מהם התפקידים העיקריים של סיליה ופלאנלה?

תוֹכֶן

• TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
• מה הן סיליה?
• מה זה פלאנלה?
• פונקציות של סיליה
• פונקציות של פלאגלה
• מחלות הקשורות לסיליה
• מחלות הקשורות לפלאנלה

Cilia ו- flagella הם שני סוגים שונים של תוספות מיקרוסקופיות על התאים. Cilia נמצאים גם בבעלי חיים וגם במיקרו-אורגניזמים, אך לא ברוב הצמחים. הפלאנלה משמשת לניידות בחיידקים כמו גם בגמטות של איוקריוטות. הן סלידה והן פלאלה משרתות תפקודי תנועה, אך באופנים שונים. שניהם מסתמכים על דינין, שהוא חלבון מוטורי, ועל מיקרו-צינורות שיעבדו.

TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)

Cilia ו flagella הם אברונים על תאים המספקים הנעה, מכשירי חישה, מנגנוני ניקוי ועוד מספר רב של פונקציות חשובות באורגניזמים חיים.

מה הן סיליה?

Cilia היו האברונים הראשונים שהתגלו, על ידי אנטוני ואן ליוונהוק בסוף המאה ה -17. הוא הבחין בברזיליות תנועה (תנועה), "רגליים קטנות", שתיאר כמתגוררות ב"חיות בעלי חיים "(ככל הנראה פרוטוזואה). ציציות שלא היו תנועה נצפו הרבה יותר מאוחר בעזרת מיקרוסקופים טובים יותר. רוב הציציות קיימות אצל בעלי חיים, כמעט בכל סוג של תא, הנשמרים על פני מינים רבים באבולוציה. עם זאת, ניתן למצוא כמה ציציות בצמחים בצורה של גמטות. Cilia עשויים מיקרו-צינורות בסידור הנקרא האקסונמה הצלמית, המכוסה על ידי קרום הפלזמה. גוף התא מייצר חלבונים סלעיים ומעביר אותם לקצה האקסונמה; תהליך זה נקרא הובלה תוך רחמית או תוך-גליונית (IFT). נכון לעכשיו, מדענים חושבים כי כעשרה אחוזים מהגנום האנושי מוקדש לסטיות ובראשן.

אורך הסיליה נע בין 1 ל -10 מיקרומטר. אברוני תוספת אלה דמויי שיער פועלים להנעת תאים כמו גם להזזת חומרים. הם יכולים להזיז נוזלים למינים מימיים כמו צדפות, כדי לאפשר הובלת מזון וחמצן. Cilia מסייע בנשימה בריאות של בעלי חיים על ידי מניעת פסולת ופתוגנים פוטנציאליים לפלוש לגוף. Cilia הם קצרים יותר מ flagella ומתרכזים במספרים גדולים בהרבה. הם נוטים לנוע בשבץ מהיר כמעט באותו הזמן בקבוצה, ומהווים אפקט גלים. Cilia יכול גם לסייע בתנועתיות של סוגים מסוימים של פרוטוזואה. קיימים שני סוגים של ציפורן: ציציות זזים (תנועה) ואינן תנועתיות (או ראשוניות), ושניהם עובדים באמצעות מערכות IFT. ציציות תנועה שוכנות במעברים בדרכי הנשימה ובריאות, כמו גם בתוך האוזן. ציציות שלא ניעות בתנועה שוכנות באיברים רבים.

מה זה פלאנלה?

פלאנלה הם תוספות שעוזרות להעביר חיידקים ואת הגמטות של האוקריוטים, כמו גם פרוטוזואה מסוימת. הפלאנלה נוטה להיות יחיד, כמו זנב. הם בדרך כלל ארוכים יותר מאשר ציציות. בפרוקריוטות, הפלאלות פועלות כמו מנועים קטנים עם סיבוב. באוקריוטות הם מבצעים תנועות חלקות יותר.

פונקציות של סיליה

Cilia ממלא תפקידים במחזור התא, כמו גם בהתפתחות בעלי חיים, כמו למשל בלב. Cilia מאפשרת באופן סלקטיבי לחלבונים מסוימים לתפקד כראוי. Cilia ממלאת גם תפקיד של תקשורת סלולרית וסחר מולקולרי.

