Реснички и жгутики - это два разных типа микроскопических придатков на клетках. Реснички встречаются как у животных, так и у микроорганизмов, но не у большинства растений. Жгутики используются для подвижности бактерий, а также гамет эукариот. И реснички, и жгутики выполняют функции передвижения, но по-разному. Оба они полагаются на динеин, который является моторным белком, и на микротрубочки.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Реснички и жгутики - это органеллы на клетках, которые обеспечивают движение, сенсорные устройства, механизмы очистки и многие другие важные функции в живых организмах.
Что такое реснички?
Реснички были первыми органеллами, обнаруженными Антони ван Левенгук в конце 17 века. Он наблюдал подвижные (движущиеся) реснички, «маленькие ножки», которые он описал как находящиеся на «анималкулах» (вероятно, простейших). Неподвижные реснички наблюдались намного позже с помощью более качественных микроскопов. Большинство ресничек существует у животных, почти в каждом типе клеток, сохранившихся у многих видов в процессе эволюции. Однако некоторые реснички можно найти у растений в виде гамет. Реснички состоят из микротрубочек, расположенных в форме аксонемы ресничек, которая покрыта плазматической мембраной. Тело клетки вырабатывает цилиарные белки и перемещает их к кончику аксонемы; этот процесс называется внутрибровным или интралагеллярным транспортом (IFT). В настоящее время ученые считают, что около 10 процентов генома человека посвящено ресничкам и их генезису.
Реснички имеют длину от 1 до 10 микрометров. Эти похожие на волосы органеллы придатков работают как для перемещения клеток, так и для перемещения материалов. Они могут перемещать жидкости для водных видов, таких как моллюски, чтобы обеспечить транспортировку пищи и кислорода. Реснички помогают дышать в легких животных, предотвращая попадание мусора и потенциальных патогенов в организм. Реснички короче жгутиков и концентрируются в гораздо большем количестве. Они имеют тенденцию двигаться быстрым движением почти одновременно в группе, создавая волновой эффект. Реснички также могут помочь в передвижении некоторых типов простейших. Существует два типа ресничек: подвижные (движущиеся) и неподвижные (или первичные) реснички, и оба работают через системы IFT. Подвижные реснички находятся в дыхательных путях и легких, а также внутри уха. Неподвижные реснички находятся во многих органах.
Что такое жгутики?
Жгутики - это придатки, которые помогают перемещать бактерии и гаметы эукариот, а также некоторых простейших. Жгутики имеют тенденцию быть единичными, как хвост. Обычно они длиннее ресничек. У прокариот жгутики работают как маленькие двигатели с вращением. У эукариот они совершают более плавные движения.
Функции ресничек
Реснички играют роль в клеточном цикле, а также в развитии животных, например, в сердце. Реснички избирательно позволяют определенным белкам функционировать должным образом. Реснички также играют роль в клеточной коммуникации и молекулярной торговле.
Подвижные реснички обладают расположением 9 + 2 из девяти внешних пар микротрубочек вместе с центром из двух микротрубочек. Подвижные реснички используют свои ритмические волны для удаления веществ, например, для очистки от грязи, пыли, микроорганизмов и слизи, чтобы предотвратить болезни. Вот почему они присутствуют на подкладках дыхательных путей. Подвижные реснички могут чувствовать и перемещать внеклеточную жидкость.
Неподвижные или первичные реснички не соответствуют той же структуре, что и подвижные реснички. Они устроены как отдельные микротрубочки отростков без центральной структуры микротрубочек. У них нет динеиновых рук, следовательно, они в целом неподвижны. В течение многих лет ученые не обращали внимания на эти первичные реснички и поэтому мало знали об их функциях. Неподвижные реснички служат сенсорным аппаратом для клеток, обнаруживая сигналы. Они играют решающую роль в сенсорных нейронах. Неподвижные реснички могут быть обнаружены в почках для определения потока мочи, а также в глазах на фоторецепторах сетчатки. В фоторецепторах они работают, чтобы транспортировать жизненно важные белки от внутреннего сегмента фоторецептора к внешнему сегменту; без этой функции фоторецепторы умрут. Когда реснички ощущают поток жидкости, это приводит к изменениям роста клеток.
