Cilia & Flagella'nın Temel İşlevleri Nelerdir?

Kirpikler ve flagella, hücreler üzerindeki iki farklı mikroskobik uzantı türüdür. Kirpikler hem hayvanlarda hem de mikroorganizmalarda bulunur, ancak çoğu bitkide bulunmaz. Flagella, bakterilerde ve ökaryotların gametlerinde hareketlilik için kullanılır. Hem kirpikler hem de flagella, hareket işlevlerine hizmet eder, ancak farklı şekillerde. Her ikisi de bir motor protein olan dineine ve çalışmak için mikrotübüllere güvenir.

TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)

Kirpikler ve flagella, canlı organizmalarda tahrik, duyusal cihazlar, temizleme mekanizmaları ve diğer birçok önemli işlevi sağlayan hücreler üzerindeki organellerdir.

Kirpikler, 17. yüzyılın sonlarında Antonie van Leeuwenhoek tarafından keşfedilen ilk organellerdi. “Hayvanlar” (muhtemelen protozoa) üzerinde yaşadığını tanımladığı hareketli (hareket eden) kirpikler, “küçük bacaklar” gözlemledi. Hareketsiz kirpikler çok daha sonra daha iyi mikroskoplarla gözlendi. Çoğu silya hayvanlarda, neredeyse her hücre tipinde bulunur ve evrimde birçok tür üzerinde korunur. Bununla birlikte, bazı kirpikler bitkilerde gamet şeklinde bulunabilir. Kirpikler, plazma zarı tarafından kaplanmış siliyer aksonem adı verilen bir düzenlemede mikrotübüllerden yapılır. Hücre gövdesi siliyer proteinler yapar ve bunları aksonem ucuna taşır; bu süreç intrasiliyer veya intraflagellar taşıma (IFT) olarak adlandırılır. Şu anda bilim adamları, insan genomunun yaklaşık yüzde 10'unun kirpiklere ve bunların oluşumuna ayrıldığını düşünüyor.

Kirpikler 1 ila 10 mikrometre uzunluğundadır. Bu saç benzeri uzantı organelleri, malzemeleri hareket ettirmek kadar hücreleri de hareket ettirmek için çalışır. Yiyecek ve oksijen taşınmasına izin vermek için, midye gibi suda yaşayan türler için sıvıları hareket ettirebilirler. Kirpikler, enkaz ve potansiyel patojenlerin vücudu istila etmesini önleyerek hayvanların akciğerlerinde solunuma yardımcı olur. Kirpikler flagelladan daha kısadır ve çok daha büyük sayılarda yoğunlaşır. Bir grupta neredeyse aynı anda hızlı bir vuruşta hareket etme eğilimindedirler ve bir dalga etkisi oluştururlar. Kirpikler ayrıca bazı protozoa türlerinin hareketine de yardımcı olabilir. İki tür kirpik vardır: hareketli (hareketli) ve hareketsiz (veya birincil) kirpikler ve her ikisi de IFT sistemleri aracılığıyla çalışır. Hareketli kirpikler, kulak içinde olduğu kadar solunum yollarında ve akciğerlerde bulunur. Hareketsiz kirpikler birçok organda bulunur.

Flagella, bazı protozoaların yanı sıra bakterileri ve ökaryotların gametlerini hareket ettirmeye yardımcı olan uzantılardır. Flagella, kuyruk gibi tekil olma eğilimindedir. Genellikle kirpiklerden daha uzundurlar. Prokaryotlarda kamçı, dönen küçük motorlar gibi çalışır. Ökaryotlarda daha yumuşak hareketler yaparlar.

Kirpikler, hücre döngüsünde olduğu kadar kalpte olduğu gibi hayvan gelişiminde de rol oynar. Kirpikler seçici olarak belirli proteinlerin düzgün çalışmasına izin verir. Kirpikler ayrıca hücresel iletişim ve moleküler ticarette rol oynar.