ציציות תנועה בעלות סידור של 9 + 2 של תשעה זוגות מיקרו-צינוריים חיצוניים, יחד עם מרכז של שתי מיקרו-צינורות. ציציות זריזות משתמשות בבליטה הקצבית שלהן כדי לטאטא חומרים, כמו בפינוי לכלוך, אבק, מיקרו-אורגניזמים וריר, כדי למנוע מחלות. זו הסיבה שהם קיימים על חיפויי מעברי נשימה. ציציות תנועה יכולות לחוש ולהעביר נוזלים חוץ תאיים.

ציציות שלא יכולות להיות תנועה או ראשוניות אינן תואמות את אותו מבנה כמו ציציות תנועה. הם מסודרים כמיקרו-צינורות בודדים ללא מבנה המיקרו-צינורית המרכזית. אין להם זרועות דינין, ומכאן חוסר התנועתיות הכללי שלהם. במשך שנים רבות, מדענים לא התמקדו בצלילות הראשוניות הללו ולכן לא ידעו מעט על תפקידיהם. ציציות שלא בתנועתיות משמשות כמנגנון חישה לתאים, ומאתרות אותות. הם ממלאים תפקידים מכריעים בנוירונים חושיים. ניתן למצוא סדלות לא תנועה בכליות בכדי לחוש את זרימת השתן, כמו גם בעיניים בצילומי הקליטה של ​​הרשתית. בקולטנים פוטוריים הם מתפקדים להעברת חלבונים חיוניים מהקטע הפנימי של הקולטוזה לקטע החיצוני; ללא פונקציה זו, קולטני הצילום ימותו. כאשר ציציות מרגישות זרימת נוזלים, זה מוביל לשינויים בצמיחת תאים.

Cilia מספקים יותר מפונקציות חיסון ותפקוד חושי בלבד. הם מספקים גם בתי גידול או אזורי גיוס למיקרוביומות סימביוטיות בבעלי חיים. אצל בעלי חיים ימיים כמו דיונון, ניתן לצפות ברקמות אפיתל ריר אלה בצורה ישירה יותר מכיוון שהן נפוצות ואינן משטחים פנימיים. על רקמות מארחות קיימים שני סוגים שונים של אוכלוסיות ציליות: האחת עם ציצית ארוכה המנופפת לאורך חלקיקים קטנים כמו חיידקים, אך אינם מצליחים להתרחש גדולים יותר, ולסתות מכות קצרות יותר המערבבות נוזלים סביבתיים. ציציות אלה פועלות לגיוס סימביונים של מיקרוביומות. הם פועלים באזורים שמעבירים חיידקים וחלקיקים זעירים אחרים לאזורים מוגנים, ובנוסף הם מערבבים נוזלים ומאפשרים איתותים כימיים כך שחיידקים יוכלו להתיישבות באזור הרצוי. לפיכך עובדות cilia לסינון, ניקוי, לוקליזציה, בחירה ואגרגור של חיידקים ובקרת הדבקה למשטחים מצונמים.

Cilia התגלה גם כמשתתף בהפרשת vesicular של אקטוזומים. מחקרים עדכניים יותר חושפים אינטראקציות בין ציציות ונתיבים סלולריים העלולים לספק תובנה לגבי תקשורת סלולרית כמו גם על מחלות.

פונקציות של פלאגלה

ניתן למצוא את הפלאלה בפרוקריוטות ואוקריוטות. הם אורגני נימה ארוכים העשויים מכמה חלבונים המגיעים עד 20 מיקרומטר מאורך שטחיהם על חיידקים. בדרך כלל, הפלאלות ארוכות יותר מהקבוצה ומספקות תנועה והנעה. מנועי חוט נימה חיידקים יכולים להסתובב במהירות כמו 15,000 סיבובים לדקה (סל"ד). יכולת השחייה של דגלים מסייעת בתפקודם, בין אם היא מחפשת מזון וחומרים מזינים, רבייה או פולשת מארחים.

