Koje su glavne funkcije cilije i bičeva?

Cilia i bičevi dvije su različite vrste mikroskopskih dodataka na stanicama. Cilia se nalazi i u životinjama i u mikroorganizmima, ali ne u većini biljaka. Bičevi se koriste za pokretljivost bakterija kao i spolnih stanica eukariota. I trepavice i bičevi služe funkcijama kretanja, ali na različite načine. Oboje se oslanjaju na dinein, koji je motorni protein, i mikrotubule za rad.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Cilia i bičevi organele su na stanicama koje pružaju pogon, senzorne uređaje, mehanizme čišćenja i brojne druge važne funkcije u živim organizmima.

Cilia su bile prve organele koje je otkrio Antonie van Leeuwenhoek krajem 17. stoljeća. Promatrao je pokretne (pokretne) cilije, "male noge", za koje je opisao da obitavaju na "životinjama" (vjerojatno praživotinjama). Nepokretne cilije opažene su mnogo kasnije boljim mikroskopima. Većina trepavica postoji u životinja, u gotovo svim vrstama stanica, sačuvanih u mnogim vrstama u evoluciji. Međutim, neke se cilije mogu naći u biljkama u obliku spolnih stanica. Cilije su izrađene od mikrotubula u aranžmanu nazvanom cilijarni aksonem, koji je prekriven plazmatskom membranom. Stanično tijelo stvara cilijarne proteine ​​i premješta ih na vrh aksonema; taj se proces naziva intracilijarni ili intraflagelarni transport (IFT). Trenutno znanstvenici misle da je približno 10 posto ljudskog genoma posvećeno trepavicama i njihovoj genezi.

Cilije se kreću od 1 do 10 mikrometara. Ovi organeli nalik na dlake djeluju na pomicanje stanica kao i na premještanje materijala. Oni mogu premještati tekućine za vodene vrste kao što su školjke, kako bi omogućili transport hrane i kisika. Cilia pomažu u disanju u plućima životinja sprečavajući krhotine i potencijalne patogene da napadaju tijelo. Cilije su kraće od bičeva i koncentriraju se u mnogo većem broju. Skloni su kretati se brzim udarcem gotovo istodobno u grupi, čineći valni efekt. Cilia također može pomoći u kretanju nekih vrsta protozoa. Postoje dvije vrste trepavica: pokretne (pokretne) i nemotilne (ili primarne) cilije, a obje djeluju putem IFT sustava. Pokretne cilije borave u prolazima dišnih putova i plućima, kao i unutar uha. U mnogim organima borave nepomične cilije.

Bičevi su dodaci koji pomažu u kretanju bakterija i spolnih stanica eukariota, kao i nekih protozoa. Bičevi su obično jedinstveni, poput repa. Tipično su dulje od cilija. U prokariota, bičevi djeluju poput malih motora s rotacijom. U eukariota čine uglađenije pokrete.

Cilia igra ulogu u staničnom ciklusu, kao i razvoju životinja, poput srca. Cilia selektivno dopušta određenim proteinima da pravilno funkcioniraju. Cilia također igra ulogu stanične komunikacije i molekularne trgovine.

Pokretne cilije posjeduju raspored 9 + 2 od devet vanjskih parova mikrotubula, zajedno sa središtem od dvije mikrotubule. Pokretne cilije koriste svoje ritmičko valjanje kako bi odnijele tvari, poput čišćenja nečistoće, prašine, mikroorganizama i sluzi, kako bi spriječile bolest. Zbog toga postoje na oblogama dišnih putova. Pokretne cilije mogu i osjetiti i premještati izvanstaničnu tekućinu.

Nepomične ili primarne reljepice ne odgovaraju istoj strukturi kao pokretne trepavice. Oni su raspoređeni kao pojedinačni prirasli mikrotubuli bez središnje strukture mikrotubula. Ne posjeduju dineinske ruke, otuda i njihova općenita nemotilnost. Znanstvenici se dugi niz godina nisu usredotočili na ove primarne cilije i zato su malo znali o njihovim funkcijama. Nepomične cilije služe kao osjetni aparat za stanice, otkrivajući signale. Oni igraju presudnu ulogu u osjetnim neuronima. U pokretima bubrega mogu se pronaći nepokretne cilije koje osjete protok urina, kao i u očima na fotoreceptorima mrežnice. U fotoreceptorima funkcioniraju za transport vitalnih proteina iz unutarnjeg segmenta fotoreceptora u vanjski segment; bez ove funkcije fotoreceptori bi umrli. Kad trepavice osjete protok tekućine, to dovodi do promjena rasta stanica.

