FLAGELLA: EUKARYOOT, PROKARYOOT (STRUCTUUR EN FUNCTIES) - BIOLOGIE - 2026

Een flagellum is een zweepvormige cellulaire projectie die deelneemt aan de voortbeweging van eencellige organismen en aan de beweging van verschillende stoffen in meer complexe organismen.

We vinden flagella in zowel de eukaryote als de prokaryote lijn. Prokaryote flagella zijn eenvoudige elementen, gevormd door een enkele microtubule die is samengesteld uit flagellinesubeenheden die spiraalvormig zijn geconfigureerd en een holle kern vormen.

Bron: LadyofHats. Spaanse versie van Alejandro Porto

In eukaryoten is de configuratie negen paar tubuline-microtubuli en twee paar in het centrale gebied. Een van de typische voorbeelden van flagella zijn de sperma-extensies, die hen mobiliteit geven en de eicel laten bevruchten.

Cilia, een ander type celverlenging, heeft een vergelijkbare structuur en functie als flagella, maar moet niet worden verward met flagella. Ze zijn veel korter en bewegen anders.

Flagella in prokaryoten

In bacteriën zijn flagellen spiraalvormige filamenten met afmetingen in het bereik van 3 tot 12 micrometer lang en 12 tot 30 nanometer in diameter. Ze zijn eenvoudiger dan dezelfde elementen in eukaryoten.

Structuur

Structureel zijn de flagellen van bacteriën samengesteld uit een eiwitmolecuul dat flagelline wordt genoemd. Flagellines zijn immunogeen en vertegenwoordigen een groep antigenen die "H-antigenen" worden genoemd en die specifiek zijn voor elke soort of stam. Deze is cilindrisch uitgevoerd, met een hol hart.

In deze flagellen kunnen we drie hoofdonderdelen onderscheiden: een lang extern filament, een haak die zich aan het einde van het filament bevindt en een basaal lichaam dat aan de haak is verankerd.

Het basale lichaam deelt kenmerken met het secretoire apparaat voor virulentiefactoren. Deze overeenkomst zou erop kunnen wijzen dat beide systemen zijn geërfd van een gemeenschappelijke voorouder.

Classificatie

Afhankelijk van de locatie van het flagellum, worden bacteriën ingedeeld in verschillende categorieën. Als het flagellum zich aan de polen van de cel als een enkele polaire structuur aan het ene uiteinde bevindt, is het monoteer en als het dat aan beide uiteinden doet, is het amfibie.

Het flagellum kan ook als "pluim" aan één of beide zijden van de cel worden aangetroffen. In dit geval is de toegewezen term lophotrisch. Het laatste geval doet zich voor wanneer de cel meerdere flagellen heeft die homogeen over het hele oppervlak zijn verdeeld en wordt peritrichous genoemd.

Elk van deze soorten flagellaties vertoont ook variaties in het soort bewegingen dat de flagella maakt.

Bacteriën vertonen ook andere soorten uitsteeksels op het celoppervlak. Een daarvan is de pili, deze zijn stijver dan een flagellum en er zijn twee soorten: de korte en overvloedige, en de lange die betrokken zijn bij geslachtsgemeenschap.

Beweging

De stuwkracht of rotatie van het bacteriële flagellum is het product van de energie die afkomstig is van de proton-aandrijfkracht en niet rechtstreeks van ATP.

Bacteriële flagellen worden gekenmerkt doordat ze niet met een constante snelheid roteren. Deze parameter is afhankelijk van de hoeveelheid energie die de cel op een bepaald moment produceert. De bacterie kan niet alleen de snelheid moduleren, maar ook de richting en de flagellaire beweging veranderen.

Wanneer de bacteriën naar een bepaald gebied worden geleid, worden ze waarschijnlijk aangetrokken door een stimulus. Deze beweging staat bekend als taxi's en het flagellum stelt het organisme in staat om naar de gewenste locatie te gaan.

Flagella in eukaryoten

Net als prokaryote organismen vertonen eukaryoten een reeks processen op het oppervlak van het membraan. Eukaryote flagellen bestaan ​​uit microtubuli en zijn lange projecties die betrokken zijn bij beweging en voortbeweging.

Bovendien kunnen er in eukaryote cellen een reeks aanvullende processen zijn die niet moeten worden verward met flagella. Microvilli zijn verlengstukken van het plasmamembraan die betrokken zijn bij de opname, secretie en adhesie van stoffen. Het is ook gerelateerd aan beweeglijkheid.

Structuur

De structuur van eukaryote flagella wordt een axoneme genoemd: een configuratie die bestaat uit microtubuli en een andere klasse eiwitten. De microtubuli zijn geconfigureerd in een patroon genaamd "9 + 2", wat aangeeft dat er een centraal microtubuli-paar is omgeven door 9 buitenste paren.

Hoewel deze definitie erg populair is in de literatuur, kan deze misleidend zijn, aangezien er maar één paar in het midden zit - en niet twee.

Structuur van microtubuli

Microtubuli zijn eiwitelementen die zijn opgebouwd uit tubuline. Van dit molecuul zijn er twee vormen: alfa- en bètatubuline. Deze groeperen samen een dimeer, dat de eenheid van microtubuli zal vormen. De eenheden polymeriseren en aggregeren lateraal.

Er zijn verschillen tussen het aantal protofilamenten dat microtubuli hebben die zich rond het centrale paar bevinden. De ene staat bekend als tubulus A of compleet omdat deze 13 protofilamenten heeft, in tegenstelling tot tubulus B, die slechts 10 tot 11 filamenten heeft.