Hareketli kirpikler, iki mikrotübülün bir merkezi ile birlikte dokuz dış mikrotübül çiftinin 9 + 2 düzenine sahiptir. Hareketli kirpikler, hastalıkları önlemek için kiri, tozu, mikroorganizmaları ve mukusu temizlerken olduğu gibi maddeleri süpürmek için ritmik dalgalanmalarını kullanır. Bu nedenle solunum yollarının astarlarında bulunurlar. Hareketli kirpikler, hücre dışı sıvıyı hem algılayabilir hem de hareket ettirebilir.

Hareketsiz veya birincil kirpikler, hareketli kirpikler ile aynı yapıya uymaz. Merkezi mikrotübül yapısı olmayan bireysel ek mikrotübüller olarak düzenlenirler. Dynein kollarına sahip değiller, dolayısıyla genel hareketsizlikleri. Bilim adamları uzun yıllar bu birincil kirpiklere odaklanmadılar ve bu nedenle işlevleri hakkında çok az şey biliyorlardı. Hareketsiz kirpikler, hücreler için sinyalleri algılayan duyusal aparat görevi görür. Duyusal nöronlarda çok önemli roller oynarlar. Hareketsiz kirpikler, idrar akışını algılamak için böbreklerde ve ayrıca retinanın fotoreseptörlerindeki gözlerde bulunabilir. Fotoreseptörlerde, hayati proteinleri fotoreseptörün iç bölümünden dış bölüme taşıma işlevi görürler; bu işlev olmadan fotoreseptörler ölür. Kirpikler bir sıvı akışı algıladığında, bu hücre büyüme değişikliklerine yol açar.

Kirpikler, yalnızca temizleme ve duyusal işlevlerden fazlasını sağlar. Ayrıca hayvanlarda simbiyotik mikrobiyomlar için habitatlar veya işe alım alanları sağlarlar. Kalamar gibi suda yaşayan hayvanlarda, bu mukus epitel dokuları, yaygın oldukları ve iç yüzeyler olmadıkları için daha doğrudan gözlemlenebilir. Konakçı dokularda iki farklı tür kirpik popülasyonu bulunur: biri dalgalanan uzun kirpiklere sahiptir. bakteri gibi küçük parçacıklar, ancak daha büyük olanları ve çevreyi karıştıran daha kısa çırpıcı kirpikleri hariç tutar. sıvılar. Bu kirpikler, mikrobiyom ortakyaşarlarını işe almak için çalışır. Bakterileri ve diğer küçük parçacıkları korunaklı bölgelere kaydırırken, aynı zamanda sıvıları karıştırarak ve bakterilerin istenen bölgeyi kolonize edebilmesi için kimyasal sinyalleri kolaylaştıran bölgelerde çalışırlar. Bu nedenle kirpikler, bakterileri filtrelemek, temizlemek, lokalize etmek, seçmek ve toplamak ve kirpikli yüzeyler için yapışmayı kontrol etmek için çalışır.

Kirpiklerin ektozomların veziküler sekresyonuna katıldığı da keşfedilmiştir. Daha yeni araştırmalar, hücresel iletişimin yanı sıra hastalıklara da ışık tutabilecek kirpikler ve hücresel yollar arasındaki etkileşimleri ortaya koymaktadır.

Flagella prokaryotlarda ve ökaryotlarda bulunabilir. Bakteriler üzerinde yüzeylerinden 20 mikrometre uzunluğa ulaşan çeşitli proteinlerden yapılmış uzun filament organellerdir. Tipik olarak, kamçılar kirpiklerden daha uzundur ve hareket ve tahrik sağlar. Bakteriyel flagella filament motorları, dakikada 15.000 devir (rpm) kadar hızlı dönebilir. Flagella'nın yüzme kabiliyeti, yiyecek ve besin aramak, üreme veya istilacı konaklar için olsun, işlevlerine yardımcı olur.