Cilia pruža više od čišćenja i samo osjetnih funkcija. Oni također osiguravaju staništa ili područja za zapošljavanje simbiotskih mikrobioma kod životinja. Kod vodenih životinja kao što su lignje, ta epitelna tkiva sluzi mogu se izravnije promatrati jer su uobičajena i nisu unutarnje površine. Na tkivima domaćina postoje dvije različite populacije cilija: jedna s dugim cilijama koje se mašu male čestice poput bakterija, ali isključuju one veće i kraće otkucaje trepavice koje miješaju okoliš tekućine. Te trepavice rade na regrutiranju simbionata mikrobioma. Rade u zonama koje bakterije i druge sitne čestice prebacuju u zaštićene zone, a istovremeno miješaju tekućine i olakšavaju kemijske signale kako bi bakterije mogle kolonizirati željeno područje. Stoga trepavice rade na filtriranju, čišćenju, lokalizaciji, odabiru i agregiranju bakterija i kontroliraju prianjanje za trepavice.

Otkriveno je da su i cilije sudjelovale u vezikularnom lučenju ektosoma. Novija istraživanja otkrivaju interakcije između trepavica i staničnih putova koji bi mogli pružiti uvid u staničnu komunikaciju, kao i u bolesti.

Bičevi se mogu naći u prokarionima i eukariotima. Oni su organele dugih niti izrađene od nekoliko bjelančevina koje dosežu čak 20 mikrometara duljine od svoje površine na bakterijama. Tipično su bičevi dulji od trepavica i omogućuju kretanje i pogon. Motori bakterijskih filamentnih niti mogu se vrtjeti čak 15 000 okretaja u minuti (o / min). Sposobnost bičeva u plivanju pomaže u njihovoj funkciji, bilo da je riječ o traženju hrane i hranjivih sastojaka, razmnožavanju ili napadanju domaćina.

U prokariota poput bakterija, bičevi služe kao pogonski mehanizam; oni su glavni način da bakterije plivaju kroz tekućine. Bičenik u bakterijama posjeduje ionski motor za obrtni moment, kuku koja prenosi obrtni moment motora i nit ili dugačku strukturu nalik repu koja pokreće bakteriju. Motor se može okretati i utjecati na ponašanje niti, mijenjajući smjer kretanja bakterije. Ako se flagellum pomiče u smjeru kazaljke na satu, tvori super zavojnicu; nekoliko bičeva može stvoriti snop, a oni pomažu u pokretanju bakterije ravno. Kada se okrene u suprotnom smjeru, nit čini kraću super zavojnicu i snop bičeva se rastavlja, što dovodi do prevrtanja. Zbog nedostatka visoke razlučivosti za eksperimente, znanstvenici koriste računalne simulacije za predviđanje bičevičastog kretanja.

Količina trenja u tekućini utječe na to kako će se nit super zavojiti. Bakterije mogu ugostiti nekoliko bičeva, poput Escherichia coli. Bičevi omogućavaju bakterijama da plivaju u jednom smjeru, a zatim se okreću prema potrebi. To djeluje putem rotirajuće spiralne bičeve koja koristi različite metode, uključujući cikluse guranja i povlačenja. Druga metoda kretanja postiže se omotavanjem tijela stanice u snop. Na taj način, bičevi također mogu pomoći u preokretanju kretanja. Kad se bakterije nađu u izazovnim prostorima, mogu promijeniti svoj položaj omogućujući svojim bičevima da ponovno konfiguriraju ili rastavljaju svoje snopove. Ovaj polimorfni prijelaz stanja omogućuje različite brzine, s tim da su stanja guranja i povlačenja obično brža od omotanih stanja. To pomaže u različitim okruženjima; na primjer, spiralni snop može pokretati bakteriju kroz viskozna područja s učinkom vadičepa. To pomaže u istraživanju bakterija.

Bičevi pružaju kretanje bakterijama, ali također pružaju mehanizam za patogene bakterije da pomognu u kolonizaciji domaćina i stoga u prenošenju bolesti. Bičevi koriste metodu uvijanja i lijepljenja za usidrenje bakterija na površine. Bičevi također djeluju kao mostovi ili skele za prianjanje na tkivo domaćina.

