Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- Mik azok a Cilia?
- Mik azok a Flagella?
- Cilia funkciói
- Flagella funkciói
- Cíliával kapcsolatos betegségek
- Flagella-val kapcsolatos betegségek
A Cilia és a flagella két különféle típusú mikroszkopikus függelék a sejteken. A Cilia állatokban és mikroorganizmusokban egyaránt megtalálható, de a legtöbb növényben nem. A flagellákat baktériumok, valamint eukarióták ivarsejtjeinek mobilitására használják. Mind a cilia, mind a flagella mozgásfunkciókat szolgál, de eltérő módon. Mindkettő támaszkodik a dyneinre, amely egy motoros fehérje, és a mikrotubulusokra.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
A Cilia és a flagella olyan sejtekben található organellák, amelyek meghajtást, érzékszervi eszközöket, tisztító mechanizmusokat és számos más fontos funkciót biztosítanak az élő szervezetekben.
Mik azok a Cilia?
A Cilia volt az első organellák, amelyeket Antonie van Leeuwenhoek fedezett fel a 17. század végén. Megfigyelte a mozgó (mozgó) ciliát, a „kis lábakat”, amelyeket „állati szemcsékre” (valószínűleg protozoák) tartott. A nem motilis ciliákat sokkal később megfigyelték jobb mikroszkópokkal. A legtöbb cilia állatokban létezik, szinte minden típusú sejtben, sok evolúció során sok faj számára megőrizve. Néhány cilia azonban megtalálható a növényekben ivarsejtek formájában. A Cilia mikrotubulusokból áll, a ciliáris axoneme elnevezésű elrendezésben, amelyet a plazmamembrán fed le. A sejttest ciliáris fehérjéket állít elő és mozgatja azokat az axonema csúcsához; ezt a folyamatot intraciliáris vagy intraflageláris transzportnak (IFT) nevezzük. Jelenleg a tudósok úgy gondolják, hogy az emberi genom körülbelül 10 százaléka a ciliákra és azok genezisére fordul.
A Cilia hossza 1-10 mikrométer. Ezek a hajszerű függelékű organellák mozgatják a sejteket és az anyagokat is. Mozgathatják a vízi fajok folyadékait, például a kagylókat, hogy lehetővé tegyék az élelmiszerek és az oxigén szállítását. A Cilia segíti az állatok tüdejének légzését, megakadályozva a törmelék és a potenciális kórokozók behatolását a testbe. A Cilia rövidebb, mint a flagella, és sokkal nagyobb koncentrációban koncentrálódik. Szinte egyidejűleg egy csoportban gyors ütemben mozognak, ami hullámhatást jelent. A Cilia elősegítheti bizonyos típusú protozók mozgását. Kétféle cilia létezik: mozgó (mozgó) és nem mozgó (vagy primer) ciliák, és mindkettő IFT rendszeren keresztül működik. A motilis cilia a légúti járatokban és a tüdőben, valamint a fül belsejében helyezkedik el. A nem motilis ciliák sok szervben találhatók.
Mik azok a Flagella?
A flagella olyan függelék, amely elősegíti a baktériumok és az eukarióták ivarsejtjeinek, valamint néhány protozoának a mozgatását. A flagella általában egyedülálló, mint a farok. Általában hosszabbak, mint a ciliák. A prokariótákban a flagella úgy működik, mint a forgó motorok. Az eukariótákban simább mozgásokat hajtanak végre.
Cilia funkciói
A Cilia szerepet játszik a sejtciklusban, valamint az állatok fejlődésében, például a szívben. A Cilia szelektíven lehetővé teszi bizonyos fehérjék megfelelő működését. A Cilia szerepet játszik a celluláris kommunikációban és a molekuláris kereskedelemben is.
