Рухливість клітин є ключовим компонентом для виживання багатьох одноклітинних організмів, і це може бути важливим і для більш просунутих тварин. Клітини використовують джгутики для локомоція шукати їжу та уникати небезпеки. Хлистоподібні джгутики можна обертати, щоб сприяти руху за допомогою ефекту штопора, або вони можуть діяти як весла, щоб веслувати клітини через рідини.
Джгутики містяться в бактеріях та деяких еукаріотів, але ці два типи джгутиків мають різну структуру.
Бактеріальний джгутик допомагає корисним бактеріям рухатися по організму та допомагає бактеріям, що викликають хвороби, поширюватися під час інфекцій. Вони можуть переїхати туди, де можуть розмножуватися, і уникнути деяких нападів імунної системи організму. Для просунутих тварин клітини, такі як сперма, рухаються за допомогою джгутика.
У кожному випадку рух джгутиків дозволяє клітині рухатися в загальному напрямку.
Будова джгутиків прокаріотичних клітин проста
Джгутики для прокаріоти такі як бактерії складаються з трьох частин:
- нитка розжарення джгутика - це порожниста трубка, виготовлена з джгутикового білка флагелін.
- Біля основи нитки знаходиться гнучкий гачок який з'єднує нитку розжарювання з основою і діє як універсальний шарнір.
- базальне тіло складається із стрижня та ряду кілець, які кріплять джгутик до клітинної стінки та плазматичної мембрани.
Жгутикова нитка створюється транспортуванням білка флагеліну з клітинних рибосом через порожнисте ядро до кінчика, де флагелін прикріплюється і змушує нитку рости. Базальне тіло утворює двигун джгутика, а гачок надає обертанню ефект штопора.
Еукаріотичні джгутики мають складну будову
Рух еукаріотичний джгутиків та прокаріотичних клітин подібний, але структура нитки та механізм обертання різні. Базальне тіло еукаріотичних джгутиків прикріплене до тіла клітини, але джгутик не має стрижня та дисків. Натомість нитка розжарення тверда і складається з пари мікротрубочок.
Канальці розташовані у вигляді дев'яти подвійних трубок навколо центральної пари трубок у формації 9 + 2. Канальці складаються з лінійні білкові рядки навколо порожнистого центру. Подвійні трубки мають спільну стінку, тоді як центральні трубки незалежні.
Білкові спиці, сокири та ланки приєднуються до мікротрубочки по довжині нитки розжарення. Замість руху, що створюється в основі обертовими кільцями, рух джгутика відбувається внаслідок взаємодії мікротрубочок.
Робота джгутиків за допомогою обертального руху нитки
Хоча бактеріальні джгутики та клітини еукаріотичних клітин мають різну структуру, вони обидва працюють за допомогою обертального руху нитки, щоб рухати клітину або переміщати рідини повз клітини. Коротші нитки мають тенденцію рухатися вперед-назад, тоді як довші нитки матимуть круговий спіральний рух.
У бактеріальних джгутиків гачок внизу нитки обертається там, де він прикріплений до Клітинна стінка і плазматична мембрана. Обертання гачка призводить до пропелерного руху джгутиків. У еукаріотичних джгутиків обертальний рух зумовлений послідовним згинанням нитки.
Отриманий рух може бути схожий на хлист на додаток до обертального.
Прокаріотичні джгутики бактерій забезпечуються джгутиковим двигуном
Під гачком бактеріальних джгутиків основа джгутика прикріплена до клітинної стінки та плазматичної мембрани клітини низкою кілець, оточених білковими ланцюгами. Протонний насос створює градієнт протона через найнижче з кілець, а електрохімічний градієнт забезпечує обертання через рушійна сила протона.
Коли протони дифузують через нижню межу кільця завдяки рушійній силі протона, кільце обертається і прикріплений гачок нитки обертається. Обертання в одному напрямку призводить до керованого руху бактерії вперед. Обертання в іншому напрямку змушує бактерії рухатись випадковим чином.
