Los cilios y los flagelos son dos tipos diferentes de apéndices microscópicos en las células. Los cilios se encuentran tanto en animales como en microorganismos, pero no en la mayoría de las plantas. Los flagelos se utilizan para la movilidad en bacterias y gametos de eucariotas. Tanto los cilios como los flagelos cumplen funciones de locomoción, pero de diferentes maneras. Ambos dependen de la dineína, que es una proteína motora, y de los microtúbulos para funcionar.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Los cilios y los flagelos son orgánulos en las células que proporcionan propulsión, dispositivos sensoriales, mecanismos de depuración y muchas otras funciones importantes en los organismos vivos.
¿Qué son los cilios?
Los cilios fueron los primeros orgánulos descubiertos por Antonie van Leeuwenhoek a finales del siglo XVII. Observó cilios móviles (en movimiento), “patitas”, que describió como residiendo en “animálculos” (probablemente protozoos). Los cilios inmóviles se observaron mucho más tarde con mejores microscopios. La mayoría de los cilios existen en animales, en casi todos los tipos de células, conservados en muchas especies en evolución. Sin embargo, algunos cilios se pueden encontrar en las plantas en forma de gametos. Los cilios están formados por microtúbulos en una disposición llamada axonema ciliar, que está cubierto por la membrana plasmática. El cuerpo celular produce proteínas ciliares y las mueve a la punta del axonema; este proceso se llama transporte intraciliar o intraflagelar (IFT). Actualmente, los científicos piensan que aproximadamente el 10 por ciento del genoma humano está dedicado a los cilios y su génesis.
Los cilios varían de 1 a 10 micrómetros de largo. Estos organelos de apéndices similares a pelos funcionan para mover células y materiales. Pueden mover fluidos para especies acuáticas como las almejas, para permitir el transporte de alimentos y oxígeno. Los cilios ayudan con la respiración en los pulmones de los animales al evitar que los desechos y los patógenos potenciales invadan el cuerpo. Los cilios son más cortos que los flagelos y se concentran en cantidades mucho mayores. Suelen moverse en un trazo rápido casi al mismo tiempo en grupo, constituyendo un efecto de onda. Los cilios también pueden ayudar en la locomoción de algunos tipos de protozoos. Existen dos tipos de cilios: cilios móviles (móviles) y no móviles (o primarios), y ambos funcionan a través de sistemas IFT. Los cilios móviles residen en las vías respiratorias y los pulmones, así como en el interior del oído. Los cilios inmóviles residen en muchos órganos.
¿Qué son los flagelos?
Los flagelos son apéndices que ayudan a mover las bacterias y los gametos de los eucariotas, así como algunos protozoos. Los flagelos tienden a ser singulares, como una cola. Por lo general, son más largos que los cilios. En los procariotas, los flagelos funcionan como pequeños motores con rotación. En eucariotas, realizan movimientos más suaves.
Funciones de los cilios
Los cilios juegan un papel en el ciclo celular y en el desarrollo animal, como en el corazón. Los cilios permiten selectivamente que ciertas proteínas funcionen correctamente. Los cilios también juegan un papel en la comunicación celular y el tráfico molecular.
Los cilios móviles poseen una disposición 9 + 2 de nueve pares de microtúbulos externos, junto con un centro de dos microtúbulos. Los cilios móviles utilizan su ondulación rítmica para barrer sustancias, como para limpiar la suciedad, el polvo, los microorganismos y la mucosidad, para prevenir enfermedades. Por eso existen en el revestimiento de las vías respiratorias. Los cilios móviles pueden detectar y mover el líquido extracelular.
Los cilios primarios o no móviles no se ajustan a la misma estructura que los cilios móviles. Están dispuestos como microtúbulos de apéndice individuales sin la estructura de microtúbulos centrales. No poseen brazos de dineína, de ahí su falta de movilidad general. Durante muchos años, los científicos no se centraron en estos cilios primarios y, por lo tanto, sabían poco de sus funciones. Los cilios inmóviles sirven como aparatos sensoriales para las células, detectando señales. Desempeñan papeles cruciales en las neuronas sensoriales. Se pueden encontrar cilios inmóviles en los riñones para detectar el flujo de orina, así como en los ojos de los fotorreceptores de la retina. En los fotorreceptores, funcionan para transportar proteínas vitales desde el segmento interno del fotorreceptor al segmento externo; sin esta función, los fotorreceptores morirían. Cuando los cilios detectan un flujo de líquido, eso conduce a cambios en el crecimiento celular.
