηση των κυττάρων καθώς και για την μετακίνηση υλικών. Μπορούν να μετακινήσουν υγρά για υδρόβια είδη, όπως τα μύδια, για να επιτρέψουν τη μεταφορά τροφίμων και οξυγόνου. Η Cilia βοηθά στην αναπνοή στους πνεύμονες των ζώων, αποτρέποντας την εισβολή των σωματιδίων και των πιθανών παθογόνων στο σώμα. Οι βλεφαρίδες είναι μικρότερες από τη μαστίγια και συγκεντρώνονται σε πολύ μεγαλύτερους αριθμούς. Τείνουν να κινούνται με γρήγορο εγκεφαλικό επεισόδιο σχεδόν ταυτόχρονα σε μια ομάδα, αποτελώντας ένα φαινόμενο κύματος. Η Cilia μπορεί επίσης να βοηθήσει στη μετακίνηση ορισμένων τύπων πρωτόζωων. Υπάρχουν δύο τύποι βλεφαρίδων: κινητή (κινούμενη) και μη κινητή (ή πρωτογενής) βίλια, και οι δύο λειτουργούν μέσω συστημάτων IFT. Οι κινητές βλεφαρίδες βρίσκονται σε διόδους αεραγωγών και πνεύμονες, καθώς και μέσα στο αυτί. Οι μη κινητές βλεφαρίδες βρίσκονται σε πολλά όργανα.

Η Flagella είναι εξαρτήματα που βοηθούν στη μετακίνηση βακτηρίων και των γαμετών των ευκαρυωτικών, καθώς και ορισμένα πρωτόζωα. Η Flagella τείνει να είναι μοναδική, σαν ουρά. Συνήθως είναι μακρύτερα από τη στήλη. Στα προκαρυωτικά, η μαστίγια λειτουργεί σαν μικρές μηχανές με περιστροφή. Στα ευκαρυωτικά, κάνουν πιο ομαλές κινήσεις.

Η silia παίζει ρόλο στον κυτταρικό κύκλο καθώς και στην ανάπτυξη των ζώων, όπως στην καρδιά. Η Cilia επιτρέπει επιλεκτικά ορισμένες πρωτεΐνες να λειτουργούν σωστά. Η Cilia παίζει επίσης ρόλο κυτταρικής επικοινωνίας και μοριακής εμπορίας.

Τα κινητά σιλό διαθέτουν μια διάταξη 9 + 2 εννέα ζευγών εξωτερικών μικροσωληνίσκων, μαζί με ένα κέντρο δύο μικροσωληναρίων. Οι κινητές βλεφαρίδες χρησιμοποιούν τη ρυθμική κυματομορφή τους για να καθαρίσουν τις ουσίες, όπως στην απομάκρυνση της βρωμιάς, της σκόνης, των μικροοργανισμών και της βλέννας, για την πρόληψη ασθενειών. Γι 'αυτό υπάρχουν στις επενδύσεις των αναπνευστικών οδών. Η κινητή σίλια μπορεί να αισθανθεί και να μετακινήσει εξωκυτταρικό υγρό.

Μη κινητή, ή πρωτογενής, τα κελύφη δεν συμμορφώνονται με την ίδια δομή με την κινητή σίλια. Είναι διατεταγμένα ως μεμονωμένοι μικροσωληνίσκοι προσάρτησης χωρίς τη δομή του κεντρικού μικροσωληνίσκου. Δεν διαθέτουν βραχίονες δυνατίνης, εξ ου και η γενική τους μη κινητικότητα. Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες δεν επικεντρώθηκαν σε αυτές τις πρωτογενείς βλεφαρίδες και ως εκ τούτου γνώριζαν ελάχιστα τις λειτουργίες τους. Οι μη κινητές βλεφαρίδες χρησιμεύουν ως αισθητηριακές συσκευές για τα κύτταρα, εντοπίζοντας σήματα. Παίζουν κρίσιμους ρόλους στους αισθητήριους νευρώνες. Μη κινητή σίλια μπορεί να βρεθεί στα νεφρά για να αισθανθεί τη ροή των ούρων, καθώς και στα μάτια των φωτοϋποδοχέων του αμφιβληστροειδούς. Στους φωτοϋποδοχείς, λειτουργούν για τη μεταφορά ζωτικών πρωτεϊνών από το εσωτερικό τμήμα του φωτοϋποδοχέα στο εξωτερικό τμήμα. Χωρίς αυτήν τη λειτουργία, οι φωτοϋποδοχείς θα πέθαιναν. Όταν οι βλεφαρίδες αισθάνονται μια ροή υγρού, αυτό οδηγεί σε αλλαγές κυττάρων

