Flagella: tipuri, funcție și structură

Mobilitatea celulelor este o componentă cheie pentru supraviețuirea multor organisme unicelulare și poate fi important și la animale mai avansate. Celulele folosesc flageli pentru locomoţie să caute mâncare și să scape de pericol. Flagelele de tip whiplike pot fi rotite pentru a promova mișcarea printr-un efect de tirbușon sau pot acționa ca vâsle pentru a înșela celulele prin lichide.

Flagelii se găsesc în bacterii și în unele eucariote, dar aceste două tipuri de flageli au o structură diferită.

Un flagel bacterian ajută bacteriile benefice să se deplaseze prin organism și ajută bacteriile care cauzează boli să se răspândească în timpul infecțiilor. Se pot deplasa acolo unde se pot înmulți și pot evita unele dintre atacurile sistemului imunitar al organismului. Pentru animalele avansate, celulele precum sperma se mișcă cu ajutorul unui flagel.

În fiecare caz, mișcarea flagelului permite celulei să se deplaseze într-o direcție generală.

Flagella pt procariote cum ar fi bacteriile sunt alcătuite din trei părți:

1. filament al flagelului este un tub gol format dintr-o proteină flagelară numită flagelină.
2. La baza filamentului se află un cârlig flexibil care cuplează filamentul la bază și acționează ca o articulație universală.
3.  corpul bazal este alcătuit dintr-o tijă și o serie de inele care ancorează flagelul de peretele celular și de membrana plasmatică.

Filamentul flagelar este creat prin transportul proteinei flagelină din ribozomii celulelor prin miezul gol până la vârful în care se fixează flagelina și face ca filamentul să crească. Corpul bazal formează motor a flagelului, iar cârligul conferă rotației un efect de tirbușon.

Mișcarea de eucariotă flagelele și cele ale celulelor procariote sunt similare, dar structura filamentului și mecanismul de rotație sunt diferite. Corpul bazal al flagelului eucariot este ancorat de corpul celulei, dar flagelului îi lipsește tija și discurile. În schimb, filamentul este solid și este format din perechi de microtubuli.

Tubii sunt aranjați ca nouă tuburi duble în jurul unei perechi centrale de tuburi într-o formațiune 9 + 2. Tubii sunt alcatuiti din șiruri de proteine ​​liniare în jurul unui centru gol. Tuburile duble au un perete comun, în timp ce tuburile centrale sunt independente.

Spițele, axele și legăturile proteice se alătură microtubuli pe lungimea filamentului. În loc de o mișcare creată la bază de inele rotative, mișcarea flagelului provine din interacțiunea microtubulilor.

Deși flagelii bacterieni și cei ai celulelor eucariote au o structură diferită, ambii funcționează printr-o mișcare de rotație a filamentului pentru a propulsa celula sau a muta fluidele pe lângă celulă. Filamentele mai scurte vor tinde să se miște înainte și înapoi, în timp ce filamentele mai lungi vor avea o mișcare spirală circulară.

În flagelii bacterieni, cârligul de la baza filamentului se rotește acolo unde este ancorat la perete celular și membrană plasmatică. Rotația cârligului are ca rezultat o mișcare asemănătoare elicei a flagelelor. În flagelele eucariote, mișcarea de rotație se datorează îndoirii secvențiale a filamentului.

Mișcarea rezultată poate fi asemănătoare cu biciul pe lângă rotație.

Sub cârligul flagelilor bacterieni, baza flagelului este atașată de peretele celular și de membrana plasmatică a celulei printr-o serie de inele înconjurate de lanțuri proteice. O pompă de protoni creează un gradient de protoni în cel mai jos inel, iar gradientul electrochimic alimentează rotația prin a forța motivantă a protonilor.

Când protonii difuzează peste limita inferioară a inelului datorită forței motrice a protonului, inelul se rotește și cârligul filamentului atașat se rotește. Rotirea într-o direcție are ca rezultat o mișcare controlată înainte a bacteriei. Rotația în cealaltă direcție face ca bacteriile să se miște în mod aleatoriu.