Реснички обеспечивают больше, чем очищение и только сенсорные функции. Они также обеспечивают среду обитания или рекрутинговые зоны для симбиотических микробиомов у животных. У водных животных, таких как кальмары, эти слизистые эпителиальные ткани можно более непосредственно наблюдать, поскольку они являются обычными и не являются внутренними поверхностями. На тканях хозяина существуют два разных типа популяций ресничек: один с длинными ресничками, которые волнообразно движутся по ткани хозяина. мелкие частицы, такие как бактерии, но исключают более крупные, и более короткие бьющиеся реснички, которые смешивают окружающую среду жидкости. Эти реснички работают для набора симбионтов микробиома. Они работают в зонах, которые перемещают бактерии и другие крошечные частицы в защищенные зоны, а также смешивают жидкости и усиливают химические сигналы, чтобы бактерии могли колонизировать желаемую область. Следовательно, реснички работают, чтобы фильтровать, очищать, локализовать, выбирать и агрегировать бактерии и контролировать адгезию к ресничным поверхностям.
Также было обнаружено, что реснички участвуют в везикулярной секреции эктосом. Более поздние исследования показывают взаимодействия между ресничками и клеточными путями, которые могут дать представление о клеточной коммуникации, а также о заболеваниях.
Функции жгутиков
Жгутики можно найти у прокариот и эукариот. Это органеллы из длинных нитей, состоящие из нескольких белков, длина которых достигает 20 микрометров от поверхности бактерий. Обычно жгутики длиннее ресничек и обеспечивают движение и толчок. Двигатели с нитями жгутиков бактерий могут вращаться со скоростью до 15 000 оборотов в минуту (об / мин). Способность жгутиков к плаванию помогает в их функции, будь то поиск пищи и питательных веществ, размножение или вторжение в хозяев.
У прокариот, таких как бактерии, жгутики служат двигательными механизмами; они являются основным способом проникновения бактерий в жидкости. Жгутик бактерий обладает ионным двигателем для крутящего момента, крюком, передающим крутящий момент двигателя, и нитью, или длинной хвостовой структурой, которая движет бактерии. Двигатель может вращаться и влиять на поведение нити, изменяя направление движения бактерии. Если жгутик движется по часовой стрелке, он образует суперспираль; несколько жгутиков могут образовывать пучок, и они помогают бактериям двигаться по прямому пути. При обратном вращении нить образует более короткую суперспираль, и пучок жгутиков разбирается, что приводит к кувырку. Из-за отсутствия высокого разрешения для экспериментов ученые используют компьютерное моделирование для прогнозирования движения жгутиков.
Величина трения в жидкости влияет на то, как нить будет суперспираться. Бактерии могут содержать несколько жгутиков, например, Escherichia coli. Жгутики позволяют бактериям плавать в одном направлении, а затем поворачиваться по мере необходимости. Это работает с помощью вращающихся спиральных жгутиков, которые используют различные методы, включая циклы толкания и вытягивания. Другой способ передвижения достигается путем наматывания на тело клетки пучком. Таким образом, жгутики также могут способствовать обратному движению. Когда бактерии попадают в сложные пространства, они могут изменить свое положение, позволив своим жгутикам изменить конфигурацию или разобрать свои связки. Этот полиморфный переход между состояниями допускает разные скорости, при этом состояния push и pull обычно быстрее, чем состояния с переносом. Это помогает в различных средах; например, спиральный пучок может перемещать бактерии через вязкие участки с эффектом штопора. Это помогает в исследовании бактерий.
Жгутики обеспечивают движение бактерий, но также служат механизмом для патогенных бактерий, помогая колонизировать хозяев и, следовательно, передавать болезни. Жгутики используют метод скручивания и приклеивания, чтобы закрепить бактерии на поверхности. Жгутики также функционируют как мосты или каркасы для адгезии к ткани хозяина.
