Os cílios e flagelos são dois tipos diferentes de apêndices microscópicos nas células. Os cílios são encontrados em animais e microrganismos, mas não na maioria das plantas. Os flagelos são utilizados para a mobilidade de bactérias e também de gametas de eucariotos. Os cílios e flagelos desempenham funções de locomoção, mas de maneiras diferentes. Ambos contam com dineína, que é uma proteína motora, e microtúbulos para funcionar.
TL; DR (muito longo; não leu)
Os cílios e flagelos são organelos nas células que fornecem propulsão , dispositivos sensoriais, mecanismos de eliminação e inúmeras outras funções importantes nos organismos vivos.
O que são os cílios?
Os cílios foram os primeiros organelos descobertos por Antonie van Leeuwenhoek no final do século XVII. Ele observou cílios móveis (“em movimento”), “perninhas”, que ele descreveu como residindo em “animais” (provavelmente protozoários). Cílios não móveis foram observados muito mais tarde com melhores microscópios. A maioria dos cílios existe em animais, em quase todos os tipos de células, conservadas em muitas espécies em evolução. No entanto, alguns cílios podem ser encontrados em plantas na forma de gametas. Os cílios são feitos de microtúbulos em um arranjo chamado axonema ciliar, que é coberto pela membrana plasmática. O corpo celular produz proteínas ciliares e as move para a ponta do axonema; esse processo é chamado de transporte intraciliar ou intraflagelar (IFT). Atualmente, os cientistas pensam que aproximadamente 10% do genoma humano é dedicado aos cílios e sua gênese.
Os cílios variam de 1 a 10 micrômetros de comprimento. Essas organelas anexas, semelhantes a cabelos, trabalham para mover as células e também para mover os materiais. Eles podem mover fluidos para espécies aquáticas, como amêijoas, para permitir o transporte de alimentos e oxigênio. Os cílios ajudam na respiração dos pulmões dos animais, impedindo que detritos e possíveis patógenos invadam o corpo. Os cílios são mais curtos que os flagelos e concentram-se em números muito maiores. Eles tendem a se mover em um golpe rápido quase ao mesmo tempo em um grupo, constituindo um efeito de onda. Os cílios também podem ajudar na locomoção de alguns tipos de protozoários. Existem dois tipos de cílios: cílios móveis (móveis) e não móveis (ou primários), e ambos funcionam através de sistemas IFT. Os cílios móveis residem nas passagens e pulmões das vias aéreas, bem como no interior do ouvido. Cílios não-móveis residem em muitos órgãos.
O que são flagelos?
flagelos são apêndices que ajudam a mover as bactérias e os gametas dos eucariotos, além de alguns protozoários. Os flagelos tendem a ser singulares, como uma cauda. Eles geralmente são mais longos que cílios. Nos procariontes, os flagelos funcionam como pequenos motores com rotação. Nos eucariotos, eles fazem movimentos mais suaves.
Funções dos cílios
Os pilos desempenham papéis no ciclo celular, bem como no desenvolvimento animal, como no coração. Cílios seletivamente permitem que certas proteínas funcionem corretamente. Os cílios também desempenham um papel de comunicação celular e tráfico molecular.
Os cílios móveis possuem um arranjo 9 + 2 de nove pares de microtúbulos externos, juntamente com um centro de dois microtúbulos. Os cílios móveis usam sua ondulação rítmica para varrer as substâncias, como na remoção de sujeira, poeira, microrganismos e muco, para prevenir doenças. É por isso que eles existem nos revestimentos das passagens respiratórias. Os cílios móveis podem detectar e mover fluido extracelular.
Os cílios não móveis ou primários não se ajustam à mesma estrutura que os cílios móveis. Eles são organizados como microtúbulos de apêndice individuais sem a estrutura central do microtúbulo. Eles não possuem armas de dineína, daí a sua não motilidade geral. Por muitos anos, os cientistas não se concentraram nesses cílios primários e, portanto, sabiam pouco de suas funções. Cílios não móveis servem como aparato sensorial para as células, detectando sinais. Eles desempenham papéis cruciais nos neurônios sensoriais. Cílios não móveis podem ser encontrados nos rins para detectar o fluxo de urina, bem como nos olhos dos fotorreceptores da retina. Nos fotorreceptores, eles funcionam para transportar proteínas vitais do segmento interno do fotorreceptor para o segmento externo; sem essa função, os fotorreceptores morreriam. Quando os cílios detectam um fluxo de fluido, isso leva a alterações no crescimento celular.
