Kādas ir Cilia & Flagella galvenās funkcijas?

Cilia un flagella ir divu dažādu veidu mikroskopiski pielikumi uz šūnām. Cilia ir sastopama gan dzīvniekos, gan mikroorganismos, bet ne lielākajā daļā augu. Flagellas tiek izmantotas mobilitātei baktērijās, kā arī eikariotu gametās. Gan cilija, gan karodziņš pilda kustību funkcijas, taču atšķiras ar manierēm. Abi darbojas, balstoties uz dyneīnu, kas ir motora proteīns, un mikrotubuliem.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Cilia un flagella ir šūnu šūnas, kas nodrošina dzinējspēku, maņu ierīces, klīrensa mehānismus un daudzas citas svarīgas funkcijas dzīvajos organismos.

Cilia bija pirmie organoīdi, kurus 17. gadsimta beigās atklāja Antonijs van Lēvenhūks. Viņš novēroja kustīgas (kustīgas) cilijas, “mazas kājas”, kuras viņš raksturoja kā dzīvojošas uz “dzīvnieku kauliņiem” (iespējams, vienšūņiem). Nemotilās cilijas tika novērotas daudz vēlāk ar labākiem mikroskopiem. Lielākā daļa ciliju pastāv dzīvniekiem, gandrīz visos šūnu veidos, kas evolūcijas laikā saglabājušies daudzās sugās. Tomēr dažu ciliju augos var atrast gametu veidā. Cilijas ir izgatavotas no mikrotubulām izkārtojumā, ko dēvē par ciliāru aksonēmu un kuru klāj plazmas membrāna. Šūnas ķermenis veido ciliarus proteīnus un pārvieto tos uz aksonēmas galu; šo procesu sauc par intracilāru vai intraflagelāru transportu (IFT). Pašlaik zinātnieki domā, ka apmēram 10 procenti cilvēka genoma ir veltīti cilijām un to ģenēzei.

Cilia svārstās no 1 līdz 10 mikrometriem. Šie matiem līdzīgie piedēkļu organelli darbojas, lai pārvietotu šūnas, kā arī pārvietotu materiālus. Viņi var pārvietot šķidrumus ūdens sugām, piemēram, gliemežiem, lai nodrošinātu pārtikas un skābekļa transportu. Cilia palīdz elpot dzīvnieku plaušās, novēršot gružu un iespējamo patogēnu iekļūšanu ķermenī. Cilia ir īsāka par flagellu un koncentrējas daudz lielākā skaitā. Viņiem ir tendence pārvietoties ātrā gājienā gandrīz vienlaikus grupā, veidojot viļņu efektu. Cilia var palīdzēt arī dažu vienšūņu veidu kustībā. Pastāv divu veidu cilija: kustīgā (kustīgā) un nemotilā (vai primārā) cilija, un abi darbojas, izmantojot IFT sistēmas. Kustīgās cilijas atrodas elpceļu ejās un plaušās, kā arī auss iekšpusē. Nemotilās cilijas mitinās daudzos orgānos.

Flagellas ir piedēkļi, kas palīdz pārvietot baktērijas un eikariotu gametas, kā arī dažus vienšūņus. Flagelles mēdz būt vienreizējas, piemēram, astes. Parasti tie ir garāki nekā cilijas. Prokariotos karodziņi darbojas kā mazi motori ar rotāciju. Eikariotos tie veic vienmērīgākas kustības.

Cilia spēlē lomu šūnu ciklā, kā arī dzīvnieku attīstībā, piemēram, sirdī. Cilia selektīvi ļauj noteiktām olbaltumvielām darboties pareizi. Cilia spēlē arī šūnu saziņu un molekulāro tirdzniecību.

