FLAGELLEN: EUKARYOTISCH, PROKARYOTISCH (STRUKTUR UND FUNKTIONEN) - BIOLOGIE - 2025

Ein Flagellum ist eine peitschenförmige Zellprojektion, die an der Fortbewegung einzelliger Organismen und an der Bewegung verschiedener Substanzen in komplexeren Organismen beteiligt ist.

Wir finden Flagellen sowohl in der eukaryotischen als auch in der prokaryotischen Linie. Prokaryontische Flagellen sind einfache Elemente, die von einem einzelnen Mikrotubulus gebildet werden, der aus Flagellenuntereinheiten besteht, die helikal konfiguriert sind und einen hohlen Kern bilden.

Quelle: LadyofHats. Spanische Version von Alejandro Porto

Bei Eukaryoten besteht die Konfiguration aus neun Paaren von Tubulin-Mikrotubuli und zwei Paaren im zentralen Bereich. Eines der typischen Beispiele für Flagellen sind die Spermienverlängerungen, die ihnen Mobilität verleihen und die Befruchtung der Eizelle ermöglichen.

Zilien, eine andere Art der Zellverlängerung, haben eine ähnliche Struktur und Funktion wie Flagellen, sollten jedoch nicht mit Flagellen verwechselt werden. Sie sind viel kürzer und bewegen sich anders.

Flagellen in Prokaryoten

In Bakterien sind Flagellen helikale Filamente mit Abmessungen im Bereich von 3 bis 12 Mikrometern Länge und 12 bis 30 Nanometern Durchmesser. Sie sind einfacher als die gleichen Elemente in Eukaryoten.

Struktur

Strukturell bestehen die Flagellen von Bakterien aus einem Proteinmolekül namens Flagellin. Flagelline sind immunogen und stellen eine Gruppe von Antigenen dar, die als "H-Antigene" bezeichnet werden und für jede Art oder jeden Stamm spezifisch sind. Dies ist zylindrisch mit einer hohlen Mitte konfiguriert.

In diesen Flagellen können wir drei Hauptteile unterscheiden: ein langes äußeres Filament, einen Haken, der sich am Ende des Filaments befindet, und einen Basalkörper, der am Haken verankert ist.

Der Basalkörper teilt Eigenschaften mit dem Sekretionsapparat für Virulenzfaktoren. Diese Ähnlichkeit könnte darauf hinweisen, dass beide Systeme von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt wurden.

Einstufung

Je nach Lage des Flagellums werden Bakterien in verschiedene Kategorien eingeteilt. Befindet sich das Flagellum an den Polen der Zelle als einzelne polare Struktur an einem Ende, ist es monoter und wenn es dies an beiden Enden tut, ist es Amphibie.

Das Flagellum kann auch als "Wolke" auf einer oder beiden Seiten der Zelle gefunden werden. In diesem Fall ist der zugewiesene Begriff lophotric. Der letzte Fall tritt auf, wenn die Zelle mehrere Flagellen aufweist, die homogen über die gesamte Oberfläche verteilt sind und als peritrich bezeichnet werden.

Jede dieser Arten der Geißelung weist auch Unterschiede in der Art der Bewegungen auf, die die Geißel macht.

Bakterien zeigen auch andere Arten von Projektionen auf der Zelloberfläche. Einer von ihnen ist der Pili, diese sind starrer als ein Flagellum und es gibt zwei Arten: die kurzen und reichlich vorhandenen und die langen, die am Geschlechtsverkehr beteiligt sind.

Bewegung

Der Schub oder die Rotation des bakteriellen Flagellums ist das Produkt der Energie, die von der Protonenmotivkraft und nicht direkt von ATP kommt.

Bakterienflagellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich nicht mit konstanter Geschwindigkeit drehen. Dieser Parameter hängt von der Energiemenge ab, die die Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt produziert. Das Bakterium kann nicht nur die Geschwindigkeit modulieren, sondern auch die Flagellenrichtung und -bewegung ändern.

Wenn die Bakterien auf einen bestimmten Bereich gerichtet sind, werden sie wahrscheinlich von einem Reiz angezogen. Diese Bewegung ist als Taxis bekannt und das Flagellum ermöglicht es dem Organismus, sich an den gewünschten Ort zu bewegen.

Flagellen in Eukaryoten

Wie prokaryotische Organismen zeigen Eukaryoten eine Reihe von Prozessen auf der Oberfläche der Membran. Eukaryontische Flagellen bestehen aus Mikrotubuli und sind lange Projektionen, die an Bewegung und Fortbewegung beteiligt sind.

Darüber hinaus kann es in eukaryotischen Zellen eine Reihe zusätzlicher Prozesse geben, die nicht mit Flagellen verwechselt werden sollten. Mikrovilli sind Verlängerungen der Plasmamembran, die an der Absorption, Sekretion und Adhäsion von Substanzen beteiligt sind. Es hängt auch mit der Motilität zusammen.

Struktur

Die Struktur eukaryotischer Flagellen wird als Axonem bezeichnet: eine Konfiguration, die aus Mikrotubuli und einer anderen Klasse von Proteinen besteht. Die Mikrotubuli sind in einem Muster konfiguriert, das als "9 + 2" bezeichnet wird, was anzeigt, dass es ein zentrales Mikrotubuli-Paar gibt, das von 9 äußeren Paaren umgeben ist.

Obwohl diese Definition in der Literatur sehr beliebt ist, kann sie irreführend sein, da sich nur ein Paar in der Mitte befindet - und nicht zwei.

