Funzione e struttura dei flagelli: una panoramica completa

Punti chiave

• I flagelli - organelli microscopici simili a peli - sono così importanti per la locomozione. Sono costituiti da un filamento, a volte costituito da alcuni flagelli che avvolgono la cellula e si attaccano a un corpo basale all'interno della membrana.
• Si muovono in modi diversi, come ruotando, agitando o piegandosi. Tutto dipende dalla specie e dall'ambiente.
• I diversi componenti che costituiscono il flagello, inclusa la proteina flagellina che forma il filamento simile a un capello, il corpo basale e il motore che ne controllano la rotazione e la natura polare e legata alla membrana del flagello.
• I flagelli hanno anche un ruolo fondamentale nella formazione e nell'adesione del biofilm. Ciò è stato osservato quando il recettore Toll-like 5 aveva ridotto l'adesione dopo l'esposizione a ceppi senza filamento flagellare batterico. 

Credito immagine- Flagella–wikipedia

Cos'è Flagello?

I flagelli, organelli microscopici simili a capelli, sono così importanti per la locomozione. Sono costituiti da un filamento, a volte costituito da pochi flagelli che avvolgono la cellula e si attaccano a un corpo basale all'interno della membrana. I flagelli batterici si muovono principalmente, ma i flagelli e le ciglia eucariotiche fanno entrambe le cose. Sono fatti della proteina flagellina e può ruotare in senso orario o antiorario spingere l'organismo in una direzione.

Anche i flagelli giocano un ruolo importante formazione del biofilm e regolazione dell'adesione. Fimbrie o pili, simili a un unico flagello, specializzati in adesione. Alcuni batteri usano flagelli e pili di tipo IV per aderire alle superfici.

La posizione e la composizione dei flagelli sono vitali perché sono coinvolti nella comunicazione e nel movimento. Gli studi hanno dimostrato quando sono presenti più flagelli, l'adesione è più forte, il che li rende essenziali per la sopravvivenza, la prevenzione delle infezioni, e molto altro ancora!

È tempo di comprendere queste strutture minuscole ma fondamentali. Cominciamo ad apprezzare meglio la microbiologia! Prendere azione e scopri di più sui flagelli oggi!

Funzione dei flagelli

Flagelli è l'organello della motilità che è anche un apparato stretto di 20 diversi tipi di proteine.

La funzione del flagello può dipendere dai tipi di cellule in esso interessate come quella del alghe, batteri o procarioti, e anche le cellule degli animali che sono gli eucarioti. Il flagello non è solo quello ad essere lì, ma si possono vedere anche le ciglia.

I flagelli dei batteri sono molto discussi e sono piuttosto complessi. Il corpo di esso attraversa il parete cellulare mentre la curva a forma di uncino collega il corpo basale al filamento del flagello che è simile a una frusta e quindi forma diversi micrometri del corpo batterico.

I flagelli sono piuttosto basilari e sono considerati solo utili per la nobiltà dell'organismo in qualsiasi tipo di cellula, ma recentemente si è visto che svolgono più della semplice mobilità e servono altri usi biologici.

L'unità principale del flagello gioca a buon ruolo nel sistema innato e ha un antigene dominante rispetto a quello della risposta adattativa all'immunità. Sembrano anche funzionare prendendo parte all'adesione come aderenze. L'intero flagello è considerato vitale risposta all'adesione cellulare e farsi invadere nella cellula ospite.

Per comprendere la funzione dei flagelli e il suo ruolo cruciale nella locomozione delle cellule, esploreremo varie sottosezioni come soluzione. Nella prima sottosezione, approfondiremo il ruolo dei flagelli nella locomozione. Successivamente, esploriamo la struttura simile a un capello dei flagelli nella seconda sottosezione. Nella terza sottosezione, impareremo a conoscere il comportamento dei flagelli nei batteri e nella quarta esploreremo i flagelli negli eucarioti. Infine, nella quinta sottosezione, esamineremo i flagelli arcaici per comprendere meglio le loro caratteristiche uniche.

Ruolo dei flagelli nella locomozione

• I flagelli sono strutture speciali che aiutano alcuni organismi a muoversi. Loro sembrano lunghe fruste e spingono l'organismo attraverso il liquido, come l'acqua o il muco. 
• Si muovono in modi diversi, ad esempio ruotando, ondeggiando o piegandosi. Tutto dipende dalla specie e dall'ambiente.
• Flagelli aiuta gli organismi nuota, zooma e muoviti. Gli organismi unicellulari li usano per nuotare e dirigere l'assorbimento dei nutrienti. 
• Organismi pluricellulari, come lo sperma e i microrganismi, usano i flagelli per nuotare alla loro destinazione e raggiungere il cibo.
• Non tutte le specie hanno flagelli. Alcuni si affidano alla diffusione passiva, il che significa che la pressione osmotica li aiuta a spostarsi da un'area all'altra.
• I flagelli furono i primi documentato circa 450 milioni di anni fa. Fu allora che i batteri iniziarono a usarli per chemiotassi, fototassi e altre migrazioni.
• I flagelli sono una parte importante dell'evoluzione. Aiutano gli organismi navigare e diventare adattamenti chiave per molte specie.

