Ποιες είναι οι κύριες λειτουργίες του Cilia &Flagella;

Τα μαστίγια και τα μαστίγια είναι δύο διαφορετικοί τύποι μικροσκοπικών προσαρτημάτων στα κύτταρα. Τα βλεφαρίδες βρίσκονται τόσο στα ζώα όσο και στους μικροοργανισμούς, αλλά όχι στα περισσότερα φυτά. Τα μαστίγια χρησιμοποιούνται για την κινητικότητα στα βακτήρια καθώς και στους γαμέτες των ευκαρυωτών. Και οι βλεφαρίδες και τα μαστίγια εξυπηρετούν κινητικές λειτουργίες, αλλά με διαφορετικούς τρόπους. Και τα δύο βασίζονται στη δινεΐνη, η οποία είναι μια πρωτεΐνη κινητήρα, και στους μικροσωληνίσκους για να λειτουργήσουν.

TL;DR (Πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα; Δεν έχω διαβάσει)

Τα βλεφαρίδες και τα μαστίγια είναι οργανίδια στα κύτταρα που παρέχουν πρόωση, αισθητηριακές συσκευές, μηχανισμούς κάθαρσης και πολλές άλλες σημαντικές λειτουργίες σε ζωντανούς οργανισμούς.

Τι είναι τα Cilia;

Τα Cilia ήταν τα πρώτα οργανίδια που ανακαλύφθηκαν από τον Antonie van Leeuwenhoek στα τέλη του 17ου αιώνα. Παρατήρησε κινητές (κινούμενες) βλεφαρίδες, «μικρά πόδια», τα οποία περιέγραψε ότι κατοικούσαν σε «ζώα» (πιθανώς πρωτόζωα). Οι μη κινητές βλεφαρίδες παρατηρήθηκαν πολύ αργότερα με καλύτερα μικροσκόπια. Οι περισσότερες βλεφαρίδες υπάρχουν σε ζώα, σχεδόν σε κάθε τύπο κυττάρου, διατηρημένα σε πολλά είδη στην εξέλιξη. Ωστόσο, μερικές βλεφαρίδες μπορούν να βρεθούν στα φυτά με τη μορφή γαμετών. Τα βλεφαρίδες είναι φτιαγμένα από μικροσωληνίσκους σε μια διάταξη που ονομάζεται ακτινωτό αξονικό, το οποίο καλύπτεται από την πλασματική μεμβράνη. Το κυτταρικό σώμα παράγει ακτινωτές πρωτεΐνες και τις μετακινεί στην άκρη της αξονικής. αυτή η διαδικασία ονομάζεται ενδομυϊκή ή ενδομαστιγική μεταφορά (IFT). Επί του παρόντος, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι περίπου το 10 τοις εκατό του ανθρώπινου γονιδιώματος είναι αφιερωμένο στις βλεφαρίδες και τη γένεσή τους.

Το μήκος των δακτυλίων κυμαίνεται από 1 έως 10 μικρόμετρα. Αυτά τα οργανίδια που μοιάζουν με τρίχες λειτουργούν για να μετακινούν κύτταρα καθώς και να μετακινούν υλικά. Μπορούν να μετακινήσουν υγρά για υδρόβια είδη όπως τα μύδια, για να επιτρέψουν τη μεταφορά τροφής και οξυγόνου. Τα κολλοειδή βοηθούν στην αναπνοή στους πνεύμονες των ζώων εμποδίζοντας τα συντρίμμια και τα πιθανά παθογόνα να εισβάλουν στο σώμα. Τα μαστίγια είναι πιο κοντά από τα μαστίγια και συγκεντρώνονται σε πολύ μεγαλύτερους αριθμούς. Τείνουν να κινούνται σε ένα γρήγορο χτύπημα σχεδόν ταυτόχρονα σε μια ομάδα, αποτελώντας ένα φαινόμενο κύματος. Η βλεφαρίδα μπορεί επίσης να βοηθήσει στην κίνηση ορισμένων τύπων πρωτοζώων. Υπάρχουν δύο τύποι βλεφαρίδων:κινητές (κινούμενες) και μη κινητικές (ή πρωτεύουσες) βλεφαρίδες, και οι δύο λειτουργούν μέσω συστημάτων IFT. Οι κινητές βλεφαρίδες βρίσκονται στις διόδους των αεραγωγών και στους πνεύμονες καθώς και στο εσωτερικό του αυτιού. Οι μη κινητές βλεφαρίδες βρίσκονται σε πολλά όργανα.