Η Cilia παρέχει περισσότερα από την κάθαρση και τις αισθητηριακές λειτουργίες μόνο. Παρέχουν επίσης ενδιαιτήματα ή περιοχές στρατολόγησης για συμβιωτικά μικροβιοτικά σε ζώα. Σε υδρόβια ζώα όπως το καλαμάρι, αυτοί οι επιθηλιακοί ιστοί βλέννας μπορούν να παρατηρηθούν πιο άμεσα καθώς είναι συχνές και δεν είναι εσωτερικές επιφάνειες. Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι πληθυσμών βλεφαρίδων στους ιστούς του ξενιστή: ένας με μακριές βλεφαρίδες που κυμαίνονται μικρά σωματίδια όπως τα βακτηρίδια, αλλά αποκλείουν μεγαλύτερα, και κοντύτερα κτυπήματα που περικλείουν το περιβάλλον υγρά. Αυτές οι βλεφαρίδες λειτουργούν για την πρόσληψη συμβόλων μικροβίων. Λειτουργούν σε ζώνες που μετατοπίζουν βακτήρια και άλλα μικροσκοπικά σωματίδια σε προστατευμένες ζώνες, ενώ ταυτόχρονα αναμιγνύουν υγρά και διευκολύνουν χημικά σήματα έτσι ώστε τα βακτήρια να μπορούν να αποικίσουν την επιθυμητή περιοχή. Ως εκ τούτου, οι βλεφαρίδες δουλεύουν για να φιλτράρουν, να καθαρίσουν, να εντοπίσουν, να επιλέξουν και να συσσωματώσουν βακτήρια και να ελέγξουν την πρόσφυση για τις επιφάνειες με σιλικόνη.

Η Cilia έχει επίσης ανακαλυφθεί ότι συμμετέχει σε φυσαλιδώδη έκκριση εκτοσωμάτων. Πιο πρόσφατη έρευνα αποκαλύπτει αλληλεπιδράσεις μεταξύ βλεφαρίδων και κυτταρικών οδών που θα μπορούσαν να παρέχουν πληροφορίες για την κυτταρική επικοινωνία καθώς και για ασθένειες.

Η Flagella μπορεί να βρεθεί σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες. Είναι οργανικά μακρά νήματα κατασκευασμένα από αρκετές πρωτεΐνες που φτάνουν έως και 20 μικρόμετρα σε μήκος μακριά από την επιφάνειά τους πάνω σε βακτήρια. Συνήθως, τα μαστίγια είναι μακρύτερα από τη στήλη και παρέχουν κίνηση και πρόωση. Οι βακτηριακοί κινητήρες νημάτων μαστίγιας μπορούν να περιστραφούν τόσο γρήγορα όσο 15.000 περιστροφές ανά λεπτό (σ.α.λ.). Η ικανότητα κολύμβησης της μαστίγιας βοηθά στη λειτουργία τους, είτε πρόκειται για αναζήτηση τροφής και θρεπτικών συστατικών, αναπαραγωγής ή εισβολής ξενιστών.