Struttura del flagello: filamento simile a un capello

Il Flagello è un appendice filamentosa. È una parte importante della motilità e della chemiotassi dei batteri. Il suo filamento simile a un pelo è costituito da subunità proteiche flagellina che sono avvolte in un'elica per tutta la sua lunghezza.

Vale la pena notare che i flagelli sono classificati in diversi tipi a seconda della loro disposizione sulla superficie della cellula batterica. Questi tipi includono

• Monotrichi – Unico flagello polare. 
• Anfitrico – Un flagello a ciascuna estremità.
• Lofotrico – Due o più flagelli su una o entrambe le estremità. 
• Peritrico – Flagelli su tutta la superficie batterica.

Quando si tratta della funzione dei flagelli, svolge un ruolo nella patogenesi batterica. Per esempio, Vibrio cholerae usa i suoi flagelli per colonizzare e infettare mucosa intestinale del suo ospite. Sorprendentemente, "flagella" suona come un passo di danza degli anni '70!

Flagelli nei batteri

I flagelli sono essenziali per la motilità batterica. Agiscono come fruste, aiutando le cellule a muoversi verso i nutrienti e lontano dalle cattive condizioni. La rotazione dei motori alla base di ciascun flagello lo alimenta: questo è guidato dalla forza motrice del protone o dai gradienti di ioni di sodio.

 Il numero e il posizionamento di queste strutture variano, conferendo ai batteri comportamenti natatori unici. Salmonella enterica può generare fino a 100 molecole di ATP al secondo dai loro flagelli rotanti. Questo è chiamato catalisi rotazionale.

Le proteine ​​motorie del vibrione possono legare e trasportare molecole all'interno di una cellula. Questo significa flagelli potrebbe avere molteplici funzioni, approfondire la nostra comprensione dei batteri.

Flagelli negli eucarioti

Le cellule eucariotiche hanno strutture complesse. Cilia e Flagella sono due organelli specializzati. Svolgono ruoli diversi nella motilità cellulare, nel percepire l'ambiente e nella comunicazione.

Cilia venire in molti, da centinaia a migliaia per cella, lo sono lungo circa 10 µm. Flagella entra uno o due, e vanno da pochi µm a oltre 200 µm di lunghezza. Cilia passa movimento oscillatorio o metacronale, creando un gradiente di flusso per il movimento. Flagelli, d'altra parte, sposta le particelle verso l'alto o verso il basso.

Flagelli arcaici

• I flagelli batterici atipici hanno a diametro più sottile e forma arrotolata vicino alla base. 
• Girano con complessi proteici alimentati da ATP, simile alle strutture flagellari eucariotiche.
•  L'assemblaggio di flagelli arcaici può essere fuori o dentro la cella, a seconda della specie. 
• Alcuni archei usa più flagelli insieme per il movimento.

La ricerca mostra che l'esame di vari microrganismi e delle loro distinte caratteristiche di mobilità può aprire possibilità inesplorate per l'ingegneria. Non solo, ma questi flagelli sono come accessori di moda per i batteri!

La funzione dei flagelli nelle cellule procariotiche

• Ci sono molte specie gram-negative e positive di batteri che si dice abbiano flagelli. La funzione dei flagelli nelle cellule dei procarioti è di aiutare nel movimento dei batteri e anche di aiutarli a consentire il processo di chemiotassi.
• Ci sono anche altri usi dei flagelli oltre a un movimento che è abbastanza diverso nei batteri e durante l'intero ciclo della vita dei batteri. Il numero di batteri è diverso e può anche essere polare o peritrico.
• Il flagello batterico può essere utile per partecipare alla formazione del biofilm oltre a far esportare la proteina come nell'adesione. Alcuni dei batteri possono essere E.coli o uno in patogenicità.
• Considerando che le dimensioni del filamento del flagello nella cellula procariotica sono piccole, aiutano nella locomozione e aiutano anche a fungere da organo sensoriale che viene utilizzato per rilevare i cambiamenti di temperatura e ph. del circostante.
• Si dice in realtà che i flagelli siano circondati dall'area extra della membrana cellulare e quindi vengono anche rilevati per rilevare eventuali cambiamenti nel ph. o la temperatura pur essendo a stretto contatto con l'ambiente.

Funzione dei flagelli nelle cellule eucariotiche

• La funzione dei flagelli negli eucarioti si sforza di essere conservata e serve per l'uso del sistema di trasporto per le proteine, per servire la motilità e funziona anche come sensoriale.  
• I flagelli degli eucarioti come gli animali e le piante aiutano a fungere da scopo di motilità che aiuterà nel movimento e anche nella chemiotassi. I batteri hanno un solo flagello e possono anche averne molti e possono anche essere polari.
• Non ci sono solo flagelli ma anche ciglia che si estendono sulla superficie degli eucarioti. Sono comunemente associati alla locomozione e sono tecnicamente collegati con l'interno della cellula che è coperto dalla parte extra della membrana citoplasmatica.
• I flagelli del eucarioti a differenza di quelli che si trovano nei procarioti si trovano nella membrana citoplasmatica. Danno all'organismo la libertà di muoversi avanti e indietro con le rotazioni dei flagelli. Non si trovano in tutti gli eucarioti ma in alcuni. Mentre c'è un movimento in senso orario c'è una caduta e questo aiuta a ottenere il movimento dell'organismo cambiato.
• Sia i flagelli presenti negli eucarioti che i procarioti corrono in movimento essendo circolari nel movimento dei filamenti che aiutano a spingere la cellula oi fluidi all'interno della cellula a muoversi oltre la cellula. Il movimento può anche essere simile a una frusta oltre ad essere circolare.

