Διαφορά μεταξύ Cilia και Flagella

Κύρια διαφορά – Cilia vs Flagella

Τα κοίλια και τα μαστίγια είναι εξωτερικές δομές στα κύτταρα, οι οποίες συμβάλλουν κυρίως στην κίνηση των κυττάρων. Τα βλεφαρίδες είναι σύντομες δομές που μοιάζουν με τρίχες, που υπάρχουν σε μεγάλους αριθμούς σε όλη την επιφάνεια ορισμένων κυττάρων. Τα μαστίγια είναι μακριές δομές που μοιάζουν με νήματα, που υπάρχουν σε μικρότερο αριθμό μόνο στο ένα άκρο του κυττάρου. Τα κολλύρια χτυπούσαν σε συντονισμένο ρυθμό ενώ τα μαστίγια χτυπούσαν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Τα βλεφαρίδες βρίσκονται μόνο στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Τα μαστίγια βρίσκονται τόσο σε προκαρυωτικά όσο και σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Οι οργανισμοί που περιέχουν τόσο κινητές βλεφαρίδες όσο και μαστίγια μπορούν να ομαδοποιηθούν ως undulipodia. Το κύριο διαφορά μεταξύ των βλεφαρίδων και των μαστιγίων είναι ότι τα κοίλλια εμποδίζουν τη συσσώρευση σκόνης μέσα στους αναπνευστικούς σωλήνες, δημιουργώντας ένα λεπτό στρώμα βλεννογόνου κατά μήκος των σωλήνων, ενώ τα μαστίγια χρησιμοποιούνται κυρίως από τα σπερματοζωάρια για να προωθηθούν μέσω του γυναικείου αναπαραγωγικού οργάνου.

Αυτό το άρθρο εξηγεί,

1. Τι είναι τα Cilia
      – Δομή, Τύποι, Συναρτήσεις, Χαρακτηριστικά
2. Τι είναι τα Flagella
      – Δομή, Τύποι, Συναρτήσεις, Χαρακτηριστικά
3. Ποια είναι η διαφορά ανάμεσα στο Cilia και το Flagella

Τι είναι το Cilia

Οι κοίλοι είναι λεπτές δομές ή οργανίδια που μοιάζουν με τρίχες που εκτείνονται από την επιφάνεια των περισσότερων ευκαρυωτικών κυττάρων. Δύο τύποι βλεφαρίδων βρίσκονται στα ευκαρυωτικά κύτταρα:πρωτογενείς/μη κινητές βλεφαρίδες και κινητές βλεφαρίδες.

Πρωτοβάθμια βλεφαρίδα

Οι πρωτογενείς βλεφαρίδες βρίσκονται σε κάθε ζωικό κύτταρο. ένα μόνο πρωτογενές βλεφαρίδα βρίσκεται σε όλα τα κύτταρα των θηλαστικών. Βρίσκονται κυρίως σε ανθρώπινα αισθητήρια όργανα όπως τα μάτια και η μύτη. Κύτταρο φωτοϋποδοχέα ράβδου εξωτερικού τμήματος, το οποίο βρίσκεται στο ανθρώπινο μάτι, συνδέεται με το κυτταρικό του σώμα μέσω ενός εξειδικευμένου βλεφαριού. Το δενδριτικό πόμολο του οσφρητικού νευρώνα περιέχει επίσης περίπου δέκα πρωτεύουσες βλεφαρίδες. Έτσι, οι πρωτογενείς βλεφαρίδες θεωρούνται ως αισθητήριες κυτταρικές κεραίες που συντονίζουν πολυάριθμες οδούς σηματοδότησης στα κύτταρα. Αυτά τα μονοπάτια σηματοδότησης μπορεί μερικές φορές να συνδυαστούν με κυτταρική διαίρεση και διαφοροποίηση. Η δυσλειτουργία των πρωτοπαθών βλεφαρίδων οδηγεί σε ασθένειες όπως γενετικές βλεφαρίδες, πολυκυστική νεφρική νόσο και συγγενή καρδιοπάθεια.