Σε προκαρυωτικά όπως βακτήρια, η μαστίγια χρησιμεύει ως μηχανισμός πρόωσης. Είναι ο κύριος τρόπος για τα βακτήρια να κολυμπούν μέσω υγρών. Ένα μαστίγιο στα βακτηρίδια διαθέτει κινητήρα ιόντων για ροπή, γάντζο που μεταδίδει ροπή κινητήρα και νήμα ή μακρά δομή τύπου ουράς που ωθεί το βακτήριο. Ο κινητήρας μπορεί να γυρίσει και να επηρεάσει τη συμπεριφορά του νήματος, αλλάζοντας την κατεύθυνση της διαδρομής για το βακτήριο. Εάν το μαστίγιο κινείται δεξιόστροφα, σχηματίζει ένα υπερ-πηνίο. πολλά μαστίγια μπορούν να σχηματίσουν μια δέσμη, και αυτά βοηθούν στην προώθηση ενός βακτηρίου σε μια ευθεία διαδρομή. Όταν περιστρέφεται με τον αντίθετο τρόπο, το νήμα κάνει ένα κοντύτερο σούπερ στρώμα και η δέσμη flagella αποσυναρμολογείται, οδηγώντας σε πτώση. Λόγω της έλλειψης υψηλής ανάλυσης για πειράματα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν προσομοιώσεις υπολογιστών για την πρόβλεψη της σημαίας.

Η ποσότητα τριβής σε ένα ρευστό επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο το νήμα θα υπερπηδά. Τα βακτήρια μπορούν να φιλοξενήσουν πολλά μαστίγια, όπως με το Escherichia coli. Η Flagella επιτρέπει στα βακτήρια να κολυμπούν προς μία κατεύθυνση και στη συνέχεια να γυρίζουν ανάλογα με τις ανάγκες. Αυτό λειτουργεί μέσω της περιστρεφόμενης ελικοειδούς μαστίγιας, η οποία χρησιμοποιεί διάφορες μεθόδους, όπως κύκλους ώθησης και έλξης. Μια άλλη μέθοδος κίνησης επιτυγχάνεται τυλίγοντας το σώμα των κυττάρων σε μια δέσμη. Με αυτόν τον τρόπο, η μαστίγια μπορεί επίσης να βοηθήσει στην αντιστροφή της κίνησης. Όταν τα βακτήρια συναντούν δύσκολους χώρους, μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους επιτρέποντας στα μαστίγια τους να αναδιαμορφώσουν ή να αποσυναρμολογήσουν τις δέσμες τους. Αυτή η μετάβαση πολυμορφικής κατάστασης επιτρέπει διαφορετικές ταχύτητες, με τις καταστάσεις ώθησης και τραβήγματος να είναι ταχύτερες από τις περιτυλιγμένες καταστάσεις. Αυτό βοηθά σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Για παράδειγμα, η ελικοειδής δέσμη μπορεί να μετακινήσει ένα βακτήριο μέσω ιξωδών περιοχών με αποτέλεσμα ανοιχτήρι. Αυτό βοηθά στην εξερεύνηση βακτηρίων.

Η Flagella παρέχει κίνηση για βακτήρια αλλά επίσης παρέχει έναν μηχανισμό για παθογόνα βακτήρια που βοηθούν στον αποικισμό των ξενιστών και ως εκ τούτου στη μετάδοση ασθενειών. Η Flagella χρησιμοποιεί μια μέθοδο στρίψιμο και ραβδί για την αγκύρωση βακτηρίων σε επιφάνειες. Το Flagella λειτουργεί επίσης ως γέφυρες ή ικριώματα για προσκόλληση στον ιστό του ξενιστή.

