Cilia ir flagella yra dviejų skirtingų tipų mikroskopiniai priedai ant ląstelių. Blakstienos yra tiek gyvūnuose, tiek mikroorganizmuose, tačiau daugumoje augalų nėra. Vėliavėlės naudojamos judant bakterijoms, taip pat eukariotų gametoms. Ir blakstienos, ir vėliavėlės atlieka judėjimo funkcijas, tačiau skirtingai. Abu veikdami remiasi dyneinu, kuris yra motorinis baltymas, ir mikrovamzdeliais.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Cilia ir flagella yra ląstelių organelės, užtikrinančios varymą, jutimo prietaisus, klirenso mechanizmus ir daugybę kitų svarbių funkcijų gyvuose organizmuose.
Kas yra Cilia?
Cilia buvo pirmieji organeliai, kuriuos XVII amžiaus pabaigoje atrado Antonie van Leeuwenhoek. Jis stebėjo judrias (judančias) blakstienas, „mažas kojas“, kurias jis apibūdino kaip gyvenančias ant „gyvulėlių“ (tikriausiai pirmuonių). Nejudančios blakstienos buvo pastebėtos daug vėliau, naudojant geresnius mikroskopus. Daugiausia blakstienų yra gyvūnuose, beveik visose ląstelių rūšyse, išsaugotose daugelio rūšių evoliucijoje. Tačiau kai kurias blakstienas augaluose galima rasti lytinių ląstelių pavidalu. Blakstienos yra pagamintos iš mikrovamzdelių, esančių ciliarinėje aksonemoje, kurią dengia plazmos membrana. Ląstelės kūnas gamina ciliarinius baltymus ir perkelia juos į aksonemos galiuką; šis procesas vadinamas intraciliariniu arba intraflagellar transportu (IFT). Šiuo metu mokslininkai mano, kad maždaug 10 procentų žmogaus genomo yra skirta blakstienoms ir jų genezei.
Cilia svyruoja nuo 1 iki 10 mikrometrų ilgio. Šie plaukus primenantys prielipo organeliai veikia judindami ląsteles, taip pat medžiagas. Jie gali pernešti skysčius vandens rūšims, tokioms kaip moliuskai, kad būtų galima transportuoti maistą ir deguonį. Cilia padeda kvėpuoti gyvūnų plaučiuose, neleidžiant šiukšlėms ir galimiems patogenams įsiskverbti į kūną. Cilia yra trumpesnė nei flagella ir koncentruojasi daug daugiau. Jie linkę judėti greitu smūgiu beveik tuo pačiu metu grupėje, sukurdami bangos efektą. Cilia taip pat gali padėti judėti kai kuriems pirmuonių tipams. Egzistuoja dviejų tipų blakstienos: judančios (judančios) ir nejudančios (arba pirminės) blakstienos, kurios abi veikia per IFT sistemas. Judriosios blakstienos yra kvėpavimo takų kanaluose ir plaučiuose, taip pat ausies viduje. Nejudančios blakstienos gyvena daugelyje organų.
Kas yra „Flagella“?
„Flagella“ yra priedai, padedantys judinti bakterijas ir eukariotų gametas, taip pat kai kuriuos pirmuonis. Vėliavos dažniausiai būna vienetinės, kaip uodega. Paprastai jie yra ilgesni už blakstienas. Prokariotuose vėliavėlės veikia kaip maži varikliai su sukimu. Eukariotuose jie atlieka sklandesnius judesius.
Cilia funkcijos
Cilia vaidina ląstelių ciklą, taip pat gyvūnų vystymąsi, pavyzdžiui, širdyje. Cilia selektyviai leidžia tam tikriems baltymams tinkamai veikti. Cilia taip pat vaidina korinio ryšio ir prekybos molekulėmis vaidmenį.
