Kandungan
- TL; DR (Terlalu Panjang, Tidak Baca)
- Apa Adakah Cilia?
- Apa Flagella?
- Fungsi Cilia
- Fungsi Flagella
- Penyakit Berkaitan dengan Cilia
- Penyakit yang berkaitan dengan Flagella
Cilia dan flagella adalah dua jenis mikroskopik pada sel. Cilia terdapat dalam haiwan dan mikroorganisma, tetapi tidak di kebanyakan tumbuhan. Flagella digunakan untuk pergerakan bakteria serta gamet eukariota. Kedua-dua silia dan flagella berfungsi sebagai fungsi pergerakan, tetapi dalam cara yang berbeza. Kedua-duanya bergantung pada dynein, yang merupakan protein motor, dan microtubules berfungsi.
TL; DR (Terlalu Panjang, Tidak Baca)
Cilia dan flagella adalah organel pada sel yang menyediakan alat pendorong, alat deria, mekanisme pembersihan dan banyak fungsi penting lain dalam organisma hidup.
Apa Adakah Cilia?
Cilia adalah organel pertama yang ditemui oleh Antonie van Leeuwenhoek pada akhir abad ke-17. Dia mengamati motil (bergerak) silia, "kaki kecil," yang digambarkannya sebagai "haiwan" (mungkin protozoa). Silia non-motil diperhatikan lebih lama kemudian dengan mikroskop yang lebih baik. Kebanyakan silia wujud pada haiwan, di hampir setiap jenis sel, dipelihara daripada banyak spesies dalam evolusi. Walau bagaimanapun, sesetengah silia boleh ditemui dalam tumbuhan dalam bentuk gamet. Cilia diperbuat daripada microtubules dalam susunan yang dipanggil axoneme ciliary, yang diliputi oleh membran plasma. Tubuh sel menjadikan protein ciliary dan bergerak ke ujung axoneme; proses ini dipanggil intrakiliari atau pengangkutan intraflagellar (IFT). Pada masa ini, saintis berfikir kira-kira 10 peratus daripada genom manusia didedikasikan untuk silia dan genesis mereka.
Cilia berkisar dari 1 hingga 10 mikrometer panjang. Organel lampiran seperti rambut berfungsi untuk memindahkan sel-sel serta memindahkan bahan-bahan. Mereka boleh menggerakkan cecair untuk spesies akuatik seperti kerang, untuk membolehkan pengangkutan makanan dan oksigen. Cilia membantu dengan pernafasan di dalam paru-paru haiwan dengan menghalang serpihan dan potensi patogen daripada menyerang badan. Cilia adalah lebih pendek daripada flagella dan menumpukan perhatian kepada bilangan yang lebih besar. Mereka cenderung bergerak dalam stroke cepat hampir pada masa yang sama dalam kumpulan, yang membentuk kesan gelombang. Cilia juga boleh membantu dalam beberapa jenis protozoa. Dua jenis silia wujud: sililia (bergerak) dan bukan motil (atau utama) silia, dan kedua-duanya bekerja melalui sistem IFT. Motilia cili tinggal di saluran pernafasan dan paru-paru serta di dalam telinga. Silia non-motil tinggal di banyak organ.
Apa Flagella?
Flagella adalah appendages yang membantu memindahkan bakteria dan gametes eukariot, serta beberapa protozoa. Flagella cenderung bersifat tunggal, seperti ekor. Mereka biasanya lebih panjang daripada silia. Dalam prokariota, flagella berfungsi seperti motor kecil dengan putaran. Dalam eukariota, mereka membuat pergerakan yang lancar.
Fungsi Cilia
Cilia memainkan peranan dalam kitaran sel serta perkembangan haiwan, seperti di dalam hati. Cilia secara selektif membenarkan protein tertentu berfungsi dengan baik. Cilia juga memainkan peranan komunikasi selular dan pemerdagangan molekul.
Motile cilia mempunyai susunan 9 + 2 sembilan pasangan microtubule luar, bersama dengan dua pusat microtubules. Motil silia menggunakan undur berirama mereka untuk menyapu bahan, seperti membersihkan kotoran, debu, mikroorganisma dan lendir, untuk mencegah penyakit. Inilah sebabnya mengapa mereka wujud di bahagian pernafasan. Motil silia boleh merasakan dan menggerakkan bendalir ekstrasel.
Non-motile, atau primata, silia tidak sesuai dengan struktur yang sama seperti sililia motile. Mereka disusun sebagai microtubules lampiran individu tanpa struktur microtubule pusat. Mereka tidak memiliki senjata dynein, oleh itu motilitas umum mereka. Selama bertahun-tahun, para saintis tidak menumpukan perhatian pada silia utama ini dan oleh itu sedikit mengetahui fungsi mereka. Cilia bukan motil berfungsi sebagai alat deria untuk sel, mengesan isyarat. Mereka memainkan peranan penting dalam neuron deria. Silia non-motil boleh didapati di buah pinggang untuk mengesan aliran air kencing, serta di mata pada photoreceptors retina. Dalam photoreceptors, mereka berfungsi untuk mengangkut protein penting dari segmen dalaman photoreceptor ke segmen luar; tanpa fungsi ini, photoreceptors akan mati. Apabila rasa cili mengalir aliran cecair, ia membawa kepada perubahan pertumbuhan sel.
