Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Mitä ovat Cilia?
- Mitä Flagella on?
- Cilian toiminnot
- Flagellan toiminnot
- Ciliaan liittyvät sairaudet
- Flagellaan liittyvät sairaudet
Cilia ja flagella ovat kahta erityyppistä solujen mikroskooppista apua. Ciliaa esiintyy sekä eläimissä että mikro-organismeissa, mutta ei useimmissa kasveissa. Flagellaa käytetään liikkuvuuteen bakteereissa sekä eukaryoottien sukusoluissa. Sekä siliat että flagella palvelevat liikkumistoimintoja, mutta eri tavoin. Molemmat luottavat dyneiiniin, joka on motorinen proteiini, ja mikrotubuluksiin toimimaan.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Cilia ja flagella ovat solujen organelleja, jotka tarjoavat työntövoimaa, aistimislaitteita, puhdistumismekanismeja ja lukuisia muita tärkeitä toimintoja elävissä organismeissa.
Mitä ovat Cilia?
Cilia olivat ensimmäiset organellit, jotka Antonie van Leeuwenhoek löysi 1700-luvun lopulla. Hän havaitsi liikkuvan (liikkuvan) silikan, ”pienet jalat”, joita hän kuvaili asuvansa “eläinlaskuissa” (todennäköisesti alkueläimissä). Ei-liikkuvia silikoita havaittiin paljon myöhemmin paremmilla mikroskoopeilla. Suurin osa siliaa esiintyy eläimissä, melkein kaikissa solutyypeissä, jotka ovat säilyneet evoluutiossa monien lajien yli. Jotkut silikot löytyvät kuitenkin kasveista sukusolujen muodossa. Cilia on valmistettu mikrotubuluksista järjestelyssä, jota kutsutaan siliaariseksi aksonimee- miksi, jonka plasmamembraani peittää. Solukappale valmistaa ciliaariproteiineja ja siirtää ne aksoneemin kärkeen; tätä prosessia kutsutaan intraciliaariseksi tai intraflagellaariseksi kuljetukseksi (IFT). Tällä hetkellä tutkijoiden mielestä noin 10 prosenttia ihmisen genomista on omistettu silikoille ja niiden syntylle.
Cilia-alueen pituus on 1-10 mikrometriä. Nämä hiusmaiset lisäorgaanit toimivat sekä solujen että materiaalien liikuttamiseksi. Ne voivat liikuttaa nesteitä vesieliöille, kuten simpukat, ruuan ja hapen kuljettamisen mahdollistamiseksi. Cilia auttaa hengittämään eläinten keuhkoissa estämällä roskien ja mahdollisten patogeenien tunkeutumisen kehoon. Cilia on lyhyempi kuin flagella ja keskittyy paljon suurempiin määriin. Heillä on taipumus liikkua nopealla tahdilla melkein samaan aikaan ryhmässä, muodostaen aalto-tehon. Cilia voi myös auttaa tietyntyyppisten alkueläinten liikkumisessa. Kaksi tyyppiä silikoita on olemassa: liikkuvat (liikkuvat) ja liikkumattomat (tai primaariset) siliat ja molemmat toimivat IFT-järjestelmien kautta. Liikkuvat siliat sijaitsevat hengitysteissä ja keuhkoissa sekä korvan sisällä. Ei-liikkuvat siliat sijaitsevat monissa elimissä.
Mitä Flagella on?
Flagella ovat lisäykset, jotka auttavat siirtämään bakteereja ja eukaryoottien sukusoluja sekä joitain alkueläimiä. Flagella on yleensä yksittäinen, kuten häntä. Ne ovat tyypillisesti pidempiä kuin siliat. Prokaryooteissa flagella toimii kuin pienet pyörivät moottorit. Eukaryooteissa ne tekevät sujuvammat liikkeet.
Cilian toiminnot
Cilia pelaa roolia solusyklissä ja eläinten kehityksessä, kuten sydämessä. Cilia antaa selektiivisesti tiettyjen proteiinien toimia kunnolla. Cilialla on myös rooli solukkoviestinnässä ja molekyylikaupassa.