Credito immagine - Cilia -wikipedia

La funzione dei flagelli nelle alghe

• Il flagello è un organello che aiuta la cellula a muoversi avanti e indietro. Inoltre, serve anche per gli organismi. In un ambiente acquoso, il meccanismo dei flagelli mostra anche la sua reazione allo stimolo chimico, meccanico, luminoso e gravitazionale della cellula. I flagelli nel complesso hanno la stessa funzione da svolgere in qualsiasi tipo di cellula, ma differiscono per alcuni aspetti.
• I flagelli sulle alghe aiutano anche a svolgere un ruolo vitale nella fissione sessuale delle specie oogame, anisogame e isogame delle alghe e principalmente delle specie di alghe verdi. Sono anche chiamati flagellati per avere flagelli simili a fruste. Può esserci una creazione di colpi di potere.
• C'è la presenza di adenosina trifosfato visto nelle alghe, la molecola di dineina viene quindi attivata e i flagelli a frusta si piegano mentre i bracci di dineina su un lato della dineina tendono ad attraversare il ponte e attivarli e aiutare a risalire il tubo.
• La specie di Chlamydomonas che ha il flagello ha un carattere che può essere convertito nell'organello sessuale al momento della gametogenesi. Mostrano un'adesione di specie specifica o una reazione di agglutinazione mentre si trovano tra le cellule per il tipo opposto di accoppiamento. Ciò accade a causa della presenza di una molecola chiamata agglutinazione che si vede sulla sua superficie.

La funzione dei flagelli nelle cellule

• Si dice che il flagello sia una struttura simile a un capello che è microscopica ed è coinvolta nel contribuire al movimento cellulare.
• La funzione di base dei flagelli è quella di aiutare le cellule o meglio qualsiasi tipo di cellula nel loro movimento. Eppure in alcuni di essi, il flagelli possono essere visti servire molti altri funzioni come parti sensoriali e altro ancora. La definizione dei tipi di flagelli dipende dal loro utilizzo nelle cellule.
• Ci sono due tipi di cellule sembra che siano gli eucarioti e quelli procarioti. Entrambe le cellule hanno flagelli mentre i procarioti tendono ad averne solo uno o più e ci sono solo pochi eucarioti che hanno flagelli. Esistono molti tipi di flagelli e non prendono il nome dalla struttura ma dai loro ruoli.
• Il flagello è per lo più classificato come una caratteristica del cellule dei procarioti come gli archaea e batteri. Insieme alle cellule procariotiche è anche legato al gruppo di protozoi che si vede anche nei gameti degli animali, nelle alghe, nei muschi, nelle muffe melmose e nei muschi.
• Il moto dei flagelli è la causa delle correnti d'acqua necessarie al processo di circolazione e respirazione delle spugne e dei celenterati. La maggior parte dei batteri considerati mobili sono causati dalla presenza di flagelli che aiutano nel movimento.
• Tuttavia, c'è una differenza tra il modello di struttura per i procarioti e gli eucarioti e quindi sono diversi. Il loro carattere è probabile che il movimento sia simile a una frusta. I flagelli assomigliano abbastanza a quelli del cilio nella struttura. Hanno nove paia di microtubuli, ognuno dei quali ha una proteina.

Credito immagine - Protozoo -wikipedia

La funzione dei flagelli nella cellula animale

• I flagelli devono essere definiti dal loro uso nei diversi tipi di cellule piuttosto che dalla loro struttura.
• La funzione dei flagelli nelle cellule degli animali è la stessa di quella dello scopo dei flagelli nelle cellule degli eucarioti. Aiutano nella locomozione che è la funzione più comune ed è quindi anche definita come parte dell'organello sensoriale.
• Gli animali' le cellule non hanno solo uno o più flagelli per la locomozione ma anche per le ciglia. In realtà sono appendici che si trovano in quasi tutti i microbi e gli animali, ma non nelle piante di livello superiore. Per tutti gli eucarioti che hanno una sola cellula, sono necessari sia i flagelli che le ciglia per il loro movimento.
• L'uso delle ciglia è quello di far sì che l'acqua continui a muoversi a una velocità relativa all'interno della cellula interessata dal regolare processo di movimento delle ciglia. Questo processo può dare fine all'acqua alla cellula che si muove attraverso l'acqua che riguarda principalmente le singole specie cellulari o la seconda può essere il contenuto dell'acqua in movimento attraverso la superficie cellulare.
• Il movimento dei flagelli per le cellule eucariotiche è in realtà basato sull'adenosina trifosfato per la loro energia mentre nelle cellule procariotiche si basano sull'energia derivata dalla forza motrice del protone procariotico o è definita come il gradiente ionico attraverso la membrana della cellula.
• La forma del flagello è elicoidale nei batteri procarioti e ha inclusione come il flagello proteico. La base del flagello, chiamata uncino, è visibile vicino alla superficie della cellula ed è collegata al corpo basale all'interno dell'involucro cellulare. Ottiene un movimento circolare e in senso orario.