Los cilios proporcionan más que solo funciones sensoriales y de aclaramiento. También proporcionan hábitats o áreas de reclutamiento para microbiomas simbióticos en animales. En animales acuáticos como el calamar, estos tejidos epiteliales mucosos pueden observarse más directamente, ya que son comunes y no son superficies internas. Existen dos tipos diferentes de poblaciones de cilios en los tejidos del huésped: uno con cilios largos que se mueven a lo largo partículas pequeñas como las bacterias, pero excluyen las más grandes y los cilios batientes más cortos que mezclan fluidos. Estos cilios trabajan para reclutar simbiontes de microbioma. Trabajan en zonas que desplazan bacterias y otras partículas diminutas a zonas protegidas, al mismo tiempo que mezclan fluidos y facilitan las señales químicas para que las bacterias puedan colonizar la región deseada. Por lo tanto, los cilios trabajan para filtrar, limpiar, localizar, seleccionar y agregar bacterias y controlar la adhesión de las superficies ciliadas.
También se ha descubierto que los cilios participan en la secreción vesicular de ectosomas. Investigaciones más recientes revelan interacciones entre los cilios y las vías celulares que podrían proporcionar información sobre la comunicación celular, así como sobre las enfermedades.
Funciones de los flagelos
Los flagelos se pueden encontrar en procariotas y eucariotas. Son orgánulos de filamentos largos hechos de varias proteínas que alcanzan hasta 20 micrómetros de longitud desde su superficie en las bacterias. Por lo general, los flagelos son más largos que los cilios y proporcionan movimiento y propulsión. Los motores de filamentos de flagelos bacterianos pueden girar tan rápido como 15.000 revoluciones por minuto (rpm). La capacidad de natación de los flagelos ayuda en su función, ya sea para buscar alimento y nutrientes, reproducirse o invadir huéspedes.
En procariotas como las bacterias, los flagelos sirven como mecanismos de propulsión; son la principal forma en que las bacterias nadan a través de los fluidos. Un flagelo en las bacterias posee un motor de iones para el torque, un gancho que transmite el torque del motor y un filamento, o una estructura en forma de cola larga que impulsa a la bacteria. El motor puede girar y afectar el comportamiento del filamento, cambiando la dirección de desplazamiento de la bacteria. Si el flagelo se mueve en el sentido de las agujas del reloj, forma un superenrollamiento; varios flagelos pueden formar un haz, y estos ayudan a impulsar una bacteria en un camino recto. Cuando se gira en sentido contrario, el filamento forma una superenrollamiento más corto y el haz de flagelos se desmonta, lo que provoca que se caiga. Debido a la falta de alta resolución para los experimentos, los científicos usan simulaciones por computadora para predecir el movimiento flagelar.
La cantidad de fricción en un fluido afecta cómo se superenrollará el filamento. Las bacterias pueden albergar varios flagelos, como Escherichia coli. Los flagelos permiten que las bacterias naden en una dirección y luego giren según sea necesario. Esto funciona a través de los flagelos helicoidales giratorios, que utilizan varios métodos, incluidos los ciclos de empujar y tirar. Otro método de movimiento se logra envolviendo el cuerpo celular en un paquete. De esta manera, los flagelos también pueden ayudar a revertir el movimiento. Cuando las bacterias encuentran espacios desafiantes, pueden cambiar su posición permitiendo que sus flagelos reconfiguren o desarmen sus paquetes. Esta transición de estado polimórfico permite diferentes velocidades, y los estados de empujar y tirar suelen ser más rápidos que los estados envueltos. Esto ayuda en diferentes entornos; por ejemplo, el haz helicoidal puede mover una bacteria a través de áreas viscosas con un efecto de sacacorchos. Esto ayuda en la exploración bacteriana.
Los flagelos proporcionan movimiento a las bacterias, pero también proporcionan un mecanismo para que las bacterias patógenas ayuden a colonizar a los huéspedes y, por lo tanto, a transmitir enfermedades. Los flagelos utilizan un método de girar y pegar para anclar las bacterias en las superficies. Los flagelos también funcionan como puentes o andamios para la adhesión al tejido del huésped.
