Mobilità cellulare è un componente chiave per la sopravvivenza di molti organismi unicellulari e può essere importante anche negli animali più avanzati. Le cellule usano flagelli per locomozione cercare cibo e sfuggire al pericolo. I flagelli a forma di frusta possono essere ruotati per promuovere il movimento tramite un effetto cavatappi, oppure possono agire come remi per allineare le cellule attraverso i liquidi.
I flagelli si trovano nei batteri e in alcuni eucarioti, ma questi due tipi di flagelli hanno una struttura diversa.
Un flagello batterico aiuta i batteri benefici a muoversi attraverso l'organismo e aiuta i batteri che causano malattie a diffondersi durante le infezioni. Possono spostarsi dove possono moltiplicarsi e possono evitare alcuni degli attacchi del sistema immunitario dell'organismo. Per gli animali avanzati, le cellule come lo sperma si muovono con l'aiuto di un flagello.
In ogni caso, il movimento dei flagelli permette alla cellula di muoversi in una direzione generale.
La struttura dei flagelli delle cellule procariotiche è semplice
flagelli per procarioti come i batteri sono costituiti da tre parti:
- Il filamento del flagello è un tubo cavo costituito da una proteina flagellare chiamata flagellina.
- Alla base del filamento c'è a gancio flessibile che accoppia il filamento alla base e funge da giunto cardanico.
- Il corpo basale è costituito da un'asta e da una serie di anelli che ancorano il flagello alla parete cellulare e alla membrana plasmatica.
Il filamento flagellare viene creato trasportando la proteina flagellina dai ribosomi cellulari attraverso il nucleo cavo fino alla punta dove la flagellina si attacca e fa crescere il filamento. Il corpo basale forma il il motore del flagello, e il gancio conferisce alla rotazione un effetto cavatappi.
I flagelli eucarioti hanno una struttura complessa
Il movimento di eucariotico flagelli e quelli delle cellule procariotiche è simile, ma la struttura del filamento e il meccanismo di rotazione sono diversi. Il corpo basale dei flagelli eucarioti è ancorato al corpo cellulare, ma il flagello è privo di asta e dischi. Il filamento invece è solido ed è composto da coppie di microtubuli.
I tubuli sono disposti come nove tubi doppi attorno a una coppia centrale di tubi in una formazione 9 + 2. I tubuli sono costituiti da stringhe proteiche lineari intorno a un centro vuoto. I doppi tubi condividono una parete comune mentre i tubi centrali sono indipendenti.
Raggi, assi e collegamenti proteici si uniscono al microtubuli lungo la lunghezza del filamento. Invece di un movimento creato alla base da anelli rotanti, il movimento del flagello deriva dall'interazione dei microtubuli.
Flagello opera attraverso il movimento di rotazione del filamento
Sebbene i flagelli batterici e quelli delle cellule eucariotiche abbiano una struttura diversa, entrambi lavorano attraverso un movimento rotatorio del filamento per spingere la cellula o spostare i fluidi oltre la cellula. I filamenti più corti tenderanno a muoversi avanti e indietro mentre i filamenti più lunghi avranno un movimento a spirale circolare.
Nei flagelli batterici, il gancio nella parte inferiore del filamento ruota dove è ancorato al anchor parete cellulare e membrana plasmatica. La rotazione del gancio provoca un movimento simile ad un'elica del flagello. Nei flagelli eucarioti, il movimento rotatorio è dovuto alla flessione sequenziale del filamento.
Il movimento risultante può essere simile a una frusta oltre che rotazionale.
I flagelli procarioti dei batteri sono alimentati da un motore flagellare
Sotto il gancio dei flagelli batterici, la base del flagello è attaccata alla parete cellulare e alla membrana plasmatica della cellula da una serie di anelli circondati da catene proteiche. Una pompa protonica crea un gradiente protonico attraverso il più basso degli anelli e il gradiente elettrochimico alimenta la rotazione attraverso a forza motrice protonica.