Liikkuvilla silikoilla on 9 + 2-järjestely yhdeksästä ulkoisesta mikrotubuluparista, yhdessä kahden mikrotubullin keskiön kanssa. Liikkuvat siliat käyttävät rytmistä aaltoutumistaan aineiden, kuten lian, pölyn, mikro-organismien ja lian puhdistamiseen, sairauksien estämiseksi. Siksi niitä esiintyy hengitysteiden vuorauksissa. Liikkuvat siliat voivat sekä tunnistaa että siirtää solunulkoista nestettä.
Ei-liikkuvat eli primaariset silikat eivät vastaa samaa rakennetta kuin liikkuvat siliat. Ne on järjestetty erillisinä lisäyksikön mikrotubuluksina ilman keskiputkien rakennetta. Heillä ei ole dyneiinivarret, joten niiden yleinen liikkumattomuus. Monien vuosien ajan tutkijat eivät keskittyneet näihin primaarisiin silikoihin ja siksi tiesivät vain vähän niiden toiminnoista. Ei-liikkuvat siliat toimivat aistien laitteina soluille, havaitsevat signaalit. Heillä on tärkeä rooli aistineuroneissa. Ei-liikkuvia silikoja löytyy munuaisista virtsanvirtauksen havaitsemiseksi, samoin kuin verkkokalvon valoreseptoreiden silmissä. Valoreseptoreissa ne toimittavat elintärkeitä proteiineja valoreseptorin sisäosasta ulkosegmenttiin; ilman tätä toimintoa, fotoreseptorit kuolevat. Kun siliat tunnevat nestevirtauksen, mikä johtaa solukasvun muutoksiin.
Cilia tarjoaa enemmän kuin vain puhdistus- ja aistitoimintoja. Ne tarjoavat myös elinympäristöjä tai rekrytointialueita eläinten symbioottisille mikrobiomeille. Vesieläimissä, kuten kalmarissa, nämä limaepiteelikudokset voidaan havaita suorammin, koska ne ovat yleisiä eivätkä ole sisäpintoja. Isäntäkudoksissa esiintyy kahta erityyppistä silikaatiopopulaatiota: toisessa on pitkät silikat, jotka kulkevat pieniä hiukkasia pitkin, kuten bakteerit, mutta jättävät pois suuremmat, ja lyhyemmät pelaavat siliat, jotka sekoittavat ympäristönesteitä. Nämä siliat pyrkivät rekrytoimaan mikrobiomien symbioneja. Ne toimivat vyöhykkeillä, jotka siirtävät bakteerit ja muut pienet hiukkaset suojaisille alueille, sekoittaen samalla nesteitä ja helpottavat kemiallisia signaaleja, jotta bakteerit voivat siirtää halutun alueen. Siksi siliat pyrkivät suodattamaan, puhdistamaan, lokalisoimaan, selektoimaan ja yhdistämään bakteerit ja hallitsemaan haavoittuvien pintojen tarttumista.
Cilian on myös havaittu osallistuvan ektosomien vesikulaariseen eritykseen. Tuoreempi tutkimus paljastaa silikoiden ja solupolkujen väliset vuorovaikutukset, jotka voisivat antaa käsityksen solujen kommunikoinnista ja sairauksista.
Flagellan toiminnot
Flagellaa löytyy prokaryooteista ja eukaryooteista. Ne ovat pitkät filamenttiorganelit, jotka on valmistettu useista proteiineista ja jotka ulottuvat jopa 20 mikrometrin pituudeltaan pintaansa bakteereilla. Tyypillisesti flagellat ovat silkkoja pidempiä ja tarjoavat liikkumisen ja työntövoiman. Bakteerien flagella-filamenttimoottorit voivat pyöriä jopa 15 000 kierrosta minuutissa (rpm). Flagellan uimakyky auttaa niiden toiminnassa, olipa kyse sitten ruuan ja ravinteiden etsinnästä, lisääntymisestä tai isäntien tunkeutumisesta.