Motile Cilia

Κινητές βλεφαρίδες βρίσκονται σε μεγάλους αριθμούς στην επιφάνεια των κυττάρων, χτυπώντας σε συντονισμένα κύματα. Οι κινητές βλεφαρίδες στην επένδυση της τραχείας σαρώνουν τη βλέννα, η οποία περιέχει βρωμιά έξω από τους πνεύμονες. Το χτύπημα των βλεφαρίδων στις σάλπιγγες στα θηλυκά επιτρέπει την κίνηση του ωαρίου προς τη μήτρα από την ωοθήκη. Επιθηλιακά κανάλια νατρίου βρίσκονται κατά μήκος της βλεφαρίδας, που ρυθμίζουν το επίπεδο του υγρού, λούζοντας τις βλεφαρίδες. Η κινητικότητα των βλεφαρίδων εξαρτάται από το επίπεδο υγρού που τις περιβάλλει. Οι κηλίδες στο αναπνευστικό επιθήλιο στους πνεύμονες φαίνονται στο σχήμα 1 .

Εικόνα 1:Γερόνια στο αναπνευστικό επιθήλιο

Δομή της Σίλιας

Τα κοίλια σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της κυλιδογένεσης. Ένας κυτταροσκελετός με βάση μικροσωληνίσκους, ο οποίος ονομάζεται αξόνημα , βρίσκεται στο εσωτερικό των βλεφαρίδων. Στις πρωτογενείς βλεφαρίδες, αυτό το αξονέμωμα περιέχει εννέα εξωτερικές διπλές μικροσωληνίσκους (9+0 αξονικό), οι οποίες συναρμολογούνται σε έναν δακτύλιο. Στο κινητικό βλεφαρίδιο, εκτός από τους εννέα εξωτερικούς διπλούς δακτυλίους μικροσωληνίσκων, υπάρχουν δύο κεντρικές μονήρες μικροσωληνίσκους (9+2 αξονική) στο μέσο της βλεφαρίδας.

Dynein είναι η πρωτεΐνη που σχηματίζει γέφυρες, ενώνοντας τις διπλές γειτονικές μικροσωληνίσκους. Η Dynein ενεργοποιείται από το ATP για να δημιουργήσει μια κίνηση κάμψης ολισθαίνοντας πάνω από τις διπλές διπλές μικροσωληνίσκους. Ο αξονικός κυτταροσκελετός παρέχει θέσεις δέσμευσης για πρωτεΐνες μοριακού κινητήρα όπως η κινεσίνη II. Η κινεσίνη II συμβάλλει στη μεταφορά πρωτεϊνών πάνω-κάτω στον μικροσωληνίσκο.

Το κίλιο, στη βάση του, είναι προσαρτημένο στο βασικό σώμα , που είναι το κέντρο οργάνωσης μικροσωληνίσκων. Το βασικό σώμα περιέχει πρωτεΐνες όπως CEP164, CEP170 και ODF2, οι οποίες ρυθμίζουν τη σταθερότητα και το σχηματισμό του βλεφαριδίου. Η ζώνη μετάβασης μεταξύ της αξονικής και του βασικού σώματος χρησιμεύει ως σταθμός σύνδεσης για πρωτεΐνες κινητήρα και ενδομαστιγική μεταφορά. Η ριζική ρίζα είναι μια δομή κυτταροσκελετού, η οποία έχει διάμετρο περίπου 100 nm, που προέρχεται από το βασικό σώμα και εκτείνεται προς τον πυρήνα του κυττάρου. Η δομή ενός κινητού βλεφαριού φαίνεται στο σχήμα 2 .

