Cellemobilitet er en nøkkelkomponent for å overleve for mange encellede organismer, og det kan også være viktig i mer avanserte dyr. Celler bruker flagella for bevegelse å lete etter mat og å unnslippe fare. Den whiplike flagellen kan roteres for å fremme bevegelse via en korketrekkereffekt, eller de kan fungere som årer for å roe celler gjennom væsker.
Flagella finnes i bakterier og i noen eukaryoter, men de to typene flageller har en annen struktur.
En bakteriell flagellum hjelper gunstige bakterier med å bevege seg gjennom organismen og hjelper sykdomsfremkallende bakterier å spre seg under infeksjoner. De kan bevege seg dit de kan formere seg, og de kan unngå noen av angrepene fra organismenes immunsystem. For avanserte dyr beveger celler som sæd ved hjelp av et flagellum.
I hvert tilfelle tillater flagellas bevegelse at cellen beveger seg i en generell retning.
Strukturen til prokaryot celleflagell er enkel
Flagella for prokaryoter slik som bakterier består av tre deler:
- De filament av flagellum er et hulrør laget av et flagellarprotein som kalles flagellin.
- Ved bunnen av glødetråden er en fleksibel krok som kobler glødetråden til basen og fungerer som en universal skjøt.
- De basal kropp består av en stang og en serie ringer som forankrer flagellen til celleveggen og plasmamembranen.
Flagellfilamentet opprettes ved å transportere proteinflagellinet fra celleribosomer gjennom den hule kjernen til spissen der flagellinen fester seg og får filamentet til å vokse. Basallegemet danner motor av flagellum, og kroken gir rotasjonen en korketrekkereffekt.
Eukaryotiske flageller har en kompleks struktur
Bevegelsen av eukaryotisk flagella og de fra prokaryote celler er like, men strukturen til filamentet og mekanismen for rotasjon er forskjellig. Den basale kroppen av eukaryote flageller er forankret til cellekroppen, men flagellen mangler stang og skiver. I stedet er glødetråden solid og består av par mikrorør.
Rørene er ordnet som ni doble rør rundt et sentralt par i en 9 + 2-formasjon. Tubuli består av lineære proteinstrenger rundt et hult senter. De doble rørene deler en felles vegg mens de sentrale rørene er uavhengige.
Protein eiker, akser og lenker slutter seg til mikrorør langs glødetrådens lengde. I stedet for en bevegelse opprettet ved basen av roterende ringer, kommer flagellbevegelsen fra interaksjonen mellom mikrorørene.
Flagella arbeider gjennom rotasjonsbevegelse av filamentet
Selv om bakteriell flagella og de fra eukaryote celler har en annen struktur, jobber de begge gjennom en rotasjonsbevegelse av filamentet for å drive cellen eller flytte væsker forbi cellen. Kortere filamenter vil ha en tendens til å bevege seg frem og tilbake mens lengre filamenter vil ha en sirkulær spiralbevegelse.
I bakteriell flagella roterer kroken i bunnen av filamentet der den er forankret til celleveggen og plasmamembran. Rotasjonen av kroken resulterer i en propellignende bevegelse av flagellen. I eukaryote flageller skyldes rotasjonsbevegelsen den sekvensielle bøyningen av filamentet.
Den resulterende bevegelsen kan være piskelignende i tillegg til rotasjon.
Den prokaryote flagellen av bakterier drives av en flagellmotor
Under kroken til bakteriell flagella er basen av flagellen festet til celleveggen og cellens plasmamembran av en serie ringer omgitt av proteinkjeder. En protonpumpe skaper en protongradient over den laveste av ringene, og den elektrokjemiske gradienten driver rotasjon gjennom en protonmotivkraft.
Når protoner diffunderer over den laveste ringgrensen på grunn av protonmotivkraften, roterer ringen og den vedlagte filamentkroken roterer. Rotasjon i en retning resulterer i en kontrollert bevegelse fremover av bakterien. Rotasjon i den andre retningen får bakteriene til å bevege seg tilfeldig.
