Mobilnost stanica ključna je komponenta za preživljavanje mnogih jednoćelijskih organizama, a može biti važna i kod naprednijih životinja. Stanice koriste bičeve za kretanje tražiti hranu i izbjeći opasnost. Bičevi slični biču mogu se okretati kako bi potaknuli kretanje pomoću efekta vadičepa ili mogu djelovati poput vesla kako bi veslali stanice kroz tekućine.
Bičevi se nalaze u bakterijama i u nekim eukariotima, ali te dvije vrste bičeva imaju drugačiju strukturu.
Bakterijski flagellum pomaže korisnim bakterijama da se kreću kroz organizam i pomaže širenju bakterija koje uzrokuju bolesti tijekom infekcija. Mogu se preseliti tamo gdje se mogu razmnožiti i mogu izbjeći neke napade imunološkog sustava organizma. Za napredne životinje, stanice poput sperme pomiču se uz pomoć bičeva.
U svakom slučaju, kretanje bičeva omogućuje stanici da se kreće u općem smjeru.
Građa bičeva prokariotskih stanica je jednostavna
Bičevi za prokarioti poput bakterija sastoje se od tri dijela:
- The nit flageluma je šuplja cijev izrađena od flagelarnog proteina tzv flagellin.
- Na dnu filamenta nalazi se fleksibilna kuka koji spaja nit s bazom i djeluje kao univerzalni zglob.
- The bazalno tijelo sastoji se od šipke i niza prstenova koji pričvršćuju pahuljicu na staničnu stijenku i plazemsku membranu.
Bačvasti filament nastaje transportiranjem proteina flagellina iz staničnih ribosoma kroz šuplju jezgru do vrha na kojem se flagellin veže i čini da nit raste. Bazalno tijelo tvori motor flageluma, a kuka daje rotaciji efekt vadičepa.
Eukariotske bičevi imaju složenu strukturu
Prijedlog eukariotski flagella i prokariontskih stanica slična je, ali struktura niti i mehanizam rotacije su različiti. Bazalno tijelo eukariotskih bičeva usidreno je za tijelo stanice, ali flagelumu nedostaju šipka i diskovi. Umjesto toga, nit je čvrsta i sastoji se od nje parovi mikrotubula.
Cjevčice su postavljene kao devet dvostrukih cijevi oko središnjeg para cijevi u tvorbi 9 + 2. Cjevčice se sastoje od linearne proteinske žice oko šupljeg središta. Dvostruke cijevi dijele zajednički zid dok su središnje cijevi neovisne.
Proteinske žbice, sjekire i karike pridružuju se mikrotubule duž duljine niti. Umjesto kretanja stvorenog u bazi rotirajućim prstenovima, kretanje flageluma dolazi od interakcije mikrotubula.
Djelatnost bičeva rotacijskim gibanjem niti
Iako bakterijske bičevi i eukariotske stanice imaju drugačiju strukturu, obojica djeluju rotacijskim pokretom niti da bi pokrenuli stanicu ili premjestili tekućinu pored stanice. Kraći filamenti će se težiti pomicanju naprijed-natrag, dok će duži filamenti imati kružno spiralno gibanje.
U bakterijskim bičevima kuka na dnu niti rotira tamo gdje je usidrena u stanične stijenke i plazma membrana. Rotacija kuke rezultira propelerskim pomicanjem bičeva. U eukariotskim bičevima rotacijsko gibanje posljedica je sekvencijalnog savijanja niti.
Rezultirajuće kretanje može biti rotacijsko i poput biča.
Prokariotske bičeve bakterija pokreće bičavi motor
Pod kukom bakterijskih bičeva, baza flageluma pričvršćena je na staničnu stijenku i staničnu plazmatsku membranu nizom prstenova okruženih proteinima. Protonska pumpa stvara protonski gradijent preko najnižeg prstena, a elektrokemijski gradijent omogućuje rotaciju kroz pokretačka sila protona.
