Мобильность клеток является ключевым компонентом выживания для многих одноклеточных организмов, а также может иметь значение для более продвинутых животных. Клетки используют жгутики для движение искать пищу и избегать опасности. Плетевидные жгутики можно вращать, чтобы стимулировать движение за счет эффекта штопора, или они могут действовать как весла, перемещая клетки через жидкости.
Жгутики встречаются у бактерий и некоторых эукариот, но эти два типа жгутиков имеют разную структуру.
Жгутик бактерий помогает полезным бактериям перемещаться по организму и помогает болезнетворным бактериям распространяться во время инфекций. Они могут перемещаться туда, где они могут размножаться, и могут избежать некоторых атак со стороны иммунной системы организма. У продвинутых животных клетки, такие как сперматозоиды, перемещаются с помощью жгутика.
В каждом случае движение жгутиков позволяет клетке двигаться в общем направлении.
Структура жгутиков прокариотических клеток проста
Жгутики для прокариоты такие как бактерии состоят из трех частей:
- В нить жгутика представляет собой полую трубку, состоящую из жгутикового белка, называемого флагеллин.
- В основе нити накала находится гибкий крючок который соединяет нить накала с основанием и действует как универсальный шарнир.
- В базальное тело состоит из стержня и ряда колец, которые прикрепляют жгутик к клеточной стенке и плазматической мембране.
Филамент жгутика создается путем транспортировки белка флагеллина от клеточных рибосом через полое ядро к кончику, где флагеллин прикрепляется и заставляет филамент расти. Базальное тело образует мотор жгутика, а крючок придает вращению эффект штопора.
Жгутики эукариот имеют сложную структуру
Движение эукариотический жгутики и прокариотические клетки похожи, но структура филамента и механизм вращения различны. Базальное тело эукариотических жгутиков прикреплено к телу клетки, но у жгутика нет стержня и дисков. Вместо этого нить твердая и состоит из пары микротрубочек.
Канальцы расположены в виде девяти двойных трубок вокруг центральной пары трубок в форме 9 + 2. Канальцы состоят из линейные белковые цепочки вокруг полого центра. Двойные трубы имеют общую стенку, а центральные трубы независимы.
Белковые спицы, оси и звенья присоединяются к микротрубочки по длине нити. Вместо движения, создаваемого в основании вращающимися кольцами, движение жгутика происходит за счет взаимодействия микротрубочек.
Жгутики работают за счет вращательного движения нити
Хотя бактериальные жгутики и жгутики эукариотических клеток имеют разную структуру, они оба работают за счет вращательного движения нити, чтобы продвигать клетку или перемещать жидкости мимо клетки. Более короткие нити будут двигаться вперед и назад, в то время как более длинные нити будут двигаться по круговой спирали.
У бактериальных жгутиков крючок в нижней части нити вращается там, где он прикреплен к клеточная стенка а также плазматическая мембрана. Вращение крючка приводит к движению жгутиков, как у пропеллера. У эукариотических жгутиков вращательное движение происходит из-за последовательного изгиба нити.
Результирующее движение может быть не только вращательным, но и хлыстовым.
Прокариотические жгутики бактерий приводятся в действие жгутиковым двигателем
Под крючком бактериальных жгутиков основание жгутика прикреплено к клеточной стенке и плазматической мембране клетки серией колец, окруженных белковыми цепями. Протонный насос создает протонный градиент в самом нижнем из колец, а электрохимический градиент обеспечивает вращение через движущая сила протона.
Когда протоны диффундируют через нижнюю границу кольца из-за движущей силы протонов, кольцо вращается, и прикрепленный крючок нити вращается. Вращение в одном направлении приводит к контролируемому поступательному движению бактерии. Вращение в обратном направлении заставляет бактерии двигаться беспорядочно кувыркающимся образом.
Результирующая подвижность бактерий в сочетании с изменением направления вращения создает своего рода случайное блуждание, которое позволяет клетке преодолевать большую территорию в общем направлении.
Жгутики эукариот используют АТФ для изгиба
Основание жгутика эукариотических клеток прочно прикреплено к клеточная мембрана и жгутики скорее изгибаются, чем вращаются. Белковые цепи называются динеин прикреплены к некоторым двойным микротрубочкам, расположенным вокруг нитей жгутиков радиальными спицами.
Молекулы динеина используют энергию от аденозинтрифосфат (АТФ), молекула-накопитель энергии, вызывающая изгибающее движение жгутиков.
Молекулы динеина заставляют жгутики изгибаться, перемещая микротрубочки вверх и вниз друг относительно друга. Они отделяют одну из фосфатных групп от молекул АТФ и используют высвободившуюся химическую энергию, чтобы захватить одну из микротрубочек и переместить ее к канальцу, к которому они прикреплены.
За счет координации такого действия изгиба результирующее движение нити может быть вращательным или возвратно-поступательным.
Прокариотические жгутики важны для размножения бактерий
Хотя бактерии могут продолжительное время выживать на открытом воздухе и на твердых поверхностях, они растут и размножаются в жидкостях. Типичная жидкая среда - это богатые питательными веществами растворы и внутренности развитых организмов.
Многие из этих бактерий, например, кишка животных, полезны, но они должны уметь находить необходимые им питательные вещества и избегать опасных ситуаций.
Жгутики позволяют им двигаться к еде, прочь от опасных химикатов и распространяться при размножении.
Не все бактерии в кишечнике полезны. ЧАС. пилори, например, жгутиковые бактерии, вызывающие язву желудка. Он полагается на жгутики, чтобы перемещаться через слизь пищеварительной системы и избегать участков с повышенной кислотностью. Когда он находит подходящее место, он размножается и использует жгутики для распространения.
Исследования показали, что ЧАС. пилори жгутики - ключевой фактор инфекционности бактерий.
Связанная статья: Передача сигнала: определение, функция, примеры
Бактерии можно классифицировать по номер и местонахождение их жгутиков. Однообразный бактерии имеют единственный жгутик на одном конце клетки. Лофотрих бактерии имеют на одном конце пучок из нескольких жгутиков.
Перитрихозный бактерии имеют как боковые жгутики, так и жгутики на концах клетки, в то время как амфитричный бактерии могут иметь один или несколько жгутиков на обоих концах.
Расположение жгутиков влияет на то, насколько быстро и каким образом бактерия может двигаться.
Эукариотические клетки используют жгутики для перемещения внутри и снаружи организмов
Эукариотические клетки с ядром и органеллы встречаются у высших растений и животных, а также в виде одноклеточных организмов. Эукариотические жгутики используются примитивными клетками для передвижения, но их можно найти и у продвинутых животных.
В случае одноклеточных организмов жгутики используются для поиска пищи, распространения и спасения от хищников или неблагоприятных условий. У продвинутых животных специфические клетки используют жгутик эукариот для особых целей.
Например, зеленые водорослиChlamydomonas reinhardtii использует два жгутика водорослей, чтобы перемещаться по воде озер и рек или по почве. Он полагается на это движение для распространения после воспроизведения и широко распространен по всему миру.
У высших животных сперматозоид является примером мобильной клетки, использующей эукариотический жгутик для движения. Вот как сперма движется по женскому репродуктивному тракту, чтобы оплодотворить яйцеклетку и начать половое размножение.