celmobiliteit is een sleutelcomponent voor de overleving van veel eencellige organismen, en het kan ook belangrijk zijn bij meer geavanceerde dieren. Cellen gebruiken flagella voor voortbeweging om voedsel te zoeken en aan gevaar te ontsnappen. De zweepachtige flagella kunnen worden gedraaid om beweging te bevorderen via een kurkentrekkereffect, of ze kunnen werken als roeiriemen om cellen door vloeistoffen te roeien.
Flagella komen voor in bacteriën en in sommige eukaryoten, maar die twee soorten flagella hebben een andere structuur.
Een bacterieel flagellum helpt nuttige bacteriën door het organisme te bewegen en helpt ziekteverwekkende bacteriën zich tijdens infecties te verspreiden. Ze kunnen zich verplaatsen naar waar ze zich kunnen vermenigvuldigen en ze kunnen enkele aanvallen van het immuunsysteem van het organisme vermijden. Voor gevorderde dieren verplaatsen cellen zoals sperma zich met behulp van een flagellum.
In elk geval zorgt de beweging van de flagella ervoor dat de cel in een algemene richting kan bewegen.
De structuur van prokaryotische celflagella is eenvoudig
Flagella voor prokaryoten zoals bacteriën bestaan uit drie delen:
- De gloeidraad van het flagellum is een holle buis gemaakt van een flagellair eiwit genaamd flagelline.
- Aan de basis van het filament bevindt zich een flexibele haak die de gloeidraad aan de basis koppelt en fungeert als een kruiskoppeling.
- De basaal lichaam bestaat uit een staaf en een reeks ringen die het flagellum aan de celwand en het plasmamembraan verankeren.
Het flagellaire filament wordt gemaakt door het eiwit flagelline van celribosomen door de holle kern naar de punt te transporteren waar de flagelline zich hecht en het filament laat groeien. Het basale lichaam vormt de motor van het flagellum, en de haak geeft de rotatie een kurkentrekkereffect.
Eukaryotische flagella hebben een complexe structuur
de beweging van eukaryoot flagella en die van prokaryotische cellen is vergelijkbaar, maar de structuur van het filament en het mechanisme voor rotatie zijn verschillend. Het basale lichaam van eukaryote flagella is verankerd aan het cellichaam, maar het flagellum mist een staaf en schijven. In plaats daarvan is het filament solide en bestaat het uit paren microtubuliule.
De tubuli zijn gerangschikt als negen dubbele buizen rond een centraal paar buizen in een 9 + 2-formatie. De tubuli zijn opgebouwd uit lineaire eiwitstrings rond een hol centrum. De dubbele buizen delen een gemeenschappelijke wand, terwijl de centrale buizen onafhankelijk zijn.
Eiwitspaken, assen en schakels sluiten zich aan bij de microtubuli langs de lengte van het filament. In plaats van een beweging die aan de basis wordt gecreëerd door roterende ringen, komt de flagellumbeweging voort uit interactie van de microtubuli.
Flagella werkt door roterende beweging van het filament
Hoewel bacteriële flagella en die van eukaryote cellen een verschillende structuur hebben, werken ze allebei door een roterende beweging van het filament om de cel voort te stuwen of vloeistoffen langs de cel te verplaatsen. Kortere filamenten zullen de neiging hebben om heen en weer te bewegen, terwijl langere filamenten een cirkelvormige spiraalbeweging zullen hebben.
Bij bacteriële flagella draait de haak aan de onderkant van het filament waar het is verankerd aan de celwand en plasma membraan. De rotatie van de haak resulteert in een propellerachtige beweging van de flagella. Bij eukaryote flagella is de rotatiebeweging het gevolg van de opeenvolgende buiging van de gloeidraad.
De resulterende beweging kan naast rotatie ook zweepachtig zijn.
De prokaryotische flagella van bacteriën wordt aangedreven door een flagellaire motor
Onder de haak van bacteriële flagella is de basis van het flagellum bevestigd aan de celwand en het plasmamembraan van de cel door een reeks ringen omgeven door eiwitketens. Een protonpomp creëert een protongradiënt over de laagste van de ringen, en de elektrochemische gradiënt zorgt voor rotatie door a Proton bewegende kracht.
Wanneer protonen diffunderen over de laagste ringgrens vanwege de protonenaandrijfkracht, draait de ring en roteert de bevestigde filamenthaak. Rotatie in één richting resulteert in een gecontroleerde voorwaartse beweging van de bacterie. Rotatie in de andere richting zorgt ervoor dat de bacteriën op een willekeurige tuimelende manier bewegen.