Η ευκαρυωτική μαστίγια αποκλίνει από τη σύνθεση προκαρυωτικών. Η Flagella στα ευκαρυωτικά περιέχει πολύ περισσότερες πρωτεΐνες και φέρει κάποια ομοιότητα με την κινητική σίλια, με τα ίδια γενικά πρότυπα κίνησης και ελέγχου. Το Flagella χρησιμοποιείται όχι μόνο για την κίνηση, αλλά και για την υποβοήθηση της κυτταρικής διατροφής και της ευκαρυωτικής αναπαραγωγής. Η Flagella χρησιμοποιεί ενδοφθάλμια μεταφορά, που είναι η μεταφορά ενός συμπλέγματος πρωτεϊνών που απαιτείται για τα μόρια σηματοδότησης που δίνουν κινητικότητα flagella. Η Flagella υπάρχει σε μικροσκοπικούς οργανισμούς όπως το Mastigophora protozoa ή μπορεί να υπάρχουν μέσα σε μεγαλύτερα ζώα. Ορισμένα μικροσκοπικά παράσιτα έχουν επίσης μαστίγιο, βοηθώντας το ταξίδι τους μέσω ενός οργανισμού ξενιστή. Η μαστίγια αυτών των πρωτοστατικών παρασίτων φέρει επίσης μια παραφραγιδική ράβδο ή PFR, η οποία βοηθά στην προσκόλληση σε φορείς όπως τα έντομα. Μερικά άλλα παραδείγματα μαστίγιας στα ευκαρυωτικά περιλαμβάνουν τις ουρές γαμετών όπως το σπέρμα. Η Flagella μπορεί επίσης να βρεθεί σε σφουγγάρια και άλλα υδρόβια είδη. τα μαστίγια σε αυτά τα πλάσματα βοηθούν στην κίνηση του νερού για αναπνοή. Τα ευκαρυωτικά μαστίγια χρησιμεύουν επίσης σχεδόν ως μικροσκοπικές κεραίες ή αισθητήρια οργανίδια. Οι επιστήμονες μόλις τώρα αρχίζουν να καταλαβαίνουν το εύρος της λειτουργίας για τα ευκαρυωτικά μαστίγια.

Πρόσφατες επιστημονικές ανακαλύψεις διαπίστωσαν ότι οι μεταλλάξεις ή άλλα ελαττώματα που σχετίζονται με τη βλεφαρίδες προκαλούν ορισμένες ασθένειες. Αυτές οι καταστάσεις αναφέρονται ως ciliopathies. Επηρεάζουν βαθιά τα άτομα που πάσχουν από αυτά. Μερικές κιλοπάθειες περιλαμβάνουν γνωστική εξασθένηση, εκφυλισμό του αμφιβληστροειδούς, απώλεια ακοής, ανοσμία (απώλεια αίσθησης οσμής), κρανιοπροσωπικές ανωμαλίες, πνεύμονες και αεραγωγούς ανωμαλίες, ασυμμετρία αριστερά-δεξιά και συναφή καρδιακά ελαττώματα, παγκρεατικές κύστεις, ηπατική νόσο, στειρότητα, πολυδυστακτικές και νεφρικές ανωμαλίες όπως κύστες, μεταξύ οι υπολοιποι. Επιπρόσθετα, ορισμένοι καρκίνοι συνδέονται με τις παθήσεις

Ορισμένες νεφρικές διαταραχές που σχετίζονται με τη δυσλειτουργία της κολίτιδας περιλαμβάνουν τη νεφρονόρθωση και τόσο την αυτοσωμική κυρίαρχη όσο και την αυτοσωμική υπολειπόμενη πολυκυστική νεφρική νόσο. Η δυσλειτουργία των βλεφαρίδων δεν μπορεί να σταματήσει την κυτταρική διαίρεση λόγω μη ανίχνευσης της ροής των ούρων, οδηγώντας σε ανάπτυξη κύστης.

Στο σύνδρομο Kartagener, η δυσλειτουργία του βραχίονα της dynein οδηγεί σε αναποτελεσματική εκκαθάριση της αναπνευστικής οδού βακτηρίων και άλλων ουσιών. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε επαναλαμβανόμενες αναπνευστικές λοιμώξεις.