Τι είναι τα Flagella;

Τα μαστίγια είναι εξαρτήματα που βοηθούν στην κίνηση των βακτηρίων και των γαμετών των ευκαρυωτών, καθώς και ορισμένων πρωτόζωων. Τα μαστίγια τείνουν να είναι μοναδικά, σαν ουρά. Συνήθως είναι μακρύτερες από τις βλεφαρίδες. Στους προκαρυώτες, τα μαστίγια λειτουργούν σαν μικροί κινητήρες με περιστροφή. Στους ευκαρυώτες, κάνουν πιο ομαλές κινήσεις.

Συναρτήσεις του Cilia

Τα βλεφαρίδες παίζουν ρόλο στον κυτταρικό κύκλο καθώς και στην ανάπτυξη των ζώων, όπως στην καρδιά. Τα βλεφαρίδες επιτρέπουν επιλεκτικά σε ορισμένες πρωτεΐνες να λειτουργήσουν σωστά. Τα Cilia διαδραματίζουν επίσης ρόλο κυτταρικής επικοινωνίας και μοριακής διακίνησης.

Οι κινητές βλεφαρίδες διαθέτουν διάταξη 9+2 εννέα εξωτερικών ζευγών μικροσωληνίσκων, μαζί με ένα κέντρο δύο μικροσωληνίσκων. Οι κινητές βλεφαρίδες χρησιμοποιούν τον ρυθμικό κυματισμό τους για να απομακρύνουν ουσίες, όπως για να καθαρίσουν τη βρωμιά, τη σκόνη, τους μικροοργανισμούς και τη βλέννα, για την πρόληψη ασθενειών. Αυτός είναι ο λόγος που υπάρχουν στις επενδύσεις των αναπνευστικών οδών. Οι κινητές βλεφαρίδες μπορούν να αισθανθούν και να μετακινήσουν το εξωκυττάριο υγρό.

Οι μη κινητές ή πρωτογενείς βλεφαρίδες δεν συμμορφώνονται με την ίδια δομή με τις κινητές βλεφαρίδες. Διατάσσονται ως μεμονωμένοι μικροσωληνίσκοι προσάρτησης χωρίς την κεντρική δομή του μικροσωληνίσκου. Δεν διαθέτουν βραχίονες dynein, εξ ου και η γενική τους μη κινητικότητα. Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες δεν επικεντρώνονταν σε αυτές τις πρωτογενείς βλεφαρίδες και επομένως γνώριζαν ελάχιστα από τις λειτουργίες τους. Οι μη κινητές βλεφαρίδες χρησιμεύουν ως αισθητήρια συσκευή για τα κύτταρα, ανιχνεύοντας σήματα. Παίζουν κρίσιμους ρόλους στους αισθητηριακούς νευρώνες. Οι μη κινητές βλεφαρίδες μπορούν να βρεθούν στους νεφρούς για την αίσθηση της ροής των ούρων, καθώς και στα μάτια στους φωτοϋποδοχείς του αμφιβληστροειδούς. Στους φωτοϋποδοχείς, λειτουργούν για να μεταφέρουν ζωτικές πρωτεΐνες από το εσωτερικό τμήμα του φωτοϋποδοχέα στο εξωτερικό τμήμα. Χωρίς αυτή τη λειτουργία, οι φωτοϋποδοχείς θα πέθαιναν. Όταν οι βλεφαρίδες αισθάνονται ροή υγρού, αυτό οδηγεί σε αλλαγές κυτταρικής ανάπτυξης.