Struttura Di Flagelli

Per comprendere la struttura dei flagelli e come funzionano nella locomozione, ti porterò in un viaggio microscopico di questo affascinante organello. Esploreremo i diversi componenti che compongono flagelli, tra cui il proteina flagellina che forma il filamento simile a un capello, il corpo basale e il motore che ne controlla la rotazione, e il polare e legato alla membrana natura del flagello. Attraverso questa esplorazione, otterremo informazioni sul complesso meccanismo che consente a molte cellule batteriche ed eucariotiche di muoversi.

Flagellina Proteina

La flagellina è la proteina responsabile della struttura e della funzione dei flagelli. Costituisce la struttura filamentosa dei flagelli batterici. Questa proteina interagisce con le proteine ​​associate all'uncino e le proteine ​​motrici, determinando la rotazione e la direzionalità dei flagelli. 

Ogni specie di batteri ha a sequenza amminoacidica unica, fornendo un antigene per il sistema immunitario dell'ospite. Targeting la proteina flagellina con farmaci o vaccini può aiutare a sviluppare strategie per il controllo delle infezioni batteriche.

Sebbene la struttura e la funzione di base della flagellina rimangano costanti, possono esserci variazioni tra diversi ceppi o singole cellule all'interno di una popolazione. Questa variazione porta a una diversità di risposte a segnali o sollecitazioni ambientali.

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Corpo basale e motore alla base

I flagelli hanno componenti cruciali alla base che consentono il movimento. 

• La rotta L'assosoma è una struttura specializzata che funge da piattaforma per la crescita flagellare. 
• Il corpo basale e l'apparato motorio attaccarsi direttamente alla base, inducendo un movimento ondulatorio e spingendo il flagello in avanti.
• Il corpo basale svolge anche un ruolo chiave nel determinare la polarità cellulare durante la divisione ed è un fattore importante nella generazione del flusso di fluidi in organi come i polmoni, il cervello e il sistema riproduttivo. 
• Il corpo basale può rilevare i difetti ciliari/flagellari nei disordini genetici umani noti come ciliopatie. 
• Questi possono presentarsi come rinfezioni respiratorie, problemi renali o problemi neurologici, quindi la diagnosi precoce è essenziale per il trattamento.

Questi flagelli hanno una struttura polare legata a una membrana e di sicuro sanno come stare con i piedi per terra!

Polare e legato alla membrana

I flagelli hanno due strutture - polari e legate alla membrana - che svolgono un ruolo essenziale nel movimento batterico.

Structure	Descrizione
Polare	Un corpo basale che si collega all'involucro cellulare e ruota lungo il proprio asse.
Legato alla membrana	Attaccato alla membrana citoplasmatica tramite proteine ​​motrici e ruota attorno alla sua forma a cavatappi.

La struttura polare si trova alle estremità dei batteri, mentre la struttura legata alla membrana ruota. Sorprendentemente, il loro moto può produrre spinte fino a 0.1 piconewton, favorire la propulsione batterica. 

Quindi, preparati a volteggiare con questi flagelli, poiché sono più di un semplice saluto! (fonte: Giornale Biofisico)

Tipi di flagelli

Per parlare più dettagliatamente dei tipi di flagelli, vorrei iniziare dicendo che i flagelli sono organelli simili a peli utilizzati per la locomozione e l'adesione. Esistono diversi tipi di flagelli, incluso flagelli monotrichi, flagelli peritrichi, formazione di flagelli al di fuori della cellula e diversi flagelli contemporaneamente. Queste sottosezioni ci daranno un'idea dei vari modi in cui i flagelli funzionano e della loro importanza per i diversi organismi.

Flagelli monotrichi

Monotrichous Flagella è un tipo di flagello con a singola appendice a forma di frusta situata all'estremità del corpo di un batterio. Aiuta i batteri a muoversi e a percepire il suo ambiente. La forma, le dimensioni e il materiale di questi flagelli variano. Tuttavia, aiutano tutti i batteri a nuotare e girare. La rotazione del flagello lo spinge in avanti. 

I batteri possono facilmente cambiare direzione invertendo il modello di rotazione. Il numero di flagelli monotrichi per specie di batteri varia. Alcuni possono averne solo uno, mentre altri possono averne diversi distribuiti uniformemente attorno al corpo.

I ricercatori hanno suggerito di rivestire i bordi dei flagelli monotrichi con nanoparticelle. Ciò aumenta la mobilità dei batteri riducendo la viscosità e la resistenza. Questa tecnica ha mostrato ottimi risultati anche per le applicazioni mediche, in quanto consente una migliore penetrazione nei tessuti rispetto agli antibiotici convenzionali.