A motilis ciliának 9 + 2 elrendezése van kilenc külső mikrotubulus-párral, két mikrotubulus közepével együtt. A motilis ciliák a ritmikus hullámzást az anyagok eltávolítására használják, mint például a szennyeződés, a por, a mikroorganizmusok és a nyálka, a betegségek megelőzésére. Ez az oka annak, hogy léteznek a légzőutak bélésén. A motilis cilia észlelheti és mozgathatja az extracelluláris folyadékot.
A nem motilis vagy elsődleges ciliák nem ugyanazon szerkezetnek felelnek meg, mint a mozgó ciliumok. Egyéni függelék-mikrotubulusként vannak elrendezve, a középső mikrotubulus szerkezet nélkül. Nem rendelkeznek dynein karokkal, következésképpen általános motilitásuk nincs. A tudósok évek óta nem koncentráltak ezekre az elsődleges ciliákra, és ezért keveset tudtak funkciójukról. A nem motilis ciliák érzékelő készülékként szolgálnak a sejtek számára, jeleket detektálva. Alapvető szerepet játszanak az érzékszervi neuronokban. Nemmobil ciliák találhatók a vesékben, hogy érzékeljék a vizeletáramlást, valamint a szemében a retina fotoreceptorjain. A fotoreceptorokban a vitális fehérjéket a fotoreceptor belső szegmenséből a külső szegmensbe szállítják; ennek hiányában a fotoreceptorok meghalnak. Amikor a ciliák érzékelik a folyadék áramlását, ez a sejtek növekedéséhez vezet.
A Cilia nem csupán tisztító és szenzoros funkciókat nyújt. Emellett élőhelyeket vagy toborzási területeket kínálnak az állatok szimbiotikus mikrobiomáinak számára. A vízi állatokban, például a tintahalban, ezek a nyálkahártya szövetek közvetlenül megfigyelhetők, mivel ezek gyakoriak és nem belső felületek. Két különféle cilia populáció létezik a gazdaszövetekben: egyik hosszú ciliával, amely apró részecskék mentén hullámzik, mint baktériumok, de kizárja a nagyobbikat, és rövidebb verő ciliából, amely keveri a környezeti folyadékokat. Ezek a ciliák mikrobióm-szimbólumok toborzására szolgálnak. Olyan zónákban működnek, amelyek baktériumokat és más apró részecskéket átváltanak védett zónákra, miközben keverik a folyadékokat és megkönnyítik a kémiai jeleket, hogy a baktériumok a kívánt régiót gyarmatosítsák. Ezért a ciliák a baktériumok kiszűrésére, törlésére, lokalizálására, szelektálására és aggregálására, valamint a csillogott felületek tapadásának ellenőrzésére dolgoznak.
Azt is felfedezték, hogy a Cilia részt vesz az ektoszómák hólyagos szekréciójában. Egy újabb kutatás feltárja a ciliák és a sejtes utak közötti kölcsönhatásokat, amelyek betekintést nyújthatnak a sejtekkel való kommunikációba, valamint a betegségekbe.
Flagella funkciói
A flagella megtalálható prokariótákban és eukariótákban. Hosszúszálú, több fehérjéből álló organellák, amelyek a baktériumok felületétől akár 20 mikrométer távolságra vannak. Jellemzően a flagella hosszabb, mint a cilia, és mozgást és meghajtást biztosít. A bakteriális flagella izzószálmotorok percenként 15 000 fordulat (fordulat / perc) forognak. A flagella úszási képessége elősegíti funkciójuk működését, akár élelmet és tápanyagot keresni, akár szaporodást előidézni vagy a házigazdákat betörni.