Τα βλεφαρίδες παρέχουν μόνο περισσότερες από την κάθαρση και τις αισθητηριακές λειτουργίες. Παρέχουν επίσης ενδιαιτήματα ή περιοχές στρατολόγησης για συμβιωτικά μικροβιώματα σε ζώα. Σε υδρόβια ζώα όπως τα καλαμάρια, αυτοί οι επιθηλιακοί ιστοί βλέννας μπορούν να παρατηρηθούν πιο άμεσα καθώς είναι συνηθισμένοι και δεν είναι εσωτερικές επιφάνειες. Υπάρχουν δύο διαφορετικά είδη πληθυσμών βλεφαρίδων στους ιστούς του ξενιστή:ένας με μακριές βλεφαρίδες που κυματίζουν κατά μήκος μικρών σωματιδίων όπως τα βακτήρια αλλά αποκλείουν τα μεγαλύτερα και πιο κοντές βλεφαρίδες που αναμειγνύουν περιβαλλοντικά υγρά. Αυτές οι βλεφαρίδες λειτουργούν για τη στρατολόγηση συμβιών μικροβιώματος. Λειτουργούν σε ζώνες που μετατοπίζουν βακτήρια και άλλα μικροσκοπικά σωματίδια σε προστατευμένες ζώνες, ενώ επίσης αναμιγνύουν υγρά και διευκολύνουν τα χημικά σήματα έτσι ώστε τα βακτήρια να μπορούν να αποικίσουν την επιθυμητή περιοχή. Επομένως, οι βλεφαρίδες λειτουργούν για να φιλτράρουν, να καθαρίζουν, να εντοπίζουν, να επιλέγουν και να συσσωματώνουν βακτήρια και να ελέγχουν την πρόσφυση για βλεφαρίδες επιφάνειες.

Τα βλεφαρίδες έχουν επίσης ανακαλυφθεί ότι συμμετέχουν στη φυσαλιδώδη έκκριση των εκτοσωμάτων. Πιο πρόσφατη έρευνα αποκαλύπτει αλληλεπιδράσεις μεταξύ των βλεφαρίδων και των κυτταρικών οδών που θα μπορούσαν να παρέχουν πληροφορίες για την κυτταρική επικοινωνία καθώς και για ασθένειες.

Λειτουργίες Flagella

Τα μαστίγια μπορούν να βρεθούν σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες. Είναι οργανίδια με μακριά νήματα που αποτελούνται από πολλές πρωτεΐνες που φτάνουν σε μήκος έως και 20 μικρόμετρα μακριά από την επιφάνειά τους στα βακτήρια. Τυπικά, τα μαστίγια είναι μακρύτερα από τις βλεφαρίδες και παρέχουν κίνηση και πρόωση. Οι κινητήρες νήματος βακτηριακών μαστιγίων μπορούν να περιστρέφονται τόσο γρήγορα όσο 15.000 στροφές ανά λεπτό (rpm). Η κολυμβητική ικανότητα των μαστιγίων βοηθά στη λειτουργία τους, είτε πρόκειται για αναζήτηση τροφής και θρεπτικών συστατικών, αναπαραγωγή ή εισβολή ξενιστών.