Flagelli peritrichi

I flagelli peritrichi sono sporgenze simili a capelli fatte di fibre filiformi. Specie diverse possono avere vari tipi di filamenti di varie forme e dimensioni, dalle spirali ai filamenti elicoidali. Sono presenti in diverse specie di batteri.

Una tabella può aiutare a evidenziare alcune caratteristiche chiave:

Categoria	Esempi	Forma/Forma
Spirale	Escherichia coli	Elica con spire multiple
Rigido/elicoidale	Lactobacillus acidophilus	Classici movimenti di flessione
Endoflagelli	Sifilide	Morfologie contorte

I flagelli peritrichi hanno spesso movimenti unici. Per esempio, Il Lactobacillus acidophilus usa i suoi filamenti rigidi/elicoidali per navigare attraverso lo strato di muco dell'intestino umano.

Gli scienziati credono alcuni i microbi presenti nell'acqua usano i loro flagelli peritrichi come un sistema di "rilevamento". rilevare ed evitare parassiti o predatori. Studi su Cianogranisomicrus (Cyano) mostrano che hanno sviluppato peli lunghi e sensibili sulla punta per percepire i cambiamenti e schivare meglio le fonti di pericolo.

Flagelli formazione al di fuori della cella

Il processo di formazione dei flagelli all'esterno della cellula è complesso. Varie sottounità si coordinano tra loro per creare l'appendice in modo ordinato. Diamo un'occhiata più da vicino alle fasi della formazione dei flagelli al di fuori della cellula, come si vede nella Tabella

Stage	Descrizione
I	Forma MS-ring e C-ring
II	I bastoncini e le proteine ​​associate all'uncino si assemblano
III	Assemblaggio del filamento
IV	Esportazione di flagellina completata per l'autoassemblaggio

Per esempio, Salmonella enterica sierotipo Typhimurium ha Geni 40 che codificano i componenti necessari per la biogenesi flagellare.

Per massimizzare l'efficienza del processo, è necessario seguire alcuni suggerimenti. 

1. Regolazione della trascrizione genica è essenziale per produrre abbastanza subunità per i flagelli. 
2. Le concentrazioni di nutrienti devono essere ottimizzate per una corretta sintesi flagellare. 
3. Infine, inducendo una risposta allo stress extracellulare con fattori negativi come il blu di metilene può stimolare la biosintesi di esopolisaccaridi e favorire la formazione di flagelli all'esterno della cellula.

Aderendo a queste linee guida, possiamo aumentare la resa dei flagellari e comprendere meglio le funzioni biologiche di questa affascinante appendice per diversi tipi di batteri. Chi ha detto che il multitasking è impossibile? Questi batteri sventolano più bandiere con i loro flagelli!

Diversi flagelli contemporaneamente

• Flagelli multipli sono una caratteristica comune a vari microrganismi. Questi flagelli sono in grado di aiutare gli organismi con la mobilità e le funzioni cellulari.
• Ogni disposizione flagellare è diversa e corrisponde a a direzione di nuoto dell'organismo specifico. Questo influenza il modo in cui si muovono nel loro ambiente. 
• I flagelli multipli possono anche influenzare il movimento dell'organismo interagendo con le molecole d'acqua intorno a loro.
• Inoltre, flagelli multipli possono aiutare alcuni batteri a eludere le difese naturali del nostro corpo. 
• Un esempio di questo è Helicobacter pylori, che ha da quattro a sei flagelli inguainati attorno a un filamento assiale centrale. Ciò gli consente di causare malattie nel rivestimento dello stomaco.

Complessivamente, la flagelli multipli aiutano i microrganismi a sopravvivere in ambienti ostili e consentono loro di eseguire un intricato dinamismo del flusso per importanti funzioni biologiche. Aiutano anche nell'adesione cellulare.

Ruolo dei flagelli nell'adesione cellulare

Per comprendere il ruolo dei flagelli nell'adesione cellulare, diamo un'occhiata più da vicino ad alcune sottosezioni che possono fornire una soluzione. In primo luogo, abbiamo la funzione adesiva delle ciglia e dei flagelli eucariotici. Andando avanti, l'adesione flagellare batterica è un altro modo in cui i flagelli svolgono un ruolo importante. Adesione ridotta con un flagello è anche una sottosezione significativa. Da ultimo, il ruolo della formazione del biofilm è una sottosezione significativa che può aiutarci a comprendere il ruolo dei flagelli nell'adesione cellulare.

Funzione adesiva di ciglia e flagelli eucarioti

Cilia e flagelli eucarioti hanno un ruolo cruciale nell'adesione cellulare. 

