Los cilios y los flagelos son dos tipos diferentes de apéndices microscópicos en las células. Los cilios se encuentran tanto en animales como en microorganismos, pero no en la mayoría de las plantas. Los flagelos se usan para la movilidad en bacterias, así como en gametos de eucariotas. Tanto los cilios como los flagelos cumplen funciones de locomoción, pero de diferentes maneras. Ambos dependen de la dineína, que es una proteína motora, y de los microtúbulos para funcionar.
TL; DR (demasiado largo; no se leyó)
Los cilios y los flagelos son orgánulos en las células que proporcionan propulsión , dispositivos sensoriales, mecanismos de depuración y muchas otras funciones importantes en los organismos vivos.
¿Qué son los cilios?
Los cilios fueron los primeros orgánulos descubiertos por Antonie van Leeuwenhoek a fines del siglo XVII. Observó cilios móviles (en movimiento), “patitas”, que describió como residentes en “animalcules” (probablemente protozoos). Los cilios no móviles se observaron mucho más tarde con mejores microscopios. La mayoría de los cilios existen en animales, en casi todos los tipos de células, conservados en muchas especies en evolución. Sin embargo, algunos cilios se pueden encontrar en las plantas en forma de gametos. Los cilios están hechos de microtúbulos en una disposición llamada axonema ciliar, que está cubierta por la membrana plasmática. El cuerpo celular produce proteínas ciliares y las mueve a la punta del axonema; Este proceso se llama transporte intraciliar o intraflagellar (IFT). Actualmente, los científicos creen que aproximadamente el 10 por ciento del genoma humano está dedicado a los cilios y su génesis.
Los cilios varían de 1 a 10 micrómetros de largo. Estos organelos de apéndice similares a pelos trabajan para mover células y también para mover materiales. Pueden mover fluidos para especies acuáticas como las almejas, para permitir el transporte de alimentos y oxígeno. Los cilios ayudan con la respiración en los pulmones de los animales al evitar que los desechos y los posibles patógenos invadan el cuerpo. Los cilios son más cortos que los flagelos y se concentran en cantidades mucho mayores. Tienden a moverse en un golpe rápido casi al mismo tiempo en un grupo, lo que constituye un efecto de onda. Los cilios también pueden ayudar en la locomoción de algunos tipos de protozoos. Existen dos tipos de cilios: cilios móviles (móviles) y no móviles (o primarios), y ambos funcionan a través de sistemas IFT. Los cilios móviles residen en las vías respiratorias y los pulmones, así como dentro del oído. Los cilios no móviles residen en muchos órganos.
¿Qué son los flagelos?
Los flagelos son apéndices que ayudan a mover las bacterias y los gametos de los eucariotas, así como algunos protozoos. Los flagelos tienden a ser singulares, como una cola. Suelen ser más largos que los cilios. En los procariotas, los flagelos funcionan como pequeños motores con rotación. En eucariotas, hacen movimientos más suaves.
Funciones de los cilios
Los cilios juegan un papel en el ciclo celular y en el desarrollo animal, como en el corazón. Los cilios permiten selectivamente que ciertas proteínas funcionen correctamente. Los cilios también desempeñan un papel de comunicación celular y tráfico molecular.
Los cilios móviles poseen una disposición 9 + 2 de nueve pares de microtúbulos externos, junto con un centro de dos microtúbulos. Los cilios móviles utilizan su ondulación rítmica para barrer sustancias, como para limpiar la suciedad, el polvo, los microorganismos y el moco, para prevenir enfermedades. Por eso existen en los revestimientos de las vías respiratorias. Los cilios móviles pueden detectar y mover líquido extracelular.
Los cilios no móviles o primarios no se ajustan a la misma estructura que los cilios móviles. Están dispuestos como microtúbulos de apéndice individuales sin la estructura central de los microtúbulos. No poseen brazos de dineína, de ahí su falta de movilidad general. Durante muchos años, los científicos no se centraron en estos cilios primarios y, por lo tanto, sabían poco de sus funciones. Los cilios no móviles sirven como aparato sensorial para las células, detectando señales. Juegan papeles cruciales en las neuronas sensoriales. Los cilios no móviles se pueden encontrar en los riñones para detectar el flujo de orina, así como en los ojos de los fotorreceptores de la retina. En los fotorreceptores, funcionan para transportar proteínas vitales desde el segmento interno del fotorreceptor al segmento externo; sin esta función, los fotorreceptores morirían. Cuando los cilios detectan un flujo de líquido, eso conduce a cambios en el crecimiento celular.