Σε προκαρυώτες όπως τα βακτήρια, τα μαστίγια χρησιμεύουν ως μηχανισμοί προώθησης. είναι ο κύριος τρόπος για τα βακτήρια να κολυμπήσουν μέσα στα υγρά. Ένα μαστίγιο σε βακτήρια διαθέτει έναν κινητήρα ιόντων για ροπή, ένα άγκιστρο που μεταδίδει τη ροπή του κινητήρα και ένα νήμα ή μια μακρά δομή που μοιάζει με ουρά που ωθεί το βακτήριο. Ο κινητήρας μπορεί να περιστραφεί και να επηρεάσει τη συμπεριφορά του νήματος, αλλάζοντας την κατεύθυνση κίνησης του βακτηρίου. Εάν το μαστίγιο κινηθεί δεξιόστροφα, σχηματίζει ένα υπερπηλίδι. Πολλά μαστίγια μπορούν να σχηματίσουν μια δέσμη και αυτά βοηθούν στην προώθηση ενός βακτηρίου σε ευθεία διαδρομή. Όταν περιστρέφεται αντίθετα, το νήμα δημιουργεί μια πιο κοντή υπερπηλιά και η δέσμη των μαστιγίων αποσυναρμολογείται, οδηγώντας σε ανατροπή. Λόγω έλλειψης υψηλής ανάλυσης για πειράματα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν προσομοιώσεις υπολογιστή για να προβλέψουν την κίνηση των μαστιγίων.

Η ποσότητα της τριβής σε ένα ρευστό επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο το νήμα θα υπερπηλιώσει. Τα βακτήρια μπορούν να φιλοξενήσουν πολλά μαστίγια, όπως με Escherichia coli. Τα μαστίγια επιτρέπουν στα βακτήρια να κολυμπήσουν προς μία κατεύθυνση και στη συνέχεια να στρίβουν όσο χρειάζεται. Αυτό λειτουργεί μέσω της περιστρεφόμενης, ελικοειδής μαστίγας, η οποία χρησιμοποιεί διάφορες μεθόδους, συμπεριλαμβανομένων των κύκλων ώθησης και έλξης. Μια άλλη μέθοδος κίνησης επιτυγχάνεται με το τύλιγμα γύρω από το σώμα του κυττάρου σε μια δέσμη. Με αυτόν τον τρόπο, τα μαστίγια μπορούν επίσης να βοηθήσουν στην αντιστροφή της κίνησης. Όταν τα βακτήρια συναντούν δύσκολους χώρους, μπορούν να αλλάξουν τη θέση τους επιτρέποντας στα μαστίγια τους να επαναδιαμορφώσουν ή να αποσυναρμολογήσουν τις δέσμες τους. Αυτή η πολυμορφική μετάβαση κατάστασης επιτρέπει διαφορετικές ταχύτητες, με τις καταστάσεις ώθησης και έλξης να είναι συνήθως ταχύτερες από τις καταστάσεις περιτυλίγματος. Αυτό βοηθά σε διαφορετικά περιβάλλοντα. για παράδειγμα, η ελικοειδής δέσμη μπορεί να μετακινήσει ένα βακτήριο μέσω παχύρρευστων περιοχών με αποτέλεσμα τιρμπουσόν. Αυτό βοηθά στην εξερεύνηση βακτηρίων.

Τα μαστίγια παρέχουν κίνηση στα βακτήρια, αλλά παρέχουν επίσης έναν μηχανισμό για τα παθογόνα βακτήρια που βοηθούν στον αποικισμό των ξενιστών και ως εκ τούτου στη μετάδοση ασθενειών. Τα μαστίγια χρησιμοποιούν μια μέθοδο περιστροφής και κολλήματος για να αγκυρώσουν τα βακτήρια σε επιφάνειες. Τα μαστίγια λειτουργούν επίσης ως γέφυρες ή ικριώματα για την πρόσφυση στον ιστό του ξενιστή.

