Које су главне функције цилије и бичева?

Цилиа и бичеви су две различите врсте микроскопских додатака на ћелијама. Цилиа се налази и у животињама и у микроорганизмима, али не и у већини биљака. Бичеви се користе за покретљивост у бактеријама, као и у полним ћелијама еукариота. И трепавице и бичеви служе функцијама кретања, али на различите начине. Обе се ослањају на динеин, који је моторни протеин, и микротубуле за рад.

ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)

Цилиа и бичеви су органеле на ћелијама које пружају погон, сензорне уређаје, механизме чишћења и бројне друге важне функције у живим организмима.

Цилиа су биле прве органеле које је открио Антоние ван Лееувенхоек крајем 17. века. Приметио је покретне (покретне) цилије, „мале ножице“, за које је описао да бораве на „животињама“ (вероватно протозојима). Непокретне цилије примећене су много касније бољим микроскопима. Већина трепавица постоји код животиња, у скоро свим врстама ћелија, сачуваних у многим врстама у еволуцији. Међутим, неке цилије се могу наћи у биљкама у облику полних ћелија. Цилије су направљене од микротубула у аранжману названом цилијарни аксонем, који је покривен плазматском мембраном. Тело ћелије ствара цилиарне протеине и помера их на врх аксонема; овај процес се назива интрацилијарни или интрафлагеларни транспорт (ИФТ). Тренутно научници мисле да је приближно 10 процената људског генома посвећено трепавицама и њиховој генези.

Распон цилија је дугачак од 1 до 10 микрометара. Ови органели налик на длаке раде на померању ћелија као и на премештању материјала. Они могу да премештају течности за водене врсте, попут шкољки, како би омогућили транспорт хране и кисеоника. Цилиа помажу у дисању у плућима животиња спречавајући остатке и потенцијалне патогене да нападају тело. Цилије су краће од бичева и концентришу се у много већем броју. Склони су брзом ходу готово истовремено у групи, чинећи таласни ефекат. Цилиа такође може помоћи у кретању неких врста протозоа. Постоје две врсте трепавица: покретне (покретне) и непокретне (или примарне) трепавице, а обе делују путем ИФТ система. Покретне цилије бораве у пролазима дисајних путева и плућима, као и унутар уха. У многим органима се налазе непокретне цилије.

Бичеви су додаци који помажу у премештању бактерија и полних ћелија еукариота, као и неких протозоа. Бичеви имају тенденцију да буду једнине, попут репа. Обично су дужи од трепавица. Код прокариота, бичеви раде попут малих мотора са ротацијом. Код еукариота врше углађеније покрете.

Цилиа игра улогу у ћелијском циклусу, као и развоју животиња, као што је срце. Цилиа селективно омогућава одређеним протеинима да правилно функционишу. Цилиа такође игра улогу ћелијске комуникације и трговине молекулама.

Покретне цилије поседују 9 + 2 распоред девет спољних парова микротубула, заједно са центром две микротубуле. Покретне цилије користе своје ритмичко ваљање како би помеле супстанце, као у чишћењу прљавштине, прашине, микроорганизама и слузи, како би спречиле болест. Због тога постоје на облогама респираторних пролаза. Покретне цилије могу и да осећају и покрећу ванћелијску течност.

Непокретне, или примарне, трепавице не одговарају истој структури као покретне трепавице. Они су распоређени као појединачни прирасли микротубули без средишње структуре микротубула. Они не поседују динеинске руке, отуда и њихова општа немотилност. Дуги низ година научници се нису фокусирали на ове примарне цилије и зато су мало знали о њиховим функцијама. Непомичне цилије служе као сензорни апарат за ћелије, откривајући сигнале. Они играју пресудну улогу у сензорним неуронима. Немоторичне цилије могу се наћи у бубрезима како би осетиле проток урина, као и у очима на фоторецепторима мрежњаче. У фоторецепторима функционишу за транспорт виталних протеина из унутрашњег сегмента фоторецептора у спољни сегмент; без ове функције фоторецептори би умрли. Када трепавице осете проток течности, то доводи до промена у расту ћелија.

