Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Mis on Cilia?
- Mis on Flagella?
- Cilia funktsioonid
- Flagella funktsioonid
- Ciliaga seotud haigused
- Flagellaga seotud haigused
Cilia ja flagella on kahte erinevat tüüpi rakkude mikroskoopilised lisad. Cilia'd leidub nii loomades kui ka mikroorganismides, kuid mitte enamikus taimedes. Flagellaid kasutatakse nii bakterite kui ka eukarüootide sugurakkude liikuvuseks. Nii tsiliaar kui ka flagella täidavad liikumisfunktsioone, kuid erineval viisil. Mõlemad toetuvad töötamiseks düneiinile, mis on motoorvalk, ja mikrotuubulitele.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Cilia ja flagella on rakkude organellid, mis pakuvad elusorganismides tõukejõudu, sensoorseid seadmeid, kliirensimehhanisme ja arvukalt muid olulisi funktsioone.
Mis on Cilia?
Cilia olid esimesed organellid, mille Antonie van Leeuwenhoek avastas 17. sajandi lõpus. Ta täheldas liikuvaid (liikuvaid) niude, “väikseid jalgu”, mida ta kirjeldas elavat “loomarullidel” (tõenäoliselt algloomadel). Mittemotiilset näärmekest täheldati paremate mikroskoopide abil palju hiljem. Enamik koori on loomadel, peaaegu igat tüüpi rakus, säilinud evolutsioonis paljude liikide peal. Mõningaid ciliaid võib taimedes leida sugurakkude kujul. Cilia on valmistatud mikrotuubulitest, mida nimetatakse tsiliaarseks aksoniks, mida katab plasmamembraan. Rakukeha teeb tsiliaarseid valke ja viib need aksoneemi otsa; seda protsessi nimetatakse intratsillaarseks või intraflagellaarseks transpordiks (IFT). Praegu arvavad teadlased, et umbes 10 protsenti inimese genoomist on pühendatud kiletele ja nende geneesile.
Cilia on vahemikus 1 kuni 10 mikromeetrit. Need juuksesarnased manustatavad organellid töötavad nii rakkude kui ka materjalide liigutamisel. Nad saavad liikuda veeloomade, näiteks kammkarpide vedelikke, et võimaldada toidu ja hapniku transporti. Cilia aitab loomade kopsude hingamisel takistada prahi ja võimalike patogeenide tungimist kehasse. Cilia on lühem kui flagella ja kontsentreerub palju suuremas arvul. Nad kipuvad rühmas liikuma kiirel taktil peaaegu samal ajal, moodustades laineefekti. Cilia võib aidata ka teatud tüüpi algloomade liikumisel. Esineb kahte tüüpi noori: liikuvaid (liikuvaid) ja mitteliikuvaid (või primaarseid) näärmeid ning mõlemad töötavad IFT-süsteemide kaudu. Soolelihased asuvad hingamisteedes ja kopsudes ning ka kõrva sees. Mittemotoorsed lihased asuvad paljudes organites.
Mis on Flagella?
Flagellad on lisad, mis aitavad liikuda bakteritel ja eukarüootide sugurakkudel, aga ka mõnedel algloomadel. Flagella kipub olema ainsus, nagu saba. Tavaliselt on nad pikemad kui koloonia. Prokarüootides töötavad flagellad nagu pöörlevad väikesed mootorid. Eukarüootides teevad nad sujuvamaid liikumisi.
Cilia funktsioonid
Cilia mängib rolli nii rakutsüklis kui ka loomade arengus, näiteks südames. Cilia lubab teatud valkudel valikuliselt korralikult toimida. Cilia mängib rolli ka rakulises suhtluses ja molekulaarkaubanduses.
Sooleliiliatel on üheksa välimise mikrotuubulipaari 9 + 2 paigutus koos kahe mikrotuubuli keskpunktiga. Sooleliigid kasutavad oma rütmilist lainestust haiguste pühkimiseks, näiteks mustuse, tolmu, mikroorganismide ja lima puhastamiseks. Seetõttu eksisteerivad need hingamisteede vooderdistel. Mobiilsed näärmed võivad nii rakuvälist vedelikku tunnetada kui ka liigutada.
Mitteliikuvad ehk primaarsed näärmed ei vasta samasugusele struktuurile kui liikuvad röövkolded. Need on paigutatud eraldiseisvate mikrotubulitena, millel puudub mikrotuubulite keskne struktuur. Neil ei ole düneiinivarsi, järelikult on nende üldine liikumatus. Aastaid ei keskendunud teadlased nendele primaarsetele näärmetele ja teadsid seetõttu nende funktsioonidest vähe. Mittemotileeruvad näärmed toimivad rakkude sensoorse aparaadina, tuvastades signaale. Nad mängivad sensoorsetes neuronites üliolulisi rolle. Motiilset tsiliaati võib leida neerudest uriini voolu tajumiseks, samuti silma võrkkesta fotoretseptoritel. Fotoretseptorites toimivad nad elutähtsate valkude transportimiseks fotoretseptori sisemisest segmendist välimisse segmenti; ilma selle funktsioonita fotoretseptorid sureksid. Kui tsiliaad tunnetab vedeliku voolavust, põhjustab see rakkude kasvu muutusi.