• Aiutano ad attaccare le cellule alle superfici e ad altre cellule per vari processi. Questo è importante per lo sviluppo embrionale, la guarigione delle ferite e la migrazione cellulare. 
• Plus, il movimento dei flagelli aiuta le cellule a nuotare verso i nutrienti o lontano dalle tossine.
• Le ciglia olfattive percepiscono l'odore negli animali legando le molecole odorose. 
• Ciglia mobili sull'epitelio respiratorio proteggere dagli agenti patogeni spostando il muco per la rimozione. 
• Flagelli aiuta gli spermatozoi muoversi per la fecondazione.
• Ciglia/flagelli disfunzionali o assenti può causare gravi disturbi come PCD o Sindrome di Kartagener. Questi causano infezioni respiratorie croniche e infertilità. 

Conoscere i difetti genetici aiuta a diagnosticare e curare questi disturbi!

Adesione flagellare batterica

L'adesione flagellare batterica è il modo in cui le cellule batteriche usa i loro flagelli per aderire alle superfici. I flagelli sono sottili, strutture simili a fruste che crescono dalla superficie di una cellula e la aiutano a muoversi. Aiutano anche i batteri ad attaccarsi saldamente ai tessuti ospiti o ad altre superfici.

L'adesione è importante per i batteri sopravvivenza e patogenicità. Li aiuta colonizzare e infettare i tessuti dell'ospite ed eludere il sistema immunitario. Funziona riconoscendo e legandosi a recettori specifici sulla superficie delle cellule ospiti o altri substrati.

Alcuni batteri hanno più tipi di flagelli, ciascuno con un ruolo diverso nell'attaccamento e nella motilità. Per esempio, Pseudomonas aeruginosa ha due tipi di flagelli per nuotare attraverso ambienti liquidi e aderire ancora meglio alle superfici.

Secondo Frontiers in Microbiology, alcuni batteri possono persino modificare le proprietà delle loro proteine ​​​​del flagello a seconda delle condizioni. Ciò consente loro di passare da un meccanismo di attaccamento all'altro.

Sembra che avere un solo flagello sia l'equivalente cellulare di dimenticare il proprio gregario a una festa!

Adesione ridotta con un flagello

Gli studi mostrano un singolo flagello sulla superficie di una cellula porta a una ridotta adesione con altre cellule. Una mancanza di flagelli può influenzare molti processi, in particolare l'attaccamento alle superfici o ad altre cellule. I batteri si sono evoluti per controllare i numeri flagellari per regolare le interazioni tra di loro.

La riduzione del numero di flagelli non arresta completamente l'adesione e crea invece aggregati diversi dai normali ceppi batterici mobili. Questo mostra un connessione tra fattori adesivi batterici e macchinari di movimento attivi su superfici batteriche. Comprendere come questi meccanismi guidano l'adesione mentre gestiscono la motilità è un'area di ricerca in corso.

Lo ha scoperto uno studio pubblicato su Nature Communications Ceppi di E. coli con flagelli aveva diminuito il legame e aumentato i tassi di distacco rispetto alle controparti non flagellate durante l'interazione con diversi substrati. Ciò indica che i cambiamenti nel comportamento batterico dovuti a diversi livelli di espressione dell'appendice possono causare cambiamenti nei comportamenti intercellulari.

Sembra che la formazione di biofilm non sia una festa, a meno che tu non pensi che attaccarsi alle superfici come un ex appiccicoso sia un buon momento!

Ruolo nella formazione del biofilm

I flagelli sono un fattore critico nella formazione del biofilm. Queste sottili strutture proteiche promuovono l'adesione cellulare e l'attaccamento alle superfici e sono importanti per la motilità e la coesione cellulare. I flagelli possono interagire con le molecole sulle superfici circostanti, come extracellulari sostanze polimeriche (EPS), favorendo la colonizzazione e aumentando la resistenza agli antibiotici.

Gli studi hanno trovato quello le cellule batteriche senza flagelli avevano ridotto la crescita del biofilm. La flessibilità dei flagelli consente inoltre ai batteri di colonizzare aree difficili da raggiungere, rendendole difficili da rimuovere.

Diversi tipi di batteri esprimono diverse variazioni strutturali del flagello, che possono essere adattate a diverse condizioni ambientali. Per esempio, i batteri marini possono avere flagelli più lunghi delle specie terrestri, rendendoli più adatti alle superfici più bagnate.

Comprendere le implicazioni dei ceppi carenti di flagello è fondamentale per controllo delle malattie infettive. La ricerca su questo organello potrebbe portare a nuove strategie antimicrobiche contro i biofilm persistenti e ridurre la necessità di antibiotici.

Regolazione della rotazione flagellare

Per regolare la rotazione del tuo flagello, ci sono diversi meccanismi in gioco. Comprendere la direzione, le proteine ​​e i sistemi di secrezione coinvolti nella rotazione flagellare può aiutarti a capire come le tue cellule possono utilizzare i flagelli per la motilità e l'adesione.

• Comprensione del ruolo dei flagelli e il modo in cui spinge i batteri in una certa direzione è fondamentale. 
• All'interno della tua membrana citoplasmatica, tLe proteine ​​Mota e MotB svolgono un ruolo fondamentale nel far funzionare correttamente i flagelli. 
• Infine, la regolazione del movimento flagellare può anche essere controllato attraverso un sistema di secrezione di tipo III. 

