Apa Fungsi Utama Silia & Flagela?

Silia dan flagela adalah dua jenis pelengkap mikroskopis yang berbeda pada sel. Silia ditemukan pada hewan dan mikroorganisme, tetapi tidak pada sebagian besar tumbuhan. Flagela digunakan untuk mobilitas pada bakteri serta gamet eukariota. Baik silia dan flagela melayani fungsi penggerak, tetapi dengan cara yang berbeda. Keduanya mengandalkan dynein, yang merupakan protein motorik, dan mikrotubulus untuk bekerja.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Silia dan flagela adalah organel pada sel yang menyediakan propulsi, perangkat sensorik, mekanisme pembersihan dan banyak fungsi penting lainnya dalam organisme hidup.

Silia adalah organel pertama yang ditemukan, oleh Antonie van Leeuwenhoek pada akhir abad ke-17. Dia mengamati silia motil (bergerak), "kaki kecil," yang dia gambarkan sebagai "hewan" (mungkin protozoa). Silia non-motil diamati jauh kemudian dengan mikroskop yang lebih baik. Kebanyakan silia ada pada hewan, di hampir setiap jenis sel, dilestarikan pada banyak spesies dalam evolusi. Namun, beberapa silia dapat ditemukan pada tumbuhan dalam bentuk gamet. Silia terbuat dari mikrotubulus dalam susunan yang disebut aksonema silia, yang ditutupi oleh membran plasma. Badan sel membuat protein silia dan memindahkannya ke ujung aksonem; proses ini disebut transportasi intraciliary atau intraflagellar (IFT). Saat ini, para ilmuwan berpikir sekitar 10 persen genom manusia didedikasikan untuk silia dan asal-usulnya.

Silia berkisar dari 1 hingga 10 mikrometer. Organel pelengkap seperti rambut ini berfungsi untuk memindahkan sel dan juga untuk memindahkan bahan. Mereka dapat memindahkan cairan untuk spesies air seperti kerang, untuk memungkinkan transportasi makanan dan oksigen. Silia membantu pernapasan di paru-paru hewan dengan mencegah puing-puing dan patogen potensial menyerang tubuh. Silia lebih pendek dari flagela dan berkonsentrasi dalam jumlah yang jauh lebih besar. Mereka cenderung bergerak dalam pukulan cepat hampir pada waktu yang sama dalam satu kelompok, yang merupakan efek gelombang. Silia juga dapat membantu penggerak beberapa jenis protozoa. Ada dua jenis silia: silia motil (bergerak) dan non-motil (atau primer), dan keduanya bekerja melalui sistem IFT. Silia motil berada di saluran napas dan paru-paru serta di dalam telinga. Silia non-motil berada di banyak organ.

Flagela adalah pelengkap yang membantu memindahkan bakteri dan gamet eukariota, serta beberapa protozoa. Flagela cenderung tunggal, seperti ekor. Mereka biasanya lebih panjang dari silia. Pada prokariota, flagela bekerja seperti motor kecil dengan rotasi. Pada eukariota, mereka membuat gerakan yang lebih halus.

Silia berperan dalam siklus sel serta perkembangan hewan, seperti di jantung. Silia selektif memungkinkan protein tertentu untuk berfungsi dengan baik. Silia juga memainkan peran komunikasi seluler dan perdagangan molekuler.

Silia motil memiliki susunan 9+2 dari sembilan pasangan mikrotubulus luar, bersama dengan pusat dua mikrotubulus. Silia motil menggunakan undulasi berirama mereka untuk menyapu zat, seperti dalam membersihkan kotoran, debu, mikroorganisme dan lendir, untuk mencegah penyakit. Inilah sebabnya mengapa mereka ada di lapisan saluran pernapasan. Silia motil dapat merasakan dan memindahkan cairan ekstraseluler.

Silia non-motil, atau primer, tidak sesuai dengan struktur yang sama dengan silia motil. Mereka diatur sebagai mikrotubulus pelengkap individu tanpa struktur mikrotubulus pusat. Mereka tidak memiliki lengan dynein, karenanya non-motilitas umum mereka. Selama bertahun-tahun, para ilmuwan tidak fokus pada silia primer ini dan karena itu hanya tahu sedikit tentang fungsinya. Silia non-motil berfungsi sebagai alat sensorik untuk sel, mendeteksi sinyal. Mereka memainkan peran penting dalam neuron sensorik. Silia non-motil dapat ditemukan di ginjal untuk merasakan aliran urin, serta di mata pada fotoreseptor retina. Dalam fotoreseptor, mereka berfungsi untuk mengangkut protein vital dari segmen dalam fotoreseptor ke segmen luar; tanpa fungsi ini, fotoreseptor akan mati. Ketika silia merasakan aliran cairan, itu menyebabkan perubahan pertumbuhan sel.