Prokariótákban, például baktériumokban a flagella meghajtó mechanizmusként szolgál; ők a legfontosabb módja annak, hogy a baktériumok folyjonek. A baktériumokban levő flagellum ionmotorral rendelkezik a nyomatékhoz, egy horoggal, amely továbbítja a motor nyomatékát, és egy izzószállal, vagy egy hosszú farokszerű szerkezettel, amely meghajtja a baktériumot. A motor megfordulhat, és befolyásolhatja az izzószál viselkedését, megváltoztatva a baktérium menetirányát. Ha a flagellum az óramutató járásával megegyezően mozog, akkor egy szupertekercset képez; több flagella képezhet köteget, és ezek segítik a baktérium egyenes úton történő meghajtását. Az ellenkező irányba forgatva az izzószál rövidebb szupertekercset képez, és a flagella kötege szétszerelhető, és összeesik. Mivel a kísérletekhez nem áll rendelkezésre nagy felbontás, a tudósok számítógépes szimulációkat használnak a flagellar mozgás előrejelzésére.
A súrlódás mértéke a folyadékban befolyásolja az izzószál tekercselését. A baktériumok számos flagellat tartalmazhatnak, például az Escherichia coli-val. A flagella lehetővé teszi, hogy a baktériumok egy irányba úszhassanak, majd szükség szerint forogjanak. Ez a forgó, spirál alakú hengeren keresztül működik, amely különféle módszereket alkalmaz, beleértve toló- és húzóciklusokat. A mozgás egy másik módját úgy érik el, hogy a sejttestet egy kötegbe csomagolják. Ily módon a flagella is segíthet a mozgás megfordításában. Amikor a baktériumok kihívásokkal teli területekkel találkoznak, megváltoztathatják a helyzetüket, ha lehetővé teszik, hogy a szárnyasok átkonfigurálják vagy szétszereljék kötegeiket. Ez a polimorf állapotátmenet eltérő sebességeket tesz lehetővé, a push és pull állapotok általában gyorsabbak, mint a becsomagolt állapotok. Ez segíti a különböző környezeteket; például a spirális köteg a baktériumot dugóhúzó hatású viszkózus területeken mozgathatja. Ez elősegíti a baktériumok feltárását.
A flagella mozgást biztosít a baktériumok számára, de mechanizmust is biztosít a kórokozó baktériumok számára a gazdaszervezetek kolonizálásában és ezáltal a betegségek átvitelében. A Flagella csavar-és-rudak módszerrel rögzíti a baktériumokat a felületekre. A flagella hidakként vagy állványként is szolgál a gazdaszövethez való tapadáshoz.
Az eukarióta flagella eltér a prokariótáktól a kompozícióban. Az eukariótákban található flagella sokkal több fehérjét tartalmaz, és bizonyos hasonlóságot mutat a mozgó ciliával, ugyanolyan általános mozgási és kontroll mintákkal. A flagellákat nemcsak a mozgáshoz, hanem a sejtek táplálásának és eukarióta szaporodásának elősegítésére is használják. A Flagella intraflagellar transzportot alkalmaz, amely egy fehérjekomplex szállítása, amely szükséges a jelátviteli molekulákhoz, amelyek a flagella mobilitását biztosítják. A flagella létezik olyan mikroszkopikus szervezetekben, mint például a Mastigophora protozoák, vagy nagyobb állatokban is előfordulhatnak. Számos mikroszkopikus parazita rendelkezik flagella-lal is, elősegítve a gazdaszervezetön keresztüli utazását. Ezeknek a protisztikus parazitáknak a gömbcsíra tartalmaz egy paraflagellar rúdot vagy PFR-t is, amely elősegíti a kötődést olyan vektorokhoz, mint rovarok. Az eukariótákban a flagella néhány további példája a ivarsejtek farka, például a sperma. A flagella szivacsokban és más vízi fajokban is megtalálható; ezekben a lényekben a kócsag segít a víz mozgásában a légzéshez. Az eukarióta flagella szinte apró antennákként vagy szenzoros organellákként is szolgál. A tudósok csak most kezdik megérteni az eukarióta flagella funkciójának szélességét.
