Cílios e flagelos são dois tipos diferentes de apêndices microscópicos nas células. Os cílios são encontrados em animais e microrganismos, mas não na maioria das plantas. Flagelos são usados para mobilidade em bactérias, bem como gametas de eucariotos. Tanto os cílios quanto os flagelos têm funções de locomoção, mas de maneiras diferentes. Ambos dependem da dineína, que é uma proteína motora, e dos microtúbulos para funcionar.
TL; DR (muito longo; Não li)
Cílios e flagelos são organelos nas células que fornecem propulsão, dispositivos sensoriais, mecanismos de depuração e várias outras funções importantes nos organismos vivos.
O que são Cilia?
Cilia foram as primeiras organelas descobertas por Antonie van Leeuwenhoek no final do século XVII. Ele observou cílios móveis (em movimento), “perninhas”, que ele descreveu como residindo em “animálculos” (provavelmente protozoários). Cílios não móveis foram observados muito mais tarde com microscópios melhores. A maioria dos cílios existe em animais, em quase todos os tipos de células, conservados em muitas espécies em evolução. No entanto, alguns cílios podem ser encontrados nas plantas na forma de gametas. Os cílios são feitos de microtúbulos em um arranjo denominado axonema ciliar, que é coberto pela membrana plasmática. O corpo celular produz proteínas ciliares e as move para a ponta do axonema; este processo é denominado transporte intraciliar ou intraflagelar (IFT). Atualmente, os cientistas acreditam que aproximadamente 10 por cento do genoma humano é dedicado aos cílios e sua gênese.
Os cílios variam de 1 a 10 micrômetros de comprimento. Essas organelas de apêndices semelhantes a pêlos funcionam tanto para mover células quanto para mover materiais. Eles podem mover fluidos para espécies aquáticas, como mariscos, para permitir o transporte de alimentos e oxigênio. Os cílios ajudam na respiração dos pulmões dos animais, evitando que detritos e agentes patogênicos em potencial invadam o corpo. Os cílios são mais curtos do que os flagelos e se concentram em números muito maiores. Eles tendem a se mover em uma pincelada rápida quase ao mesmo tempo em um grupo, constituindo um efeito de onda. Os cílios também podem auxiliar na locomoção de alguns tipos de protozoários. Existem dois tipos de cílios: cílios móveis (móveis) e não móveis (ou primários), e ambos funcionam por meio de sistemas IFT. Os cílios móveis residem nas vias aéreas e nos pulmões, bem como no interior do ouvido. Cílios não móveis residem em muitos órgãos.
O que são flagelos?
Flagelos são apêndices que ajudam a mover bactérias e gametas de eucariotos, bem como alguns protozoários. Os flagelos tendem a ser singulares, como uma cauda. Eles normalmente são mais longos do que os cílios. Em procariontes, os flagelos funcionam como pequenos motores com rotação. Nos eucariotos, eles fazem movimentos mais suaves.
Funções de Cilia
Os cílios desempenham papéis no ciclo celular e também no desenvolvimento animal, como no coração. Os cílios permitem seletivamente que certas proteínas funcionem adequadamente. Cilia também desempenha um papel de comunicação celular e tráfico molecular.
Os cílios móveis possuem um arranjo 9 + 2 de nove pares de microtúbulos externos, junto com um centro de dois microtúbulos. Os cílios móveis usam sua ondulação rítmica para varrer substâncias, como na limpeza de sujeira, poeira, microrganismos e muco, para prevenir doenças. É por isso que eles existem no revestimento das vias respiratórias. Os cílios móveis podem sentir e mover o fluido extracelular.
Os cílios não móveis, ou primários, não se conformam à mesma estrutura dos cílios móveis. Eles são organizados como microtúbulos apêndices individuais sem a estrutura do microtúbulo central. Eles não possuem braços dineínicos, daí sua não motilidade geral. Por muitos anos, os cientistas não se concentraram nesses cílios primários e, portanto, sabiam pouco sobre suas funções. Os cílios não móveis servem como aparelhos sensoriais para as células, detectando sinais. Eles desempenham papéis cruciais nos neurônios sensoriais. Cílios não móveis podem ser encontrados nos rins para detectar o fluxo de urina, bem como nos olhos dos fotorreceptores da retina. Nos fotorreceptores, eles funcionam para transportar proteínas vitais do segmento interno do fotorreceptor para o segmento externo; sem essa função, os fotorreceptores morreriam. Quando os cílios sentem um fluxo de fluido, isso leva a mudanças no crescimento celular.