Bakteriler gibi prokaryotlarda kamçı, tahrik mekanizmaları olarak hizmet eder; bakterilerin sıvılarda yüzmesinin başlıca yolu onlardır. Bakterilerdeki bir flagellum, tork için bir iyon motoruna, motor torkunu ileten bir kancaya ve bir filamana veya bakteriyi iten uzun kuyruk benzeri bir yapıya sahiptir. Motor dönebilir ve filamentin davranışını etkileyebilir, bakteri için hareket yönünü değiştirebilir. Kamçı saat yönünde hareket ederse bir süper bobin oluşturur; birkaç kamçı bir demet oluşturabilir ve bunlar bir bakteriyi düz bir yolda ilerletmeye yardımcı olur. Ters yönde döndürüldüğünde, filaman daha kısa bir süper bobin yapar ve kamçı demeti demonte olarak yuvarlanmaya yol açar. Deneyler için yüksek çözünürlüğün olmaması nedeniyle, bilim adamları kamçılı hareketi tahmin etmek için bilgisayar simülasyonlarını kullanırlar.

Bir sıvıdaki sürtünme miktarı, filamentin nasıl süper-sarılacağını etkiler. Bakteriler, örneğin Escherichia coli'de olduğu gibi birkaç kamçıya ev sahipliği yapabilir. Flagella, bakterilerin bir yönde yüzmesine ve gerektiğinde dönmesine izin verir. Bu, itme ve çekme döngüleri de dahil olmak üzere çeşitli yöntemler kullanan dönen, sarmal kamçı aracılığıyla çalışır. Diğer bir hareket yöntemi ise hücre gövdesini bir demet halinde sararak elde edilir. Bu şekilde kamçı, hareketi tersine çevirmeye de yardımcı olabilir. Bakteriler zorlu boşluklarla karşılaştığında, kamçılarının demetlerini yeniden yapılandırmasını veya sökmesini sağlayarak konumlarını değiştirebilirler. Bu polimorfik durum geçişi, farklı hızlara izin verir, itme ve çekme durumları tipik olarak sarılmış durumlardan daha hızlıdır. Bu, farklı ortamlarda yardımcı olur; örneğin sarmal demet, bir bakteriyi tirbuşon etkisi ile viskoz alanlardan geçirebilir. Bu, bakteri keşfine yardımcı olur.

Flagella, bakteriler için hareket sağlar, aynı zamanda patojenik bakterilerin konakçıları kolonize etmeye ve dolayısıyla hastalıkları iletmeye yardımcı olması için bir mekanizma sağlar. Flagella, bakterileri yüzeylere tutturmak için çevir ve yapıştır yöntemini kullanır. Flagella ayrıca konak dokuya yapışma için köprüler veya iskeleler olarak işlev görür.

Ökaryotik flagella, bileşimde prokaryotlardan ayrılır. Ökaryotlardaki flagella, çok daha fazla protein içerir ve aynı genel hareket ve kontrol modelleriyle hareketli kirpiklere biraz benzerlik gösterir. Flagella sadece hareket için değil, aynı zamanda hücre beslenmesine ve ökaryotik üremeye yardımcı olmak için de kullanılır. Flagella, flagella hareketliliği sağlayan sinyal molekülleri için gerekli bir protein kompleksinin taşınması olan intraflagellar taşımayı kullanır. Flagella, Mastigophora protozoa gibi mikroskobik organizmalarda bulunur veya daha büyük hayvanların içinde bulunabilir. Bir dizi mikroskobik parazit de kamçıya sahiptir ve konakçı organizmada seyahatlerine yardımcı olur. Bu protist parazitlerin kamçıları ayrıca böcekler gibi vektörlere bağlanmaya yardımcı olan bir paraflagellar çubuk veya PFR taşır. Ökaryotlardaki diğer bazı flagella örnekleri, sperm gibi gamet kuyruklarını içerir. Flagella, süngerlerde ve diğer su türlerinde de bulunabilir; Bu canlılardaki kamçı, solunum için suyu hareket ettirmeye yardımcı olur. Ökaryotik flagella da neredeyse küçük antenler veya duyu organelleri olarak hizmet eder. Bilim adamları, ökaryotik flagella için fonksiyon genişliğini ancak şimdi anlamaya başlıyorlar.

