Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Τι είναι η Cilia;
- Τι είναι η Flagella;
- Λειτουργίες του Cilia
- Λειτουργίες της Flagella
- Ασθένειες που σχετίζονται με το Cilia
- Ασθένειες που σχετίζονται με Flagella
Τα κελλιά και οι μαστιγωτές είναι δύο διαφορετικοί τύποι μικροσκοπικών προσαρτημάτων στα κύτταρα. Οι κροκάλες βρίσκονται τόσο στα ζώα όσο και στους μικροοργανισμούς, αλλά όχι στα περισσότερα φυτά. Τα Flagella χρησιμοποιούνται για την κινητικότητα στα βακτήρια καθώς και των γαμετών των ευκαρυωτικών. Τόσο η βλεφαρίδα όσο και τα σπυράκια εξυπηρετούν λειτουργίες μετακίνησης, αλλά με διαφορετικούς τρόπους. Και οι δύο βασίζονται στη dynein, η οποία είναι μια πρωτεΐνη κινητήρων, και μικροσωληνάρια για να εργαστούν.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Τα κελύφη και οι μαστιγωτές είναι οργανίδια σε κύτταρα που παρέχουν πρόωση, αισθητήριες συσκευές, μηχανισμούς κάθαρσης και πολλές άλλες σημαντικές λειτουργίες σε ζωντανούς οργανισμούς.
Τι είναι η Cilia;
Οι Cilia ήταν τα πρώτα οργανίδια που ανακαλύφθηκαν από τον Antonie van Leeuwenhoek στα τέλη του 17ου αιώνα. Παρατήρησε κινητήρια (κινούμενη) βλεφαρίδα, "μικρά πόδια", τα οποία περιέγραψε ως κατοικούντα σε "animalcules" (πιθανώς πρωτόζωα). Οι μη κινητικές σπείρες παρατηρήθηκαν πολύ αργότερα με καλύτερα μικροσκόπια. Τα περισσότερα σμήνη υπάρχουν σε ζώα, σχεδόν σε κάθε είδος κυττάρου, διατηρημένα σε πολλά είδη στην εξέλιξη. Ωστόσο, ορισμένα φυτά μπορούν να βρεθούν σε φυτά με τη μορφή γαμετών. Οι κροκάλες κατασκευάζονται από μικροσωληνίσκους σε μια διάταξη που ονομάζεται ακτινωτή αξονέμη, η οποία καλύπτεται από τη μεμβράνη του πλάσματος. Το σώμα του κυττάρου κάνει ακτινωτές πρωτεΐνες και τις μετακινεί στην άκρη του axoneme. αυτή η διαδικασία ονομάζεται ενδοκοιλιακή ή ενδοφλεγμονώδης μεταφορά (IFT). Σήμερα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι περίπου το 10 τοις εκατό του ανθρώπινου γονιδιώματος είναι αφιερωμένο σε βλεφαρίδες και τη γέννησή τους.
Οι ράβδοι κυμαίνονται από 1 έως 10 μικρόμετρα. Αυτά τα οργανικά όργανα για τα μαλλιά, όπως τα μαλλιά, δουλεύουν για να μετακινούν τα κύτταρα καθώς και για να μετακινούν τα υλικά. Μπορούν να μεταφέρουν τα υγρά για υδρόβια είδη, όπως τα μύδια, για να επιτρέψουν τη μεταφορά τροφίμων και οξυγόνου. Το Cilia βοηθά με την αναπνοή στους πνεύμονες των ζώων εμποδίζοντας τα συντρίμμια και τα πιθανά παθογόνα να εισβάλλουν στο σώμα. Οι βλεφαρίδες είναι μικρότερες από τις μαστίγες και συγκεντρώνονται σε πολύ μεγαλύτερους αριθμούς. Τείνουν να κινούνται σε ένα γρήγορο εγκεφαλικό επεισόδιο σχεδόν ταυτόχρονα σε μια ομάδα, συνιστώντας ένα φαινόμενο κύματος. Το Cilia μπορεί επίσης να βοηθήσει στη μετακίνηση ορισμένων ειδών πρωτοζώων. Υπάρχουν δύο είδη κροσσών: κινούμενα και μη κινητά (και πρωτογενή), και τα δύο λειτουργούν μέσω συστημάτων IFT. Οι κινητικές βλεφαρίδες βρίσκονται στις διόδους των αεραγωγών και στους πνεύμονες καθώς και στο εσωτερικό του αυτιού. Οι μη κινητικές κουλούρες κατοικούν σε πολλά όργανα.