Kada se protoni difuziraju preko najniže granice prstena zbog pokretačke sile protona, prsten se zavrti i pričvršćena kuka žarne niti se okreće. Rotacija u jednom smjeru rezultira kontroliranim kretanjem bakterije prema naprijed. Rotacija u drugom smjeru čini da se bakterije kreću slučajnim padom.
Rezultirajuća bakterijska pokretljivost u kombinaciji s promjenom smjera rotacije stvara neku vrstu slučajnog hoda koji omogućava stanici da pokriva puno tla u općem smjeru.
Eukariotske bičeve Koristite ATP za savijanje
Baza biča eukariotskih stanica čvrsto je usidrena na stanična membrana a bičevi se savijaju, a ne okreću. Proteinski lanci zvani dinein su pričvršćene na neke od dvostrukih mikrotubula raspoređenih oko niti flagela u radijalnim žbicama.
Molekule dineina koriste energiju iz adenozin trifosfat (ATP), molekula za pohranu energije, koja proizvodi savijanje u bičevima.
Molekule dineina čine da se bičevi savijaju pomičući mikrotubule gore-dolje jedna prema drugoj. Oni odvajaju jednu od fosfatnih skupina od molekula ATP-a i koriste oslobođenu kemijsku energiju kako bi zgrabili jednu od mikrotubula i premjestili je prema tubulu za koji su vezani.
Koordiniranjem takvog savijanja, rezultirajuće gibanje niti može biti rotacijsko ili naprijed-natrag.
Prokariotske bičevi važni su za razmnožavanje bakterija
Iako bakterije mogu duže vrijeme preživjeti na otvorenom i na čvrstim površinama, one rastu i razmnožavaju se u tekućinama. Tipično fluidno okruženje otopine su bogate hranjivim tvarima i unutrašnjost naprednih organizama.
Mnoge od ovih bakterija, poput onih u crijeva životinja, su korisni, ali moraju biti u mogućnosti pronaći hranjive sastojke koji su im potrebni i izbjeći opasne situacije.
Bičevi im omogućuju kretanje prema hrani, dalje od opasnih kemikalija i širenje kad se razmnožavaju.
Nisu sve bakterije u crijevima korisne. H. pylori, na primjer, je bičevita bakterija koja uzrokuje čir na želucu. Oslanja se na bičeve koji se kreću kroz sluz probavnog sustava i izbjegavaju previše kisela područja. Kad pronađe povoljan prostor, množi se i koristi bičeve za širenje.
Studije su pokazale da H. pylori bičevi su ključni čimbenik u zaraznosti bakterija.
Povezani članak: Prijenos signala: definicija, funkcija, primjeri
Bakterije se mogu klasificirati prema broj i mjesto njihovih bičeva. Monotihno bakterije imaju jedan bičević na jednom kraju stanice. Lophotrichous bakterije na jednom kraju imaju gomilu nekoliko bičeva.
Peritrichous bakterije imaju i bočne bičeve i bičeve na krajevima stanice dok amfitrični bakterije mogu imati jedan ili nekoliko bičeva na oba kraja.
Raspored bičeva utječe na to kako brzo i na koji način se bakterija može kretati.
Eukariotske stanice koriste se bičevima za kretanje unutar i izvan organizama
Eukariotske stanice s jezgrom i organele nalaze se u višim biljkama i životinjama, ali i kao jednostanični organizmi. Primarne stanice koriste se eukariotskim bičevima za kretanje, ali ih se može naći i kod naprednih životinja.
U slučaju jednoćelijskih organizama, bičevi se koriste za lociranje hrane, širenje i bijeg od grabežljivaca ili nepovoljnih uvjeta. U naprednim životinjama određene stanice koriste eukariotski bič u posebne svrhe.
Na primjer, zelene algeChlamydomonas reinhardtii koristi dvije alge bičeve za kretanje kroz vodu jezera i rijeka ili tla. Oslanja se na ovaj pokret za širenje nakon razmnožavanja i široko je rasprostranjen širom svijeta.
U viših životinja, spermatozoida je primjer mobilne stanice koja koristi eukariotski bič za kretanje. Tako se spermija kreće ženskim reproduktivnim traktom da bi oplodila jajnu stanicu i započela spolnu reprodukciju.
