Ciliile și flagelele sunt două tipuri diferite de anexe microscopice pe celule. Ciliile se găsesc atât la animale, cât și la microorganisme, dar nu la majoritatea plantelor. Flagelele sunt utilizate pentru mobilitatea bacteriilor, precum și a gametilor de eucariote. Atât cilii, cât și flagelele îndeplinesc funcții de locomoție, dar în moduri diferite. Ambele se bazează pe dynein, care este o proteină motorie, și pe microtubuli pentru a funcționa.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Ciliile și flagelele sunt organite pe celule care asigură propulsie, dispozitive senzoriale, mecanisme de eliminare și numeroase alte funcții importante în organismele vii.
Ce sunt Cilia?
Cilia au fost primele organite descoperite de Antonie van Leeuwenhoek la sfârșitul secolului al XVII-lea. El a observat cilii mobili (în mișcare), „picioare mici”, pe care le-a descris ca locuind pe „animale” (probabil protozoare). Cilii nemotivi au fost observați mult mai târziu cu microscopuri mai bune. Majoritatea cililor există la animale, în aproape fiecare tip de celulă, conservată pe mai multe specii în evoluție. Cu toate acestea, unele cilii pot fi găsite în plante sub formă de gameți. Ciliile sunt formate din microtubuli într-un aranjament numit axonem ciliar, care este acoperit de membrana plasmatică. Corpul celular produce proteine ciliare și le mută în vârful axonemului; acest proces se numește transport intraciliar sau intraflagelar (IFT). În prezent, oamenii de știință cred că aproximativ 10% din genomul uman este dedicat cililor și genezei lor.
Cilia variază de la 1 la 10 micrometri lungime. Aceste organite de apendice asemănătoare părului funcționează pentru a muta celulele, precum și pentru a muta materiale. Pot muta lichide pentru speciile acvatice, cum ar fi scoici, pentru a permite transportul de alimente și oxigen. Ciliile ajută la respirația în plămânii animalelor, împiedicând resturile și potențialii agenți patogeni să invadeze corpul. Ciliile sunt mai scurte decât flagelele și se concentrează într-un număr mult mai mare. Ei tind să se miște într-o lovitură rapidă aproape în același timp într-un grup, constituind un efect de undă. Cilia poate ajuta, de asemenea, la locomoția anumitor tipuri de protozoare. Există două tipuri de cilii: cilii mobili (în mișcare) și non-mobili (sau primari) și ambele funcționează prin intermediul sistemelor IFT. Ciliile mobile se află în căile respiratorii și în plămâni, precum și în interiorul urechii. Ciliile nemobile se află în multe organe.
Ce sunt Flagella?
Flagelele sunt anexe care ajută la mișcarea bacteriilor și a gametilor eucariotelor, precum și a unor protozoare. Flagelele tind să fie singulare, ca o coadă. De obicei sunt mai lungi decât cilii. La procariote, flagelele funcționează ca niște motoare mici cu rotație. În eucariote, fac mișcări mai fine.
Funcțiile Cilia
Cilia joacă roluri în ciclul celular, precum și în dezvoltarea animalelor, cum ar fi inima. Cilia permite selectiv anumite proteine să funcționeze corect. Cilia joacă, de asemenea, un rol de comunicare celulară și de trafic molecular.
Ciliile motile posedă un aranjament 9 + 2 din nouă perechi externe de microtubuli, împreună cu un centru de doi microtubuli. Ciliile motile își folosesc ondulația ritmică pentru a mătura substanțele, ca în curățarea murdăriei, a prafului, a microorganismelor și a mucusului, pentru a preveni bolile. Acesta este motivul pentru care există pe căptușelile căilor respiratorii. Cilii motili pot detecta și mișca fluidul extracelular.
Cilii nemotivi sau primari nu se conformează aceleiași structuri ca cilii mobili. Acestea sunt aranjate ca microtubuli anexi individuali fără structura centrală a microtubulilor. Nu posedă brațe dinineice, de unde și nemotivitatea lor generală. Mulți ani, oamenii de știință nu s-au concentrat asupra acestor cilii primari și, prin urmare, știau puțin despre funcțiile lor. Cilii nemotivi servesc drept aparat senzorial pentru celule, detectând semnale. Ei joacă roluri cruciale în neuronii senzoriali. Cilii nemotivi pot fi găsiți în rinichi pentru a simți fluxul de urină, precum și în ochii de pe fotoreceptorii retinei. În fotoreceptori, aceștia funcționează pentru a transporta proteinele vitale de la segmentul interior al fotoreceptorului la segmentul exterior; fără această funcție, fotoreceptorii ar muri. Când cilii simt un flux de lichid, aceasta duce la modificări ale creșterii celulare.
