Cilia a flagella sú dva rôzne typy mikroskopických príveskov na bunkách. Cilia sa nachádzajú v zvieratách aj mikroorganizmoch, ale nie vo väčšine rastlín. Bičíky sa používajú na mobilitu v baktériách, ako aj v gamétach eukaryotov. Cilia aj bičíky slúžia lokomočnej funkcii, ale odlišným spôsobom. Oba sa spoliehajú na to, že funguje dyneín, ktorý je motorickým proteínom, a mikrotubuly.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Cilia a bičíky sú organely na bunkách, ktoré poskytujú pohon, senzorické zariadenia, mechanizmy klírensu a množstvo ďalších dôležitých funkcií v živých organizmoch.
Čo sú to Cilia?
Cilia boli prvými objavenými organelami, ktoré objavil Antonie van Leeuwenhoek na konci 17. storočia. Pozoroval pohyblivé (pohyblivé) mihalnice, „malé nožičky“, ktoré podľa jeho slov prebýval na „zvieracích molekulách“ (pravdepodobne prvokoch). Nepohyblivé mihalnice boli pozorované oveľa neskôr pomocou lepších mikroskopov. Väčšina riasiniek existuje u zvierat, takmer v každom type buniek, ktoré sú konzervované počas vývoja mnohých druhov. Niektoré mihalnice sa však dajú nájsť v rastlinách vo forme gamét. Cilia sú tvorené mikrotubulmi v usporiadaní nazývanom ciliárna axonéma, ktoré je pokryté plazmatickou membránou. Telo bunky vytvára ciliárne proteíny a presúva ich na vrchol axonémy; tento proces sa nazýva intraciliary alebo intraflagellar transport (IFT). Vedci si v súčasnosti myslia, že približne 10 percent ľudského genómu sa venuje riasinkám a ich genéze.
Cilia má dĺžku od 1 do 10 mikrometrov. Tieto vlasové príveskové organely pracujú na pohybe buniek, ako aj na pohybe materiálov. Môžu premiestňovať tekutiny pre vodné druhy, ako sú napríklad škeble, aby umožnili transport potravy a kyslíka. Ciliá pomáhajú pri dýchaní zvierat tým, že zabraňujú vniknutiu trosiek a potenciálnych patogénov do tela. Cilia sú menšie ako bičíky a sústreďujú sa v oveľa väčšom počte. Majú tendenciu sa pohybovať rýchlym úderom takmer súčasne v skupine, čo predstavuje vlnový efekt. Cilia môže tiež pomáhať pri pohybe niektorých druhov prvokov. Existujú dva typy mihalníc: pohyblivé (pohyblivé) a nemobilné (alebo primárne) mihalnice, ktoré fungujú prostredníctvom systémov IFT. Pohyblivé mihalnice sa nachádzajú v dýchacích cestách a pľúcach, ako aj vo vnútri ucha. Nemotorné mihalnice prebývajú v mnohých orgánoch.
Čo sú Flagella?
Bičíky sú prílohy, ktoré pomáhajú prenášať baktérie a gaméty eukaryotov, ako aj niektorých prvokov. Bičíky bývajú jednotné, ako chvost. Spravidla sú dlhšie ako mihalnice. U prokaryotov fungujú bičíky ako malé motory s rotáciou. U eukaryotov robia plynulejšie pohyby.
Funkcie Cilia
Cilia hrá úlohu v bunkovom cykle, ako aj pri vývoji zvierat, napríklad v srdci. Cilia selektívne umožňuje správne fungovanie určitých bielkovín. Cilia tiež hrá úlohu bunkovej komunikácie a molekulárneho obchodovania.
Pohyblivé mihalnice majú usporiadanie 9 + 2 deviatich párov vonkajších mikrotubulov spolu so stredom dvoch mikrotubulov. Riasy pohyblivé používajú svoje rytmické vlnenie na zametanie látok, ako sú napríklad nečistoty, prach, mikroorganizmy a hlien, na prevenciu chorôb. Preto existujú na výstelkách dýchacích ciest. Pohyblivé mihalnice dokážu vnímať aj pohybovať extracelulárnu tekutinu.
Nemastné alebo primárne mihalnice nezodpovedajú rovnakej štruktúre ako mihalnice. Sú usporiadané ako jednotlivé prídavné mikrotubuly bez stredovej štruktúry mikrotubulov. Nemajú dyneínové ramená, a preto majú všeobecnú nepohyblivosť. Po mnoho rokov sa vedci nesústredili na tieto primárne mihalnice, a preto vedeli len málo o ich funkciách. Nemotorné mihalnice slúžia ako senzorický aparát pre bunky na detekciu signálov. Hrajú rozhodujúce úlohy v senzorických neurónoch. Nemotorné mihalnice sa nachádzajú v obličkách na snímanie toku moču, ako aj v očiach na fotoreceptoroch sietnice. Vo fotoreceptoroch fungujú na transport životne dôležitých proteínov z vnútorného segmentu fotoreceptora do vonkajšieho segmentu; bez tejto funkcie by fotoreceptory zomreli. Keď mihalnice cítia tok tekutiny, vedie to k zmenám bunkového rastu.