Os cílios fornecem mais do que apenas funções sensoriais e depuração. Eles também fornecem habitats ou áreas de recrutamento para microbiomas simbióticos em animais. Em animais aquáticos como a lula, esses tecidos epiteliais mucosos podem ser observados mais diretamente, pois são comuns e não são superfícies internas. Existem dois tipos diferentes de populações de cílios nos tecidos do hospedeiro: um com cílios longos que ondulam ao longo pequenas partículas como bactérias, mas excluem as maiores, e cílios mais curtos que se misturam fluidos. Esses cílios trabalham para recrutar simbiontes microbiomas. Eles trabalham em zonas que deslocam bactérias e outras partículas minúsculas para zonas protegidas, ao mesmo tempo que misturam fluidos e facilitam os sinais químicos para que as bactérias possam colonizar a região desejada. Portanto, os cílios funcionam para filtrar, limpar, localizar, selecionar e agregar bactérias e controlar a adesão às superfícies ciliadas.
Também foi descoberto que os cílios participam da secreção vesicular de ectossomos. Pesquisas mais recentes revelam interações entre os cílios e as vias celulares que podem fornecer informações sobre a comunicação celular e também sobre doenças.
Funções de flagelos
Os flagelos podem ser encontrados em procariontes e eucariotos. Eles são organelas de filamentos longos feitos de várias proteínas que alcançam até 20 micrômetros de comprimento de sua superfície nas bactérias. Normalmente, os flagelos são mais longos do que os cílios e fornecem movimento e propulsão. Motores de filamentos de flagelos bacterianos podem girar até 15.000 rotações por minuto (rpm). A capacidade natatória dos flagelos auxilia em sua função, seja na busca de alimentos e nutrientes, na reprodução ou na invasão de hospedeiros.
Em procariontes como as bactérias, os flagelos funcionam como mecanismos de propulsão; são a principal forma de as bactérias nadar através dos fluidos. Um flagelo em bactérias possui um motor de íon para torque, um gancho que transmite o torque do motor e um filamento ou uma estrutura semelhante a uma cauda longa que impulsiona a bactéria. O motor pode girar e afetar o comportamento do filamento, mudando a direção de deslocamento da bactéria. Se o flagelo se mover no sentido horário, ele forma uma superenrolada; vários flagelos podem formar um feixe e ajudam a impulsionar uma bactéria em um caminho reto. Quando girado no sentido oposto, o filamento forma um superenrolamento mais curto e o feixe de flagelos se desmonta, levando ao tombamento. Devido à falta de alta resolução para experimentos, os cientistas usam simulações de computador para prever o movimento flagelar.
A quantidade de atrito em um fluido afeta como o filamento se superenrolará. As bactérias podem hospedar vários flagelos, como a Escherichia coli. Os flagelos permitem que as bactérias nadem em uma direção e depois vire conforme necessário. Isso funciona por meio de flagelos helicoidais rotativos, que usam vários métodos, incluindo ciclos de empurrar e puxar. Outro método de movimento é obtido envolvendo o corpo celular em um feixe. Dessa forma, os flagelos também podem ajudar a reverter o movimento. Quando as bactérias encontram espaços desafiadores, elas podem mudar sua posição, permitindo que seus flagelos se reconfigurem ou desmontem seus feixes. Essa transição de estado polimórfico permite velocidades diferentes, com os estados push e pull sendo normalmente mais rápidos do que os estados agrupados. Isso ajuda em diferentes ambientes; por exemplo, o feixe helicoidal pode mover uma bactéria através de áreas viscosas com um efeito saca-rolhas. Isso ajuda na exploração bacteriana.
Flagelos fornecem movimento para bactérias, mas também fornecem um mecanismo para bactérias patogênicas para ajudar na colonização de hospedeiros e, portanto, na transmissão de doenças. Os flagelos usam um método giratório para ancorar as bactérias nas superfícies. Os flagelos também funcionam como pontes ou suportes para adesão ao tecido do hospedeiro.