Struktur von Mikrotubuli

Mikrotubuli sind Proteinelemente aus Tubulin. Von diesem Molekül gibt es zwei Formen: Alpha und Beta Tubulin. Diese gruppieren sich zu einem Dimer, das die Einheit der Mikrotubuli bildet. Die Einheiten polymerisieren und aggregieren seitlich.

Es gibt Unterschiede zwischen der Anzahl der Protofilamente, die Mikrotubuli haben und die sich um das zentrale Paar befinden. Eines ist als Tubulus A oder vollständig bekannt, da es 13 Protofilamente aufweist, im Gegensatz zu Tubulus B, das nur 10 bis 11 Filamente aufweist.

Dynein und Nexin

Jedes der Mikrotubuli ist mit seinem negativen Ende an eine Struktur gebunden, die als Basalkörper oder Kinetosom bekannt ist und deren Struktur dem Zentriol der Zentrosomen mit neun Tripletts Mikrotubuli ähnelt.

Das Protein Dynein, das für die eukaryotische Flagellenbewegung von großer Bedeutung ist (eine ATPase), ist durch zwei Arme mit jedem A-Tubulus verbunden.

Nexin ist ein weiteres wichtiges Protein in der Zusammensetzung des Flagellums. Dies ist für die Verbindung der neun Paare der äußeren Mikrotubuli verantwortlich.

Bewegung

Die Bewegung der eukaryotischen Flagellen wird durch die Aktivität des Proteins Dynein gesteuert. Dieses Protein ist zusammen mit Kinesin das wichtigste motorische Element, das Mikrotubuli begleitet. Diese "laufen" auf den Mikrotubuli.

Bewegung tritt auf, wenn sich die äußeren Mikrotubuli-Paare verschieben oder rutschen. Dynein ist sowohl mit Tubuli vom Typ A als auch vom Typ B verbunden. Insbesondere ist die Basis mit A und der Kopf mit B verbunden. Nexin spielt auch eine Rolle bei der Bewegung.

Es gibt nur wenige Studien, die für die Aufklärung der spezifischen Rolle von Dynein bei der Flagellenbewegung verantwortlich sind.

Unterschiede zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Flagellen

Maße

Die Flagellen in prokaryotischen Linien sind kleiner, können 12 um lang werden und der durchschnittliche Durchmesser beträgt 20. Eukaryotische Flagellen können eine Länge von 200 um überschreiten und der Durchmesser liegt nahe bei 0,5 um.

Strukturelle Konfiguration

Eine der herausragendsten Eigenschaften von eukaryotischen Flagellen ist ihre 9 + 0-Mikrotubuli-Organisation und 9 + 2-Faserkonfiguration. Prokaryotischen Organismen fehlt diese Organisation.

Prokaryontische Flagellen sind nicht wie bei Eukaryoten von der Plasmamembran umhüllt.

Die Zusammensetzung prokaryotischer Flagellen ist einfach und enthält nur Flagellin-Proteinmoleküle. Die Zusammensetzung der eukaryotischen Flagellen ist komplexer und besteht aus Tubulin, Dynein, Nexin und einem zusätzlichen Satz von Proteinen sowie anderen großen Biomolekülen wie Kohlenhydraten, Lipiden und Nukleotiden.

Energie

Die Energiequelle für prokaryotische Flagellen ist nicht ein in der Membran verankertes ATPase-Protein, sondern die Protonenmotivkraft. Das eukaryotische Flagellum besitzt ein ATPase-Protein: Dynein.

Ähnlichkeiten und Unterschiede mit Zilien

Ähnlichkeiten

Rolle bei der Fortbewegung

Verwechslungen zwischen Zilien und Flagellen sind häufig. Beides sind zytoplasmatische Prozesse, die dem Haar ähneln und sich auf der Oberfläche von Zellen befinden. Funktionell sind sowohl Zilien als auch Flagellen Projektionen, die die zelluläre Fortbewegung erleichtern.

Struktur

Beide entstehen aus den Basalkörpern und haben eine ziemlich ähnliche Ultra-Struktur. Ebenso ist die chemische Zusammensetzung beider Projektionen sehr ähnlich.

Unterschiede

Länge

Der entscheidende Unterschied zwischen den beiden Strukturen hängt mit der Länge zusammen: Während die Zilien kurze Vorsprünge (zwischen 5 und 20 um Länge) sind, sind die Flagellen erheblich länger und können Längen von mehr als 200 um erreichen, fast zehnmal so lang. als Zilien.

Menge

Wenn die Zelle Zilien hat, geschieht dies normalerweise in signifikanter Anzahl. Im Gegensatz zu Zellen mit Flagellen, die im Allgemeinen eine oder zwei haben.

Bewegung

Zusätzlich hat jede Struktur eine besondere Bewegung. Die Zilien bewegen sich kraftvoll und die Flagellen wellig und peitschenartig. Die Bewegung jedes Ciliums in der Zelle ist unabhängig, während die der Flagellen koordiniert ist. Zilien sind an einer wellenförmigen Membran verankert und Flagellen nicht.

Komplexität

Es gibt einen besonderen Unterschied zwischen der Komplexität von Zilien und Flagellen in jeder Struktur. Zilien sind komplexe Projektionen über ihre gesamte Länge, während sich die Komplexität des Flagellums nur auf die Basis beschränkt, in der sich der für die Rotation verantwortliche Motor befindet.

Funktion

In Bezug auf ihre Funktion sind Zilien an der Bewegung von Substanzen in eine bestimmte Richtung beteiligt, und Flagellen hängen nur mit der Fortbewegung zusammen.

Bei Tieren ist die Hauptfunktion der Zilien die Mobilisierung von Flüssigkeiten, Schleim oder anderen Substanzen auf der Oberfläche.

Verweise

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