Жгутики эукариот по составу расходятся от прокариот. Жгутики эукариот содержат гораздо больше белков и имеют некоторое сходство с подвижными ресничками с такими же общими движениями и паттернами контроля. Жгутики используются не только для движения, но и для помощи в питании клеток и размножении эукариот. Жгутики используют внутрижгутиковый транспорт, который представляет собой транспорт комплекса белков, необходимых для сигнальных молекул, которые обеспечивают подвижность жгутиков. Жгутики существуют на микроскопических организмах, таких как простейшие мастигофоры, или могут существовать внутри более крупных животных. Некоторые микроскопические паразиты также обладают жгутиками, помогая им перемещаться по организму хозяина. Жгутики этих простейших паразитов также несут парафлагеллярный стержень или PFR, который помогает прикрепляться к таким переносчикам, как насекомые. Некоторые другие примеры жгутиков у эукариот включают хвосты гамет, таких как сперматозоиды. Жгутики также можно найти у губок и других водных видов; жгутики этих существ помогают перемещать воду для дыхания. Жгутики эукариот также служат почти как крошечные усики или сенсорные органеллы. Ученые только сейчас начинают понимать широту функций жгутиков эукариот.
Заболевания, связанные с ресничками
Недавние научные открытия показали, что мутации или другие дефекты, связанные с ресничками, вызывают ряд заболеваний. Эти состояния называются цилиопатиями. Они глубоко влияют на людей, страдающих от них. Некоторые цилиопатии включают когнитивные нарушения, дегенерацию сетчатки, потерю слуха, аносмию (потерю обоняния), черепно-лицевые аномалии, легкие и дыхательные пути. аномалии, лево-правая асимметрия и связанные с ними пороки сердца, кисты поджелудочной железы, заболевания печени, бесплодие, полидактилия и аномалии почек, такие как кисты, среди другие. Кроме того, некоторые виды рака связаны с цилиопатиями.
Некоторые заболевания почек, связанные с дисфункцией ресничек, включают нефронофтиз, а также аутосомно-доминантную и аутосомно-рецессивную поликистозную болезнь почек. Неисправные реснички не могут остановить деление клеток из-за отсутствия обнаружения потока мочи, что приводит к развитию кисты.
При синдроме Картагенера дисфункция динеиновой руки приводит к неэффективной очистке дыхательных путей от бактерий и других веществ. Это может привести к повторным респираторным инфекциям.
При синдроме Барде-Бидля порок развития ресничек приводит к таким проблемам, как дегенерация сетчатки, полидактилия, нарушения головного мозга и ожирение.
Ненаследственные заболевания могут возникнуть в результате повреждения ресничек, например, от остатков сигарет. Это может привести к бронхиту и другим проблемам.
Патогены также могут управлять нормальным симбиотическим размножением бактерий ресничками, например, с видами Bordetella, которые вызывает уменьшение биения ресничек и, следовательно, позволяет патогену прикрепиться к субстрату и привести к инфицированию человека. дыхательные пути.
Заболевания, связанные с жгутиками
Ряд бактериальных инфекций связан с функцией жгутиков. Примеры патогенных бактерий включают Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и Campylobacter jejuni. Происходит ряд взаимодействий, в результате которых бактерии вторгаются в ткани хозяина. Жгутики действуют как связывающие зонды, стремясь приобрести субстрат хозяина. Некоторые фитобактерии используют свои жгутики для прикрепления к тканям растений. Это приводит к тому, что фрукты и овощи становятся вторичными хозяевами бактерий, заражающих людей и животных. Одним из примеров является Listeria monocytogenes и, конечно же, E. coli и сальмонелла являются печально известными возбудителями болезней пищевого происхождения.
Helicobacter pylori использует свой жгутик, чтобы проплыть через слизь и проникнуть в слизистую оболочку желудка, избегая защитной кислоты желудка. Слизистые оболочки работают как иммунная защита, чтобы уловить такое вторжение, связывая жгутики, но некоторые бактерии находят несколько способов избежать распознавания и захвата. Нити жгутиков могут разрушаться, так что хозяин не может их распознать, или их экспрессия и подвижность могут быть отключены.
Синдром Картагенера также поражает жгутики. Этот синдром нарушает динеиновые рукава между микротрубочками. Результатом является бесплодие из-за того, что сперматозоиды не обладают движущей силой, необходимой от жгутиков для плавания и оплодотворения яйцеклетки.
По мере того как ученые узнают больше о ресничках и жгутиках и в дальнейшем выясняют их роль в организмах, должны следовать новые подходы к лечению болезней и производству лекарств.