Τι είναι η Flagella;
Τα Flagella είναι προσαρτήματα που βοηθούν στη μετακίνηση των βακτηρίων και των γαμετών των ευκαρυωτικών, καθώς και ορισμένων πρωτόζωων. Τα Flagella τείνουν να είναι μοναδικά, σαν ουρά. Συνήθως είναι μεγαλύτερα από τα φύλλα. Στα προκαρυωτικά, τα flagella λειτουργούν σαν μικρούς κινητήρες με περιστροφή. Στα ευκαρυωτικά, κάνουν ομαλότερες κινήσεις.
Λειτουργίες του Cilia
Το Cilia παίζει ρόλους στον κυτταρικό κύκλο καθώς και στην ανάπτυξη των ζώων, όπως στην καρδιά. Το Cilia επιλεκτικά επιτρέπει σε ορισμένες πρωτεΐνες να λειτουργούν σωστά. Οι Cilia παίζουν επίσης ρόλο κυψελοειδούς επικοινωνίας και μοριακής διακίνησης.
Οι κινητικές κροκίδες διαθέτουν διάταξη 9 + 2 από εννέα εξωτερικά ζεύγη μικροσωληνίσκων, μαζί με κέντρο δύο μικροσωληναρίων. Οι κινητοί βλεφαρίδες χρησιμοποιούν τη ρυθμική κυματομορφή τους για να καθαρίζουν τις ουσίες, όπως για τον καθαρισμό βρωμιάς, σκόνης, μικροοργανισμών και βλέννας, για την πρόληψη της νόσου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο υπάρχουν στα επένδυση των αναπνευστικών διόδων. Τα κινητά κελύφη μπορούν να αισθανθούν και να μετακινήσουν εξωκυτταρικό υγρό.
Τα μη κινητά ή πρωτογενή σκελετά δεν συμμορφώνονται με την ίδια δομή με τα κινητά φύλλα. Διατίθενται ως μεμονωμένοι μικροσωληνίσκοι χωρίς τη δομή του κεντρικού μικροσωληνίσκου. Δεν διαθέτουν βραχίονες dynein, επομένως η γενική μη κινητικότητα τους. Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες δεν επικεντρώνονταν σε αυτά τα πρωτογενή βλεφαρίδα και κατά συνέπεια δεν γνώριζαν τις λειτουργίες τους. Οι μη κινητικές ράβδοι χρησιμεύουν ως αισθητήρια συσκευή για τα κύτταρα, ανιχνεύοντας σήματα. Παίζουν καθοριστικούς ρόλους στους αισθητήριους νευρώνες. Οι μη κινητικές ίνες μπορούν να βρεθούν στα νεφρά για να αισθανθούν τη ροή των ούρων, καθώς και στα μάτια των φωτοϋποδοχέων του αμφιβληστροειδούς. Σε φωτοϋποδοχείς, λειτουργούν για τη μεταφορά ζωτικών πρωτεϊνών από το εσωτερικό τμήμα του φωτοϋποδοχέα στο εξωτερικό τμήμα. χωρίς αυτή τη λειτουργία, οι φωτοϋποδοχείς θα πεθάνουν. Όταν η βλεφαρίδα αισθάνεται μια ροή υγρού, αυτό οδηγεί σε μεταβολές της κυτταρικής ανάπτυξης.
Οι κελύφους παρέχουν περισσότερο από την κάθαρση και τις αισθητικές λειτουργίες μόνο. Παρέχουν επίσης ενδιαιτήματα ή περιοχές προσλήψεων για συμβιωτικά μικροβιακά σε ζώα. Στα υδρόβια ζώα, όπως τα καλαμάρια, αυτοί οι επιθηλιακοί ιστοί βλέννας μπορούν να παρατηρηθούν πιο άμεσα καθώς είναι κοινά και δεν είναι εσωτερικές επιφάνειες. Δύο διαφορετικά είδη πληθυσμών σπειροειδών υπάρχουν στους ιστούς του ξενιστή: ένας με μακρύς βλεφαρίδες που κυματίζουν μαζί με μικρά σωματίδια όπως τα βακτήρια, αλλά αποκλείουν μεγαλύτερους και βραχύτερους κροσσούς που αναμιγνύουν περιβαλλοντικά υγρά. Αυτές οι βλεφαρίδες δουλεύουν για την πρόσληψη συμβολομετρικών μικροβίων. Εργάζονται σε ζώνες που μεταφέρουν βακτηρίδια και άλλα μικροσκοπικά σωματίδια σε προστατευμένες ζώνες, ενώ ταυτόχρονα αναμιγνύουν υγρά και διευκολύνουν χημικά σήματα, έτσι ώστε τα βακτήρια να μπορούν να αποικίσουν την επιθυμητή περιοχή. Συνεπώς, οι βλεφαρίδες δουλεύουν για να φιλτράρουν, να καθαρίζουν, να εντοπίζουν, να επιλέγουν και να συσσωρεύουν βακτήρια και να ελέγχουν την προσκόλληση των επιφανειών με πέλματα.