Silia memberikan lebih dari fungsi pembersihan dan sensorik saja. Mereka juga menyediakan habitat atau area rekrutmen untuk mikrobioma simbiosis pada hewan. Pada hewan air seperti cumi-cumi, jaringan epitel lendir ini dapat diamati secara lebih langsung karena merupakan hal yang umum dan bukan merupakan permukaan internal. Dua jenis populasi silia yang berbeda ada pada jaringan inang: satu dengan silia panjang yang melambai partikel kecil seperti bakteri tetapi tidak termasuk yang lebih besar, dan silia pemukulan yang lebih pendek yang mencampur lingkungan cairan. Silia ini bekerja untuk merekrut simbion mikrobioma. Mereka bekerja di zona yang menggeser bakteri dan partikel kecil lainnya ke zona terlindung, sementara juga mencampur cairan dan memfasilitasi sinyal kimia sehingga bakteri dapat menjajah wilayah yang diinginkan. Oleh karena itu silia bekerja untuk menyaring, membersihkan, melokalisasi, memilih dan mengumpulkan bakteri dan mengontrol adhesi untuk permukaan bersilia.

Silia juga telah ditemukan untuk berpartisipasi dalam sekresi ektosom vesikular. Penelitian yang lebih baru mengungkapkan interaksi antara silia dan jalur seluler yang dapat memberikan wawasan tentang komunikasi seluler serta penyakit.

Flagela dapat ditemukan pada prokariota dan eukariota. Mereka adalah organel filamen panjang yang terbuat dari beberapa protein yang panjangnya mencapai 20 mikrometer dari permukaannya pada bakteri. Biasanya, flagela lebih panjang dari silia dan memberikan gerakan dan propulsi. Motor filamen flagella bakteri dapat berputar secepat 15.000 putaran per menit (rpm). Kemampuan berenang flagela membantu dalam fungsinya, apakah itu untuk mencari makanan dan nutrisi, reproduksi atau inang penyerang.

Pada prokariota seperti bakteri, flagela berfungsi sebagai mekanisme penggerak; mereka adalah cara utama bagi bakteri untuk berenang melalui cairan. Flagel pada bakteri memiliki motor ion untuk torsi, kait yang mentransmisikan torsi motor, dan filamen, atau struktur seperti ekor panjang yang mendorong bakteri. Motor dapat berputar dan mempengaruhi perilaku filamen, mengubah arah perjalanan bakteri. Jika flagel bergerak searah jarum jam membentuk supercoil; beberapa flagela dapat membentuk bundel, dan ini membantu mendorong bakteri ke jalur yang lurus. Ketika diputar ke arah yang berlawanan, filamen membuat supercoil yang lebih pendek dan bundel flagela terbongkar, menyebabkan jatuh. Karena kurangnya resolusi tinggi untuk eksperimen, para ilmuwan menggunakan simulasi komputer untuk memprediksi gerakan flagellar.

Jumlah gesekan dalam cairan mempengaruhi bagaimana filamen akan supercoil. Bakteri dapat menjadi tuan rumah beberapa flagela, seperti Escherichia coli. Flagela memungkinkan bakteri untuk berenang ke satu arah dan kemudian berputar sesuai kebutuhan. Ini bekerja melalui flagela heliks yang berputar, yang menggunakan berbagai metode termasuk siklus mendorong dan menarik. Metode gerakan lain dicapai dengan membungkus badan sel dalam satu bundel. Dengan cara ini, flagela juga dapat membantu membalikkan gerakan. Ketika bakteri menghadapi ruang yang menantang, mereka dapat mengubah posisi mereka dengan memungkinkan flagela mereka untuk mengkonfigurasi ulang atau membongkar bundel mereka. Transisi keadaan polimorfik ini memungkinkan kecepatan yang berbeda, dengan keadaan push dan pull biasanya lebih cepat daripada keadaan yang dibungkus. Ini membantu dalam lingkungan yang berbeda; misalnya, bundel heliks dapat memindahkan bakteri melalui area kental dengan efek pembuka botol. Ini membantu dalam eksplorasi bakteri.

Flagela memberikan gerakan bagi bakteri tetapi juga menyediakan mekanisme bagi bakteri patogen untuk membantu dalam menjajah inang dan karena itu menularkan penyakit. Flagela menggunakan metode twist-and-stick untuk menambatkan bakteri ke permukaan. Flagela juga berfungsi sebagai jembatan atau perancah untuk adhesi ke jaringan inang.