Cíliával kapcsolatos betegségek
A legújabb tudományos felfedezések azt találták, hogy a ciliátokkal kapcsolatos mutációk vagy egyéb hibák számos betegséget okoznak. Ezeket a feltételeket ciliopathiáknak nevezik. Mélyen érintik az őket szenvedő egyéneket. Néhány ciliopathia magában foglalja a kognitív károsodást, a retinális degenerációt, halláscsökkenést, anosmiát (szagérzet elvesztését), craniofacialis rendellenességeket, tüdő- és légúti rendellenességeket, bal és jobb oldali aszimmetriát és a kapcsolódó szívhibákat, hasnyálmirigy-cisztákat, májbetegségeket, meddőséget, polydactylyt és vese rendellenességeket. például ciszták. Ezenkívül egyes daganatok kapcsolatban állnak a ciliopathiákkal.
Néhány cilíkiás rendellenességgel kapcsolatos vesebetegség magában foglalja a nephronophthisist és az autoszomális domináns és autoszómális recesszív policisztás vesebetegségeket. A hibásan működő ciliák nem tudják megállítani a sejtosztódást, mivel nem észlelik a vizeletáramlást, ami ciszták kialakulásához vezet.
Kartagener-szindróma esetén a dynein kar diszfunkció a baktériumok és más anyagok légzőrendszerének nem hatékony tisztulásához vezet. Ez ismételt légzőszervi fertőzésekhez vezethet.
Bardet-Biedl-szindróma esetén a csíra-rendellenesség olyan problémákhoz vezet, mint a retina degeneráció, polydactyly, agyi rendellenességek és elhízás.
A nem örökletes betegségek a csíra károsodásából származhatnak, például a cigarettamaradványokból. Ez bronchitishez és más problémákhoz vezethet.
A kórokozók megcélozhatják a baktériumok normál szimbiotikus ösztönzését a ciliák által, például a Bordetella fajokkal, ami csökkenti a ciliák verését, és ezáltal lehetővé teszi a kórokozónak a szubsztrátumhoz való kapcsolódását, és az emberi légutak fertőzéséhez vezethet.
Flagella-val kapcsolatos betegségek
Számos bakteriális fertőzés kapcsolódik a flagella működéséhez. A patogén baktériumok példái a Salmonella enterica, az Escherichia coli, a Pseudomonas aeruginosa és a Campylobacter jejuni. Számos olyan interakció fordul elő, amelyek a baktériumoknak behatolnak a gazdaszövetekbe. A Flagella kötő próbákként működik, és megvásárolja a gazdaszubsztrátot. Néhány fitobaktérium felhasználja a kócsagját a növényi szövetekhez való tapadáshoz. Ez olyan termékeket eredményez, mint például a gyümölcsök és zöldségek, amelyek másodlagos gazdasejtekké válnak az baktériumok számára, amelyek az embereket és az állatokat megfertőzik. Az egyik példa a Listeria monocytogenes, és természetesen az E. coli és a Salmonella hírhedt kórokozók az élelmiszerekben terjedő betegségek számára.
A Helicobacter pylori a flagellum segítségével úszik át a nyálkahártyán és behatol a gyomor bélésébe, elkerülve a védő gyomorsavat. A nyálkahártya immunvédelemként szolgál, hogy csapdába ejtse az inváziót a flagella kötésével, ám egyes baktériumok számos módszert találnak a felismerés és elfogás elkerülésére. A flagella rostjai lebomlanak, így a gazda nem ismeri fel őket, vagy ezek expressziója és mozgékonysága kikapcsolható.
A Kartagener-szindróma a flagellat is érinti. Ez a szindróma megbontja a mikrotubulusok közötti dynein karokat. Ennek eredménye a meddőség, mivel a sperma sejtek nem rendelkeznek a meghajtáshoz, amely a petesejthez szükséges az úszáshoz és a tojás megtermékenyítéséhez.
Mivel a tudósok többet megtudnak a ciliákról és a flagellakról, és tovább tisztázzák a szervezetben betöltött szerepüket, a betegségek kezelésének és a gyógyszerek előállításának új megközelítéseit kell követni.