Kustīgajām cilijām ir 9 + 2 izvietojums, kas sastāv no deviņiem ārējiem mikrocaurulīšu pāriem, kā arī divu mikrotubulu centra. Kustīgās cilijas izmanto savu ritmisko viļņošanos, lai slaucītu vielas, piemēram, notīrot netīrumus, putekļus, mikroorganismus un gļotas, lai novērstu slimības. Tāpēc tie pastāv uz elpošanas ceļu uzlikām. Kustīgās cilijas var gan sajust, gan pārvietot ārpusšūnu šķidrumu.

Nemotilās jeb primārās cilijas neatbilst tai pašai struktūrai kā kustīgās cilijas. Tie ir sakārtoti kā atsevišķas piedēkļa mikrocaurules bez centra mikrocaurules struktūras. Viņiem nav dyneīna ieroču, tāpēc to vispārējā nemotilitāte. Daudzus gadus zinātnieki nekoncentrējās uz šīm primārajām blakstiņām un tāpēc maz zināja par to funkcijām. Nemotilās cilijas kalpo par šūnu sensoro aparātu, kas nosaka signālus. Viņiem ir izšķiroša loma maņu neironos. Nemotilās cilijas var atrast nierēs, lai sajustu urīna plūsmu, kā arī acīs uz tīklenes fotoreceptoriem. Fotoreceptoros tie darbojas, lai transportētu vitāli svarīgas olbaltumvielas no fotoreceptora iekšējā segmenta uz ārējo segmentu; bez šīs funkcijas fotoreceptori nomirtu. Kad cilija sajūt šķidruma plūsmu, tas izraisa šūnu augšanas izmaiņas.

Cilia nodrošina vairāk nekā tikai klīrensa un maņu funkcijas. Tie arī nodrošina dzīvniekiem simbiotisko mikrobiomu dzīvotnes vai vervēšanas vietas. Ūdens dzīvniekiem, piemēram, kalmāriem, šos gļotu epitēlija audus var novērot tiešāk, jo tie ir bieži sastopami un nav iekšējas virsmas. Uz saimniekaudiem pastāv divu veidu cilšu populācijas: viena ar garām blakstiņām, kas viļņojas gar mazas daļiņas, piemēram, baktērijas, bet izslēdz lielākas, un īsākas pukstošās cilijas, kas sajauc vidi šķidrumi. Šīs cilijas strādā, lai pieņemtu darbā mikrobiomu simbiontus. Viņi strādā zonās, kas pārvieto baktērijas un citas sīkas daļiņas uz aizsargātām zonām, vienlaikus sajaucot šķidrumus un veicinot ķīmiskos signālus, lai baktērijas varētu kolonizēt vēlamo reģionu. Tāpēc cilijas darbojas, lai filtrētu, notīrītu, lokalizētu, atlasītu un apkopotu baktērijas un kontrolētu ciliantu virsmu saķeri.

Ir atklāts, ka cilijas piedalās ektosomu vezikulārajā sekrēcijā. Jaunāki pētījumi atklāj cilšu un šūnu ceļu mijiedarbību, kas varētu sniegt ieskatu šūnu komunikācijā, kā arī slimībās.

Flagellas var atrast prokariotos un eikariotos. Tie ir garie pavedienu organoīdi, kas izgatavoti no vairākiem proteīniem, kuri sasniedz pat 20 mikrometru garumu prom no baktēriju virsmas. Parasti karodziņi ir garāki nekā ciljas un nodrošina kustību un vilci. Baktēriju karogu kvēldiega motori var griezties tikpat ātri kā 15 000 apgriezienu minūtē (apgr./min). Karodziņu peldēšanas spēja veicina to darbību neatkarīgi no tā, vai tie ir pārtikas un barības vielu meklējumi, vairošanās vai iebrucēji.