Dynein en nexin

Elk van de microtubuli is met zijn negatieve uiteinde bevestigd aan een structuur die bekend staat als het basale lichaam of kinetosoom, die qua structuur vergelijkbaar is met het centriol van de centrosomen met negen tripletten van microtubuli.

Het eiwit dyneïne, van groot belang bij eukaryote flagellaire beweging (een ATPase), wordt door twee armen aan elke A-tubulus gekoppeld.

Nexin is een ander belangrijk eiwit in de samenstelling van het flagellum. Dit is verantwoordelijk voor het samenvoegen van de negen paar buitenste microtubuli.

Beweging

De beweging van eukaryote flagella wordt gestuurd door de activiteit van het eiwit dyneïne. Dit eiwit is samen met kinesine de belangrijkste motorische elementen die microtubuli begeleiden. Deze "lopen" op de microtubule.

Beweging vindt plaats wanneer de buitenste microtubuli-paren verschuiven of wegglijden. Dynein is gekoppeld aan tubuli van zowel type A als type B. Specifiek wordt de basis geassocieerd met A en het hoofd met B. Nexin speelt ook een rol bij beweging.

Er zijn maar weinig onderzoeken die de specifieke rol van dyneïne in flagellaire bewegingen hebben ophelderd.

Verschillen tussen prokaryote en eukaryote flagella

Dimensies

De flagellen in prokaryote lijnen zijn kleiner, bereiken 12 um lang en de gemiddelde diameter is 20. Eukaryote flagellen kunnen meer dan 200 um lang zijn en de diameter is bijna 0,5 um.

Structurele configuratie

Een van de meest opvallende kenmerken van eukaryote flagella is hun 9 + 0 microtubulus organisatie en 9 + 2 vezelconfiguratie Prokaryote organismen missen deze organisatie.

Prokaryote flagella wordt niet omhuld door het plasmamembraan, zoals het geval is bij eukaryoten.

De samenstelling van prokaryote flagella is eenvoudig en omvat alleen flagelline-eiwitmoleculen. De samenstelling van eukaryote flagella is complexer en bestaat uit tubuline, dyneïne, nexin en een extra set eiwitten - evenals andere grote biomoleculen zoals koolhydraten, lipiden en nucleotiden.

Energie

De energiebron van prokaryote flagella wordt niet gegeven door een ATPase-eiwit dat in het membraan is verankerd, maar door de proton-aandrijfkracht. Het eukaryotische flagellum heeft een ATPase-eiwit: dyneïne.

Overeenkomsten en verschillen met trilharen

Overeenkomsten

Rol in voortbeweging

Verwarring tussen cilia en flagella is gebruikelijk. Beide zijn cytoplasmatische processen die op haar lijken en zich op het oppervlak van cellen bevinden. Functioneel gezien zijn zowel cilia als flagella projecties die cellulaire voortbeweging vergemakkelijken.

Structuur

Beide komen voort uit de basale lichamen en hebben een redelijk vergelijkbare ultrastructuur. Evenzo is de chemische samenstelling van beide uitsteeksels erg vergelijkbaar.

Verschillen

Lengte

Het cruciale verschil tussen de twee structuren is gerelateerd aan de lengte: terwijl de trilharen korte projecties zijn (tussen 5 en 20 um lang), zijn de flagellen aanzienlijk langer en kunnen ze lengtes bereiken van meer dan 200 um, bijna 10 keer zo lang. dan trilharen.

Aantal stuks

Wanneer de cel trilharen heeft, gebeurt dit meestal in aanzienlijke aantallen. In tegenstelling tot cellen met flagella, die er over het algemeen een of twee hebben.

Beweging

Bovendien heeft elke structuur een eigenaardige beweging. De trilharen bewegen met krachtige slagen en de flagella op een golvende, zweepachtige manier. De beweging van elke cilium in de cel is onafhankelijk, terwijl die van de flagella wordt gecoördineerd. Cilia zijn verankerd aan een golvend membraan en flagella niet.

Complexiteit

Er is een merkwaardig verschil tussen de complexiteit van cilia en flagella in elke structuur. Cilia zijn complexe projecties over de gehele lengte, terwijl de complexiteit van het flagellum beperkt is tot de basis, waar de motor is geplaatst die verantwoordelijk is voor de rotatie.

Functie

Wat hun functie betreft, trilharen zijn betrokken bij de beweging van stoffen in een bepaalde richting en flagellen zijn alleen gerelateerd aan voortbeweging.

Bij dieren is de belangrijkste functie van de trilharen de mobilisatie van vloeistoffen, slijm of andere stoffen op het oppervlak.

Referenties

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Moleculaire biologie van de cel. Garland Science, Taylor en Francis Group.
2. Cooper, GM, Hausman, RE & Wright, N. (2010). De cel. Marban.
3. Hickman, C. P, Roberts, LS, Keen, SL, Larson, A., I´Anson, H. & Eisenhour, DJ (2008). Geïntegreerde principes van zoölogie. New York: McGraw-Hill. 14e editie.
4. Madigan, MT, Martinko, JM & Parker, J. (2004). Brock: Biology of Micro-organismen. Pearson Education.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, Case, CL, & Johnson, TR (2004). Microbiologie: een inleiding (Deel 9). San Francisco, Californië: Benjamin Cummings.