Prokaryooteissa, kuten bakteereissa, flagella toimii propulsiomekanismeina; ne ovat tärkein tapa bakteereille uida nesteiden läpi. Bakteerien flagellumilla on ionimoottori vääntömomentiksi, koukku, joka välittää moottorin vääntömomentin, ja filamentti tai pitkä häntämainen rakenne, joka ajaa bakteerin. Moottori voi kääntyä ja vaikuttaa hehkulangan käyttäytymiseen muuttamalla bakteerin kulkusuuntaa. Jos flagellum liikkuu myötäpäivään, se muodostaa superkelan; useat flagellat voivat muodostaa nipun, ja nämä auttavat kuljettamaan bakteerin suoralle polulle. Kiertyessään vastakkaisella tavalla, hehkulanka tekee lyhyemmän superkelan ja flagellan kimppu puretaan, mikä johtaa romahtamiseen. Koska kokeista ei ole korkeaa resoluutiota, tutkijat käyttävät tietokonesimulaatioita ennustamaan hiipien liikettä.
Nesteen kitkan määrä vaikuttaa siihen, kuinka hehkulanka kiehuu. Bakteerit voivat isännöidä useita flagelleja, kuten Escherichia colin kanssa. Flagellan avulla bakteerit voivat uida yhteen suuntaan ja kääntyä sitten tarpeen mukaan. Tämä toimii pyörivän, kierteisen sillan kautta, joka käyttää erilaisia menetelmiä, kuten työntö- ja vetosyklejä. Toinen liikkumistapa saavutetaan käärimällä solun rungon ympärille nipussa. Tällä tavalla flagella voi myös auttaa kääntämään liikettä. Kun bakteerit kohtaavat haastavia tiloja, ne voivat muuttaa sijaintiaan mahdollistamalla niiden kotelon konfiguroida tai purkaa kimppunsa uudelleen. Tämä polymorfinen tilansiirto sallii eri nopeudet, työntö- ja vetotilat ovat tyypillisesti nopeampia kuin käärityt tilat. Tämä auttaa eri ympäristöissä; esimerkiksi kierteinen nippu voi siirtää bakteerin viskoosien alueiden läpi korkkiruuvivaikutuksella. Tämä auttaa bakteeritutkimuksessa.
Flagella tarjoaa liikkumisen bakteereille, mutta tarjoaa myös mekanismin patogeenisille bakteereille apuna isäntien siirtämisessä ja siten tautien leviämisessä. Flagella ankkuroi bakteerit pinnoille kierteitetyllä menetelmällä. Flagella toimii myös silloina tai telineinä tarttuessaan isäntäkudokseen.
Eukaryoottiset flagellat eroavat prokaryooteista koostumuksessa. Eukaryooteissa oleva flagella sisältää paljon enemmän proteiineja, ja sillä on jonkin verran samanlaisuutta liikkuvan silikan kanssa samoilla yleisillä liike- ja säätömalleilla. Flagellaa käytetään paitsi liikkumiseen, myös avuksi solujen ruokinnassa ja eukaryoottisessa lisääntymisessä. Flagella käyttää intraflagellaarista kuljetusta, joka on proteiinikompleksin kuljetus, jota tarvitaan signalointimolekyyleihin, jotka antavat flagellan liikkuvuuden. Flagellaa esiintyy mikroskooppisissa organismeissa, kuten Mastigophora-alkueläimissä, tai niitä voi esiintyä suurempien eläinten sisällä. Useilla mikroskooppisilla loisilla on myös flagella, joka auttaa heidän matkoillaan isäntäorganismin läpi. Näiden protististen loisten kärjessä on myös paraflagellaarinen sauva tai PFR, joka auttaa kiinnittymään vektoreihin, kuten hyönteisiin. Joitakin muita esimerkkejä eukaryoottien flagellasta ovat sukusolujen, kuten siittiöiden, hännät. Flagellaa löytyy myös sienistä ja muista vesieliöistä; näiden olentojen flagella auttaa liikuttamaan vettä hengitystä varten. Eukaryoottiset sirppelit toimivat myös melkein pieninä antenneina tai aistinorvoina. Tutkijat ovat vasta alkamassa ymmärtää eukaryoottisten kärkien funktion laajuutta.