Ciliile oferă mai mult decât funcții de clearance și senzoriale. Ele oferă, de asemenea, habitate sau zone de recrutare pentru microbiomi simbiotici la animale. La animalele acvatice, cum ar fi calmarul, aceste țesuturi epiteliale ale mucusului pot fi observate mai direct, deoarece sunt comune și nu sunt suprafețe interne. Există două tipuri diferite de populații de cili pe țesuturile gazdă: una cu cili lungi care se deplasează de-a lungul particulele mici, cum ar fi bacteriile, dar exclud cele mai mari și cilii mai scurți care amestecă mediul înconjurător lichide. Aceste cilii lucrează la recrutarea simbionților microbiomului. Acestea funcționează în zone care mută bacteriile și alte particule minuscule în zone protejate, amestecând în același timp fluide și facilitând semnalele chimice, astfel încât bacteriile să poată coloniza regiunea dorită. Prin urmare, cilii lucrează pentru a filtra, elimina, localiza, selecta și agrega bacteriile și controla aderența pentru suprafețele ciliate.
De asemenea, s-a descoperit că cilii participă la secreția veziculară a ectosomilor. Cercetări mai recente dezvăluie interacțiunile dintre cili și căile celulare care ar putea oferi o perspectivă asupra comunicării celulare, precum și asupra bolilor.
Funcțiile Flagella
Flagelul poate fi găsit în procariote și eucariote. Sunt organite cu filamente lungi, formate din mai multe proteine care ajung la o lungime de până la 20 micrometri distanță de suprafața lor pe bacterii. De obicei, flagelii sunt mai lungi decât cilii și asigură mișcare și propulsie. Motoarele cu filament flagel bacterian pot roti cu o viteză de până la 15.000 de rotații pe minut (rpm). Capacitatea de înot a flagelilor ajută la funcționarea lor, fie că este vorba de căutarea hranei și nutrienților, reproducerea sau invadarea gazdelor.
La procariote precum bacteriile, flagelele servesc drept mecanisme de propulsie; sunt principalul mod prin care bacteriile pot înota prin lichide. Un flagel din bacterii posedă un motor ionic pentru cuplu, un cârlig care transmite cuplul motorului și un filament sau o structură lungă asemănătoare cozii care propulsează bacteria. Motorul se poate roti și poate afecta comportamentul filamentului, schimbând direcția de deplasare a bacteriei. Dacă flagelul se mișcă în sensul acelor de ceasornic formează o super-bobină; mai mulți flageli pot forma un pachet, iar acestea ajută la propulsarea unei bacterii pe o cale dreaptă. Când este rotit în sens opus, filamentul face o super-bobină mai scurtă și pachetul de flageli se demontează, ducând la cădere. Din cauza lipsei de înaltă rezoluție pentru experimente, oamenii de știință folosesc simulări pe computer pentru a prezice mișcarea flagelară.
Cantitatea de frecare dintr-un fluid afectează modul în care filamentul se va supraînfășura. Bacteriile pot găzdui mai mulți flageli, cum ar fi cu Escherichia coli. Flagelii permit bacteriilor să înoate într-o singură direcție și apoi să se întoarcă după cum este necesar. Acest lucru funcționează prin flagelele rotative, elicoidale, care utilizează diferite metode, inclusiv cicluri de împingere și tragere. O altă metodă de mișcare se realizează prin înfășurarea corpului celulei într-un pachet. În acest mod, flagelele pot ajuta și la inversarea mișcării. Atunci când bacteriile se confruntă cu spații provocatoare, își pot schimba poziția, permițându-le flagelilor să-și reconfigureze sau să dezasambleze fasciculele. Această tranziție a stării polimorfe permite viteze diferite, stările de împingere și tragere fiind de obicei mai rapide decât stările înfășurate. Acest lucru ajută în medii diferite; de exemplu, pachetul elicoidal poate deplasa o bacterie prin zone vâscoase cu efect de tirbușon. Acest lucru ajută la explorarea bacteriilor.
Flagelii asigură mișcarea bacteriilor, dar oferă, de asemenea, un mecanism pentru bacteriile patogene pentru a ajuta la colonizarea gazdelor și, prin urmare, la transmiterea bolilor. Flagelii folosesc o metodă de răsucire și lipire pentru a ancora bacteriile pe suprafețe. Flagelele funcționează și ca punți sau schele pentru aderența la țesutul gazdă.