Son bilimsel keşifler, kirpiklerle ilgili mutasyonların veya diğer kusurların bir dizi hastalığa neden olduğunu bulmuştur. Bu durumlar siliopatiler olarak adlandırılır. Kendilerinden acı çeken bireyleri derinden etkilerler. Bazı siliyopatiler arasında bilişsel bozukluk, retinal dejenerasyon, işitme kaybı, anozmi (koku alma duyusu kaybı), kraniyofasiyal anormallikler, akciğer ve hava yolu bulunur. anormallikler, sol-sağ asimetri ve ilgili kalp kusurları, pankreas kistleri, karaciğer hastalığı, kısırlık, polidaktili ve kistler gibi böbrek anormallikleri arasında diğerleri. Ek olarak, bazı kanserlerin siliyopatilerle bağlantısı vardır.

Kirpik disfonksiyonu ile ilgili bazı böbrek bozuklukları nefronofitizi ve hem otozomal dominant hem de otozomal resesif polikistik böbrek hastalığını içerir. Arızalı kirpikler, idrar akışının saptanmaması nedeniyle hücre bölünmesini durduramaz ve bu da kist gelişimine yol açar.

Kartagener sendromunda, dynein kol disfonksiyonu, solunum yollarının bakteri ve diğer maddelerden etkisiz şekilde temizlenmesine yol açar. Bu, tekrarlayan solunum yolu enfeksiyonlarına yol açabilir.

Bardet-Biedl sendromunda silia malformasyonu retina dejenerasyonu, polidaktili, beyin bozuklukları ve obezite gibi sorunlara yol açar.

Kalıtsal olmayan hastalıklar, sigara kalıntıları gibi silyaların zarar görmesinden kaynaklanabilir. Bu bronşit ve diğer sorunlara yol açabilir.

Patojenler, aynı zamanda, bakterilerin kirpikler tarafından normal simbiyotik beslenmesine de komuta edebilir, örneğin Bordetella türleri gibi. kirpik atmasının azalmasına neden olur ve bu nedenle patojenin bir substrata bağlanmasına ve insan enfeksiyonuna yol açmasına izin verir. hava yolları.

Bir dizi bakteriyel enfeksiyon, kamçı işleviyle ilgilidir. Patojenik bakteri örnekleri arasında Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa ve Campylobacter jejuni yer alır. Bakterilerin konak dokuları istila etmesine yol açan bir dizi etkileşim meydana gelir. Flagella, konakçı substrat üzerinde satın alma arayışında olan bağlayıcı problar olarak hareket eder. Bazı fitobakteriler, bitki dokularına yapışmak için kamçılarını kullanırlar. Bu, meyve ve sebzeler gibi ürünlerin, insanları ve hayvanları enfekte eden bakterilere ikincil konakçı olmalarına yol açar. Bir örnek Listeria monocytogenes ve tabii ki E. coli ve Salmonella, gıda kaynaklı hastalıkların kötü şöhretli ajanlarıdır.

Helicobacter pylori, kamçısını mukusta yüzmek ve mide zarını istila etmek için kullanır ve koruyucu mide asidinden kaçar. Mukoza astarları, flagellayı bağlayarak bu tür istilayı yakalamak için bir bağışıklık savunması olarak çalışır, ancak bazı bakteriler tanınma ve yakalanmadan kaçmanın birkaç yolunu bulur. Flagella filamentleri, konağın onları tanıyamayacağı şekilde bozulabilir veya ifadeleri ve hareketlilikleri kapatılabilir.

Kartagener sendromu ayrıca flagellayı da etkiler. Bu sendrom, mikrotübüller arasındaki dynein kollarını bozar. Sonuç, sperm hücrelerinin kamçıdan yumurtalara yüzmek ve yumurtaları döllemek için gereken itici gücünden yoksun olması nedeniyle kısırlıktır.

Bilim adamları kirpikler ve flagella hakkında daha fazla şey öğrendikçe ve organizmalardaki rollerini daha fazla açıkladıkça, hastalıkları tedavi etmek ve ilaç yapmak için yeni yaklaşımlar takip etmelidir.