Ciliaan liittyvät sairaudet
Viimeaikaiset tieteelliset havainnot ovat havainneet, että silikoihin liittyvät mutaatiot tai muut viat aiheuttavat useita sairauksia. Näihin tiloihin viitataan ciliopatioina. Ne vaikuttavat syvästi henkilöihin, jotka kärsivät niistä. Joitakin ciliopatioita ovat kognitiiviset häiriöt, verkkokalvon rappeutuminen, kuulon heikkeneminen, anosmia (hajuajuuden menetys), kraniofasiaaliset poikkeavuudet, keuhkojen ja hengitysteiden poikkeavuudet, vasemman ja oikean epäsymmetria ja niihin liittyvät sydämen vajaatoiminnat, haiman kystat, maksasairaudet, hedelmättömyys, polydaktyly ja munuaisen vajaatoimet. kuten kystat, mm. Lisäksi joillakin syöpillä on yhteys ciliopatioihin.
Joihinkin silikoiden toimintahäiriöihin liittyviin munuaissairauksiin kuuluvat nephronophthisis ja sekä autosomaalisesti hallitseva että autosomaalisesti resessiivinen monisyklinen munuaissairaus. Virheellisesti toimivat silikat eivät pysty pysäyttämään solujen jakautumista, koska virtsanvirtausta ei havaita, mikä johtaa kystatkehitykseen.
Kartagenerin oireyhtymässä dyneiinivarren toimintahäiriöt johtavat bakteerien ja muiden aineiden tehottomaan puhdistukseen hengitysteissä. Tämä voi johtaa toistuviin hengitystieinfektioihin.
Bardet-Biedl -oireyhtymässä silmän epämuodostumat johtavat sellaisiin ongelmiin kuin verkkokalvon rappeutuminen, polydaktiikka, aivojen häiriöt ja liikalihavuus.
Ei-perinnölliset sairaudet voivat johtua silikoiden vaurioista, kuten savukkeiden jäämistä. Tämä voi johtaa keuhkoputkentulehdukseen ja muihin ongelmiin.
Patogeenit voivat myös määrätä bakteereiden normaalin symbioottisen vaalimisen silikoilla, kuten Bordetella-lajien kanssa, mikä saa aikaan silikoiden sykkeen vähentymisen ja mahdollistaa siten patogeenin kiinnittymisen substraattiin ja johtaa ihmisen hengitysteiden tartuntaan.
Flagellaan liittyvät sairaudet
Useat bakteeri-infektiot liittyvät flagellan toimintaan. Esimerkkejä patogeenisista bakteereista ovat Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa ja Campylobacter jejuni. Tapahtuu joukko vuorovaikutuksia, jotka johtavat bakteerien tunkeutumiseen isäntäkudoksiin. Flagella toimii sitovina koettimina, etsien ostamista isäntäalustalta. Jotkut fytobakteerit käyttävät flagellaa tarttuakseen kasvien kudoksiin. Tämä johtaa siihen, että hedelmistä ja vihanneksista, kuten hedelmistä ja vihanneksista, tulee toissijaisia isäntiä bakteereille, jotka tartuttavat ihmisiä ja eläimiä. Yksi esimerkki on Listeria monocytogenes, ja tietysti E. coli ja Salmonella ovat pahamaineisia tekijöitä ruuansulatuksessa.
Helicobacter pylori käyttää flagellumiaan uimaan liman läpi ja tunkeutuen vatsan limakalvoihin välttäen suojaavaa mahahappoa. Limavuori toimii immuunijärjestelmänä tällaisen tunkeutumisen ansasta sitomalla flagellaa, mutta jotkut bakteerit löytävät useita tapoja paeta tunnistamisesta ja sieppaamisesta. Flagellan säikeet voivat hajoa niin, että isäntä ei tunnista niitä tai niiden ilme ja liikkuvuus voidaan kytkeä pois päältä.
Kartagenerin oireyhtymä vaikuttaa myös flagellaan. Tämä oireyhtymä hajottaa mikrotubulusten väliset dyneiinivarret. Tuloksena on hedelmättömyys, joka johtuu siittiösoluista, joilta puuttuu propgellasta tarvittava käyttövoima munien uimiseen ja hedelmöittämiseen.
Kun tutkijat oppivat lisää silikoista ja lieväkärjistä ja selvittävät edelleen niiden roolia organismeissa, uusien lähestymistapojen avulla tautien hoidossa ja lääkkeiden valmistuksessa tulisi noudattaa.