Mobilité cellulaire est un élément clé pour la survie de nombreux organismes unicellulaires, et il peut également être important chez les animaux plus avancés. Les cellules utilisent des flagelles pour locomotion chercher de la nourriture et échapper au danger. Les flagelles en forme de fouet peuvent être tournés pour favoriser le mouvement via un effet de tire-bouchon, ou ils peuvent agir comme des rames pour faire passer les cellules à travers les liquides.
Les flagelles se trouvent dans les bactéries et chez certains eucaryotes, mais ces deux types de flagelles ont une structure différente.
Un flagelle bactérien aide les bactéries bénéfiques à se déplacer dans l'organisme et aide les bactéries pathogènes à se propager pendant les infections. Ils peuvent se déplacer là où ils peuvent se multiplier, et ils peuvent éviter certaines des attaques du système immunitaire de l'organisme. Pour les animaux avancés, les cellules telles que les spermatozoïdes se déplacent à l'aide d'un flagelle.
Dans chaque cas, le mouvement des flagelles permet à la cellule de se déplacer dans une direction générale.
La structure des flagelles des cellules procaryotes est simple
Flagelles pour procaryotes telles que les bactéries sont composées de trois parties :
- le filament du flagelle est un tube creux constitué d'une protéine flagellaire appelée flagelline.
- A la base du filament se trouve un crochet souple qui couple le filament à la base et agit comme un joint universel.
- le corps basal est constitué d'une tige et d'une série d'anneaux qui ancrent le flagelle à la paroi cellulaire et à la membrane plasmique.
Le filament flagellaire est créé en transportant la protéine flagelline des ribosomes cellulaires à travers le noyau creux jusqu'à la pointe où la flagelline se fixe et fait croître le filament. Le corps basal forme le moteur du flagelle, et le crochet donne à la rotation un effet tire-bouchon.
Les flagelles eucaryotes ont une structure complexe
Le mouvement de eucaryote flagelles et ceux des cellules procaryotes est similaire, mais la structure du filament et le mécanisme de rotation sont différents. Le corps basal des flagelles eucaryotes est ancré au corps cellulaire, mais le flagelle n'a pas de tige et de disques. Au lieu de cela, le filament est solide et est composé de paires de microtubules.
Les tubules sont disposés en neuf tubes doubles autour d'une paire centrale de tubes dans une formation 9 + 2. Les tubules sont constitués de chaînes de protéines linéaires autour d'un centre creux. Les tubes doubles partagent une paroi commune tandis que les tubes centraux sont indépendants.
Les rayons, axes et maillons protéinés rejoignent le microtubules sur toute la longueur du filament. Au lieu d'un mouvement créé à la base par des anneaux en rotation, le mouvement du flagelle provient de l'interaction des microtubules.
Les flagelles fonctionnent grâce au mouvement de rotation du filament
Bien que les flagelles bactériens et ceux des cellules eucaryotes aient une structure différente, ils fonctionnent tous deux grâce à un mouvement de rotation du filament pour propulser la cellule ou déplacer les fluides au-delà de la cellule. Les filaments plus courts auront tendance à se déplacer d'avant en arrière tandis que les filaments plus longs auront un mouvement en spirale circulaire.
Dans les flagelles bactériens, le crochet au bas du filament tourne où il est ancré au paroi cellulaire et membrane plasma. La rotation du crochet entraîne un mouvement semblable à une hélice des flagelles. Dans les flagelles eucaryotes, le mouvement de rotation est dû à la flexion séquentielle du filament.
Le mouvement résultant peut être semblable à un fouet en plus d'être rotatif.
Les flagelles procaryotes des bactéries sont alimentés par un moteur flagellaire
Sous le crochet des flagelles bactériens, la base du flagelle est attachée à la paroi cellulaire et à la membrane plasmique de la cellule par une série d'anneaux entourés de chaînes protéiques. Une pompe à protons crée un gradient de protons à travers le plus bas des anneaux, et le gradient électrochimique alimente la rotation à travers un force motrice de protons.
Lorsque les protons diffusent à travers la limite inférieure de l'anneau en raison de la force motrice du proton, l'anneau tourne et le crochet du filament attaché tourne. La rotation dans un sens entraîne un mouvement vers l'avant contrôlé de la bactérie. La rotation dans l'autre sens fait que les bactéries se déplacent de manière aléatoire.