Cilia menyediakan lebih daripada fungsi pelepasan dan deria sahaja. Mereka juga menyediakan habitat atau kawasan pengambilan untuk mikrobiom simbiotik dalam haiwan. Dalam haiwan akuatik seperti cumi-cumi, tisu epitel lendir ini boleh diperhatikan secara langsung kerana ia adalah perkara biasa dan bukan permukaan dalaman. Dua jenis populasi silia yang terdapat pada tisu tuan rumah: satu dengan silia panjang yang melancarkan zarah-zarah kecil seperti bakteria tetapi tidak termasuk yang lebih besar, dan cilia pemukul yang lebih pendek yang menggabungkan cecair alam sekitar. Kerja silia ini untuk merekrut symbionts mikrobiotik. Mereka bekerja di zon yang mengalihkan bakteria dan zarah kecil yang lain ke zon terlindung, sementara juga mencampurkan cecair dan memudahkan isyarat kimia supaya bakteria dapat menjajah wilayah yang dikehendaki. Oleh itu silia berfungsi untuk menyaring, membersihkan, melokalisasi, memilih dan menggabungkan bakteria dan melekatkan lekatan untuk permukaan bersisik.
Cilia juga telah ditemui untuk mengambil bahagian dalam rembesan vesicular ectosomes. Penyelidikan yang lebih baru-baru ini mendedahkan interaksi antara laluan silia dan selular yang dapat memberi gambaran tentang komunikasi selular serta penyakit.
Fungsi Flagella
Flagella boleh didapati dalam prokariota dan eukariota. Mereka adalah organel filamen panjang yang diperbuat daripada beberapa protein yang mencapai 20 mikrometer jauh dari permukaan mereka terhadap bakteria. Biasanya, flagella lebih panjang daripada silia dan memberikan pergerakan dan pendorong. Motor filamen flagella bakteria boleh berputar secepat 15,000 revolusi seminit (rpm). Keupayaan berenang flagella membantu dalam fungsi mereka, sama ada untuk mencari makanan dan nutrien, penghasilan semula atau penyerang tuan rumah.
Dalam prokariot seperti bakteria, flagella berfungsi sebagai mekanisme pendorong; mereka cara utama bakteria berenang melalui cecair. Sebuah flagellum dalam bakteria mempunyai motor ion untuk tork, cangkuk yang menghantar tork motor, dan filamen, atau struktur ekor yang panjang yang mendorong bakteria. Motor boleh bertukar dan mempengaruhi kelakuan filamen, mengubah arah perjalanan untuk bakteria. Jika flagellum bergerak mengikut arah jam ia membentuk supercoil; beberapa flagella boleh membentuk satu bundle, dan bantuan ini mendorong bakteria pada jalan lurus. Apabila diputar dengan cara bertentangan, filamen membuat supercoil yang lebih pendek dan bundle of flagella disassembles, yang menyebabkan jatuh. Disebabkan kekurangan resolusi tinggi untuk eksperimen, saintis menggunakan simulasi komputer untuk meramalkan gerakan flagellar.
Jumlah geseran dalam cecair mempengaruhi bagaimana filamen akan menjadi supercoil. Bakteria boleh menjadi tuan rumah beberapa flagella, seperti dengan Escherichia coli. Flagella membolehkan bakteria berenang dalam satu arah dan kemudian bertukar seperti yang diperlukan. Ini berfungsi melalui flagella helical berputar, yang menggunakan pelbagai kaedah termasuk pusing dan pusing siklus. Kaedah pergerakan lain dicapai dengan membungkus tubuh sel dalam satu bundle. Dengan cara ini, flagella juga boleh membantu mengembalikan gerakan. Apabila bakteria menghadapi ruang yang mencabar, mereka boleh menukar kedudukan mereka dengan membolehkan flagella mereka untuk menyusun semula atau membongkar berkas mereka. Peralihan keadaan polimorfik ini membolehkan kelajuan yang berbeza, dengan keadaan tolak dan tarik biasanya lebih cepat daripada keadaan yang dibungkus. Bantuan ini dalam persekitaran yang berbeza; contohnya, ikatan heliks boleh menggerakkan bakteria melalui kawasan likat dengan kesan corkscrew. Bantuan ini dalam penerokaan bakteria.
Flagella memberikan pergerakan untuk bakteria tetapi juga menyediakan mekanisme untuk bakteria patogen untuk membantu penjajah tuan rumah dan oleh itu menghantar penyakit. Flagella menggunakan kaedah twist-and-stick untuk membina bakteria ke permukaan. Flagella juga berfungsi sebagai jambatan atau perancah untuk melekat pada tisu tuan rumah.