Den resulterende bakterielle motiliteten kombinert med endringen i rotasjonsretning gir en slags tilfeldig gange som gjør at cellen kan dekke mye bakken i en generell retning.
Eukaryotic Flagella Bruk ATP til å bøye
Basen på flagellum av eukaryote celler er fast forankret i cellemembran og flagellene bøyer seg i stedet for å rotere. Proteinkjeder kalt dynein er festet til noen av de doble mikrotubuli arrangert rundt flagellafilamentene i radiale eiker.
Dyneinmolekylene bruker energi fra adenosintrifosfat (ATP), et energilagringsmolekyl, for å produsere bøyende bevegelse i flagellen.
Dyneinmolekylene får flagellene til å bøye seg ved å bevege mikrotubuli opp og ned mot hverandre. De løsner en av fosfatgruppene fra ATP-molekylene og bruker den frigjorte kjemiske energien til å gripe en av mikrotubuli og flytte den mot tubuli som de er festet til.
Ved å koordinere en slik bøying, kan den resulterende filamentbevegelsen være roterende eller frem og tilbake.
Prokaryotisk flagella er viktig for bakteriell forplantning
Mens bakterier kan overleve i lengre perioder i det fri og på faste overflater, vokser de og formerer seg i væsker. Typiske væskemiljøer er næringsrike løsninger og det indre av avanserte organismer.
Mange av disse bakteriene, som de i tarm av dyr, er gunstige, men de må kunne finne næringsstoffene de trenger og unngå farlige situasjoner.
Flagella lar dem bevege seg mot mat, vekk fra farlige kjemikalier og spre seg når de formerer seg.
Ikke alle bakterier i tarmen er gunstige. H. pylorier for eksempel en flagellert bakterie som forårsaker magesår. Det er avhengig av flageller for å bevege seg gjennom slimet i fordøyelsessystemet og unngå områder som er for sure. Når den finner et gunstig rom, multipliserer den og bruker flageller for å spre seg.
Studier har vist at H. pylori flagella er en nøkkelfaktor i bakteriens smittsomhet.
Relatert artikkel: Signaloverføring: Definisjon, funksjon, eksempler
Bakterier kan klassifiseres i henhold til nummer og plassering av deres flageller. Enformig bakterier har et enkelt flagellum i den ene enden av cellen. Lofotrik bakterier har en haug med flere flageller i den ene enden.
Peritrichous bakterier har både lateral flagella og flagella i endene av cellen mens amfitrik bakterier kan ha en eller flere flageller i begge ender.
Arrangementet av flagellen påvirker hvor raskt og på hvilken måte bakterien kan bevege seg.
Eukaryote celler bruker Flagella til å bevege seg innenfor og utenfor organismer
Eukaryote celler med en kjerne og organeller finnes i høyere planter og dyr, men også som encellede organismer. Eukaryote flageller brukes av primitive celler til å bevege seg rundt, men de kan også bli funnet hos avanserte dyr.
Når det gjelder encellede organismer, brukes flagellene til å lokalisere mat, spre seg og flykte fra rovdyr eller ugunstige forhold. Hos avanserte dyr bruker spesifikke celler et eukaryotisk flagellum til spesielle formål.
For eksempel grønne algerChlamydomonas reinhardtii bruker to algeflageller for å bevege seg gjennom vannet i innsjøer og elver eller jord. Den er avhengig av at denne bevegelsen sprer seg etter reproduksjon og er bredt distribuert over hele verden.
I høyere dyr, den spermcelle er et eksempel på en mobilcelle som bruker eukaryot flagellum for bevegelse. Dette er hvordan sæd beveger seg gjennom den kvinnelige reproduksjonskanalen for å gjødsle egget og begynne seksuell reproduksjon.