Quando i protoni si diffondono attraverso il confine dell'anello più basso a causa della forza motrice del protone, l'anello ruota e il gancio del filamento attaccato ruota. La rotazione in una direzione determina un movimento in avanti controllato del batterio. La rotazione nell'altra direzione fa muovere i batteri in modo casuale.
La motilità batterica risultante combinata con il cambiamento nel senso di rotazione produce una sorta di cammino casuale che consente alla cellula di coprire molto terreno in una direzione generale.
I flagelli eucariotici usano l'ATP per piegarsi
La base del flagello delle cellule eucariotiche è saldamente ancorata al membrana cellulare e il flagello si piega invece di ruotare. Catene proteiche chiamate dynein sono attaccati ad alcuni dei doppi microtubuli disposti intorno ai filamenti flagelli in raggi radiali.
Le molecole di dineina utilizzano energia da adenosina trifosfato (ATP), una molecola di accumulo di energia, per produrre un movimento di flessione nei flagelli.
Le molecole di dineina fanno piegare i flagelli muovendo i microtubuli su e giù l'uno contro l'altro. Staccano uno dei gruppi fosfato dalle molecole di ATP e usano l'energia chimica liberata per afferrare uno dei microtubuli e spostarlo contro il tubulo a cui sono attaccati.
Coordinando tale azione di piegatura, il movimento del filamento risultante può essere rotatorio o avanti e indietro.
I flagelli procarioti sono importanti per la propagazione batterica
Mentre i batteri possono sopravvivere per lunghi periodi all'aria aperta e su superfici solide, crescono e si moltiplicano nei fluidi. I tipici ambienti fluidi sono soluzioni ricche di nutrienti e l'interno di organismi avanzati.
Molti di questi batteri, come quelli nel intestino di animali, sono benefici, ma devono essere in grado di trovare i nutrienti di cui hanno bisogno ed evitare situazioni pericolose.
I flagelli consentono loro di spostarsi verso il cibo, lontano da sostanze chimiche pericolose e di diffondersi quando si moltiplicano.
Non tutti i batteri nell'intestino sono benefici. h. pilori, per esempio, è un batterio flagellato che provoca ulcere allo stomaco. Si basa sui flagelli per muoversi attraverso il muco dell'apparato digerente ed evitare le aree troppo acide. Quando trova uno spazio favorevole, si moltiplica e usa i flagelli per distendersi.
Gli studi hanno dimostrato che h. pilori flagelli sono un fattore chiave nell'infettività dei batteri.
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I batteri possono essere classificati in base al numero e posizione dei loro flagelli. monotrico i batteri hanno un singolo flagello a un'estremità della cellula. lofotrico i batteri hanno un gruppo di diversi flagelli a un'estremità.
peritririco i batteri hanno sia flagelli laterali che flagelli alle estremità della cellula mentre anfitrico i batteri possono avere uno o più flagelli ad entrambe le estremità.
La disposizione dei flagelli influenza la rapidità e il modo in cui il batterio può muoversi.
Le cellule eucariotiche usano i flagelli per muoversi all'interno e all'esterno degli organismi
Cellule eucariotiche con un nucleo e organelli si trovano nelle piante e negli animali superiori, ma anche come organismi unicellulari. I flagelli eucarioti sono usati dalle cellule primitive per muoversi, ma possono essere trovati anche negli animali avanzati.
Nel caso di organismi unicellulari, i flagelli vengono utilizzati per localizzare il cibo, per diffondersi e per sfuggire ai predatori oa condizioni sfavorevoli. Negli animali avanzati, cellule specifiche utilizzano un flagello eucariotico per scopi speciali.
Ad esempio, il alghe verdiChlamydomonas reinhardtii utilizza due flagelli algali per muoversi attraverso l'acqua di laghi e fiumi o il suolo. Si basa su questo movimento per diffondersi dopo la riproduzione ed è ampiamente distribuito in tutto il mondo.
Negli animali superiori, il spermatozoo è un esempio di una cellula mobile che utilizza il flagello eucariotico per il movimento. Questo è il modo in cui lo sperma si muove attraverso il tratto riproduttivo femminile per fecondare l'uovo e iniziare la riproduzione sessuale.