La motilité bactérienne qui en résulte, combinée au changement de sens de rotation, produit une sorte de marche aléatoire qui permet à la cellule de couvrir beaucoup de terrain dans une direction générale.
Les flagelles eucaryotes utilisent l'ATP pour se plier
La base du flagelle des cellules eucaryotes est solidement ancrée au membrane cellulaire et les flagelles se plient au lieu de tourner. Les chaînes de protéines appelées dynéine sont attachés à certains des doubles microtubules disposés autour des filaments des flagelles en rayons radiaux.
Les molécules de dynéine utilisent l'énergie de l'adénosine triphosphate (ATP), une molécule de stockage d'énergie, pour produire un mouvement de flexion dans les flagelles.
Les molécules de dynéine font plier les flagelles en déplaçant les microtubules de haut en bas les uns contre les autres. Ils détachent l'un des groupes phosphate des molécules d'ATP et utilisent l'énergie chimique libérée pour saisir l'un des microtubules et le déplacer contre le tubule auquel ils sont attachés.
En coordonnant une telle action de flexion, le mouvement de filament résultant peut être de rotation ou de va-et-vient.
Les flagelles procaryotes sont importants pour la propagation bactérienne
Alors que les bactéries peuvent survivre pendant de longues périodes à l'air libre et sur des surfaces solides, elles se développent et se multiplient dans les fluides. Les environnements fluides typiques sont des solutions riches en nutriments et l'intérieur d'organismes avancés.
Bon nombre de ces bactéries, comme celles présentes dans le intestin des animaux, sont bénéfiques, mais ils doivent pouvoir trouver les nutriments dont ils ont besoin et éviter les situations dangereuses.
Les flagelles leur permettent de se diriger vers la nourriture, de s'éloigner des produits chimiques dangereux et de se propager lorsqu'ils se multiplient.
Toutes les bactéries intestinales ne sont pas bénéfiques. H. pylori, par exemple, est une bactérie flagellée qui provoque des ulcères d'estomac. Il s'appuie sur les flagelles pour se déplacer dans le mucus du système digestif et éviter les zones trop acides. Lorsqu'il trouve un espace favorable, il se multiplie et utilise des flagelles pour s'étaler.
Des études ont montré que le H. pylori flagelles sont un facteur clé de l'infectiosité de la bactérie.
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Les bactéries peuvent être classées selon la nombre et emplacement de leurs flagelles. Monotriche les bactéries ont un seul flagelle à une extrémité de la cellule. Lophotrichous les bactéries ont un groupe de plusieurs flagelles à une extrémité.
péritriche les bactéries ont à la fois des flagelles latéraux et des flagelles aux extrémités de la cellule tandis que amphitriche les bactéries peuvent avoir un ou plusieurs flagelles aux deux extrémités.
La disposition des flagelles influence la rapidité et la manière dont la bactérie peut se déplacer.
Les cellules eucaryotes utilisent des flagelles pour se déplacer à l'intérieur et à l'extérieur des organismes
Cellules eucaryotes à noyau et organites se trouvent dans les plantes et les animaux supérieurs, mais aussi en tant qu'organismes unicellulaires. Les flagelles eucaryotes sont utilisés par les cellules primitives pour se déplacer, mais ils peuvent également être trouvés chez les animaux avancés.
Dans le cas des organismes unicellulaires, les flagelles sont utilisés pour localiser la nourriture, pour se propager et pour échapper aux prédateurs ou aux conditions défavorables. Chez les animaux avancés, des cellules spécifiques utilisent un flagelle eucaryote à des fins spéciales.
Par exemple, le les algues vertesChlamydomonas reinhardtii utilise deux flagelles d'algues pour se déplacer dans l'eau des lacs et des rivières ou dans le sol. Il repose sur ce mouvement pour se propager après la reproduction et est largement distribué dans le monde.
Chez les animaux supérieurs, le spermatozoïde est un exemple de cellule mobile utilisant un flagelle eucaryote pour se déplacer. C'est ainsi que les spermatozoïdes se déplacent dans l'appareil reproducteur féminin pour féconder l'ovule et commencer la reproduction sexuée.