Τα ευκαρυωτικά μαστίγια αποκλίνουν από τα προκαρυωτικά στη σύνθεση. Τα μαστίγια στους ευκαρυώτες περιέχουν πολύ περισσότερες πρωτεΐνες και έχουν κάποια ομοιότητα με τις κινητές βλεφαρίδες, με τα ίδια γενικά μοτίβα κίνησης και ελέγχου. Τα μαστίγια χρησιμοποιούνται όχι μόνο για κίνηση, αλλά και για βοήθεια στη διατροφή των κυττάρων και στην ευκαρυωτική αναπαραγωγή. Τα μαστίγια χρησιμοποιούν ενδομαστιγική μεταφορά, η οποία είναι η μεταφορά ενός συμπλέγματος πρωτεϊνών που απαιτούνται για τα μόρια σηματοδότησης που δίνουν την κινητικότητα των μαστιγίων. Τα μαστίγια υπάρχουν σε μικροσκοπικούς οργανισμούς όπως τα πρωτόζωα Mastigophora ή μπορεί να υπάρχουν μέσα σε μεγαλύτερα ζώα. Ορισμένα μικροσκοπικά παράσιτα διαθέτουν επίσης μαστίγια, βοηθώντας το ταξίδι τους μέσω ενός οργανισμού ξενιστή. Τα μαστίγια αυτών των πρωτιστικών παρασίτων φέρουν επίσης μια παραμαστιγική ράβδο ή PFR, η οποία βοηθά στην προσκόλληση σε φορείς όπως τα έντομα. Μερικά άλλα παραδείγματα μαστιγίων σε ευκαρυώτες περιλαμβάνουν τις ουρές γαμετών όπως το σπέρμα. Τα μαστίγια μπορούν επίσης να βρεθούν σε σφουγγάρια και άλλα υδρόβια είδη. τα μαστίγια σε αυτά τα πλάσματα βοηθούν στην κίνηση του νερού για την αναπνοή. Τα ευκαρυωτικά μαστίγια χρησιμεύουν επίσης σχεδόν ως μικροσκοπικές κεραίες ή αισθητήρια οργανίδια. Οι επιστήμονες μόλις τώρα αρχίζουν να κατανοούν το εύρος της λειτουργίας των ευκαρυωτικών μαστιγίων.

Diseases Related to Cilia

Πρόσφατες επιστημονικές ανακαλύψεις έχουν βρει ότι μεταλλάξεις ή άλλα ελαττώματα που σχετίζονται με τις βλεφαρίδες προκαλούν μια σειρά από ασθένειες. Αυτές οι καταστάσεις αναφέρονται ως βλεφαρίδες. Επηρεάζουν βαθιά τα άτομα που υποφέρουν από αυτά. Ορισμένες βλεφαρίδες περιλαμβάνουν γνωστική εξασθένηση, εκφύλιση αμφιβληστροειδούς, απώλεια ακοής, ανοσμία (απώλεια της όσφρησης), κρανιοπροσωπικές ανωμαλίες, ανωμαλίες του πνεύμονα και των αεραγωγών, ασυμμετρία αριστερά-δεξιά και συναφείς καρδιακές ανωμαλίες, παγκρεατικές κύστεις, ηπατική νόσο, στειρότητα, πολυδακτυλία και νεφρική δυσλειτουργία όπως κύστεις, μεταξύ άλλων. Επιπλέον, ορισμένοι καρκίνοι συνδέονται με βλεφαρίδες.

Ορισμένες διαταραχές των νεφρών που σχετίζονται με τη δυσλειτουργία των βλεφαρίδων περιλαμβάνουν τη νεφρονοφθίση και την αυτοσωμική επικρατούσα και αυτοσωματική υπολειπόμενη πολυκυστική νόσο των νεφρών. Οι δυσλειτουργικές βλεφαρίδες δεν μπορούν να σταματήσουν την κυτταρική διαίρεση λόγω μη ανίχνευσης ροής ούρων, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη κύστης.

Στο σύνδρομο Kartagener, η δυσλειτουργία του βραχίονα dynein οδηγεί σε αναποτελεσματική κάθαρση της αναπνευστικής οδού από βακτήρια και άλλες ουσίες. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε επαναλαμβανόμενες λοιμώξεις του αναπνευστικού.