Цилиа пружа више од чишћења и само сензорних функција. Такође обезбеђују станишта или подручја за регрутовање симбиотских микробиома код животиња. Код водених животиња као што су лигње, ова епителна ткива слузи могу се директније посматрати, јер су уобичајена и нису унутрашње површине. На ткивима домаћина постоје две различите популације цилија: једна са дугим цилијама које се таласају мале честице попут бактерија, али искључују оне веће и краће трепавице које мешају животну средину течности. Ове трепавице раде на регрутовању симбиота микробиома. Раде у зонама које бактерије и друге ситне честице пребацују у заштићене зоне, истовремено мешајући течности и олакшавајући хемијске сигнале тако да бактерије могу колонизовати жељени регион. Стога трепавице раде на филтрирању, чишћењу, локализацији, селекцији и агрегирању бактерија и контролишу пријањање за трепавице.

Откривено је да су и цилије учествовале у везикуларном лучењу ектозома. Новија истраживања откривају интеракције између трепавица и ћелијских путева који би могли да пруже увид у ћелијску комуникацију, као и у болести.

Бичеви се могу наћи у прокарионима и еукариотима. Они су органеле са дугим нитима направљене од неколико протеина који на њиховој површини на бактеријама досежу чак 20 микрометара. Типично, бичеви су дужи од трепавица и омогућавају кретање и погон. Мотори бактеријских филаментних нити могу се окретати и до 15.000 обртаја у минути (о / мин). Способност бичева у пливању помаже у њиховој функцији, било да је реч о тражењу хране и хранљивих састојака, размножавању или нападању домаћина.

У прокариотима као што су бактерије, бичеви служе као погонски механизам; они су главни начин да бактерије пливају кроз течности. Флагелум у бактеријама поседује јонски мотор за обртни моменат, куку која преноси обртни моменат и нит, или дугачку репну структуру која покреће бактерију. Мотор се може окретати и утицати на понашање филамента, мењајући смер кретања бактерије. Ако се бичевац креће у смеру казаљке на сату, формира се супер завојница; неколико бичева може да формира сноп, а они помажу у покретању бактерије правим путем. Када се окрене у супротном смеру, нит чини краћи супервојник и сноп бичева се раставља, што доводи до превртања. Због недостатка високе резолуције за експерименте, научници користе рачунарске симулације за предвиђање кретања бича.

Количина трења у течности утиче на то како ће се нит супермотати. Бактерије могу да угосте неколико бичева, на пример код Есцхерицхиа цоли. Бичеви омогућавају бактеријама да пливају у једном правцу, а затим се окрећу по потреби. Ово функционише помоћу ротирајуће спиралне бичеве која користи различите методе, укључујући циклусе гурања и повлачења. Друга метода кретања постиже се омотавањем око ћелијског тела у снопу. На тај начин, бичеви такође могу да помогну у преокретању кретања. Када се бактерије нађу у изазовним просторима, могу променити свој положај тако што ће омогућити својим бичевима да поново конфигуришу или растављају снопове. Овај полиморфни прелаз стања дозвољава различите брзине, с тим што су пусх и пулл стања обично бржа од омотаних стања. Ово помаже у различитим окружењима; на пример, спирални сноп може покретати бактерију кроз вискозна подручја са ефектом вадичепа. Ово помаже у истраживању бактерија.

Бичеви пружају кретање бактеријама, али такође пружају механизам за патогене бактерије да помогну у колонизацији домаћина и стога преносе болести. Бичеви користе методу увијања и лепљења за усидравање бактерија на површине. Бичеви такође функционишу као мостови или скеле за приањање на ткиво домаћина.