Los flagelos eucariotas difieren de los procariotas en composición. Los flagelos en eucariotas contienen muchas más proteínas y tienen cierta similitud con los cilios móviles, con los mismos patrones generales de movimiento y control. Los flagelos se utilizan no solo para el movimiento, sino también para ayudar en la alimentación celular y la reproducción eucariota. Los flagelos utilizan el transporte intraflagelar, que es el transporte de un complejo de proteínas necesarias para las moléculas de señalización que dan movilidad a los flagelos. Los flagelos existen en organismos microscópicos como los protozoos Mastigophora, o pueden existir dentro de animales más grandes. Varios parásitos microscópicos también poseen flagelos, lo que les ayuda a viajar a través de un organismo huésped. Los flagelos de estos parásitos protistas también llevan una varilla paraflagelar o PFR, que ayuda a adherirse a vectores como los insectos. Algunos otros ejemplos de flagelos en eucariotas incluyen las colas de gametos como los espermatozoides. Los flagelos también se pueden encontrar en esponjas y otras especies acuáticas; los flagelos de estas criaturas ayudan a mover el agua para la respiración. Los flagelos eucariotas también sirven casi como antenas diminutas u orgánulos sensoriales. Los científicos recién ahora están comenzando a comprender la amplitud de la función de los flagelos eucariotas.
Enfermedades relacionadas con los cilios
Los descubrimientos científicos recientes han encontrado que las mutaciones u otros defectos relacionados con los cilios causan una serie de enfermedades. Estas condiciones se conocen como ciliopatías. Afectan profundamente a las personas que las padecen. Algunas ciliopatías incluyen deterioro cognitivo, degeneración de la retina, pérdida de audición, anosmia (pérdida del sentido del olfato), anomalías craneofaciales, pulmones y vías respiratorias. anormalidades, asimetría izquierda-derecha y defectos cardíacos relacionados, quistes pancreáticos, enfermedad hepática, infertilidad, polidactilia y anomalías renales como quistes, entre otros. Además, algunos cánceres tienen una conexión con las ciliopatías.
Algunos trastornos renales relacionados con la disfunción de los cilios incluyen la nefronoptisis y la poliquistosis renal autosómica dominante y autosómica recesiva. Los cilios que funcionan mal no pueden detener la división celular debido a que no se detecta el flujo de orina, lo que lleva al desarrollo de quistes.
En el síndrome de Kartagener, la disfunción del brazo de dineína conduce a una limpieza ineficaz del tracto respiratorio de bacterias y otras sustancias. Esto puede provocar infecciones respiratorias repetidas.
En el síndrome de Bardet-Biedl, la malformación de los cilios conduce a problemas como degeneración de la retina, polidactilia, trastornos cerebrales y obesidad.
Las enfermedades no hereditarias pueden ser el resultado de daños en los cilios, como los residuos de cigarrillos. Esto puede provocar bronquitis y otros problemas.
Los patógenos también pueden comandar el fomento simbiótico normal de bacterias por los cilios, como ocurre con las especies de Bordetella, que Hace que el latido de los cilios se reduzca y, por lo tanto, permite que el patógeno se adhiera a un sustrato y provoque la infección del ser humano. vías respiratorias.
Enfermedades relacionadas con los flagelos
Varias infecciones bacterianas se relacionan con la función de los flagelos. Los ejemplos de bacterias patógenas incluyen Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa y Campylobacter jejuni. Se producen una serie de interacciones que llevan a las bacterias a invadir los tejidos del huésped. Los flagelos actúan como sondas de unión, buscando agarrarse en el sustrato del hospedador. Algunas fitobacterias usan sus flagelos para adherirse a los tejidos vegetales. Esto lleva a que productos como frutas y verduras se conviertan en huéspedes secundarios de las bacterias que infectan a los seres humanos y los animales. Un ejemplo es Listeria monocytogenes y, por supuesto, E. coli y Salmonella son agentes infames de enfermedades transmitidas por alimentos.
Helicobacter pylori usa su flagelo para nadar a través del moco e invadir el revestimiento del estómago, evitando el ácido estomacal protector. Los revestimientos mucosos funcionan como una defensa inmune para atrapar tal invasión al unir flagelos, pero algunas bacterias encuentran varias formas de escapar al reconocimiento y la captura. Los filamentos de los flagelos pueden degradarse de modo que el huésped no los pueda reconocer, o su expresión y motilidad pueden apagarse.
El síndrome de Kartagener también afecta a los flagelos. Este síndrome altera los brazos de dineína entre los microtúbulos. El resultado es la infertilidad debido a que los espermatozoides carecen de la propulsión necesaria de los flagelos para nadar y fertilizar los óvulos.
A medida que los científicos aprenden más sobre los cilios y los flagelos, y aclaran aún más sus funciones en los organismos, deberían seguir nuevos enfoques para tratar enfermedades y fabricar medicamentos.