Tādos prokariotos kā baktērijas karodziņi kalpo kā vilces mehānismi; tie ir galvenais veids, kā baktērijas var peldēties caur šķidrumiem. Baktērijās esošajam karodziņam piemīt jonu motors griezes momentam, āķis, kas pārnes motora griezes momentu, un kvēldiegs, vai gara astes veida struktūra, kas virza baktēriju. Motors var pagriezties un ietekmēt kvēldiega uzvedību, mainot baktērijas kustības virzienu. Ja karodziņš pārvietojas pulksteņrādītāja kustības virzienā, tas veido superpoli; vairākas flagellas var veidot saišķi, un tie palīdz baktēriju virzīt uz taisna ceļa. Pagriežot pretēji, kvēldiegs izveido īsāku superpoli un flagellu saišķis izjauc, kas noved pie sabrukšanas. Tā kā eksperimentiem nav augstas izšķirtspējas, zinātnieki izmanto datorsimulācijas, lai prognozētu karogu kustību.

Berzes daudzums šķidrumā ietekmē to, kā kvēldiegs satinīs. Baktērijas var uzņemt vairākas flagellas, piemēram, ar Escherichia coli. Flagella ļauj baktērijām peldēt vienā virzienā un pēc tam pagriezties pēc nepieciešamības. Tas darbojas, izmantojot rotējošu spirālveida karogu, kurā tiek izmantotas dažādas metodes, tostarp stumšanas un vilkšanas cikli. Vēl viena kustības metode tiek panākta, aptinot šūnu ķermeni saišķī. Tādā veidā flagella var arī palīdzēt mainīt kustību. Kad baktērijas sastopas ar izaicinošām telpām, tās var mainīt savu pozīciju, ļaujot savai karogu pārkonfigurēt vai izjaukt saišķus. Šī polimorfā stāvokļa pāreja pieļauj dažādus ātrumus, un virzīšanas un vilkšanas stāvokļi parasti ir ātrāki nekā iesaiņotie stāvokļi. Tas palīdz dažādās vidēs; piemēram, spirālveida saišķis var pārvietot baktēriju caur viskozām vietām ar korķviļķa efektu. Tas palīdz baktēriju izpētē.

Karogi nodrošina baktēriju kustību, bet arī mehānismu patogēnām baktērijām, kas palīdz kolonizēt saimniekus un tādējādi pārnēsāt slimības. Lai piestiprinātu baktērijas uz virsmām, flagellas izmanto savijuma un nūjas metodi. Flagelles darbojas arī kā tilti vai sastatnes, lai saķertos ar saimniekaudiem.

Eikariotu karodziņi pēc sastāva atšķiras no prokariotiem. Eukariotu karodziņi satur daudz vairāk olbaltumvielu, un tiem ir zināma līdzība ar kustīgajām cilijām ar vienādiem vispārējiem kustības un vadības modeļiem. Flagellas tiek izmantotas ne tikai kustībai, bet arī šūnu barošanas un eikariotu reprodukcijas veicināšanai. Flagellas izmanto intraflagellar transportu, kas ir olbaltumvielu kompleksa transports, kas nepieciešams signālmolekulām, kas nodrošina flagellu mobilitāti. Karodziņi pastāv mikroskopiskos organismos, piemēram, Mastigophora vienšūņos, vai arī tie var pastāvēt lielākos dzīvniekos. Vairākiem mikroskopiskiem parazītiem piemīt arī karodziņi, kas palīdz ceļot caur saimniekorganismu. Šo parazītu protistu karogiem ir arī paraflagellar stienis vai PFR, kas palīdz piestiprināties pie tādiem vektoriem kā kukaiņi. Daži citi karogu piemēri eikariotos ietver gametu, piemēram, spermas, astes. Flagellu var atrast arī sūkļos un citās ūdens sugās; šajās radībās esošais karogs palīdz pārvietot ūdeni elpošanai. Eikariotu karodziņi kalpo arī gandrīz kā niecīgas antenas vai maņu organelli. Zinātnieki tikai tagad sāk saprast eikariotu karogu funkcijas plašumu.