La direzione di rotazione

In alcuni batteri, un meccanismo simile a un interruttore codificato nel genoma controlla la posizione relativa di due complessi proteici all'interno del motore flagellare. Non tutti i batteri usano questo metodo. Alcuni hanno direzioni di rotazione fisse. Altri modificano il loro comportamento di svolta in base ai segnali ambientali.

Vibrio colera può aumentare la sua velocità di nuoto attraverso gli strati di muco alterando la sua velocità di rotazione flagellare. Questo lo aiuta a sopravvivere e colonizzare diverse aree del sistema digestivo.

Magnetospirillo magnetico è un altro esempio. I ricercatori che lo studiano hanno trovato un meccanismo in cui due anelli motori agiscono come ingranaggi opposti, producendo rotazioni in senso orario o antiorario a seconda del loro orientamento all'interno delle cellule.

Le proteine ​​Mota e MotB controllano anche la rotazione. Un partner controlla la rotazione mentre l'altro va avanti per la corsa. Incredibile!

Proteine ​​MotA e MotB

Due proteine, MotA e MotB, sono fondamentali per il controllo della rotazione flagellare. MotA blocca il motore alla membrana cellulare, mentre MotB interagisce con il rotore alla base del flagello, permettendogli di ruotare.

MotA si lega in particolare alla proteina FliG e crea un complesso con altri, come Proteine ​​MotB e CheAW. Questa sofisticata unione determina una trasmissione di forza senza soluzione di continuità attraverso i complessi.

È essenziale riconoscere il ruolo di MotA e MotB nel garantire una corretta azione flagellare. Se queste proteine ​​mancassero, i batteri farebbero fatica con il movimento e la comunicazione intercellulare. I ricercatori, quindi, rimangono impegnati a scoprire di più sui meccanismi di regolazione della motilità.

Regolazione del flagellare attraverso i sistemi di secrezione di tipo III

I sistemi di secrezione di tipo III sono fondamentali per regolare la rotazione flagellare. Vediamo come funziona:

step	Descrizione
Passo 1	Appropriati stimoli ambientali innescano l'espressione genica.
Passo 2	Il corpo basale è assemblato insieme alle strutture di aste e ganci.
Passo 3	Il gancio ruota prima che il filamento sia attaccato alla punta.
Passo 4	L'assemblaggio del filamento segue dopo che il gancio è stato ruotato nella membrana.
Passo 5	Il legame ATP crea coppia, alimentando il movimento flagellare.

• Molteplici proteine ​​regolatrici rilevano i cambiamenti nei segnali ambientali. Quindi, cambiano i livelli di espressione genica. 
• È straordinario che i batteri si sono evoluti in molti modi per controllare la rotazione flagellare, basato su percorsi di trasduzione del segnale, che coinvolgono attivatori o repressori trascrizionali.
• Inoltre i batteri costruiranno nuovi rotori quando richiesto dal loro ambiente o segnali regolatori di altre cellule. 

Sorprendentemente, flagelli può persino "scorrere verso sinistra e verso destra" sulle app di appuntamenti!

Altre funzioni di flagelli

Per comprendere gli altri ruoli dei flagelli oltre alla locomozione, lascia che ti guidi attraverso questa sezione su "Altre funzioni dei flagelli". Discuterò 'Utilizzo di flagelli come organelli secretori", "Funzione pili di tipo IV con flagelli" e "Secrezione attraverso la membrana" brevemente. Continua a leggere per saperne di più sui vari usi dei flagelli.

Usando Flagelli come organello secretorio

I flagelli non sono noti solo per il movimento cellulare, ma possono anche agire come organelli secretori. Si trovano in batteri, archaea ed eucarioti, e sono usati per trasmettere proteine ​​come Fattori di virulenza, tossine ed enzimi.

Per esempio, 

• Salmonella Typhimurium usa il suo flagello per trasmettere fattori di virulenza e tossine durante l'infezione. 
• In archea, flagelli si sono evoluti per fornire proteine. 
• Nei funghi e nelle piante, si ritiene che flagelli aiutano nel rimodellamento della parete cellulare.

Per aumentare l'efficienza della trasmissione flagellare, gli scienziati possono regolare la lunghezza del gancio o modificare alcuni amminoacidi. La comprensione di questo processo può portare a importanti progressi nella biotecnologia e nella medicina.

Funzione dei peli di tipo IV con flagelli

I pili di tipo IV sono filamenti che si trovano sulla superficie di molti organismi procarioti. Aiutano le cellule ad aderire alle superfici. Il flagello è un'appendice simile a una frusta che aiuta le cellule a muoversi nell'acqua. Sia i pili di tipo IV che i flagelli hanno ruoli importanti nei processi cellulari.

Ecco una tabella delle loro funzioni:

Funzione	Descrizione
Aderenza	I pili di tipo IV hanno un legame forte, mentre i flagelli hanno un legame debole.
Coniugazione	I pili di tipo IV sono usati per la coniugazione batterica, ma i flagelli no.
Trazione	Flagelli può attrarre l'ambiente con filamenti a spirale.
Rilevazione del segnale	Flagelli ha recettori che rilevano i cambiamenti chimici.