Flagelii eucariote diferă de procariote în compoziție. Flagelii din eucariote conțin mult mai multe proteine și prezintă o asemănare cu cilii mobili, cu aceleași modele generale de mișcare și control. Flagelele sunt utilizate nu numai pentru mișcare, ci și pentru a ajuta la hrănirea celulelor și la reproducerea eucariotă. Flagelii folosesc transportul intraflagelar, care este transportul unui complex de proteine necesare pentru moleculele de semnalizare care conferă mobilitatea flagelilor. Flagelele există pe organisme microscopice, cum ar fi protozoarele Mastigophora, sau pot exista în interiorul animalelor mai mari. Un număr de paraziți microscopici posedă și flageli, ajutându-și călătoria printr-un organism gazdă. Flagelii acestor paraziți protisti poartă, de asemenea, o tijă paraflagelară sau PFR, care ajută la atașarea la vectori precum insectele. Unele alte exemple de flageli în eucariote includ cozile gametilor, cum ar fi sperma. Flagella poate fi întâlnită și în bureți și alte specii acvatice; flagelii din aceste creaturi ajută la mișcarea apei pentru respirație. Flagelii eucariote servesc, de asemenea, aproape ca antene mici sau organite senzoriale. Oamenii de știință abia acum încep să înțeleagă amploarea funcției flagelului eucariot.
Boli legate de Cilia
Descoperirile științifice recente au descoperit că mutațiile sau alte defecte legate de cili provoacă o serie de boli. Aceste condiții sunt denumite ciliopatii. Acestea afectează profund persoanele care suferă de ele. Unele ciliopatii includ afectarea cognitivă, degenerarea retinei, pierderea auzului, anosmia (pierderea simțului mirosului), anomalii craniofaciale, plămân și căi respiratorii anomalii, asimetrie stânga-dreapta și defecte cardiace asociate, chisturi pancreatice, boli hepatice, infertilitate, polidactilie și anomalii renale, cum ar fi chisturi, printre alții. În plus, unele tipuri de cancer au o legătură cu ciliopatiile.
Unele afecțiuni ale rinichilor legate de disfuncția cililor includ nefronoftiza și atât boala renală polichistică renală autosomală dominantă, cât și recesivă. Cilia defectuoasă nu poate opri diviziunea celulară din cauza nedetectării fluxului de urină, ceea ce duce la dezvoltarea chistului.
În sindromul Kartagener, disfuncția brațului dynein duce la o curățare ineficientă a tractului respirator de bacterii și alte substanțe. Acest lucru poate duce la infecții respiratorii repetate.
În sindromul Bardet-Biedl, malformația cililor duce la probleme precum degenerescența retiniană, polidactilia, tulburări cerebrale și obezitate.
Bolile non-ereditare pot rezulta din deteriorarea cililor, cum ar fi reziduurile de țigări. Acest lucru poate duce la bronșită și alte probleme.
Agenții patogeni pot comanda, de asemenea, creșterea simbiotică normală a bacteriilor de către cili, cum ar fi speciile Bordetella, care determină reducerea bătăilor cililor și, prin urmare, permite agentului patogen să se atașeze la un substrat și să ducă la infectarea omului căilor respiratorii.
Boli legate de flageli
O serie de infecții bacteriene se referă la funcția de flagel. Exemple de bacterii patogene includ Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa și Campylobacter jejuni. Există o serie de interacțiuni care duc bacteriile la invadarea țesuturilor gazdă. Flagelele acționează ca sonde obligatorii, căutând cumpărarea pe substratul gazdă. Unele fitobacterii își folosesc flagelii pentru a adera la țesuturile plantelor. Acest lucru duce la producerea de fructe și legume care devin gazde secundare la bacteriile care infectează oamenii și animalele. Un exemplu este Listeria monocytogenes și, desigur, E. coli și Salmonella sunt agenți infami ai bolilor de origine alimentară.
Helicobacter pylori își folosește flagelul pentru a înota prin mucus și a invada mucoasa stomacului, evitând acidul protector al stomacului. Căptușelile mucoase funcționează ca o apărare imună pentru a prinde o astfel de invazie prin legarea flagelilor, dar unele bacterii găsesc mai multe modalități de a scăpa de recunoaștere și captare. Filamentele de flageli se pot degrada, astfel încât gazda să nu le poată recunoaște, sau exprimarea și motilitatea lor pot fi oprite.
Sindromul Kartagener afectează și flagelii. Acest sindrom perturbă brațele de dinină între microtubuli. Rezultatul este infertilitatea datorată lipsei celulelor de spermă de propulsia necesară de la flageli pentru a înota și fertiliza ouăle.
Pe măsură ce oamenii de știință învață mai multe despre cili și flageli și își elucidează în continuare rolul în organisme, ar trebui să urmeze noi abordări pentru tratarea bolilor și fabricarea medicamentelor.