Еукариотске бичеве се по саставу разликују од прокариота. Бичеви у еукариотима садрже много више протеина и носе одређену сличност са покретним цилијама, са истим општим обрасцима кретања и контроле. Бичеви се користе не само за кретање, већ и као помоћ у храњењу ћелија и репродукцији еукариота. Бичеви користе интрафлагеларни транспорт, што је транспорт комплекса протеина потребних за сигналне молекуле који дају бичевима покретљивост. Бичеви постоје на микроскопским организмима као што су мастигопхора протозоа, или могу постојати унутар већих животиња. Бројни микроскопски паразити такође поседују бичеве, помажући им у путовању кроз организам домаћина. Бичеви ових протистичких паразита такође носе парафлагеларни штап или ПФР, који помаже у везивању са векторима као што су инсекти. Неки други примери бичева код еукариота укључују репове полних ћелија попут сперме. Бичеви се такође могу наћи у спужвама и другим воденим врстама; бичеви у овим створењима помажу у покрету воде за дисање. Еукариотске бичеве такође служе готово као малене антене или сензорне органеле. Научници тек сада почињу да схватају ширину функције еукариотских бичева.

Недавна научна открића открила су да мутације или други недостаци повезани са цилијама узрокују бројне болести. Ови услови се називају цилиопатије. Они дубоко погађају појединце који пате од њих. Неке цилиопатије укључују когнитивно оштећење, дегенерацију мрежњаче, губитак слуха, аносмију (губитак осећаја мириса), краниофацијалне абнормалности, плућа и дисајне путеве абнормалности, асиметрија лево-десно и сродне срчане мане, цисте панкреаса, болести јетре, неплодност, полидактилија и абнормалности бубрега као што су цисте, међу други. Поред тога, неки карциноми имају везу са цилиопатијама.

Неки поремећаји бубрега повезани са дисфункцијом цилија укључују нефронопхтхисис и аутосомно доминантну и аутосомно рецесивну полицистичну болест бубрега. Неисправне цилије не могу зауставити дељење ћелија због неоткривања протока урина, што доводи до развоја цисте.

У Картагенеровом синдрому, дисинеинска дисфункција руке доводи до неефикасног чишћења респираторног тракта од бактерија и других супстанци. То може довести до поновљених респираторних инфекција.

Код Бардет-Биедловог синдрома, малформација цилија доводи до проблема као што су дегенерација мрежњаче, полидактилија, поремећаји мозга и гојазност.

Ненаследне болести могу настати оштећењем трепавица, попут остатака цигарета. То може довести до бронхитиса и других проблема.

Патогени такође могу утицати на нормално симбиотско подстицање бактерија помоћу цилија, као што су врсте Бордетелла, које узрокује смањење откуцаја цилија и стога омогућава да се патоген веже за подлогу и доведе до инфекције човека дисајних путева.

Велики број бактеријских инфекција односи се на функцију бичева. Примери патогених бактерија укључују Салмонелла ентерица, Есцхерицхиа цоли, Псеудомонас аеругиноса и Цампилобацтер јејуни. Појављују се бројне интеракције које доводе бактерије да нападају ткива домаћина. Бичеви делују као сонде за везивање, тражећи куповину на подлози домаћина. Неке фитобактерије користе своје бичеве да би се придржавале биљних ткива. То доводи до тога да производи попут воћа и поврћа постају секундарни домаћини бактеријама које заразе људе и животиње. Један пример је Листериа моноцитогенес, и наравно Е. цоли и Салмонелла су злогласни агенси прехрамбених болести.

Хелицобацтер пилори користи свој флагелум како би пливао кроз слуз и нападао слузницу желуца, избегавајући заштитну киселину у желуцу. Слузне слузнице делују као имунолошка одбрана да заробе такву инвазију везивањем бичева, али неке бактерије проналазе неколико начина да избегну препознавање и хватање. Филаменти бичева могу се разградити тако да их домаћин не може препознати или се њихов израз и покретност могу искључити.

Картагенеров синдром такође утиче на бичеве. Овај синдром омета кракове динеина између микротубула. Резултат је неплодност због сперматозоида којима недостаје погон потребан од флагела да би пливао и оплођивао јаја.

Како научници сазнају више о цилијама и бичевима и даље разјашњавају њихове улоге у организмима, требало би да следе нови приступи лечењу болести и прављењу лекова.