Εικόνα 2:Δομή βλεφαρίδων

Λειτουργία Cilia

Ένα βλεφαρίδα λειτουργεί ως νανομηχανή που αποτελείται από περίπου 600 πρωτεΐνες στο μοριακό του σύμπλεγμα, λειτουργώντας ανεξάρτητα. Στα επιθηλιακά κύτταρα, οι πρωτογενείς βλεφαρίδες χρησιμεύουν ως κυτταρικές κεραίες, οι οποίες παρέχουν τη χημειοαισθητοποίηση, τη μηχανική αίσθηση και τη θερμοαισθητοποίηση του εξωκυτταρικού περιβάλλοντος. Διαμεσολαβούν στα μονοπάτια κυτταρικής σηματοδότησης. Οι κινητές βλεφαρίδες παίζουν επίσης έναν εκκριτικό ρόλο κατάντη προς τη ροή του υγρού. Τα περισσότερα επιθηλιακά κύτταρα είναι βλεφαροειδή. Τα βλεφαρίδες εμποδίζουν τη συσσώρευση σκόνης μέσα στους αναπνευστικούς σωλήνες, την τραχεία δημιουργώντας ένα λεπτό στρώμα βλεννογόνου κατά μήκος της τραχείας. Τα βλεφαρίδες στα σάλπιγγα επιτρέπουν τη διέλευση του ωαρίου κατά μήκος της σάλπιγγας.

Τι είναι το Flagella

Τα μαστίγια είναι οργανίδια που μοιάζουν με βλεφαρίδες, τα οποία προεξέχουν από την πλευρά ορισμένων προκαρυωτικών ή ευκαρυωτικών κυττάρων. Ο κύριος ρόλος των μαστιγίων στο κύτταρο είναι η κυτταρική κίνηση. Τα μαστίγια χρησιμεύουν επίσης ως αισθητήρια οργανίδια για τις χημικές ουσίες και τη θερμοκρασία του εξωτερικού περιβάλλοντος. Τα προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά μαστίγια διαφέρουν ως προς τη σύνθεσή τους. Τα χλαμυδομόνα, που περιέχουν μαστίγια στο πλάι του κυττάρου φαίνονται στην εικόνα 3 .

Εικόνα 3:Χλαμυδομόνας με τα μαστίγια τους

Δομή Μαστιγίων

Εντοπίζονται τρεις τύποι μαστιγίων:βακτηριακά, αρχαϊκά και ευκαρυωτικά. Τα μαστίγια στα βακτήρια είναι ελικοειδή νήματα, που περιέχουν περιστροφικούς κινητήρες που στρέφονται δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα. Μπορούν να αναγνωριστούν διαφορετικές διατάξεις των προκαρυωτικών μαστιγίων. Τα μονοτρίχια βακτήρια που μοιάζουν με Vibrio χολέρα περιέχουν ένα μόνο μαστίγιο. Πολλαπλά μαστίγια που βρίσκονται στο ίδιο σημείο μπορούν να βρεθούν σε λοφότριχα βακτήρια. Οι βάσεις αυτών των μαστιγίων περιβάλλονται από μια εξειδικευμένη περιοχή κυτταρικής μεμβράνης που ονομάζεται πολικό οργανίδιο. Τα βακτήρια που αποτελούνται από δύο μαστίγια σε καθεμία από τις δύο αντίθετες πλευρές ονομάζονται αμφίτριχα βακτήρια. Ορισμένες σπειροχαίτες αποτελούνται από εξειδικευμένα μαστίγια που προέρχονται από αντίθετους πόλους, οι οποίοι συμβάλλουν ως αξονικό νήμα. Τα περιτριχοειδή βακτήρια όπως το E Coli περιέχουν προεξέχοντα μαστίγια από κάθε κατεύθυνση. Η διάταξη των βακτηριακών μαστιγίων φαίνεται στην εικόνα 4.

Εικόνα 4:Διατάξεις μαστιγίων στα βακτήρια

Το βακτηριακό μαστίγιο αποτελείται από έναν περιστροφικό κινητήρα που ονομάζεται κινητήρας, ο οποίος αποτελείται από πρωτεΐνες. Τροφοδοτείται από κινητήρια δύναμη πρωτονίων, που παράγεται από τη βαθμίδα συγκέντρωσης ιόντων Η κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης. Ο ρότορας λειτουργεί περίπου στις 6.000 έως 17.000 σ.α.λ. Το Flagella λειτουργεί περίπου στις 200 με 1.000 σ.α.λ. Η περιστροφή των μαστιγίων μπορεί να επιτύχει 60 μήκη κυττάρων ανά δευτερόλεπτο.