Judrios blakstienos turi 9 + 2 išsidėstymą iš devynių išorinių mikrovamzdelių porų kartu su dviejų mikrovamzdelių centru. Judriosios blakstienos ritmiškai banguoja, kad pašalintų medžiagas, pavyzdžiui, valydamos purvą, dulkes, mikroorganizmus ir gleives, kad būtų išvengta ligų. Štai kodėl jie yra ant kvėpavimo takų pamušalų. Judriosios blakstienos gali ir nujausti, ir išjudinti tarpląstelinį skystį.
Nejudančios arba pirminės blakstienos neatitinka tos pačios struktūros kaip judančios blakstienos. Jie yra išdėstyti kaip atskiri priedo mikrovamzdeliai be centrinės mikrovamzdelių struktūros. Jie neturi dyneino ginklų, todėl jų bendras nejudrumas. Daugelį metų mokslininkai nesutelkė dėmesio į šias pirmines blakstienas, todėl mažai žinojo apie jų funkcijas. Nejudančios blakstienos tarnauja kaip jutiminė ląstelių aparatūra, aptinkanti signalus. Joms tenka lemiamas vaidmuo jutimo neuronuose. Inkstuose galima rasti nejudančių blakstienų šlapimo tekėjimui pajusti, taip pat tinklainės fotoreceptorių akyse. Fotoreceptoriuose jie veikia pernešdami gyvybiškai svarbius baltymus iš vidinio fotoreceptoriaus segmento į išorinį segmentą; be šios funkcijos fotoreceptoriai mirtų. Kai blakstienos pajunta skysčio srautą, tai lemia ląstelių augimo pokyčius.
Cilia teikia ne tik klirensą ir jutimo funkcijas. Jie taip pat suteikia gyvūnų simbiozinių mikrobiomų buveines ar įdarbinimo vietas. Vandens gyvūnams, tokiems kaip kalmarai, šie gleivių epitelio audiniai gali būti tiesiogiai stebimi, nes jie yra įprasti ir nėra vidiniai paviršiai. Šeimininkų audiniuose egzistuoja dvi skirtingos blakstienų populiacijos: viena su ilgomis blakstienomis, kurios banguoja kartu mažos dalelės, pavyzdžiui, bakterijos, bet neįtraukia didesnių, ir trumpesnės plakančios blakstienos, maišančios aplinką skysčių. Šios blakstienos siekia įdarbinti mikrobiomų simbiontus. Jie dirba zonose, perkeliančiose bakterijas ir kitas smulkias daleles į apsaugotas zonas, kartu maišydami skysčius ir palengvindami cheminius signalus, kad bakterijos galėtų kolonizuoti norimą regioną. Todėl blakstienos filtruoja, išvalo, lokalizuoja, parenka ir sujungia bakterijas bei kontroliuoja blakstienų paviršių sukibimą.
Taip pat nustatyta, kad blakstienos dalyvauja pūslinėje ektosomų sekrecijoje. Naujausi tyrimai atskleidžia blakstienų ir ląstelių takų sąveiką, kuri galėtų suteikti įžvalgų apie korinį ryšį ir ligas.
Flagella funkcijos
Vėliavėlių galima rasti prokariotuose ir eukariotuose. Tai yra ilgi filamentiniai organeliai, pagaminti iš kelių baltymų, kurie pasiekia net 20 mikrometrų ilgį nuo savo paviršiaus ant bakterijų. Paprastai vėliavėlės yra ilgesnės už blakstienas ir suteikia judesį bei varomąją jėgą. Bakteriniai „flagella“ siūlų varikliai gali suktis net 15 000 apsisukimų per minutę (aps / min). Plaukiojančių vėliavėlių gebėjimas plaukti padeda atlikti jų funkcijas, nesvarbu, ar tai būtų maisto ir maistinių medžiagų ieškojimas, dauginimasis ar įsiveržimas į šeimininkus.