בפרוקריוטות כמו חיידקים, הפלאלות משמשות כמנגנוני הנעה; הם הדרך העיקרית לחיידקים לשחות באמצעות נוזלים. לגל בחיידקים הוא בעל מנוע יון למומנט, וו שמעביר מומנט מוטורי ונימה, או מבנה ארוך דמוי זנב המניע את החיידק. המנוע יכול להסתובב ולהשפיע על התנהגות הנימה, לשנות את כיוון הנסיעה של החיידק. אם המגן נע בכיוון השעון הוא יוצר סליל-על; כמה דגלים יכולים ליצור צרור, ואלו עוזרים להניע חיידק בדרך ישר. כאשר מסובבים את הדרך ההפוכה, הנימה מייצרת סליל-על קצר יותר וצרור הפלאלה מתפרק, מה שמוביל לנפילה. בשל היעדר רזולוציה גבוהה לניסויים, מדענים משתמשים בסימולציות מחשב כדי לחזות תנועת דגל.

כמות החיכוך בנוזל משפיעה על אופן סליל הנימה. חיידקים יכולים לארח כמה דגלים, כמו למשל עם קולי Escherichia. הפלאנלה מאפשרת לחיידקים לשחות בכיוון אחד ואז להסתובב לפי הצורך. זה פועל באמצעות הדגל הסלתי המסתובב, המשתמש בשיטות שונות כולל מחזורי דחיפה ומשיכה. שיטת תנועה נוספת מושגת על ידי עטיפה בגוף התא בצרור. באופן זה, דגלים יכולים גם לעזור להפיכת תנועה. כאשר חיידקים נתקלים במרחבים מאתגרים, הם יכולים לשנות את מיקומם על ידי כך שהם מאפשרים לגללים שלהם להגדיר מחדש או לפרק את צרורותיהם. מעבר מצבי פולימורפי זה מאפשר מהירויות שונות, כאשר בדרך כלל מצבי הדחיפה והמשיכה הם מהירים יותר מהמצבים העטופים. זה מסייע בסביבות שונות; לדוגמה, הצרור הסלילי יכול להזיז חיידק דרך אזורים צמיגיים עם אפקט בורג פקקים. זה מסייע בחקירת חיידקים.

הפלאנלה מספקת תנועה לחיידקים אך גם מספקת מנגנון לחיידקים פתוגניים המסייעים להתיישבות של מארחים ולכן העברת מחלות. פלגלה משתמשת בשיטת פיתול ומקל לעיגון חיידקים על גבי משטחים. Flagella מתפקדים גם כגשרים או פיגומים להדבקה לרקמות מארחות.

סמלונים אוקיורוטיים נבדלים מפרוקריוטים בהרכב. הפלאנלה באיקריוטים מכילה הרבה יותר חלבונים ונושאים דמיון מסוים לסלילי תנועה, עם אותם דפוסי תנועה ושליטה כלליים. דגלים משמשים לא רק לתנועה, אלא גם לסיוע בהאכלת תאים ושכפול אוקריוטי. Flagella משתמשת בתחבורה intraflagellar, שהיא הובלת קומפלקס של חלבונים הנדרש למולקולות האיתות המעניקות ניידות. דגלים קיימים על אורגניזמים מיקרוסקופיים כמו פרוטוזואה Mastigophora, או שהם עשויים להתקיים בתוך בעלי חיים גדולים יותר. מספר טפילים מיקרוסקופיים הם בעלי סמל גם כן ומסייעים לנסוע שלהם דרך אורגניזם מארח. הלהבות של טפילים פרוטסטיים אלה נושאות גם מוט paraflagellar או PFR, המסייע בהתקשרות לווקטורים כמו חרקים. כמה דוגמאות נוספות של דגלים באוקריוטות כוללות זנבות של גמטות כמו זרע. ניתן למצוא גם את הפלאנלה בספוגים ובמינים מימיים אחרים; השטות ביצורים אלה עוזרות להזיז מים לנשימה. סמלונים אוקיארוטים משמשים גם כמעט כאנטנות זעירות או כאברונים חושיים. מדענים מתחילים כעת להבין את רוחב התפקוד של סמל האוקריוטי.