Conoscere le funzioni di entrambi I pili e i flagelli di tipo IV possono aiutarti a individuare quali strutture sono coinvolte in specifici processi cellulari. Perché preoccuparsi della privacy quando puoi secernere tutti i tuoi segreti attraverso la membrana?

Secrezione attraverso la membrana

I flagelli sono vitali per la secrezione cellulare. Aiutano a spostare le molecole attraverso la membrana cellulare. Come minuscoli pori o canali ionici, i flagelli agiscono come percorsi o pompe, trasportando sostanze dentro e fuori dalla cella. Per mantenere l'equilibrio cellulare, questo processo deve essere controllato con precisione.

Flagelli hanno un altro scopo; percependo l'ambiente. Il loro complesso proteico motore è in grado di rilevare i cambiamenti di pH, temperatura e intensità della luce e li rende ottimi collegamento di comunicazione tra la cellula e l'ambiente circostante.

Alcuni batteri usano persino sistemi di secrezione di tipo III simili a flagelli per trasportare le tossine direttamente nelle cellule dell'ospite. Ciò consente ai patogeni di superare le barriere fisiche come le membrane cellulari.

Secoli fa, Antonie van Leeuwenhoek scoprì e descrisse i flagelli mentre osservava i batteri al microscopio. Ora sappiamo che questi organelli sono fondamentali per la sopravvivenza e lo sviluppo dell'organismo, dalla virulenza batterica alla motilità degli spermatozoi negli organismi superiori.

Domande frequenti

Cosa sono i flagelli?

A: I flagelli sono appendici simili a fruste che sporgono dalla superficie cellulare e sono utilizzate per la motilità batterica.

Qual è la differenza tra ciglia e flagelli?

A: Ciglia e flagelli sono simili nella struttura e nella funzione, ma le ciglia sono più corte e più numerose dei flagelli.

Cosa sono i flagelli batterici?

R: I flagelli batterici sono strutture lunghe simili a peli che sporgono dalla superficie di alcuni tipi di batteri e sono utilizzate per la locomozione.

Cosa sono i flagelli arcaici?

A: I flagelli arcaici sono simili nella struttura ai flagelli batterici, ma sono alimentati da un diverso tipo di proteina motrice e vengono utilizzati per scopi diversi.

Quali sono i principali componenti strutturali dei flagelli batterici?

R: I flagelli batterici sono composti da una proteina chiamata flagellina, che forma un filamento elicoidale che si estende dalla superficie cellulare. Il flagello è principalmente ancorato ad un motore alla sua base, che si trova all'interno della membrana citoplasmatica.

In che modo i flagelli spingono una cellula?

A: I flagelli funzionano ruotando con un movimento simile a un'elica, che spinge la cellula in avanti. Questo movimento è alimentato da un motore situato alla base del flagello.

Come vengono usati i flagelli nella vita batterica?

R: I flagelli vengono utilizzati dai batteri per una varietà di scopi, tra cui la motilità, l'adesione e la formazione di biofilm. Sono anche usati come organelli secretori per traslocare le proteine ​​all'esterno della cellula.

Qual è la posizione dei flagelli nei batteri gram-negativi?

A: Nei batteri gram-negativi, i flagelli si trovano all'interno dello spazio periplasmatico tra le membrane interna ed esterna e sono attaccati allo strato peptidoglicano della parete cellulare.

In che modo le flageline di diversi batteri sono correlate?

R: Le flageline di diversi batteri possono essere simili nella sequenza e nella struttura, ma spesso sono uniche per una specifica specie o ceppo batterico.

Qual è la dimensione dei flagelli procarioti?

A: I flagelli procarioti hanno tipicamente un diametro di circa 10 nm e una lunghezza di diversi micrometri.

I flagelli possono causare infezioni del tratto urinario?

R: Sì, i batteri flagellati come Escherichia coli possono causare infezioni del tratto urinario utilizzando i loro flagelli per risalire l'uretra e raggiungere la vescica.

Conclusione

I flagelli sono fondamentali per la locomozione e l'adesione delle cellule. Sono come peli situati intorno o sopra la cellula, utilizzati sia dalle cellule procariotiche che da quelle eucariotiche per il movimento. I flagelli batterici sono costituiti da flagellina e un corpo basale, mentre i flagelli eucariotici sono costituiti da tubulina. La direzione di rotazione è gestita dalle proteine ​​Mota e MotB che si trovano all'interno della membrana citoplasmatica. I flagelli peritrichi si diffondono sulla superficie della cellula, mentre i batteri monotrichi hanno un solo flagello polare. I flagelli possono anche essere usati per la secrezione, come i sistemi di secrezione di tipo III, usandoli come organelli secretori sotto la membrana cellulare. I flagelli hanno anche un ruolo fondamentale nella formazione e nell'adesione del biofilm. Inoltre, diversi ceppi o specie di batteri producono diversi tipi di flagellina. Al contrario, i flagelli arcaici sembrano strutture batteriche di pili o fimbrie ma agiscono allo stesso modo dei flagelli batterici.