Motilitatea bacteriană rezultată combinată cu schimbarea direcției de rotație produce un fel de mers aleatoriu care permite celulei să acopere o mulțime de pământ într-o direcție generală.

Baza flagelului celulelor eucariote este ferm ancorată la membrana celulara iar flagelul se îndoaie mai degrabă decât se rotește. Lanțuri de proteine ​​numite dynein sunt atașate la unii dintre microtubulii dubli dispuși în jurul filamentelor flagelelor în spițe radiale.

Moleculele de dinină utilizează energie din adenozin trifosfat (ATP), o moleculă de stocare a energiei, pentru a produce mișcare de îndoire în flageli.

Moleculele de dineină fac flagelul să se îndoaie deplasând microtubulii în sus și în jos unul împotriva celuilalt. Ei detașează una dintre grupările fosfat de moleculele ATP și folosesc energia chimică eliberată pentru a apuca unul dintre microtubuli și a-l muta împotriva tubulului de care sunt atașați.

Prin coordonarea unei astfel de acțiuni de îndoire, mișcarea rezultată a filamentului poate fi rotativă sau înainte și înapoi.

În timp ce bacteriile pot supraviețui perioade îndelungate în aer liber și pe suprafețe solide, ele cresc și se înmulțesc în fluide. Mediile fluide tipice sunt soluții bogate în nutrienți și interiorul organismelor avansate.

Multe dintre aceste bacterii, cum ar fi cele din intestinul animalelor, sunt benefice, dar trebuie să poată găsi substanțele nutritive de care au nevoie și să evite situațiile periculoase.

Flagelii le permit să se îndrepte spre alimente, departe de substanțele chimice periculoase și să se răspândească atunci când se înmulțesc.

Nu toate bacteriile din intestin sunt benefice. H. pylori, de exemplu, este o bacterie flagelată care provoacă ulcere gastrice. Se bazează pe flageli pentru a se deplasa prin mucusul sistemului digestiv și pentru a evita zonele prea acide. Când găsește un spațiu favorabil, se înmulțește și folosește flagelii pentru a se răspândi.

Studiile au arătat că H. pylori flagelii sunt un factor cheie în infecțiozitatea bacteriilor.

Articol asociat: Transducția semnalului: definiție, funcție, exemple

Bacteriile pot fi clasificate în funcție de numărul și locația de flagelele lor. Monotrichous bacteriile au un singur flagel la un capăt al celulei. Lophotrichous bacteriile au o grămadă de mai mulți flageli la un capăt.

Peritrichous bacteriile au atât flageli laterali, cât și flageli la capetele celulei în timp ce amfitricioasă bacteriile pot avea unul sau mai mulți flageli la ambele capete.

Aranjamentul flagelilor influențează cât de rapid și în ce mod se poate mișca bacteria.

Celulele eucariote cu nucleu și organite se găsesc la plante și animale superioare, dar și ca organisme unicelulare. Flagelele eucariote sunt utilizate de celulele primitive pentru a se deplasa, dar pot fi găsite și la animalele avansate.

În cazul organismelor unicelulare, flagelele sunt utilizate pentru a localiza hrana, pentru a răspândi și a scăpa de prădători sau condiții nefavorabile. La animalele avansate, celulele specifice folosesc un flagel eucariot în scopuri speciale.

De exemplu, alge verziChlamydomonas reinhardtii folosește doi flageli algali pentru a se deplasa prin apa lacurilor și râurilor sau a solului. Se bazează pe această mișcare pentru a se răspândi după reproducere și este larg distribuită în întreaga lume.

La animalele superioare, celula spermatozoida este un exemplu de celulă mobilă care folosește flagel eucariot pentru mișcare. Acesta este modul în care sperma se deplasează prin tractul reproductiv feminin pentru a fertiliza ovulul și a începe reproducerea sexuală.