Επίσης, ανακαλύφθηκε ότι οι κλοιόι συμμετέχουν στη φυσαλιδώδη έκκριση των εκτοσωμάτων. Πιο πρόσφατη έρευνα αποκαλύπτει αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κυλίνδρων και των κυτταρικών οδών που θα μπορούσαν να παρέχουν πληροφορίες για την κυτταρική επικοινωνία καθώς και για ασθένειες.
Λειτουργίες της Flagella
Flagella μπορεί να βρεθεί σε προκαρυώτες και ευκαρυωτικά. Είναι οργανίδια μακράς ίνας που κατασκευάζονται από διάφορες πρωτεΐνες που φτάνουν μέχρι και 20 μικρομέτρα μακριά από την επιφάνεια τους σε βακτήρια. Χαρακτηριστικά, τα μαστίγια είναι μακρύτερα από τα φύλλα και παρέχουν κίνηση και πρόωση. Οι κινητήρες των βακτηριακών νηματίδων μαστιγίων μπορούν να περιστρέφονται τόσο γρήγορα όσο 15.000 περιστροφές ανά λεπτό (rpm). Η ικανότητα κολύμβησης των μαστιγίων βοηθά στη λειτουργία τους, είτε πρόκειται για αναζήτηση τροφής και θρεπτικών ουσιών, είτε για αναπαραγωγή είτε για εισβολή σε ξενιστές.
Σε προκαρυωτικά όπως τα βακτήρια, οι μαστιγίες χρησιμεύουν ως μηχανισμοί πρόωσης. είναι ο κύριος τρόπος για τα βακτήρια να κολυμπούν μέσα από τα υγρά. Ένα μαστίγιο στα βακτήρια διαθέτει έναν κινητήρα ιόντων για ροπή στρέψης, ένα άγκιστρο που μεταδίδει τη ροπή του κινητήρα και ένα νήμα ή μια μακρά ουραία δομή που ωθεί το βακτήριο. Ο κινητήρας μπορεί να γυρίσει και να επηρεάσει τη συμπεριφορά του νήματος, αλλάζοντας την κατεύθυνση του ταξιδιού για το βακτήριο. Εάν η φιάλη κινείται δεξιόστροφα, πολλά μαστίγια μπορούν να σχηματίσουν μια δέσμη, και αυτά βοηθούν να προωθούν ένα βακτήριο σε μια ευθεία διαδρομή. Όταν περιστρέφεται ο αντίθετος τρόπος, το νήμα καθιστά μια βραχύτερη σούβλα και η δέσμη των μαστιγίων αποσυναρμολογείται, οδηγώντας σε στροβιλισμό. Λόγω της έλλειψης υψηλής ανάλυσης για πειράματα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν υπολογιστικές προσομοιώσεις για να προβλέψουν την κίνηση των μαστών.
Η ποσότητα τριβής σε ένα ρευστό επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο το νήμα θα υπερπηδήσει. Τα βακτήρια μπορούν να φιλοξενήσουν αρκετές μαστίγες, όπως με Escherichia coli. Το Flagella επιτρέπει στα βακτήρια να κολυμπήσουν προς μία κατεύθυνση και στη συνέχεια να γυρίζουν ανάλογα με τις ανάγκες. Αυτό λειτουργεί μέσω της περιστρεφόμενης, ελικοειδούς μαστίγας, η οποία χρησιμοποιεί διάφορες μεθόδους που περιλαμβάνουν πιέσεις και τράβηγμα κύκλων. Μια άλλη μέθοδος κίνησης επιτυγχάνεται με περιτύλιξη γύρω από το σώμα του κυττάρου σε μια δέσμη. Με αυτόν τον τρόπο, το flagella μπορεί επίσης να βοηθήσει στην αντίστροφη κίνηση. Όταν τα βακτήρια συναντούν δύσκολους χώρους, μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους, επιτρέποντας στο μαστίγιο τους να αναδιαμορφώσουν ή να αποσυναρμολογήσουν τις δέσμες τους. Αυτή η μετάβαση πολυμορφικής κατάστασης επιτρέπει διαφορετικές ταχύτητες, με τις καταστάσεις ώθησης και έλξης να είναι ταχύτερες από τις περιτυλιγμένες καταστάσεις. Αυτό βοηθά σε διαφορετικά περιβάλλοντα. για παράδειγμα, η ελικοειδής δέσμη μπορεί να μετακινήσει ένα βακτήριο μέσω ιξωδών περιοχών με ένα φαινόμενο από τιρμπουσόν. Αυτό βοηθά στη βακτηριακή εξερεύνηση.