Os flagelos eucarióticos divergem dos procariontes em sua composição. Os flagelos nos eucariotos contêm muito mais proteínas e apresentam alguma semelhança com os cílios móveis, com o mesmo movimento geral e padrões de controle. Flagelos são usados não apenas para movimento, mas também para auxiliar na alimentação celular e reprodução eucariótica. Os flagelos usam o transporte intraflagelar, que é o transporte de um complexo de proteínas necessárias para as moléculas de sinalização que dão mobilidade aos flagelos. Os flagelos existem em organismos microscópicos, como os protozoários Mastigophora, ou podem existir dentro de animais maiores. Vários parasitas microscópicos também possuem flagelos, auxiliando em sua viagem através de um organismo hospedeiro. Os flagelos desses parasitas protistas também carregam um bastão paraflagelar ou PFR, que auxilia na fixação de vetores como insetos. Alguns outros exemplos de flagelos em eucariotos incluem as caudas dos gametas, como o esperma. Flagelos também podem ser encontrados em esponjas e outras espécies aquáticas; os flagelos nessas criaturas ajudam a mover a água para a respiração. Os flagelos eucarióticos também servem quase como pequenas antenas ou organelas sensoriais. Os cientistas só agora estão começando a compreender a amplitude da função dos flagelos eucarióticos.
Doenças Relacionadas à Cilia
Descobertas científicas recentes descobriram que mutações ou outros defeitos relacionados aos cílios causam várias doenças. Essas condições são chamadas de ciliopatias. Eles afetam profundamente as pessoas que sofrem com eles. Algumas ciliopatias incluem deficiência cognitiva, degeneração da retina, perda auditiva, anosmia (perda do olfato), anormalidades craniofaciais, pulmão e vias aéreas anormalidades, assimetria esquerda-direita e defeitos cardíacos relacionados, cistos pancreáticos, doença hepática, infertilidade, polidactilia e anormalidades renais, como cistos, entre outras. Além disso, alguns cânceres têm uma conexão com ciliopatias.
Alguns distúrbios renais relacionados à disfunção ciliar incluem nefronoftise e doença renal policística autossômica dominante e autossômica recessiva. Cílios com mau funcionamento não podem interromper a divisão celular porque não há detecção do fluxo de urina, levando ao desenvolvimento do cisto.
Na síndrome de Kartagener, a disfunção do braço da dineína leva à eliminação ineficaz do trato respiratório de bactérias e outras substâncias. Isso pode levar a infecções respiratórias repetidas.
Na síndrome de Bardet-Biedl, a malformação dos cílios leva a problemas como degeneração da retina, polidactilia, distúrbios cerebrais e obesidade.
Doenças não hereditárias podem resultar de danos aos cílios, como resíduos de cigarro. Isso pode causar bronquite e outros problemas.
Os patógenos também podem comandar o fomento simbiótico normal de bactérias por cílios, como com espécies de Bordetella, que faz com que o batimento dos cílios diminua e, portanto, permite que o patógeno se fixe em um substrato e leve à infecção de humanos vias aéreas.
Doenças relacionadas a flagelos
Uma série de infecções bacterianas está relacionada à função dos flagelos. Exemplos de bactérias patogênicas incluem Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa e Campylobacter jejuni. Ocorre uma série de interações que levam as bactérias a invadir os tecidos do hospedeiro. Os flagelos atuam como sondas de ligação, buscando compra no substrato do hospedeiro. Algumas fitobactérias usam seus flagelos para aderir aos tecidos das plantas. Isso faz com que produtos como frutas e vegetais se tornem hospedeiros secundários para bactérias que infectam humanos e animais. Um exemplo é Listeria monocytogenes e, claro, E. coli e Salmonella são agentes infames de doenças transmitidas por alimentos.
Helicobacter pylori usa seu flagelo para nadar através do muco e invadir o revestimento do estômago, evitando o ácido estomacal protetor. Os revestimentos mucosos funcionam como uma defesa imunológica para capturar essa invasão, ligando-se aos flagelos, mas algumas bactérias encontram várias maneiras de escapar do reconhecimento e da captura. Os filamentos dos flagelos podem se degradar de modo que o hospedeiro não os reconheça, ou sua expressão e mobilidade podem ser desligadas.
A síndrome de Kartagener também afeta os flagelos. Esta síndrome interrompe os braços da dineína entre os microtúbulos. O resultado é a infertilidade devido à falta de propulsão necessária dos flagelos aos espermatozoides para nadar e fertilizar os óvulos.
À medida que os cientistas aprendem mais sobre cílios e flagelos e elucidam ainda mais suas funções nos organismos, novas abordagens para o tratamento de doenças e fabricação de medicamentos devem ser seguidas.