Bičevje: vrste, funkcija in zgradba

Mobilnost celic je ključna sestavina preživetja številnih enoceličnih organizmov in je lahko pomembna tudi pri naprednejših živalih. Celice uporabljajo flagele za lokomotiva iskati hrano in se izogniti nevarnosti. Bičaste bičeve lahko zasukate, da pospešite gibanje z učinkom zamaška ali pa delujejo kot vesla, da celice veslajo skozi tekočine.

Bičevje najdemo v bakterijah in nekaterih evkariontih, vendar imata ti dve vrsti bičkov drugačno strukturo.

Bakterijski flagellum pomaga koristnim bakterijam, da se premikajo skozi organizem, in pomaga bakterijam, ki povzročajo bolezni, da se širijo med okužbami. Lahko se premaknejo tja, kjer se lahko razmnožijo, in se lahko izognejo nekaterim napadom imunskega sistema organizma. Za napredne živali se celice, kot je sperma, premikajo s pomočjo bičkov.

V vsakem primeru gibanje bičkov celici omogoča gibanje v splošni smeri.

Bičevje za prokarionti bakterije so sestavljene iz treh delov:

1. The filament flagelluma je votla cev, izdelana iz flagelarne beljakovine, imenovane flagellin.
2. Na dnu žarilne nitke je prilagodljiv kavelj ki filament spaja z dnom in deluje kot univerzalni spoj.
3. The bazalno telo je sestavljen iz palice in vrste obročev, ki pritrdijo bič na celično steno in plazemsko membrano.

Bičasta nitka nastane s prenašanjem proteina flagellin iz celičnih ribosomov skozi votlo jedro do konice, kjer se flagellin pritrdi in povzroči, da nitka raste. Bazalno telo tvori motor flageluma, kavelj pa vrtenju daje učinek zamaška.

Gibanje evkariontski flagella in prokariontskih celic je podobna, vendar sta struktura niti in mehanizem vrtenja različna. Bazalno telo evkariontskih bičkov je pritrjeno na celično telo, vendar flagellum nima palice in diskov. Namesto tega je nitka trdna in je sestavljena iz pari mikrotubulov.

Cevke so razporejene kot devet dvojnih cevi okoli osrednjega para cevi v tvorbi 9 + 2. Cevčice so sestavljene iz linearne beljakovinske strune okoli votlega središča. Dvojne cevi imajo skupno steno, medtem ko so osrednje cevi neodvisne.

Beljakovine napere, osi in povezave se pridružijo mikrotubule po dolžini žarilne nitke. Namesto gibanja, ki ga na dnu ustvarijo vrtljivi obroči, gibanje bičkov prihaja iz interakcije mikrotubulov.

Čeprav imajo bakterijski bič in evkariontske celice drugačno strukturo, oba z rotacijskim gibanjem žarilne nitke poganjajo celico ali premikajo tekočine mimo celice. Krajši filamenti se bodo ponavadi premikali naprej in nazaj, daljši filamenti pa bodo imeli krožno spiralno gibanje.

Pri bakterijskih bičevih se kavelj na dnu filamenta vrti tam, kjer je pritrjen na celične stene in plazemska membrana. Vrtenje kljuke povzroči propelerju podobno gibanje bičkov. Pri evkariontskih bičevih je rotacijsko gibanje posledica zaporednega upogibanja žarilne nitke.

Nastalo gibanje je poleg rotacijskega lahko tudi bič.

Pod kljuko bakterijskih bičkov je osnova flageluma pritrjena na celično steno in celično plazemsko membrano z vrsto obročev, obdanih z beljakovinskimi verigami. Protonska črpalka ustvari protonski gradient na najnižjem obroču, elektrokemijski gradient pa vrti skozi a protonska gibalna sila.

Ko se protoni difuzirajo po najnižji obročni meji zaradi pogonske sile protona, se obroč zavrti in pritrjen kavelj z žarilno nitko se zavrti. Vrtenje v eno smer povzroči nadzorovano gibanje bakterije naprej. Z vrtenjem v drugo smer se bakterije premikajo naključno.

Nastala bakterijska gibljivost v kombinaciji s spremembo smeri vrtenja povzroči nekakšen naključni sprehod, ki celici omogoča, da v splošni smeri pokrije veliko tal.

Osnova flageluma evkariontskih celic je trdno zasidrana na celična membrana in bičevec se raje upogne kot vrti. Proteinske verige imenovane dinein so pritrjeni na nekatere dvojne mikrotubule, razporejene okoli žarilnih niti v radialnih naperah.

Molekule dineina uporabljajo energijo iz adenozin trifosfat (ATP), molekula za shranjevanje energije, da povzroči upogibanje gibanja v bičevih.

Zaradi molekul dinineina se bičevi upognejo tako, da mikrotubule premikajo drug proti drugemu gor in dol. Eno od fosfatnih skupin ločijo od molekul ATP in s pomočjo sproščene kemične energije zgrabijo eno od mikrotubulov in jo premaknejo proti tubulu, na katerega so pritrjeni.

Z usklajevanjem takšnega upogibanja lahko nastalo gibanje žarilne nitke vrti ali naprej in nazaj.

Čeprav lahko bakterije dalj časa preživijo na prostem in na trdnih površinah, v tekočinah rastejo in se množijo. Tipična tekoča okolja so raztopine, bogate s hranili, in notranjost naprednih organizmov.

Mnoge od teh bakterij, na primer tiste v črevesje živali, so koristni, vendar morajo biti sposobni najti hranila, ki jih potrebujejo, in se izogniti nevarnim situacijam.

Bičevi jim omogočajo, da se premikajo proti hrani, stran od nevarnih kemikalij in se širijo, ko se množijo.

Vse bakterije v črevesju niso koristne. H. pylorina primer je bičasta bakterija, ki povzroča čir na želodcu. Zanaša se na bičeve, ki se premikajo skozi sluz v prebavnem sistemu in se izogibajo preveč kislim predelom. Ko najde ugoden prostor, se razmnoži in z bičevi razširi.

Študije so pokazale, da H. pylori flagella so ključni dejavnik nalezljivosti bakterij.

Povezani članek: Prenos signala: opredelitev, funkcija, primeri

Bakterije lahko razvrstimo glede na številko in lokacijo njihovih bičkov. Monotiren bakterije imajo na enem koncu celice en sam flagellum. Lophotrichous bakterije imajo na enem koncu kopico več bičkov.

Peritrichous bakterije imajo na koncih celice tako stranske bičevice kot bičeve amfitrični bakterije imajo lahko na obeh koncih enega ali več bičkov.

Razporeditev bičkov vpliva na to, kako hitro in na kakšen način se lahko bakterija premika.

Eukariontske celice z jedrom in organele najdemo jih v višjih rastlinah in živalih, pa tudi kot enocelični organizmi. Evkariotske bičevje uporabljajo primitivne celice za premikanje, vendar jih lahko najdemo tudi pri naprednih živalih.

V primeru enoceličnih organizmov se bičevec uporablja za iskanje hrane, širjenje in pobeg pred plenilci ali neugodnimi razmerami. Pri naprednih živalih posebne celice uporabljajo evkariontski bič za posebne namene.

Na primer zelene algeChlamydomonas reinhardtii uporablja dva alga flagela za gibanje po vodi jezer in rek ali tal. Zanaša se na to gibanje, ki se širi po razmnoževanju in je široko razširjeno po vsem svetu.

Pri višjih živalih semenčic je primer mobilne celice, ki uporablja evkariontski bič za gibanje. Tako se sperma premika skozi ženski reproduktivni trakt, da oplodi jajčece in začne spolno razmnoževanje.