Bendera Eukaryotic menyimpang dari prokariot dalam komposisi. Flagella dalam eukariota mengandungi lebih banyak protein dan menanggung beberapa persamaan untuk motile silia, dengan gerakan am dan pola kawalan yang sama. Flagella digunakan bukan sahaja untuk pergerakan, tetapi juga untuk membantu dalam pemakanan sel dan pembiakan eukaryotic. Flagella menggunakan pengangkutan intraflagellar, yang merupakan pengangkutan kompleks protein yang diperlukan untuk molekul isyarat yang memberi mobilitas flagella. Flagella wujud pada organisma mikroskopik seperti protozoa Mastigophora, atau mereka mungkin wujud di dalam haiwan yang lebih besar. Sejumlah parasit mikroskopik juga mempunyai flagella, membantu perjalanan mereka melalui organisma tuan rumah. The flagella parasit protista ini juga membawa rod paraflagellar atau PFR, yang membantu dalam lampiran kepada vektor seperti serangga. Contoh lain dari flagella dalam eukariota termasuk ekor gamet seperti sperma. Flagella juga boleh ditemui dalam span dan spesies akuatik lain; flagella dalam makhluk ini membantu menggerakkan air untuk pernafasan. Flagella eukaryotic juga berfungsi sebagai antena atau organel sensori yang kecil. Para saintis hanya mula memahami fungsinya untuk flagella eukaryotic.
Penyakit Berkaitan dengan Cilia
Penemuan saintifik terkini mendapati mutasi atau kecacatan lain yang berkaitan dengan cilia menyebabkan sejumlah penyakit. Keadaan ini dirujuk sebagai ciliopati. Mereka sangat mempengaruhi orang yang menderita. Sesetengah ciliopati termasuk gangguan kognitif, degenerasi retina, kehilangan pendengaran, anosmia (kehilangan rasa bau), keabnormalan craniofacial, keabnormalan paru-paru dan saluran pernafasan, asimetri kiri kanan dan kecacatan jantung yang berkaitan, sista pankreas, penyakit hati, ketidaksuburan, keabnormalan polydactyly dan buah pinggang seperti sista, antara lain. Selain itu, beberapa kanser mempunyai sambungan ke ciliopati.
Sesetengah gangguan buah pinggang yang berkaitan dengan disfungsi cilia termasuk nephronophthisis dan kedua-dua autosomal dominan dan autosomal resesif penyakit buah pinggang polikistik. Silia yang tidak berfungsi tidak boleh menghentikan bahagian sel kerana tidak mengesan aliran air kencing, yang membawa kepada perkembangan sista.
Dalam sindrom Kartagener, disfungsi lengan dynein menyebabkan pembersihan tidak berkesan dari saluran pernafasan bakteria dan bahan-bahan lain. Ini boleh mengakibatkan jangkitan pernafasan berulang.
Dalam sindrom Bardet-Biedl, ketidakmampuan cili menyebabkan masalah seperti degenerasi retina, polydactyly, gangguan otak dan obesiti.
Penyakit bukan keturunan boleh menyebabkan kerosakan kepada silia, seperti dari sisa rokok. Ini boleh membawa kepada bronkitis dan isu-isu lain.
Patogen juga boleh merangsang simbiosis biasa membina bakteria oleh silia, seperti dengan spesies Bordetella, yang menyebabkan pemalsuan cilia untuk mengurangkan dan oleh itu membolehkan patogen untuk melekat pada substrat dan membawa kepada jangkitan saluran udara manusia.
Penyakit yang berkaitan dengan Flagella
Sebilangan jangkitan bakteria berkaitan dengan fungsi flagella. Contoh bakteria patogen termasuk Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa dan Campylobacter jejuni. Sejumlah interaksi berlaku bahawa bakteria memimpin untuk menyerang tisu tuan rumah. Flagella bertindak sebagai probe mengikat, mencari pembelian di substrat host. Sesetengah phytobacteria menggunakan flagella mereka untuk mematuhi tisu tumbuhan. Ini membawa kepada menghasilkan seperti buah-buahan dan sayur-sayuran menjadi tuan rumah kedua kepada bakteria yang menjangkiti manusia dan haiwan. Salah satu contohnya adalah Listeria monocytogenes, dan tentu saja E. coli dan Salmonella adalah agen yang terkenal dengan penyakit makanan yang dilahirkan.
Helicobacter pylori menggunakan flagellumnya untuk berenang melalui lendir dan menyerang lapisan perut, mengelakkan asid perut pelindung. Pelapik mukus bekerja sebagai pertahanan imun untuk menjerat pencerobohan sedemikian dengan mengikat flagella, tetapi beberapa bakteria mencari beberapa cara untuk melepaskan pengiktirafan dan penangkapan. Filamen flagella boleh merendahkan supaya tuan rumah tidak dapat mengenali mereka, atau ungkapan dan motilinya boleh dimatikan.
Sindrom Kartagener juga memberi kesan kepada flagella. Sindrom ini mengganggu lengan dynein antara microtubules. Hasilnya adalah kemandulan kerana sel-sel sperma yang tidak mempunyai pendorong yang diperlukan dari flagella untuk berenang dan menyuburkan telur.
Sebagai saintis mempelajari lebih lanjut mengenai silia dan flagella, dan lebih lanjut menjelaskan peranan mereka dalam organisma, pendekatan baru untuk merawat penyakit dan membuat ubat harus mengikutinya.