Cilia pakub rohkem kui ainult kliirensit ja sensoorseid funktsioone. Samuti pakuvad nad loomadele sümbiootiliste mikrobiomide elupaiku või värbamispiirkondi. Veeloomadel, näiteks kalmaaridel, saab neid lima epiteeli kudesid otsesemalt jälgida, kuna need on tavalised ega ole sisepinnad. Peremeeskoes eksisteerib kahte erinevat tüüpi tsiliaadipopulatsiooni: üks pikkade näärmetega, mis lainetavad mööda väikseid osakesi nagu bakterid, kuid ei sisalda suuremaid, ja lühemad peksmisliigid, mis segavad keskkonna vedelikke. Need silmused töötavad mikrobiome sümbiontide värbamiseks. Nad töötavad tsoonides, mis viivad bakterid ja muud pisikesed osakesed varjatud tsoonidesse, segades samal ajal ka vedelikke ja hõlbustades keemilisi signaale, et bakterid saaksid soovitud piirkonna koloniseerida. Seetõttu töötavad cilia bakterid bakterite filtreerimiseks, puhastamiseks, lokaliseerimiseks, selekteerimiseks ja agregeerimiseks ning varjatud pindade adhesiooni juhtimiseks.
Samuti on avastatud, et Cilia osaleb ektosoomide vesikulaarses sekretsioonis. Värskeimad uuringud näitavad silmaatsiooni ja rakuradade vahelisi interaktsioone, mis võiksid anda ülevaate nii rakulisest suhtlemisest kui ka haigustest.
Flagella funktsioonid
Flagellat võib leida prokarüootides ja eukarüootides. Need on pikkadest filamentidest organellid, mis on valmistatud mitmetest valkudest ja ulatuvad bakterite pinnast kuni 20 mikromeetri kaugusele. Tavaliselt on flagella pikemad kui cilia ja tagavad liikumise ja tõukejõu. Bakteriaalse flagella hõõgniidumootorid võivad pöörduda nii kiiresti kui 15 000 pööret minutis (p / min). Flagella ujumisvõimalus aitab kaasa nende funktsioonile, olgu selleks toidu või toitainete otsimine, paljundamine või peremeeste sissetungimine.
Prokarüootides nagu bakterid toimivad tõukejõuna mehhanismid; nad on peamine viis, kuidas bakterid vedelikke läbi ujuvad. Bakterite pärnadel on pöördemomendiks ioonmootor, konks, mis edastab mootori pöördemomenti, ja hõõgniit või pikk sabasarnane struktuur, mis tõukab bakterit edasi. Mootor võib hõõgniidi käitumist pöörata ja muuta hõõgniidi käitumist, muutes bakteri liikumissuunda. Kui flagellum liigub päripäeva, moodustab see superkeri; mitu kärbest võivad moodustada kimbu ja need aitavad baktereid liikuma sirgel teel. Vastupidisel pööramisel teeb hõõgniit lühema superrulli ja flagella kimp lahustub, mis põhjustab viskamist. Kuna eksperimentide jaoks puudub kõrge eraldusvõime, kasutavad teadlased flagellaaride liikumise ennustamiseks arvutisimulatsioone.
Hõõrde hulk vedelikus mõjutab hõõgniidi superkeerumist. Bakterid võivad võõrustada mitut flagellat, näiteks Escherichia coli puhul. Flagella laseb bakteritel ujuda ühes suunas ja seejärel pöörduda vastavalt vajadusele. See toimib pöörleva spiraalse klapi abil, mis kasutab erinevaid meetodeid, sealhulgas tõukamis- ja tõmbamistsüklit. Veel üks liikumisviis saavutatakse rakukere ümber kimbu pakkimisega. Sel viisil võib flagella aidata ka liikumist tagasi pöörata. Kui bakterid satuvad väljakutsuvatesse kohtadesse, saavad nad oma positsiooni muuta, võimaldades nende kärgedel oma kimbud ümber konfigureerida või lahti võtta. See polümorfne oleku üleminek võimaldab erinevaid kiirusi, kusjuures tõuke- ja tõmbamisolekud on tavaliselt kiiremad kui mähitud olekud. See aitab erinevates keskkondades; näiteks spiraalne kimp suudab bakterit korgitseri efektiga viskoossete alade kaudu edasi viia. See aitab bakterite uurimisel.
Flagella pakub bakteritele liikumist, kuid on ka mehhanism patogeensetele bakteritele, et aidata peremehi koloniseerida ja seega haigusi edasi anda. Flagella kasutab bakterite pinnale ankurdamiseks keerdvarda meetodit. Flagella toimib ka sildade või tellingutena peremeeskoega nakkumiseks.