Os cílios fornecem mais do que apenas funções de depuração e sensoriais. Eles também fornecem habitats ou áreas de recrutamento para microbiomas simbióticos em animais. Em animais aquáticos como as lulas, esses tecidos epiteliais do muco podem ser observados mais diretamente, pois são comuns e não são superfícies internas. Existem dois tipos diferentes de populações de cílios nos tecidos hospedeiros: um com cílios longos que acena ao longo de pequenas partículas como bactérias, mas exclui as maiores, e cílios com batimentos mais curtos que misturam fluidos ambientais. Esses cílios trabalham para recrutar simbiontes de microbiomas. Eles trabalham em zonas que transferem bactérias e outras partículas minúsculas para zonas protegidas, enquanto também misturam fluidos e facilitam sinais químicos para que as bactérias possam colonizar a região desejada. Portanto, os cílios trabalham para filtrar, limpar, localizar, selecionar e agregar bactérias e controlar a adesão para superfícies ciliadas. Os cílios também foram descobertos como participantes da secreção vesicular dos ectossomos. Pesquisas mais recentes revelam interações entre os cílios e as vias celulares que podem fornecer informações sobre a comunicação celular e doenças.
Funções dos flagelos
Os flagelos podem ser encontrados em procariontes e eucariontes. Eles são organelos de filamentos longos feitos de várias proteínas que atingem até 20 micrômetros de comprimento da superfície das bactérias. Normalmente, os flagelos são mais longos que os cílios e fornecem movimento e propulsão. Motores de filamentos de flagelos bacterianos podem girar tão rápido quanto 15.000 rotações por minuto (rpm). A capacidade de natação dos flagelos ajuda em sua função, seja na busca de alimentos e nutrientes, na reprodução ou na invasão de hospedeiros.
Em procariontes como bactérias, os flagelos servem como mecanismos de propulsão; eles são a principal maneira de as bactérias nadarem através de fluidos. Um flagelo nas bactérias possui um motor de íons para torque, um gancho que transmite o torque do motor e um filamento ou uma estrutura longa, semelhante a uma cauda, que impulsiona a bactéria. O motor pode girar e afetar o comportamento do filamento, alterando a direção da viagem da bactéria. Se o flagelo se move no sentido horário, forma uma super bobina; vários flagelos podem formar um feixe e ajudam a impulsionar uma bactéria em um caminho reto. Quando girado no sentido oposto, o filamento produz uma super bobina mais curta e o feixe de flagelos é desmontado, causando queda. Devido à falta de alta resolução para experimentos, os cientistas usam simulações em computador para prever o movimento flagelar.
A quantidade de atrito em um fluido afeta a maneira como o filamento se enrola. As bactérias podem hospedar vários flagelos, como Escherichia coli. Os flagelos permitem que as bactérias nadem em uma direção e depois vire conforme necessário. Isso funciona através dos flagelos helicoidais rotativos, que usam vários métodos, incluindo ciclos de empurrar e puxar. Outro método de movimento é alcançado envolvendo o corpo da célula em um feixe. Dessa maneira, os flagelos também podem ajudar a reverter o movimento. Quando as bactérias encontram espaços desafiadores, elas podem mudar de posição, permitindo que seus flagelos reconfigurem ou desmontem seus feixes. Essa transição polimórfica de estado permite velocidades diferentes, com os estados push e pull sendo normalmente mais rápidos que os estados encapsulados. Isso ajuda em diferentes ambientes; por exemplo, o feixe helicoidal pode mover uma bactéria através de áreas viscosas com um efeito de saca-rolhas. Isso ajuda na exploração bacteriana. Os flagelos fornecem movimento para bactérias, mas também fornecem um mecanismo para bactérias patogênicas para ajudar na colonização de hospedeiros e, portanto, na transmissão de doenças. Os flagelos usam um método de torcer e colar para ancorar bactérias nas superfícies. Os flagelos também funcionam como pontes ou andaimes para adesão ao tecido hospedeiro. Os flagelos eucarióticos divergem dos procariontes na composição. Os flagelos nos eucariotos contêm muito mais proteínas e têm alguma semelhança com os cílios móveis, com os mesmos padrões gerais de movimento e controle. Os flagelos são usados não apenas para o movimento, mas também para auxiliar na alimentação celular e na reprodução eucariótica. Os flagelos usam transporte intraflagelar, que é o transporte de um complexo de proteínas necessárias para as moléculas de sinalização que dão mobilidade aos flagelos. Os flagelos existem em organismos microscópicos, como os protozoários Mastigophora, ou podem existir dentro de animais maiores. Vários parasitas microscópicos também possuem flagelos, auxiliando sua viagem através de um organismo hospedeiro. Os flagelos desses parasitas protistas também carregam uma haste paraflagelar ou PFR, que ajuda na ligação a vetores como insetos. Alguns outros exemplos de flagelos em eucariotos incluem as caudas de gametas como esperma. Flagelos também podem ser encontrados em esponjas e outras espécies aquáticas; os flagelos nessas criaturas ajudam a mover a água para a respiração. Os flagelos eucarióticos também servem quase como minúsculas antenas ou organelas sensoriais. Só agora os cientistas estão começando a entender a amplitude da função dos flagelos eucarióticos.