מחלות הקשורות לסיליה

גילויים מדעיים עדכניים מצאו כי מוטציות או פגמים אחרים הקשורים לסלילית גורמים למספר מחלות. תנאים אלה מכונים ciliopathies. הם משפיעים מאוד על אנשים הסובלים מהם. כמה צליופתיות כוללות ליקוי קוגניטיבי, התנוונות רשתית, אובדן שמיעה, אנוסמיה (אובדן חוש הריח), מומים במערכת העיכול, מומים בריאה ובדרכי הנשימה, א-סימטריה שמאל-ימנית ומומים קשורים בלב, ציסטות בלבלב, מחלות כבד, עקרות, הפרעות בדרכי הנשימה וכליות. כמו ציסטות, בין השאר. בנוסף, לחולי סרטן מסוימים יש חיבור לקליופתיה.

חלק מהפרעות בכליות הקשורות לתפקוד לקוי של צליאה כוללות נפרונופתזיס, הן מחלות כליות פוליציסטיות רצסיביות אוטוזומליות והן דומיננטיות. ציציות לא תקינות אינן יכולות להפסיק את חלוקת התאים בגלל אי ​​זיהוי של זרימת השתן, מה שמוביל להתפתחות ציסטה.

בתסמונת Kartagener, תפקוד לזרוע דינין מוביל לניקוי לא יעיל של דרכי הנשימה של חיידקים וחומרים אחרים. זה יכול להוביל לזיהומים חוזרים ונשנים.

בתסמונת Bardet-Biedl, מום cilia מוביל לבעיות כמו התנוונות רשתית, פולידקטציה, הפרעות מוחיות והשמנה.

מחלות שאינן תורשתיות יכולות להיגרם כתוצאה מפגיעה בכריתה, כמו שאריות סיגריות. זה יכול להוביל לסימפונות ובעיות אחרות.

פתוגנים יכולים גם להוביל לטיפוח הסימביוטי הרגיל של חיידקים על ידי ציציות, כמו למשל עם מינים בורדטלה, הגורם להופעת פעימות הכבריות ולכן מאפשר לפתוגן להתחבר למצע ולהוביל לזיהום בדרכי הנשימה האנושיות.

מחלות הקשורות לפלאנלה

מספר זיהומים חיידקיים מתייחסים לתפקוד הדגל. דוגמאות לחיידקים פתוגניים כוללות סלמונלה enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa ו- Campylobacter jejuni. מספר אינטראקציות מתרחשות המובילות חיידקים לפלוש לרקמות מארחות. Flagella פועלים כפרוטות מחייבות, ומבקשים רכישה על מצע מארח. יש פיטובקטריה שמשתמשות בפלנגלות שלהם כדי לדבוק ברקמות הצמח. זה מוביל לייצור כמו פירות וירקות הופכים למארחים משניים לחיידקים המדביקים בני אדם ובעלי חיים. דוגמא אחת היא ליסטריה מונוציטוגנים, וכמובן שאולי קולי וסלמונלה הם סוכנים ידועים לשמצה במחלה הניתנת במזון.

הליקובקטר פילורי משתמש בפלבלום שלו בכדי לשחות דרך הריר ולפלוש לרירית הקיבה, תוך התחמקות מחומצת הקיבה המגנה. מרפדות ריריות משמשות כהגנה חיסונית על מנת ללכוד פלישה כזו על ידי קשירת סמלונים, אך ישנם חיידקים המוצאים כמה דרכים להימלט מהכרה ולכידה. חוטים של דגלים יכולים להתפרק כך שהמארח לא יוכל לזהות אותם, או שניתן יהיה לכבות את הביטוי והתנועתיות שלהם.

תסמונת Kartagener משפיעה גם על דגלים. תסמונת זו משבשת את זרועות הדינין בין מיקרו-צינורות. התוצאה היא עקרות בגלל תאי זרע חסרי הנעה הנדרשת מהפללה לשחייה לביצים והפרותם.

ככל שמדענים לומדים יותר על cilia ו flagella, ומבהירים עוד יותר את תפקידיהם באורגניזמים, יש לגישות חדשות לטיפול במחלות ולייצור תרופות.