Tokiuose prokariotuose kaip bakterijos vėliavėlės yra varomieji mechanizmai; jie yra pagrindinis būdas bakterijoms plaukti per skysčius. Bakterijose esanti vėliava turi jonų variklį sukimo momentui, kablį, perduodantį variklio sukimo momentą, ir giją, arba ilgą uodegą primenančią struktūrą, varančią bakteriją. Variklis gali pasisukti ir paveikti kaitinamojo siūlo elgesį, keisdamas bakterijos judėjimo kryptį. Jei vėliava juda pagal laikrodžio rodyklę, ji sudaro super ritę; kelios vėliavos gali sudaryti ryšulį, ir tai padeda išstumti bakteriją tiesiu keliu. Pasukus priešingai, kaitrinė virvelė sutrumpėja, o vėliavos ryšulys išyra, o tai sukelia nuosmukį. Kadangi trūksta didelės skiriamosios gebos eksperimentams, mokslininkai naudoja kompiuterines simuliacijas, kad numatytų vėliavų judėjimą.
Trinties kiekis skystyje turi įtakos tam, kaip kaitinamas siūlas. Bakterijose gali būti kelios vėliavos, pavyzdžiui, su Escherichia coli. Vėliava leidžia bakterijoms plaukti viena kryptimi ir tada pasisukti, jei reikia. Tai veikia per besisukančią spiralinę vėliavą, kurioje naudojami įvairūs metodai, įskaitant stūmimo ir traukimo ciklus. Kitas judėjimo būdas pasiekiamas apvyniojus ląstelės kūną ryšuliu. Tokiu būdu vėliava taip pat gali padėti pakeisti judesį. Kai bakterijos susiduria su iššaukiančiomis erdvėmis, jos gali pakeisti savo padėtį, leisdamos savo vėliavėlėms pertvarkyti ar išardyti ryšulius. Šis polimorfinis būsenos perėjimas leidžia skirtingą greitį, o stūmimo ir traukimo būsenos paprastai būna greitesnės nei apvyniotos būsenos. Tai padeda įvairiose aplinkose; pavyzdžiui, spiralinis ryšulys gali pernešti bakteriją per klampias sritis su kamščiatraukio efektu. Tai padeda tirti bakterijas.
Vėliavėlės suteikia galimybę judėti bakterijoms, bet taip pat suteikia patogeninėms bakterijoms mechanizmą, kuris padeda kolonizuoti šeimininkus ir todėl pernešti ligas. Vėliavėlės bakterijoms pritvirtinti ant paviršių naudoja sukimo ir prilipimo metodą. Vėliavėlės taip pat veikia kaip tiltai ar pastoliai, kad sukibtų su audiniu šeimininku.
Eukariotinės vėliavos skiriasi nuo prokariotų. Eukariotuose esančiose vėliavose yra kur kas daugiau baltymų ir jos yra panašios į judriąsias blakstienas, o jų judėjimo ir valdymo modeliai yra vienodi. Vėliavėlės naudojamos ne tik judėjimui, bet ir pagalba ląstelių maitinimui bei eukariotų reprodukcijai. Vėliavos naudoja intraflagellar transportą, kuris yra baltymų komplekso, reikalingo signalinėms molekulėms, kurios suteikia flagellų judrumą, transportavimas. Vėliavėlės yra ant mikroskopinių organizmų, tokių kaip Mastigophora pirmuonys, arba jie gali būti didesnių gyvūnų viduje. Nemažai mikroskopinių parazitų taip pat turi vėliavą, padedančią jiems keliauti per organizmą. Šių parazitų protistų vėliava taip pat turi paraflagellar strypą arba PFR, kuris padeda prisijungti prie tokių vektorių kaip vabzdžiai. Kai kurie kiti eukariotų vėliavos pavyzdžiai yra lytinių ląstelių, pavyzdžiui, spermos, uodegos. Vėliavėlių taip pat galima rasti kempinėse ir kitose vandens rūšyse; šių būtybių vėliava padeda judinti vandenį kvėpavimui. Eukariotinės vėliavos taip pat tarnauja beveik kaip mažytės antenos ar jutimo organelės. Mokslininkai tik dabar pradeda suprasti eukariotinės vėliavos funkcijų platumą.