Από την άλλη πλευρά, τα αρχαϊκά μαστίγια θεωρούνται ως μη ομόλογα. Τα ευκαρυωτικά μαστίγια είναι δομικά παρόμοια με τα ευκαρυωτικά βλεφαρίδες αλλά διαφέρουν ανάλογα με τη λειτουργία τους. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα όπως το ζώο, το φυτό και ο πρωτίστης περιέχουν μαστίγια στα κύτταρά τους.

Λειτουργίες Μαστιγίων

Βακτηριακά και αρχαϊκά μαστίγια εμπλέκονται στη μετακίνηση των κυττάρων, μετακινώντας το κύτταρο σε διαφορετική θέση για απαιτήσεις όπως η σίτιση, η αναπαραγωγή και η κυκλοφορία. Τα σπερματοζωάρια των θηλαστικών χρησιμοποιούν ειδικά μαστίγια για να προωθηθούν μέσω του γυναικείου αναπαραγωγικού οργάνου μέχρι να συναντήσουν το ωάριο.

Ο εσωτερικός και ο εξωτερικός βραχίονας της dynein, που συνδέουν τις εννέα διπλές μικροσωληνίσκους, χρησιμοποιούν την ενέργεια από το υδρολυμένο ATP για να δημιουργήσουν κίνηση που μοιάζει με έλικα στο μαστίγιο. Η παρουσία της νεξίνης στο μαστίγιο δίνει μια επίπεδη, κυματική κίνηση. Η διαφορά μεταξύ του μοτίβου χτυπήματος του μαστιγίου και του βλεφαριού φαίνεται στην εικόνα 5 .

Εικόνα 5:Διαφορά μεταξύ της κίνησης μαστιγίου και βλεφαρίδων

Διαφορά μεταξύ Κιλίων και Μαστιγίων

Αριθμός ανά κελί

Cilia: Ένα μεμονωμένο κύτταρο περιέχει έναν πολυάριθμο αριθμό βλεφαρίδων.

Μαστίλια: Ένα μεμονωμένο κελί περιέχει λιγότερο αριθμό μαστιγίων.

Σχήμα

Cilia: Οι κηλίδες είναι κοντές δομές που μοιάζουν με τρίχες.

Μαστίλια: Τα μαστίγια είναι μακριές δομές που μοιάζουν με μαστίγιο.

Μήκος

Cilia: Τα βλεφαρίδες έχουν μήκος περίπου 5-10 μm.

Μαστίλια: Τα μαστίγια έχουν μήκος περίπου 150 μm.

Δομή

Cilia: Οι πρωτογενείς βλεφαρίδες αποτελούνται από δομή αξονικών 9+0 και οι κινητές βλεφαρίδες αποτελούνται από δομή αξονικών 9+2. Και οι δύο τύποι βλεφαρίδων στερούνται νεξίνης.

Μαστίγγιο: Τα μαστίγια αποτελούνται από δομή 9+2 αξονικών και η νεξίνη βρίσκεται μεταξύ διπλών μικροσωληνίσκων, δημιουργώντας μια περιστροφική κίνηση στο μαστίγιο.

Παρουσία

Cilia: Τα βλεφαρίδες βρίσκονται μόνο σε ευκαρυωτικά κύτταρα.

Μαστίλια: Τα μαστίγια βρίσκονται τόσο σε προκαρυωτικά όσο και σε ευκαρυωτικά κύτταρα.

Εμφάνιση

Cilia: Οι κηλίδες εμφανίζονται σε όλο το κύτταρο.

Μαστίλια: Τα μαστίγια εμφανίζονται στο ένα άκρο ενός κυττάρου.

Συντονισμός

Cilia: Η Κιλιά χτύπησε συντονισμένα.

Μαστίλια: Το Flagella χτύπησε ανεξάρτητα.

Κίνηση

Cilia: Τα βλεφαρίδες δείχνουν σαρωτική κίνηση ή εκκρεμές.

Μαστίλια: Τα μαστίγια παρουσιάζουν οδοντωτή κίνηση.