Eukarüootsed flagellad erinevad koostises prokarüootidest. Eukarüootides olevad flagellad sisaldavad palju rohkem valke ja sarnanevad liikuva tsellulaariga, samade üldiste liikumis- ja kontrollmustritega. Flagellaid kasutatakse mitte ainult liikumiseks, vaid ka rakkude toitmiseks ja eukarüootseks paljunemiseks. Flagella kasutab intraflagellaarset transporti, mis on signaalmolekulide jaoks vajalike valkude kompleksi transport, mis annavad flagella liikuvuse. Flagellad esinevad mikroskoopilistes organismides, näiteks Mastigophora algloomadel, või võivad nad esineda suuremate loomade sees. Ka paljudel mikroskoopilistel parasiitidel on flagella, mis hõlbustab nende liikumist läbi peremeesorganismi. Nende protistlike parasiitide helvestel on ka paraflagellaarne varras või PFR, mis aitab kinnituda selliste vektoritega nagu putukad. Mõned muud eukarüootides lesta moodustavate näidete hulka kuuluvad sugurakkude nagu sperma sabad. Flagellat võib leida ka käsnadest ja muudest vesiliikidest; neis olendites olevad helbed aitavad hingamiseks vett liikuda. Eukarüootilised helbed toimivad ka peaaegu pisikestena antennide või sensoorsete organellidena. Teadlased on alles nüüd hakanud mõistma eukarüootsete flagella funktsioonide laiust.
Ciliaga seotud haigused
Hiljutised teaduslikud avastused on tuvastanud, et tsiliaga seotud mutatsioonid või muud defektid põhjustavad mitmeid haigusi. Neid seisundeid nimetatakse tsiliopaatiateks. Need mõjutavad sügavalt neid kannatavaid inimesi. Mõnede tsiopaatiate hulka kuuluvad kognitiivsed häired, võrkkesta degeneratsioon, kuulmislangus, anosmia (haistmismeele kadumine), kraniofaasiaalsed kõrvalekalded, kopsu ja hingamisteede anomaaliad, vasaku ja parema asümmeetria ja sellega seotud südamedefektid, pankrease tsüstid, maksahaigused, viljatus, polüdaktiilsus ja neerude häired. näiteks tsüstid. Lisaks on mõnel vähkkasvajal seos ciliopaatiatega.
Mõned neerukahjustused, mis on seotud näärmete talitlushäiretega, hõlmavad nefronoftiisi ja nii autosomaalset domineerivat kui ka autosomaalset retsessiivset polütsüstilist neeruhaigust. Valesti töötav cilia ei saa rakkude jagunemist peatada, kuna uriini voolu ei tuvastata, mis põhjustab tsüsti arengut.
Kartageneri sündroomi korral põhjustab düneiini käe düsfunktsioon bakterite ja muude ainete hingamisteede ebaefektiivset puhastamist. See võib põhjustada korduvaid hingamisteede nakkusi.
Bardet-Biedli sündroomi korral põhjustab tsiliaalne väärareng selliseid probleeme nagu võrkkesta degeneratsioon, polüdaktiilsus, ajuvaevused ja rasvumine.
Mittepärilikud haigused võivad tuleneda näärmete kahjustusest, näiteks sigaretijääkidest. See võib põhjustada bronhiiti ja muid probleeme.
Patogeenid võivad samuti mõjutada bakterite normaalset sümbiootilist levikut ciliaažides, näiteks Bordetella liikide puhul, mis põhjustab silmaringi peksmise vähenemist ja võimaldab seetõttu patogeenil kinnituda substraadile ning viia inimese hingamisteede nakatumiseni.
Flagellaga seotud haigused
Flagella funktsiooniga on seotud paljud bakteriaalsed infektsioonid. Patogeensete bakterite näideteks on Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa ja Campylobacter jejuni. Esineb mitmeid koostoimeid, mille tulemusel bakterid tungivad peremeeskudedesse. Flagella toimivad siduvate sondidena, otsides ostmist peremeesubstraadil. Mõned fütobakterid kasutavad oma flagella taimede kudede kleepumiseks. See viib sellistest saadustest nagu puu- ja köögiviljad, mis saavad inimesi ja loomi nakatavate bakterite sekundaarseteks peremeesteks. Üks näide on Listeria monocytogenes ning loomulikult on E. coli ja Salmonella toidust levivad haigused.
Helicobacter pylori kasutab oma flagellumit läbi lima ujumiseks ja mao limaskesta sissetungimiseks, vältides kaitsvat maohapet. Limaskestad toimivad immuunkaitsevahendina, et sellist sissetungi lõksu püüda, köites flagella, kuid mõned bakterid leiavad mitmeid viise äratundmisest ja hõivamisest pääseda. Flagella kiud võivad laguneda nii, et peremees ei suuda neid ära tunda või nende väljanägemine ja liikuvus on välja lülitatud.
Kartageneri sündroom mõjutab ka flagellat. See sündroom häirib mikrotuubulite vahelisi düneiiniharusid. Selle tulemuseks on viljatus, mis on tingitud spermarakkudest, millel puudub munajõgede ujumiseks ja viljastamiseks vajaminev tõukejõud.
Kuna teadlased õpivad tundma liivateid ja kärbseid ning selgitavad veelgi nende rolli organismides, tuleks järgida uusi lähenemisviise haiguste raviks ja ravimite valmistamiseks.