Jaunākie zinātniskie atklājumi ir atklājuši, ka mutācijas vai citi defekti, kas saistīti ar blakstiņiem, izraisa vairākas slimības. Šie nosacījumi tiek saukti par ciliopātijām. Tie dziļi ietekmē cilvēkus, kuri no tiem cieš. Dažas ciliopātijas ietver kognitīvos traucējumus, tīklenes deģenerāciju, dzirdes zudumu, anosmiju (ožas zudumu), galvaskausa un sejas anomālijas, plaušas un elpceļus. anomālijas, kreisās un labās puses asimetrija un ar to saistītie sirds defekti, aizkuņģa dziedzera cistas, aknu slimības, neauglība, polidaktilija un nieru patoloģijas, piemēram, cistas. citi. Turklāt dažiem vēža veidiem ir saistība ar ciliopātijām.

Daži nieru darbības traucējumi, kas saistīti ar blakšu disfunkciju, ir nefronoftīze un gan autosomāli dominējošā, gan autosomālā recesīvā policistiskā nieru slimība. Ciliju darbības traucējumi nevar apturēt šūnu dalīšanos, jo netiek konstatēta urīna plūsma, kas izraisa cistas attīstību.

Kartagenera sindromā disneīna roku disfunkcija noved pie neefektīvas elpošanas trakta attīrīšanas no baktērijām un citām vielām. Tas var izraisīt atkārtotas elpceļu infekcijas.

Bardet-Biedl sindroma gadījumā cilijas malformācija izraisa tādas problēmas kā tīklenes deģenerācija, polidaktilija, smadzeņu darbības traucējumi un aptaukošanās.

Nedzimtas slimības var rasties no blakstiņu bojājumiem, piemēram, no cigarešu atlikumiem. Tas var izraisīt bronhītu un citus jautājumus.

Patogēni var arī vadīt normālu simbiotisku baktēriju veicināšanu ar blakstiņām, piemēram, ar Bordetella sugām, kas izraisa cilšu sitienu samazināšanos un tāpēc ļauj patogēnam piestiprināties pie substrāta un izraisīt cilvēka inficēšanos elpceļi.

Vairākas bakteriālas infekcijas ir saistītas ar karogu darbību. Patogēno baktēriju piemēri ir Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa un Campylobacter jejuni. Notiek vairākas mijiedarbības, kuru rezultātā baktērijas iebrūk saimniekaudos. Flagella darbojas kā saistošās zondes, meklējot pirkumu uz saimnieka substrāta. Dažas fitobaktērijas izmanto savu karogu, lai pieliptu augu audiem. Tas noved pie tā, ka augļi un dārzeņi kļūst par sekundāriem saimniekiem baktērijām, kas inficē cilvēkus un dzīvniekus. Viens piemērs ir Listeria monocytogenes un, protams, E. coli un Salmonella ir draņķīgi pārtikas izraisītu slimību izraisītāji.

Helicobacter pylori izmanto savu karogu, lai peldētu caur gļotām un iebruktu kuņģa gļotādā, izvairoties no aizsargājošās kuņģa skābes. Gļotādas oderes darbojas kā imūnā aizsardzība, lai notvertu šādu iebrukumu, saistot flagellu, taču dažas baktērijas atrod vairākus veidus, kā izvairīties no atpazīšanas un sagūstīšanas. Flagellas pavedieni var noārdīties tā, ka saimnieks tos nevar atpazīt, vai arī to izteiksmi un kustīgumu var izslēgt.

Kartagenera sindroms ietekmē arī karogu. Šis sindroms izjauc dyneīna rokas starp mikrotubuliem. Rezultāts ir neauglība, jo spermas šūnām trūkst dzinējspēka, kas vajadzīgs no flagellām, lai peldētu un apaugļotu olšūnas.

Kad zinātnieki uzzina vairāk par cilia un flagella un vēl vairāk izskaidro to lomu organismos, jāievēro jauna pieeja slimību ārstēšanai un zāļu ražošanai.