Η Flagella παρέχει κίνηση για βακτήρια, αλλά παρέχει επίσης ένα μηχανισμό για παθογόνα βακτήρια για να βοηθήσει στην αποικιοποίηση των ξενιστών και ως εκ τούτου να μεταδίδει ασθένειες. Η Flagella χρησιμοποιεί μια μέθοδο twist-and-stick για να αγκυροβολήσει βακτήρια πάνω σε επιφάνειες. Οι Flagella λειτουργούν επίσης ως γέφυρες ή ικριώματα για προσκόλληση στον ιστό του ξενιστή.
Τα ευκαρυωτικά μαστίγια αποκλίνουν από τα προκαρυωτικά στη σύνθεση. Οι φλαγέλες στα ευκαρυωτικά περιέχουν πολύ περισσότερες πρωτεΐνες και φέρουν κάποια ομοιότητα με τις κινητές βλεφαρίδες, με τα ίδια γενικά σχέδια κίνησης και ελέγχου. Τα Flagella χρησιμοποιούνται όχι μόνο για τη μετακίνηση, αλλά και για την υποβοήθηση της διατροφής των κυττάρων και της ευκαρυωτικής αναπαραγωγής. Το Flagella χρησιμοποιεί ενδοφλαγγική μεταφορά, η οποία είναι η μεταφορά ενός συμπλέγματος πρωτεϊνών που απαιτούνται για τα μόρια σηματοδότησης που δίνουν κινητικότητα στο μαστίγιο. Flagella υπάρχουν σε μικροσκοπικούς οργανισμούς όπως τα πρωτόζωα Mastigophora, ή μπορεί να υπάρχουν μέσα σε μεγαλύτερα ζώα. Ορισμένα μικροσκοπικά παράσιτα έχουν επίσης μαστίγια, βοηθώντας το ταξίδι τους μέσω οργανισμού ξενιστή. Τα μαστίγια αυτών των αντισπασμωδών παρασίτων φέρουν επίσης μια παραφυλλοειδή ράβδο ή PFR, η οποία βοηθά στην προσκόλληση σε φορείς όπως έντομα. Ορισμένα άλλα παραδείγματα μαστίγας στα ευκαρυωτικά περιλαμβάνουν τις ουρές των γαμετών όπως το σπέρμα. Flagella μπορεί επίσης να βρεθεί σε σφουγγάρια και άλλα υδρόβια είδη? το μαστίγιο σε αυτά τα πλάσματα βοηθάει στην κίνηση του νερού για αναπνοή. Τα ευκαρυωτικά μαστίγια εξυπηρετούν επίσης σχεδόν σαν μικροσκοπικές κεραίες ή αισθητήρια οργανίδια. Οι επιστήμονες αρχίζουν μόνο τώρα να κατανοούν το εύρος της λειτουργίας των ευκαρυωτικών μαστιγίων.
Ασθένειες που σχετίζονται με το Cilia
Πρόσφατες επιστημονικές ανακαλύψεις έχουν διαπιστώσει ότι οι μεταλλάξεις ή άλλα ελαττώματα που σχετίζονται με το στέλεχος προκαλούν μια σειρά ασθενειών. Οι όροι αυτοί αναφέρονται ως χοιροπάθειες. Βλάπτουν βαθιά τα άτομα που υποφέρουν από αυτά. Οι ασθένειες των πνευμόνων και των αεραγωγών, η ασυμμετρία του αριστερού και του δεξιού σώματος και οι σχετικές καρδιακές βλάβες, οι παγκρεατικές κύστεις, η ηπατική νόσος, η υπογονιμότητα, οι πολυδάκτυλες ανωμαλίες και οι ανωμαλίες των νεφρών όπως οι κύστες, μεταξύ άλλων. Επιπρόσθετα, ορισμένοι τύποι καρκίνου έχουν μια σύνδεση με τις κληρονομίες.