Doenças relacionadas aos cílios
Descobertas científicas recentes descobriram que mutações ou outros defeitos relacionados aos cílios causam várias doenças. Essas condições são conhecidas como ciliopatias. Eles afetam profundamente os indivíduos que sofrem com eles. Algumas ciliopatias incluem comprometimento cognitivo, degeneração da retina, perda auditiva, anosmia (perda do olfato), anormalidades craniofaciais, anormalidades pulmonares e das vias aéreas, assimetria esquerda-direita e defeitos cardíacos relacionados, cistos pancreáticos, doença hepática, infertilidade, polidactilia e anormalidades renais como cistos, entre outros. Além disso, alguns cânceres têm uma conexão com ciliopatias.
Alguns distúrbios renais relacionados à disfunção dos cílios incluem nefronofitese e doença renal policística autossômica dominante e autossômica recessiva. Os cílios defeituosos não podem interromper a divisão celular devido à falta de detecção do fluxo de urina, levando ao desenvolvimento de cistos.
Na síndrome de Kartagener, a disfunção do braço dineína leva a uma limpeza ineficaz do trato respiratório de bactérias e outras substâncias. Isso pode levar a infecções respiratórias repetidas.
Na síndrome de Bardet-Biedl, a malformação dos cílios leva a problemas como degeneração da retina, polidactilia, distúrbios cerebrais e obesidade.
Doenças não hereditárias podem resultar de danos aos cílios, como resíduos de cigarro. Isso pode levar a bronquite e outros problemas.
Os patógenos também podem comandar o estímulo simbiótico normal das bactérias pelos cílios, como nas espécies de Bordetella, que fazem com que o batimento dos cílios diminua e, portanto, permite que o patógeno se ligue a um substrato e levar à infecção das vias aéreas humanas.
Doenças relacionadas aos flagelos
Diversas infecções bacterianas estão relacionadas à função dos flagelos. Exemplos de bactérias patogênicas incluem Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa e Campylobacter jejuni. Várias interações ocorrem que levam as bactérias a invadir os tecidos hospedeiros. Os flagelos agem como sondas de ligação, buscando a compra no substrato hospedeiro. Algumas fitobactérias usam seus flagelos para aderir aos tecidos vegetais. Isso leva a que frutas e vegetais se tornem hospedeiros secundários de bactérias que infectam seres humanos e animais. Um exemplo é Listeria monocytogenes e, é claro, E. coli e Salmonella são agentes infames de doenças transmitidas por alimentos.
Helicobacter pylori usa seu flagelo para nadar através do muco e invadir o revestimento do estômago, evitando o ácido protetor do estômago. Os revestimentos mucosos funcionam como uma defesa imunológica para prender essa invasão ao ligar flagelos, mas algumas bactérias encontram várias maneiras de escapar ao reconhecimento e captura. Os filamentos dos flagelos podem se degradar para que o hospedeiro não os reconheça, ou sua expressão e motilidade possam ser desativadas.
A síndrome de Kartagener também afeta os flagelos. Essa síndrome interrompe os braços de dineína entre os microtúbulos. O resultado é a infertilidade devido às células espermáticas que não possuem a propulsão necessária dos flagelos para nadar e fertilizar óvulos.
À medida que os cientistas aprendem mais sobre cílios e flagelos e elucidam ainda mais seus papéis nos organismos, novas abordagens para tratar doenças e fazer medicamentos deve seguir.
