Mobilitet är en nyckelkomponent för överlevnaden för många encelliga organismer, och det kan vara viktigt även hos mer avancerade djur. Celler använder flagella för förflyttning att leta efter mat och att komma undan fara. Den piskliknande flagellen kan roteras för att främja rörelse via en korkskruveffekt, eller de kan fungera som åror för att roa celler genom vätskor.
Flagella finns i bakterier och i vissa eukaryoter, men dessa två typer av flageller har en annan struktur.
En bakteriell flagell hjälper fördelaktiga bakterier att röra sig genom organismen och hjälper sjukdomsframkallande bakterier att spridas under infektioner. De kan flytta dit de kan multiplicera, och de kan undvika några av attackerna från organismens immunsystem. För avancerade djur rör sig celler som spermier med hjälp av en flagellum.
I båda fallen tillåter flagellans rörelse cellen att röra sig i en allmän riktning.
Strukturen för prokaryot cellflagellan är enkel
Flagella för prokaryoter såsom bakterier består av tre delar:
- De tråd av flagellum är ett ihåligt rör gjord av ett flagellärt protein som kallas flagellin.
- Vid filamentets botten finns en flexibel krok som kopplar glödtråden till basen och fungerar som en universalkoppling.
- De basal kropp består av en stav och en serie ringar som förankrar flagellen i cellväggen och plasmamembranet.
Flagellarfilamentet skapas genom att transportera proteinflagellinet från cellribosomer genom den ihåliga kärnan till spetsen där flagellinen fäster och får glödtråden att växa. Basalkroppen bildar motor- av flagellum och kroken ger rotationen en korkskruveffekt.
Eukaryot Flagella har en komplex struktur
Rörelsen av eukaryot flagella och de av prokaryota celler är likartade, men glödtrådens struktur och rotationsmekanismen är olika. Den basala kroppen av eukaryot flagella är förankrad i cellkroppen, men flagellen saknar en stav och skivor. Istället är glödtråden fast och består av par mikrotubuli.
Rören är ordnade som nio dubbla rör runt ett centralt rörpar i en 9 + 2-formation. Tubuli består av linjära proteinsträngar runt ett ihåligt centrum. De dubbla rören delar en gemensam vägg medan de centrala rören är oberoende.
Protein ekrar, axlar och länkar sammanfogar mikrotubuli längs med glödtråden. I stället för en rörelse som skapas vid basen av roterande ringar, kommer flagellumrörelsen från interaktion mellan mikrotubuli.
Flagellearbete genom filamentens rotationsrörelse
Även om bakteriell flagella och de av eukaryota celler har en annan struktur, arbetar de båda genom en rotationsrörelse av glödtråden för att driva cellen eller flytta vätskor förbi cellen. Kortare trådar tenderar att röra sig fram och tillbaka medan längre trådar har en cirkulär spiralrörelse.
I bakteriell flagella roterar kroken längst ner på filamentet där den är förankrad i cellvägg och plasmamembran. Rotation av kroken resulterar i en propellerliknande rörelse av flagellen. I eukaryotisk flagella beror rotationsrörelsen på glödtrådens sekventiella böjning.
Den resulterande rörelsen kan vara piskliknande utöver rotationen.
De prokaryota flagellerna av bakterier drivs av en Flagellar Motor
Under kroken av bakteriell flagella är basen av flagellen fäst vid cellväggen och cellens plasmamembran av en serie ringar som omges av proteinkedjor. En protonpump skapar en protongradient över den lägsta av ringarna, och den elektrokemiska gradienten driver rotation genom en protonmotivkraft.
När protoner diffunderar över den lägsta ringgränsen på grund av protonens drivkraft, roterar ringen och den bifogade glödtrådskroken roterar. Rotation i en riktning resulterar i en kontrollerad rörelse framåt av bakterien. Rotation i andra riktningen får bakterierna att röra sig på ett slumpmässigt tumlande sätt.
Den resulterande bakteriella rörligheten i kombination med förändringen i rotationsriktningen producerar en slags slumpmässig gång som gör att cellen kan täcka mycket mark i allmän riktning.
Eukaryot Flagella Använd ATP för att böja
Basen för flagellum av eukaryota celler är fast förankrad i cellmembranet och flagellen böjer sig snarare än att rotera. Proteinkedjor kallas dynein är fästa vid några av de dubbla mikrotubuli som är anordnade runt flagellafilamenten i radiella ekrar.
Dyneinmolekylerna använder energi från adenosintrifosfat (ATP), en energilagringsmolekyl, för att producera böjningsrörelse i flagellen.
Dyneinmolekylerna får flagellerna att böjas genom att flytta mikrotubuli upp och ner mot varandra. De lossar en av fosfatgrupperna från ATP-molekylerna och använder den frigjorda kemiska energin för att ta tag i en av mikrotubuli och flytta den mot röret som de är fästa på.
Genom att samordna en sådan böjning kan den resulterande filamentrörelsen vara roterande eller fram och tillbaka.
Prokaryot Flagella är viktiga för bakteriell förökning
Medan bakterier kan överleva under längre perioder utomhus och på fasta ytor, växer de och förökar sig i vätskor. Typiska vätskemiljöer är näringsrika lösningar och det inre av avancerade organismer.
Många av dessa bakterier, som de i tarmar av djur, är fördelaktiga, men de måste kunna hitta de näringsämnen de behöver och undvika farliga situationer.
Flagella låter dem röra sig mot mat, borta från farliga kemikalier och spridas när de förökar sig.
Inte alla bakterier i tarmen är fördelaktiga. H. pyloriär till exempel en flagellerad bakterie som orsakar magsår. Det är beroende av flageller för att röra sig genom slem i matsmältningssystemet och undvika områden som är för sura. När den hittar ett gynnsamt utrymme multiplicerar den och använder flagella för att sprida sig.
Studier har visat att H. pylori flagella är en nyckelfaktor i bakteriens infektionssjukdom.
Relaterad artikel: Signalomvandling: Definition, funktion, exempel
Bakterier kan klassificeras enligt nummer och plats av deras flageller. Monotrik bakterier har en enda flagellum i ena änden av cellen. Lofotrik bakterier har en massa flera flageller i ena änden.
Peritrik bakterier har både lateral flagell och flagell i ändarna av cellen medan amfitrik bakterier kan ha en eller flera flageller i båda ändarna.
Flagellans arrangemang påverkar hur snabbt och på vilket sätt bakterien kan röra sig.
Eukaryota celler använder Flagella för att röra sig inom och utanför organismer
Eukaryota celler med en kärna och organeller finns i högre växter och djur men också som encelliga organismer. Eukaryota flageller används av primitiva celler för att röra sig, men de finns också hos avancerade djur.
När det gäller encelliga organismer används flagellerna för att lokalisera mat, sprida sig och fly från rovdjur eller ogynnsamma förhållanden. Hos avancerade djur använder specifika celler en eukaryot flagellum för speciella ändamål.
Till exempel grönalgerChlamydomonas reinhardtii använder två algflageller för att röra sig genom vattnet i sjöar och floder eller mark. Den förlitar sig på att denna rörelse sprider sig efter reproduktion och är spridd över hela världen.
I högre djur, spermiecell är ett exempel på en mobil cell som använder eukaryot flagellum för rörelse. Detta är hur spermier rör sig genom den kvinnliga reproduktionskanalen för att befrukta ägget och börja sexuell reproduktion.