Ορισμένες νεφρικές διαταραχές που σχετίζονται με τη δυσλειτουργία της βλεφαρίδας περιλαμβάνουν νεφρονοφθίτιδα και αυτοσωματική κυριαρχία και αυτοσωμική υπολειπόμενη πολυκυστική νεφρική νόσο. Τα βλαστοκύτταρα δεν μπορούν να σταματήσουν την κυτταρική διαίρεση λόγω έλλειψης ανίχνευσης της ροής των ούρων, οδηγώντας σε ανάπτυξη κύστεων.
Στο σύνδρομο του Kartagener, η δυσλειτουργία του βραχίονα του dynein οδηγεί σε αναποτελεσματική εκκαθάριση της αναπνευστικής οδού βακτηριδίων και άλλων ουσιών. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε επαναλαμβανόμενες αναπνευστικές λοιμώξεις.
Στο σύνδρομο Bardet-Biedl, η δυσπλασία της βλεφαρίδας οδηγεί σε προβλήματα όπως ο εκφυλισμός του αμφιβληστροειδούς, η πολυδεκτομή, οι εγκεφαλικές διαταραχές και η παχυσαρκία.
Οι μη κληρονομικές ασθένειες μπορεί να προκληθούν από βλάβη των κροσσών, όπως από υπολείμματα τσιγάρων. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε βρογχίτιδα και άλλα θέματα.
Τα παθογόνα μπορούν επίσης να επιταχύνουν την κανονική συμβιωτική καλλιέργεια βακτηρίων από βλεφαρίδες, όπως με το είδος Bordetella, το οποίο προκαλεί τη συρρίκνωση των βλεφαρίδων για να μειωθεί και επομένως επιτρέπει στο παθογόνο να προσκολλάται σε ένα υπόστρωμα και να οδηγεί σε μόλυνση των ανθρώπινων αεραγωγών.
Ασθένειες που σχετίζονται με Flagella
Ορισμένες βακτηριακές λοιμώξεις σχετίζονται με τη λειτουργία των μαστών. Παραδείγματα παθογόνων βακτηριδίων περιλαμβάνουν Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa και Campylobacter jejuni. Εμφανίζονται αρκετές αλληλεπιδράσεις που οδηγούν τα βακτήρια να εισβάλουν στους ιστούς του ξενιστή. Οι Flagella δρουν ως δεσμευτικοί ανιχνευτές, επιδιώκοντας την αγορά στο υπόστρωμα του ξενιστή. Ορισμένα φυτοβακτήρια χρησιμοποιούν το μαστίγιο τους για να προσκολλώνται στους ιστούς των φυτών. Αυτό οδηγεί σε προϊόντα όπως τα φρούτα και τα λαχανικά που γίνονται δευτερεύοντες ξενιστές στα βακτηρίδια που μολύνουν ανθρώπους και ζώα. Ένα παράδειγμα είναι η Listeria monocytogenes, και φυσικά τα Ε. Coli και Salmonella είναι κακοί παράγοντες της τροφικής νόσου.
Το Helicobacter pylori χρησιμοποιεί το μαστίγιο του για να κολυμπήσει μέσω βλέννας και να εισβάλει στην επένδυση του στομάχου, παρακάμπτοντας το προστατευτικό οξύ του στομάχου. Οι βλεννώδεις επένδυσεις λειτουργούν ως ανοσοποιητική άμυνα για να παγιδεύουν τέτοια εισβολή με δεσπόζουσα μαστίγιο, αλλά μερικά βακτήρια βρίσκουν διάφορους τρόπους για να ξεφύγουν από την αναγνώριση και τη σύλληψη. Τα νήματα της μαστίγας μπορούν να υποβαθμιστούν έτσι ώστε ο οικοδεσπότης να μην τα αναγνωρίσει, ή η έκφρασή τους και η κινητικότητα τους να μπορούν να απενεργοποιηθούν.
Το σύνδρομο του Kartagener επηρεάζει επίσης το μαστίγιο. Αυτό το σύνδρομο διαταράσσει τους βραχίονες της δυνίνης μεταξύ των μικροσωληνίσκων. Το αποτέλεσμα είναι η στειρότητα λόγω των σπερματοζωαρίων που δεν διαθέτουν την πρόωση που απαιτείται από το μαστίγιο για να κολυμπήσει και να γονιμοποιήσει τα αυγά.
Καθώς οι επιστήμονες μαθαίνουν περισσότερα σχετικά με τα κελύφη και τα μαστίγια, και να διευκρινίσουν περαιτέρω τους ρόλους τους στους οργανισμούς, θα πρέπει να ακολουθήσουν νέες προσεγγίσεις για τη θεραπεία ασθενειών και την παρασκευή φαρμάκων.