Ciliá poskytujú viac ako iba číra a senzorické funkcie. Poskytujú tiež biotopy alebo náborové oblasti pre symbiotické mikrobiómy u zvierat. U vodných živočíchov, ako sú kalamáre, je možné tieto epiteliálne tkanivá hlienu pozorovať priamo, pretože sú bežné a nie sú vnútorným povrchom. V hostiteľských tkanivách existujú dva rôzne druhy populácií mihalníc: jedna s dlhými mihalnicami, ktoré sa vlnia spolu malé častice ako baktérie, ale vylučujú väčšie, a kratšie bijúce mihalnice, ktoré miešajú prostredie tekutín. Tieto mihalnice pracujú na nábore mikrobiómových symbiontov. Pracujú v zónach, ktoré posúvajú baktérie a iné drobné častice do chránených zón, zároveň miešajú tekutiny a uľahčujú chemické signály, aby baktérie mohli kolonizovať požadovanú oblasť. Preto riasinky pracujú na filtrovaní, čistení, lokalizácii, selekcii a agregácii baktérií a na kontrole adhézie na riasinkových povrchoch.
Taktiež sa zistilo, že riasy sa zúčastňujú vezikulárnej sekrécie ektozómov. Novší výskum odhaľuje interakcie medzi mihalnicami a bunkovými cestami, ktoré by mohli poskytnúť prehľad o bunkovej komunikácii aj o chorobách.
Funkcie Flagelly
Bičíky možno nájsť v prokaryotoch a eukaryotoch. Sú to organely s dlhými vláknami vyrobené z niekoľkých proteínov, ktoré dosahujú až 20 mikrometrov na dĺžku od svojho povrchu pre baktérie. Typicky sú bičíky dlhšie ako mihalnice a poskytujú pohyb a pohon. Motory z bakteriálnych bičíkových vlákien môžu točiť až 15 000 otáčok za minútu (ot./min). Schopnosť bičíkov plávať pomáha pri ich funkcii, či už pri hľadaní potravy a živín, rozmnožovaní alebo napadnutí hostiteľa.
U prokaryotov, ako sú baktérie, bičíky slúžia ako pohonné mechanizmy; sú hlavným spôsobom, ako baktérie preplávajú tekutinami. Bičík v baktériách má iónový motor pre krútiaci moment, háčik, ktorý prenáša krútiaci moment motora, a vlákno alebo dlhá štruktúra podobná chvostu, ktorá baktériu poháňa. Motor sa môže otáčať a ovplyvňovať správanie vlákna, čím mení smer pohybu baktérie. Ak sa bičík pohybuje v smere hodinových ručičiek, vytvára nadzávitnicu; niekoľko bičíkov môže tvoriť zväzok a tieto pomáhajú poháňať baktériu po priamej ceste. Pri opačnom otáčaní vytvára vlákno kratšiu nadzávitnicu a zväzok bičíkov sa rozoberá, čo vedie k prevráteniu. Z dôvodu nedostatku vysokého rozlíšenia experimentov vedci používajú na predpovedanie bičíkovho pohybu počítačové simulácie.
Množstvo trenia v tekutine ovplyvňuje to, ako bude vlákno supercoit. Baktérie môžu hostiť niekoľko bičíkov, napríklad Escherichia coli. Bičíky umožňujú baktériám plávať jedným smerom a potom sa podľa potreby otáčajú. Funguje to prostredníctvom rotujúcich špirálovitých bičíkov, ktoré využívajú rôzne metódy vrátane cyklov tlačenia a ťahania. Iný spôsob pohybu sa dosahuje zabalením okolo tela bunky do zväzku. Týmto spôsobom môžu bičíky tiež pomôcť obrátiť pohyb. Keď sa baktérie dostanú do náročných priestorov, môžu zmeniť svoju pozíciu tak, že svojim bičíkom umožnia prekonfigurovať alebo rozobrať svoje zväzky. Tento prechod polymorfného stavu umožňuje rôzne rýchlosti, pričom stavy push a pull sú zvyčajne rýchlejšie ako zabalené stavy. To pomáha v rôznych prostrediach; napríklad špirálovitý zväzok môže s vývrtkovým efektom prenášať baktériu viskóznymi oblasťami. To pomáha pri výskume baktérií.
Bičíky poskytujú pohyb baktériám, ale tiež poskytujú mechanizmus patogénnym baktériám na pomoc pri kolonizácii hostiteľov, a teda pri prenose chorôb. Flagella používa metódu twist-and-stick na zakotvenie baktérií na povrchoch. Bičíky tiež fungujú ako mosty alebo lešenia pre priľnavosť k hostiteľskému tkanivu.