Στο σύνδρομο Bardet-Biedl, η δυσπλασία των βλεφαρίδων οδηγεί σε προβλήματα όπως εκφύλιση του αμφιβληστροειδούς, πολυδακτυλία, εγκεφαλικές διαταραχές και παχυσαρκία.

Μη κληρονομικές ασθένειες μπορεί να προκύψουν από βλάβη στις βλεφαρίδες, όπως από υπολείμματα τσιγάρου. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε βρογχίτιδα και άλλα προβλήματα.

Τα παθογόνα μπορούν επίσης να επιβάλουν τη φυσιολογική συμβιωτική ενίσχυση των βακτηρίων από τις βλεφαρίδες, όπως το είδος Bordetella, το οποίο προκαλεί μείωση του χτυπήματος των βλεφαρίδων και επομένως επιτρέπει στο παθογόνο να προσκολληθεί σε ένα υπόστρωμα και να οδηγήσει σε μόλυνση των ανθρώπινων αεραγωγών.

Ασθένειες που σχετίζονται με το Flagella

Ένας αριθμός βακτηριακών λοιμώξεων σχετίζονται με τη λειτουργία των μαστιγίων. Παραδείγματα παθογόνων βακτηρίων περιλαμβάνουν Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa και Campylobacter jejuni. Συμβαίνει ένας αριθμός αλληλεπιδράσεων που οδηγούν τα βακτήρια να εισβάλουν στους ιστούς του ξενιστή. Τα μαστίγια λειτουργούν ως δεσμευτικοί ανιχνευτές, αναζητώντας αγορά στο υπόστρωμα ξενιστή. Μερικά φυτοβακτήρια χρησιμοποιούν τα μαστίγια τους για να προσκολληθούν στους φυτικούς ιστούς. Αυτό οδηγεί σε προϊόντα όπως τα φρούτα και τα λαχανικά να γίνονται δευτερεύοντες ξενιστές βακτηρίων που μολύνουν ανθρώπους και ζώα. Ένα παράδειγμα είναι η Listeria monocytogenes, και φυσικά το E. coli και η Salmonella είναι διαβόητοι παράγοντες τροφιμογενών ασθενειών.

Το ελικοβακτηρίδιο του πυλωρού χρησιμοποιεί το μαστίγιο του για να κολυμπήσει μέσα στη βλέννα και να εισβάλει στην επένδυση του στομάχου, αποφεύγοντας το προστατευτικό οξύ του στομάχου. Οι βλεννώδεις επενδύσεις λειτουργούν ως ανοσοποιητική άμυνα για να παγιδεύσουν μια τέτοια εισβολή δεσμεύοντας μαστίγια, αλλά ορισμένα βακτήρια βρίσκουν αρκετούς τρόπους να ξεφύγουν από την αναγνώριση και τη σύλληψη. Τα νήματα των μαστιγίων μπορεί να αποικοδομηθούν έτσι ώστε ο ξενιστής να μην μπορεί να τα αναγνωρίσει ή να απενεργοποιηθεί η έκφραση και η κινητικότητά τους.

Το σύνδρομο Kartagener επηρεάζει επίσης τα μαστίγια. Αυτό το σύνδρομο διαταράσσει τους βραχίονες dynein μεταξύ των μικροσωληνίσκων. Το αποτέλεσμα είναι η υπογονιμότητα λόγω των σπερματοζωαρίων που δεν διαθέτουν την ώθηση που απαιτείται από τα μαστίγια για να κολυμπήσουν και να γονιμοποιήσουν τα ωάρια.

Καθώς οι επιστήμονες μαθαίνουν περισσότερα για τις βλεφαρίδες και τα μαστίγια και διευκρινίζουν περαιτέρω τους ρόλους τους στους οργανισμούς, θα πρέπει να ακολουθήσουν νέες προσεγγίσεις για τη θεραπεία ασθενειών και την παραγωγή φαρμάκων.