Στο σύνδρομο Bardet-Biedl, η δυσπλασία της βλεφαρίδας οδηγεί σε προβλήματα όπως ο εκφυλισμός του αμφιβληστροειδούς, η πολυδυστακτική, οι εγκεφαλικές διαταραχές και η παχυσαρκία.

Οι μη κληρονομικές ασθένειες μπορεί να προκύψουν από βλάβες στα βλεφαρίδες, όπως από υπολείμματα τσιγάρων. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε βρογχίτιδα και άλλα ζητήματα.

Τα παθογόνα μπορούν επίσης να κυριαρχήσουν στην κανονική συμβιωτική ανάπτυξη βακτηρίων από βλεφαρίδες, όπως με τα είδη Bordetella, τα οποία προκαλεί μείωση του χτυπήματος των κροσσών και επομένως επιτρέπει στο παθογόνο να προσκολληθεί σε ένα υπόστρωμα και να οδηγήσει σε μόλυνση του ανθρώπου αεραγωγες.

Ορισμένες βακτηριακές λοιμώξεις σχετίζονται με τη λειτουργία της μαστίγιας. Παραδείγματα παθογόνων βακτηρίων περιλαμβάνουν Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa και Campylobacter jejuni. Εμφανίζονται πολλές αλληλεπιδράσεις που οδηγούν τα βακτήρια να εισβάλλουν στους ιστούς ξενιστές. Η Flagella ενεργεί ως δεσμευτικοί ανιχνευτές, αναζητώντας την αγορά στο υπόστρωμα του ξενιστή. Μερικά φυτοβακτήρια χρησιμοποιούν το μαστίγιο τους για να προσκολλώνται στους ιστούς των φυτών. Αυτό οδηγεί σε παραγωγή όπως φρούτα και λαχανικά να γίνουν δευτερεύοντες ξενιστές βακτηρίων που μολύνουν ανθρώπους και ζώα. Ένα παράδειγμα είναι η Listeria monocytogenes, και φυσικά το Ε. Το coli και η Salmonella είναι διάσημοι παράγοντες της τροφικής ασθένειας.

Το Helicobacter pylori χρησιμοποιεί το μαστίγιο για να κολυμπήσει μέσω της βλέννας και να εισβάλει στην επένδυση του στομάχου, αποφεύγοντας το προστατευτικό οξύ του στομάχου. Οι βλεννώδεις επενδύσεις λειτουργούν ως ανοσολογική άμυνα για να παγιδεύσουν τέτοια εισβολή δεσμεύοντας μαστίγια, αλλά μερικά βακτήρια βρίσκουν διάφορους τρόπους για να ξεφύγουν από την αναγνώριση και τη σύλληψη. Τα νήματα της μαστίγιας μπορούν να υποβαθμιστούν έτσι ώστε ο κεντρικός υπολογιστής να μην μπορεί να τα αναγνωρίσει ή η έκφραση και η κινητικότητά τους να απενεργοποιηθούν.

Το σύνδρομο Kartagener επηρεάζει επίσης τη μαστίγια. Αυτό το σύνδρομο διαταράσσει τους βραχίονες της dynein μεταξύ των μικροσωληνίσκων. Το αποτέλεσμα είναι η υπογονιμότητα λόγω των σπερματοζωαρίων που δεν έχουν την πρόωση που απαιτείται από τη μαστίγια για να κολυμπήσουν και να γονιμοποιήσουν τα αυγά.

Καθώς οι επιστήμονες μαθαίνουν περισσότερα για τη βλεφαρίδα και τη μαστίγια, και διευκρινίζουν περαιτέρω το ρόλο τους στους οργανισμούς, πρέπει να ακολουθήσουν νέες προσεγγίσεις για τη θεραπεία ασθενειών και την παρασκευή φαρμάκων.