De resulterende bacteriële beweeglijkheid in combinatie met de verandering in draairichting produceert een soort willekeurige wandeling waardoor de cel veel terrein in een algemene richting kan bestrijken.
Eukaryotische flagella gebruiken ATP om te buigen
De basis van het flagellum van eukaryote cellen is stevig verankerd aan de celmembraan en de flagella buigen in plaats van draaien. Eiwitketens genaamd dynein zijn bevestigd aan enkele van de dubbele microtubuli die in radiale spaken rond de flagella-filamenten zijn gerangschikt.
De dyneïne-moleculen gebruiken energie van adenosine trifosfaat (ATP), een energieopslagmolecuul, om buigbewegingen in de flagella te produceren.
De dyneïnemoleculen zorgen ervoor dat de flagellen buigen door de microtubuli op en neer tegen elkaar aan te bewegen. Ze maken een van de fosfaatgroepen los van de ATP-moleculen en gebruiken de vrijgekomen chemische energie om een van de microtubuli te grijpen en te verplaatsen tegen de tubulus waaraan ze zijn bevestigd.
Door een dergelijke buigactie te coördineren, kan de resulterende filamentbeweging roterend of heen en weer zijn.
Prokaryotische flagella zijn belangrijk voor bacteriële voortplanting
Hoewel bacteriën lange tijd in de open lucht en op vaste oppervlakken kunnen overleven, groeien en vermenigvuldigen ze zich in vloeistoffen. Typische vloeibare omgevingen zijn voedingsrijke oplossingen en het interieur van geavanceerde organismen.
Veel van deze bacteriën, zoals die in de darm van dieren, zijn heilzaam, maar ze moeten de voedingsstoffen kunnen vinden die ze nodig hebben en gevaarlijke situaties vermijden.
Flagella stelt hen in staat om naar voedsel te gaan, weg van gevaarlijke chemicaliën en zich te verspreiden wanneer ze zich vermenigvuldigen.
Niet alle bacteriën in de darm zijn gunstig. H. pyloriis bijvoorbeeld een flagellated bacterie die maagzweren veroorzaakt. Het vertrouwt op flagella om door het slijm van het spijsverteringsstelsel te bewegen en gebieden te vermijden die te zuur zijn. Wanneer het een gunstige ruimte vindt, vermenigvuldigt het zich en gebruikt het flagella om zich te verspreiden.
Studies hebben aangetoond dat de H. pylori flagella zijn een sleutelfactor in de besmettelijkheid van de bacteriën.
Gerelateerd artikel: Signaaltransductie: definitie, functie, voorbeelden
Bacteriën kunnen worden ingedeeld volgens de nummer en locatie van hun flagellen. eentonig bacteriën hebben een enkele flagellum aan het ene uiteinde van de cel. Lophotrichous bacteriën hebben aan het ene uiteinde een aantal flagellen.
Peritrichous bacteriën hebben zowel laterale flagella als flagella aan de uiteinden van de cel, terwijl amfitisch bacteriën kunnen aan beide uiteinden een of meerdere flagellen hebben.
De rangschikking van de flagella beïnvloedt hoe snel en op welke manier de bacterie zich kan verplaatsen.
Eukaryotische cellen gebruiken flagella om organismen binnen en buiten te verplaatsen
Eukaryotische cellen met een kern en organellen komen voor in hogere planten en dieren, maar ook als eencellige organismen. Eukaryotische flagella worden door primitieve cellen gebruikt om zich te verplaatsen, maar ze kunnen ook worden gevonden bij geavanceerde dieren.
In het geval van eencellige organismen worden de flagellen gebruikt om voedsel te lokaliseren, te verspreiden en te ontsnappen aan roofdieren of ongunstige omstandigheden. Bij geavanceerde dieren gebruiken specifieke cellen een eukaryoot flagellum voor speciale doeleinden.
Bijvoorbeeld de groene algenChlamydomonas reinhardtii gebruikt twee algen flagella om door het water van meren en rivieren of bodem te bewegen. Het vertrouwt op deze beweging om zich na reproductie te verspreiden en is wijdverspreid over de hele wereld.
Bij hogere dieren is de zaadcel is een voorbeeld van een mobiele cel die eukaryoot flagellum gebruikt voor beweging. Dit is hoe sperma zich door het vrouwelijke voortplantingsstelsel beweegt om het ei te bevruchten en seksuele voortplanting te beginnen.