Унаслідок цього рухливість бактерій у поєднанні зі зміною напрямку обертання виробляє своєрідну випадкову прогулянку, яка дозволяє клітині покривати багато землі в загальному напрямку.
Еукаріотичні джгутики Використовуйте АТФ для згинання
Основа джгутика еукаріотичних клітин міцно прикріплена до клітинна мембрана а джгутик згинається, а не обертається. Білкові ланцюжки називають динеїн прикріплені до деяких подвійних мікротрубочок, розташованих навколо ниток джгутиків у радіальних спицях.
Молекули динеїну використовують енергію аденозинтрифосфат (ATP), молекула накопичувача енергії, що забезпечує згинальний рух у джгутиках.
Молекули динеїну змушують джгутики згинатися, рухаючи мікротрубочки вгору і вниз один проти одного. Вони відокремлюють одну з фосфатних груп від молекул АТФ і використовують виділену хімічну енергію, щоб схопити одну з мікротрубочок і перемістити її проти канальця, до якого вони прикріплені.
Координуючи таку дію згинання, результуючий рух нитки може бути обертальним або вперед-назад.
Прокаріотичні джгутики важливі для розмноження бактерій
Хоча бактерії можуть тривалий час виживати на відкритому повітрі та на твердих поверхнях, вони ростуть і розмножуються в рідинах. Типовим рідинним середовищем є розчини, багаті поживними речовинами, і внутрішність передових організмів.
Багато з цих бактерій, наприклад, у кишечник тваринкорисні, але вони повинні вміти знаходити необхідні поживні речовини та уникати небезпечних ситуацій.
Джгутики дозволяють їм рухатися до їжі, подалі від небезпечних хімічних речовин і поширюватися, коли вони розмножуються.
Не всі бактерії в кишечнику є корисними. H. пілорі, наприклад, це джгутикова бактерія, яка викликає виразку шлунка. Він покладається на джгутики, щоб рухатись через слиз травної системи та уникати занадто кислих ділянок. Коли він знаходить сприятливий простір, він розмножується і використовує джгутики для розповсюдження.
Дослідження показали, що H. пілорі джгутики є ключовим фактором інфекційності бактерій.
Пов’язана стаття: Передача сигналу: визначення, функція, приклади
Бактерії можна класифікувати відповідно до номер та місцезнаходження їх джгутиків. Монотрихний бактерії мають по одному джгутику на одному кінці клітини. Лофотріхозний бактерії мають купу кількох джгутиків на одному кінці.
Перитрих бактерії мають як бічні джгутики, так і джгутики на кінцях клітини амфітричний бактерії можуть мати один або кілька джгутиків на обох кінцях.
Розташування джгутиків впливає на те, наскільки швидко і яким чином бактерія може рухатися.
Еукаріотичні клітини використовують джгутики для переміщення всередину і зовні організмів
Еукаріотичні клітини з ядром і органели зустрічаються у вищих рослин і тварин, але також як одноклітинні організми. Еукаріотичні джгутики використовуються примітивними клітинами для пересування, але їх можна зустріти і у просунутих тварин.
У випадку з одноклітинними організмами джгутики використовуються для пошуку їжі, розповсюдження та втечі від хижаків чи несприятливих умов. У просунутих тварин специфічні клітини використовують еукаріотичний джгутик для спеціальних цілей.
Наприклад, зелені водоростіChlamydomonas reinhardtii використовує два джгутики водоростей для переміщення по воді озер і річок або ґрунту. Він покладається на цей рух, який поширюється після розмноження і широко поширюється по всьому світу.
У вищих тварин сперматозоїд є прикладом мобільної клітини, що використовує еукаріотичний джгутик для руху. Ось як сперма рухається по жіночому репродуктивному тракту, щоб запліднити яйцеклітину і почати статеве розмноження.