Flagela eukariotik menyimpang dari prokariota dalam komposisi. Flagela pada eukariota mengandung lebih banyak protein dan memiliki beberapa kesamaan dengan silia motil, dengan gerakan umum dan pola kontrol yang sama. Flagela tidak hanya digunakan untuk bergerak, tetapi juga untuk membantu dalam memberi makan sel dan reproduksi eukariotik. Flagela menggunakan transportasi intraflagellar, yang merupakan transportasi kompleks protein yang diperlukan untuk molekul sinyal yang memberikan mobilitas flagela. Flagela ada pada organisme mikroskopis seperti protozoa Mastigophora, atau mereka mungkin ada di dalam hewan yang lebih besar. Sejumlah parasit mikroskopis memiliki flagela juga, membantu perjalanan mereka melalui organisme inang. Flagela parasit protista ini juga membawa batang paraflagellar atau PFR, yang membantu perlekatan pada vektor seperti serangga. Beberapa contoh lain dari flagela pada eukariota termasuk ekor gamet seperti sperma. Flagela juga dapat ditemukan pada bunga karang dan spesies air lainnya; flagela pada makhluk ini membantu memindahkan air untuk respirasi. Flagela eukariotik juga berfungsi hampir sebagai antena kecil atau organel sensorik. Para ilmuwan baru sekarang mulai memahami luasnya fungsi flagela eukariotik.

Penemuan ilmiah terbaru telah menemukan bahwa mutasi atau cacat lain yang berhubungan dengan silia menyebabkan sejumlah penyakit. Kondisi ini disebut sebagai ciliopathies. Mereka sangat mempengaruhi individu yang menderita dari mereka. Beberapa ciliopathies termasuk gangguan kognitif, degenerasi retina, gangguan pendengaran, anosmia (kehilangan indera penciuman), kelainan kraniofasial, paru-paru dan saluran napas. kelainan, asimetri kiri-kanan dan kelainan jantung terkait, kista pankreas, penyakit hati, infertilitas, polidaktili, dan kelainan ginjal seperti kista, di antaranya orang lain. Selain itu, beberapa kanker memiliki hubungan dengan ciliopathies.

Beberapa gangguan ginjal yang berhubungan dengan disfungsi silia termasuk nephronophthisis dan penyakit ginjal polikistik autosomal dominan dan resesif autosomal. Silia yang tidak berfungsi tidak dapat menghentikan pembelahan sel karena tidak terdeteksinya aliran urin, yang menyebabkan perkembangan kista.

Pada sindrom Kartagener, disfungsi lengan dynein menyebabkan pembersihan saluran pernapasan bakteri dan zat lain yang tidak efektif. Ini dapat menyebabkan infeksi pernapasan berulang.

Pada sindrom Bardet-Biedl, malformasi silia menyebabkan masalah seperti degenerasi retina, polidaktili, gangguan otak, dan obesitas.

Penyakit non-keturunan dapat terjadi akibat kerusakan silia, seperti dari residu rokok. Ini dapat menyebabkan bronkitis dan masalah lainnya.

Patogen juga dapat menyebabkan simbiosis normal bakteri berkembang biak dengan silia, seperti spesies Bordetella, yang menyebabkan pemukulan silia berkurang dan oleh karena itu memungkinkan patogen menempel pada substrat dan menyebabkan infeksi pada manusia saluran udara.

Sejumlah infeksi bakteri berhubungan dengan fungsi flagela. Contoh bakteri patogen termasuk Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa dan Campylobacter jejuni. Sejumlah interaksi terjadi yang menyebabkan bakteri menyerang jaringan inang. Flagela bertindak sebagai probe pengikat, mencari pembelian pada substrat inang. Beberapa phytobacteria menggunakan flagela mereka untuk menempel pada jaringan tanaman. Hal ini menyebabkan produk seperti buah-buahan dan sayuran menjadi inang sekunder bagi bakteri yang menginfeksi manusia dan hewan. Salah satu contohnya adalah Listeria monocytogenes, dan tentu saja E. coli dan Salmonella adalah agen penyakit bawaan makanan yang terkenal.

Helicobacter pylori menggunakan flagelnya untuk berenang melalui lendir dan menyerang lapisan perut, menghindari asam lambung pelindung. Lapisan lendir bekerja sebagai pertahanan kekebalan untuk menjebak invasi tersebut dengan mengikat flagela, tetapi beberapa bakteri menemukan beberapa cara untuk menghindari pengenalan dan penangkapan. Filamen flagela dapat terdegradasi sehingga inang tidak dapat mengenalinya, atau ekspresi dan motilitasnya dapat dimatikan.

Sindrom Kartagener juga mempengaruhi flagela. Sindrom ini mengganggu lengan dynein di antara mikrotubulus. Hasilnya adalah kemandulan karena sel sperma kekurangan daya dorong yang dibutuhkan dari flagela untuk berenang dan membuahi sel telur.

Ketika para ilmuwan belajar lebih banyak tentang silia dan flagela, dan lebih jauh menjelaskan peran mereka dalam organisme, pendekatan baru untuk mengobati penyakit dan membuat obat-obatan harus mengikuti.