Μηχανισμός Λειτουργίας

Cilia: Το Cilia χρησιμοποιεί κινεσίνη, η οποία περιέχει μια δραστηριότητα ATPase, παράγοντας ενέργεια για την εκτέλεση της κίνησης.

Μαστίλια: Τα μαστίγια τροφοδοτούνται από την κινητήρια δύναμη πρωτονίων της πλασματικής μεμβράνης.

Ρόλος

Cilia: Τα κολλοειδή αποτρέπουν τη συσσώρευση σκόνης στους αναπνευστικούς σωλήνες δημιουργώντας ένα λεπτό στρώμα βλεννογόνου στο σωλήνα.

Μαστίλια: Τα μαστίγια χρησιμοποιούνται κυρίως από τα σπερματοζωάρια για κίνηση και ώθηση.

Συνάρτηση

Cilia: Τα βλεφαρίδες εμπλέκονται σε διαδικασίες όπως η κίνηση, η σίτιση και η κυκλοφορία.

Μαστίλια: Το Flagella εμπλέκεται στην κίνηση.

Παραδείγματα

Cilia: Τα βλεφαρίδες βρίσκονται στην επένδυση των σωλήνων του σώματος όπως η αναπνευστική οδός και τα αναπαραγωγικά όργανα στα θηλαστικά.

Μαστίγγιο: Τα περισσότερα βακτήρια, αρχαία και ευκαρυώτες αποτελούνται από μαστίγια. Η Euglena θεωρείται ως μαστιγωτός ευκαρυώτης. Στα θηλαστικά, τα σπερματοζωάρια αποτελούνται ειδικά από μαστίγια.

Συμπέρασμα

Τόσο οι βλεφαρίδες όσο και τα μαστίγια είναι δομικά πανομοιότυπα οργανίδια. η κύρια διαφορά μεταξύ των βλεφαρίδων και των μαστιγίων είναι στη λειτουργία τους και όχι στη δομή τους. Οι κηλίδες είναι κοντές, τρίχες δομές, που βρίσκονται σε υψηλή πυκνότητα στην επιφάνεια των κυττάρων των θηλαστικών. Τα βλεφαρίδες παρουσιάζουν ένα χτύπημα μπρος-πίσω ενώ τα μαστίγια παρουσιάζουν κίνηση που μοιάζει με έλικα. Ως εκ τούτου, οι βλεφαρίδες εμπλέκονται κυρίως στη διατροφή, την αναπαραγωγή και την κυκλοφορία στους ευκαρυώτες και τα μαστίγια εμπλέκονται κυρίως στην κίνηση. Τα κολλοειδή προστατεύουν την αναπνευστική οδό από τη συσσώρευση σκόνης. Οι βλεφαρίδες στις σάλπιγγες των θηλαστικών μετακινούν το ωάριο από την ωοθήκη στη μήτρα. Από την άλλη πλευρά, τα μαστίγια εμπλέκονται στην προώθηση του σπέρματος προς το ωάριο μέσω του γυναικείου αναπαραγωγικού οργάνου.

Αναφορά:
1. "Cilium." Βικιπαίδεια . Wikimedia Foundation, 14 Mar. 2017. Web. 19 Μαρ. 2017.
2. «Μαστίγγιο». Βικιπαίδεια . Ίδρυμα Wikimedia, 16 Μαρ. 2017. Web. 19 Μαρ. 2017.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:
1. "Bronchiolar epithelium 3 – SEM" By Charles Daghlian –  (Public Domain) μέσω Commons Wikimedia
2. «Διάγραμμα Ευκαρυωτικού βλεφαριού en» Από LadyofHats – Δική εργασία (Δημόσιος Τομέας) μέσω Commons Wikimedia
3. "Chlamydomonas (10000x)" (Δημόσιος Τομέας) μέσω Commons Wikimedia
4. "Flagella" By Adenosine – Δικό έργο (CC BY 3.0) μέσω Commons Wikimedia
5. "Flagellum-beating" By Flagellum-beating.png:Kohidai, L.derivative work:Urutseg (συζήτηση) – Flagellum-beating.png (CC BY 3.0) μέσω Commons Wikimedia