Eukaryotické bičíky sa zložením líšia od prokaryot. Bičíky v eukaryotoch obsahujú oveľa viac bielkovín a majú určitú podobnosť s pohyblivými mihalnicami, s rovnakými všeobecnými pohybovými a kontrolnými vzormi. Bičíky sa používajú nielen na pohyb, ale aj na pomoc pri kŕmení buniek a eukaryotickej reprodukcii. Bičíky používajú intraflagelový transport, čo je transport komplexu proteínov potrebných pre signálne molekuly, ktoré poskytujú bičíkovú mobilitu. Bičíky existujú na mikroskopických organizmoch, ako je napríklad prvok Mastigophora protozoa, alebo môžu existovať vo vnútri väčších zvierat. Niekoľko mikroskopických parazitov vlastní aj bičíky, ktoré uľahčujú ich cestu hostiteľským organizmom. Bičíky týchto protistických parazitov tiež nesú paraflagelárnu tyčinku alebo PFR, ktorá pomáha pri pripojení k vektorom, ako je hmyz. Niektoré ďalšie príklady bičíkov v eukaryotoch zahŕňajú chvosty gamét, ako sú spermie. Bičíky možno nájsť aj v hubách a iných vodných druhoch; bičíky v týchto tvoroch pomáhajú pohybovať vodou na dýchanie. Eukaryotické bičíky tiež slúžia takmer ako malé antény alebo senzorické organely. Vedci až teraz začínajú chápať šírku funkcií pre eukaryotické bičíky.
Choroby súvisiace s riasinkami
Posledné vedecké objavy zistili, že mutácie alebo iné defekty súvisiace s mihalnicami spôsobujú množstvo chorôb. Tieto stavy sa označujú ako ciliopatie. Hlboko ovplyvňujú jednotlivcov, ktorí nimi trpia. Niektoré ciliopatie zahŕňajú kognitívne poruchy, degeneráciu sietnice, stratu sluchu, anosmiu (stratu čuchu), kraniofaciálne abnormality, pľúca a dýchacie cesty. abnormality, ľavo-pravá asymetria a súvisiace srdcové chyby, cysty pankreasu, ochorenie pečene, neplodnosť, polydaktýlia a abnormality obličiek, ako sú cysty, medzi inými iné. Niektoré druhy rakoviny navyše súvisia s ciliopatiami.
Niektoré poruchy obličiek súvisiace s dysfunkciou mihalníc zahŕňajú nefronoftízu a autozomálne dominantné aj autozomálne recesívne polycystické ochorenie obličiek. Nefunkčná mihalnica nemôže zastaviť bunkové delenie, pretože sa nezistí tok moču, čo vedie k rozvoju cysty.
Pri Kartagenerovom syndróme vedie dysfunkcia dyneínového ramena k neúčinnému vyčisteniu dýchacích ciest od baktérií a iných látok. To môže viesť k opakovaným infekciám dýchacích ciest.
Pri Bardet-Biedlovom syndróme vedie malformácia mihalníc k problémom, ako je degenerácia sietnice, polydaktýlia, poruchy mozgu a obezita.
Dedičné choroby môžu byť dôsledkom poškodenia mihalníc, napríklad zvyškov cigariet. To môže viesť k bronchitíde a ďalším problémom.
Patogény môžu tiež ovplyvniť normálne symbiotické množenie baktérií riasinkami, ako napríklad u druhov Bordetella, ktoré spôsobuje redukciu mihalníc a umožňuje tak patogénu pripojiť sa k substrátu a viesť k infekcii človeka dýchacích ciest.
Choroby spojené s Flagella
S funkciou bičíka súvisí množstvo bakteriálnych infekcií. Príklady patogénnych baktérií zahŕňajú Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa a Campylobacter jejuni. Vyskytuje sa množstvo interakcií, ktoré vedú baktérie k napadnutiu hostiteľských tkanív. Bičíky fungujú ako väzobné sondy a hľadajú nákup na hostiteľskom substráte. Niektoré fytobaktérie používajú svoje bičíky na priľnutie k rastlinným pletivám. To vedie k tomu, že sa ovocie a zelenina stanú sekundárnymi hostiteľmi baktérií, ktoré infikujú ľudí a zvieratá. Jedným z príkladov je Listeria monocytogenes a samozrejme E. coli a Salmonella sú neslávne pôvodcovia chorôb prenášaných potravinami.
Helicobacter pylori používa svoje bičíky na to, aby preplávali hlienom a napadli sliznicu žalúdka a vyhýbali sa ochrannej žalúdočnej kyseline. Slizničné obloženia fungujú ako imunitná obrana na zachytenie takejto invázie viazaním bičíkov. Niektoré baktérie však nájdu niekoľko spôsobov, ako uniknúť rozpoznaniu a zajatiu. Vlákna bičíkov sa môžu degradovať, takže ich hostiteľ nedokáže rozpoznať, alebo je možné vypnúť ich prejav a pohyblivosť.
Kartagenerov syndróm ovplyvňuje aj bičíky. Tento syndróm narúša dyneínové ramená medzi mikrotubulami. Výsledkom je neplodnosť v dôsledku toho, že bunkám spermií chýba pohon potrebný od bičíkov na preplávanie a oplodnenie vajíčok.
Keď sa vedci dozvedia viac o mihalniciach a bičíkoch a ďalej objasnia ich úlohu v organizmoch, mali by nasledovať nové prístupy k liečbe chorôb a výrobe liekov.