Su Cilia susijusios ligos
Naujausi moksliniai atradimai parodė, kad mutacijos ar kiti defektai, susiję su blakstienomis, sukelia daugybę ligų. Šios būklės vadinamos ciliopatijomis. Jie labai paveikia nuo jų kenčiančius asmenis. Kai kurios ciliopatijos apima pažinimo sutrikimą, tinklainės degeneraciją, klausos praradimą, anosmiją (uoslės praradimą), kaukolės ir veido anomalijas, plaučių ir kvėpavimo takų anomalijos, kairės ir dešinės asimetrija ir susiję širdies ydos, kasos cistos, kepenų ligos, nevaisingumas, polidaktilija ir inkstų anomalijos, tokios kaip cistos, kiti. Be to, kai kurie vėžiniai susirgimai yra susiję su ciliopatijomis.
Kai kurie inkstų sutrikimai, susiję su blakstienų disfunkcija, yra nefronoftizė ir autosominė dominuojanti, ir autosominė recesyvinė policistinė inkstų liga. Netinkamai veikiančios blakstienos negali sustabdyti ląstelių dalijimosi, nes neaptinkama šlapimo srovė, dėl kurios vystosi cista.
Esant Kartagenerio sindromui, dėl disneino rankos funkcijos sutrikimo neefektyviai išvalomi kvėpavimo takai nuo bakterijų ir kitų medžiagų. Tai gali sukelti pakartotines kvėpavimo takų infekcijas.
Sergant Bardet-Biedl sindromu, blakstienos apsigimimas sukelia tokias problemas kaip tinklainės degeneracija, polidaktilija, smegenų sutrikimai ir nutukimas.
Ne paveldimos ligos gali atsirasti dėl blakstienų pažeidimo, pavyzdžiui, dėl cigarečių likučių. Tai gali sukelti bronchitą ir kitas problemas.
Ligos sukėlėjai taip pat gali paliesti normalų simbiotinį bakterijų skatinimą blakstienomis, pavyzdžiui, su Bordetella rūšimis, kurios sumažina blakstienų plakimą, todėl patogenui leidžia prisijungti prie substrato ir sukelti žmogaus infekciją kvėpavimo takai.
Ligos, susijusios su vėliavomis
Nemažai bakterinių infekcijų yra susijusios su vėliavėlės funkcija. Patogeninių bakterijų pavyzdžiai yra Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa ir Campylobacter jejuni. Atsiranda daugybė sąveikų, dėl kurių bakterijos įsiskverbia į šeimininko audinius. Vėliavėlės veikia kaip rišamieji zondai, ieškantys pirkimo ant pagrindinio pagrindo. Kai kurios fitobakterijos naudoja savo vėliavą, kad laikytųsi augalų audinių. Tai veda prie to, kad tokie vaisiai ir daržovės tampa antriniais bakterijų, užkrėstų žmones ir gyvūnus, šeimininkais. Vienas pavyzdžių yra Listeria monocytogenes ir, žinoma, E. coli ir Salmonella yra liūdnai pagarsėję maisto pernešėjai.
Helicobacter pylori naudoja savo vėliavą, kad plauktų per gleives ir įsiskverbtų į skrandžio gleivinę, išvengdamas apsauginės skrandžio rūgšties. Gleivinės pamušalai veikia kaip imuninė gynyba, kad sulaikytų tokią invaziją surišdami vėliavą, tačiau kai kurios bakterijos randa kelis būdus, kaip išvengti atpažinimo ir pagauti. Vėliavos siūlai gali suirti, todėl šeimininkas jų negali atpažinti arba jų išraiška ir judrumas gali būti išjungtas.
Kartagenerio sindromas taip pat veikia flagelą. Šis sindromas sutrikdo dyneino rankas tarp mikrovamzdelių. Rezultatas yra nevaisingumas, nes spermos ląstelėms trūksta varomosios jėgos, reikalingos nuo vėliavėlių, norint nuplaukti ir apvaisinti kiaušinėlius.
Mokslininkams sužinojus daugiau apie blakstienas ir žiuželius bei dar labiau išaiškinant jų vaidmenį organizmuose, turėtų būti taikomi nauji ligų gydymo ir vaistų gamybos metodai.