Eukariotske bičevi se po sastavu razlikuju od prokariota. Bičevi u eukariotima sadrže mnogo više bjelančevina i imaju sličnost s pokretnim cilijama, s istim općim obrascima kretanja i kontrole. Bičevi se koriste ne samo za kretanje, već i kao pomoć u hranjenju stanica i eukariotskoj reprodukciji. Bičevi koriste intraflagelarni transport, što je transport kompleksa proteina potrebnih za signalne molekule koje daju bičevi pokretljivost. Bičevi postoje na mikroskopskim organizmima poput mastigophora protozoa, ili mogu postojati unutar većih životinja. Brojni mikroskopski paraziti posjeduju i bičeve, pomažući im u putovanju kroz organizam domaćina. Bičevi ovih protističkih parazita također nose paraflagelarnu šipku ili PFR, koja pomaže u vezivanju s vektorima poput insekata. Neki drugi primjeri bičeva u eukariota uključuju repove spolnih stanica poput sperme. Bičevi se mogu naći i u spužvama i drugim vodenim vrstama; bičevi u tim stvorenjima pomažu u pokretu vode za disanje. Eukariotske bičeve također služe gotovo kao malene antene ili osjetne organele. Znanstvenici tek sada počinju shvaćati širinu funkcije eukariotskih bičeva.

Nedavna znanstvena otkrića otkrila su da mutacije ili drugi nedostaci povezani s cilijama uzrokuju brojne bolesti. Ti se uvjeti nazivaju ciliopatije. Oni duboko utječu na pojedince koji pate od njih. Neke ciliopatije uključuju kognitivno oštećenje, degeneraciju mrežnice, gubitak sluha, anosmiju (gubitak osjeta mirisa), kraniofacijalne abnormalnosti, pluća i dišni put abnormalnosti, asimetrija lijevo-desno i srodne srčane mane, ciste gušterače, bolesti jetre, neplodnost, polidaktilija i abnormalnosti bubrega poput cista, među drugi. Uz to, neki karcinomi imaju vezu s ciliopatijama.

Neki bubrežni poremećaji povezani s disfunkcijom cilija uključuju nefronoftizu i autosomno dominantnu i autosomno recesivnu policističnu bolest bubrega. Neispravne cilije ne mogu zaustaviti diobu stanica jer ne otkrivaju protok urina, što dovodi do razvoja ciste.

U Kartagenerovom sindromu, disineinska disfunkcija ruke dovodi do neučinkovitog čišćenja dišnog trakta od bakterija i drugih tvari. To može dovesti do ponovljenih respiratornih infekcija.

Kod Bardet-Biedlovog sindroma, malformacija cilija dovodi do takvih problema kao što su degeneracija mrežnice, polidaktilija, poremećaji mozga i pretilost.

Nenasljedne bolesti mogu nastati oštećenjem trepavica, poput ostataka cigareta. To može dovesti do bronhitisa i drugih problema.

Patogeni također mogu upravljati normalnim simbiotskim poticanjem bakterija pomoću cilija, kao što je vrsta Bordetella, koja uzrokuje smanjenje otkucaja cilija i stoga omogućuje da se patogen veže za podlogu i dovede do infekcije čovjeka dišnih putova.

Niz bakterijskih infekcija odnosi se na funkciju bičeva. Primjeri patogenih bakterija uključuju Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa i Campylobacter jejuni. Pojavljuju se brojne interakcije koje dovode bakterije da napadaju tkiva domaćina. Bičevi djeluju kao vezivne sonde tražeći kupnju na domaćoj podlozi. Neke fitobakterije koriste svoje bičeve kako bi se pridržavale biljnih tkiva. To dovodi do toga da proizvodi poput voća i povrća postaju sekundarni domaćini bakterijama koje zaraze ljude i životinje. Jedan od primjera je Listeria monocytogenes, i naravno E. coli i Salmonella zloglasni su agensi prehrambenih bolesti.

Helicobacter pylori koristi svoj flagellum kako bi plivao kroz sluz i napadao sluznicu želuca, izbjegavajući zaštitnu želučanu kiselinu. Sluzne sluznice djeluju kao imunološka obrana kako bi zarobile takvu invaziju vežući bičeve, ali neke bakterije pronalaze nekoliko načina kako izbjeći prepoznavanje i hvatanje. Niti flagela mogu se razgraditi tako da ih domaćin ne može prepoznati ili im se izraz i pokretnost mogu isključiti.

Kartagenerov sindrom također utječe na bičeve. Ovaj sindrom ometa dyinein krakove između mikrotubula. Rezultat je neplodnost zbog spermatozoida kojima nedostaje pogon potreban od flagella da bi plivao i oplodio jajašca.

Kako znanstvenici saznaju više o cilijama i bičevima i dalje rasvjetljuju njihove uloge u organizmima, trebali bi uslijediti novi pristupi liječenju bolesti i proizvodnji lijekova.