Los cilios proporcionan más que funciones de limpieza y sensoriales solamente. También proporcionan hábitats o áreas de reclutamiento de microbiomas simbióticos en animales. En animales acuáticos como los calamares, estos tejidos epiteliales de moco pueden observarse más directamente, ya que son comunes y no son superficies internas. Existen dos tipos diferentes de poblaciones de cilios en los tejidos del huésped: uno con cilios largos que se mueven a lo largo de partículas pequeñas como las bacterias, pero excluyen los más grandes, y cilios de latidos más cortos que mezclan fluidos ambientales. Estos cilios trabajan para reclutar simbiontes de microbiomas. Trabajan en zonas que desplazan bacterias y otras partículas pequeñas a zonas protegidas, al tiempo que mezclan fluidos y facilitan señales químicas para que las bacterias puedan colonizar la región deseada. Por lo tanto, los cilios trabajan para filtrar, limpiar, localizar, seleccionar y agregar bacterias y controlar la adhesión de las superficies ciliadas.
También se ha descubierto que los cilios participan en la secreción vesicular de los ectosomas. Investigaciones más recientes revelan interacciones entre los cilios y las vías celulares que podrían proporcionar información sobre la comunicación celular y las enfermedades.
Funciones de flagelos
Los flagelos se pueden encontrar en procariotas y eucariotas. Son orgánulos de filamentos largos hechos de varias proteínas que alcanzan hasta 20 micrómetros de longitud de su superficie en bacterias. Por lo general, los flagelos son más largos que los cilios y proporcionan movimiento y propulsión. Los motores de filamentos de flagelos bacterianos pueden girar tan rápido como 15,000 revoluciones por minuto (rpm). La capacidad de natación de los flagelos ayuda en su función, ya sea para buscar alimentos y nutrientes, reproducción o huéspedes invasores.
En los procariotas como las bacterias, los flagelos sirven como mecanismos de propulsión; son la principal forma en que las bacterias nadan a través de los fluidos. Un flagelo en bacterias posee un motor de iones para el torque, un gancho que transmite el torque del motor y un filamento, o una estructura larga en forma de cola que impulsa la bacteria. El motor puede girar y afectar el comportamiento del filamento, cambiando la dirección de desplazamiento de la bacteria. Si el flagelo se mueve en el sentido de las agujas del reloj, forma una superbobina; Varios flagelos pueden formar un paquete, y estos ayudan a impulsar una bacteria en un camino recto. Cuando se gira en sentido opuesto, el filamento forma una superenrollamiento más corto y el paquete de flagelos se desmonta, lo que lleva a la caída. Debido a la falta de alta resolución para los experimentos, los científicos usan simulaciones por computadora para predecir el movimiento flagelar.
La cantidad de fricción en un fluido afecta la forma en que el filamento se sobreenrolla. Las bacterias pueden albergar varios flagelos, como con Escherichia coli. Los flagelos permiten que las bacterias naden en una dirección y luego giren según sea necesario. Esto funciona a través de los flagelos helicoidales giratorios, que utilizan varios métodos, incluidos los ciclos de empujar y tirar. Otro método de movimiento se logra envolviendo el cuerpo celular en un paquete. De esta manera, los flagelos también pueden ayudar a revertir el movimiento. Cuando las bacterias encuentran espacios desafiantes, pueden cambiar su posición permitiendo que sus flagelos reconfiguren o desarmen sus haces. Esta transición de estado polimórfico permite diferentes velocidades, con los estados de empuje y tracción típicamente más rápidos que los estados envueltos. Esto ayuda en diferentes ambientes; Por ejemplo, el haz helicoidal puede mover una bacteria a través de áreas viscosas con un efecto sacacorchos. Esto ayuda a la exploración bacteriana.
Los flagelos proporcionan movimiento a las bacterias, pero también proporcionan un mecanismo para que las bacterias patógenas ayuden a colonizar los huéspedes y, por lo tanto, a transmitir enfermedades. Los flagelos usan un método de giro y pegado para anclar las bacterias en las superficies. Los flagelos también funcionan como puentes o andamios para la adhesión al tejido del huésped.
Los flagelos eucariotas divergen de los procariotas en la composición. Los flagelos en eucariotas contienen muchas más proteínas y tienen cierta similitud con los cilios móviles, con el mismo movimiento general y patrones de control. Los flagelos se usan no solo para el movimiento, sino también para ayudar en la alimentación celular y la reproducción eucariota. Los flagelos utilizan el transporte intraflagellar, que es el transporte de un complejo de proteínas requerido para las moléculas de señalización que dan movilidad a los flagelos. Los flagelos existen en organismos microscópicos como los protozoos Mastigophora, o pueden existir dentro de animales más grandes. Varios parásitos microscópicos también poseen flagelos, lo que ayuda a su viaje a través de un organismo huésped. Los flagelos de estos parásitos protistas también llevan una varilla paraflagellar o PFR, que ayuda a la unión a vectores como los insectos. Algunos otros ejemplos de flagelos en eucariotas incluyen las colas de gametos como el esperma. Los flagelos también se pueden encontrar en esponjas y otras especies acuáticas; Los flagelos en estas criaturas ayudan a mover el agua para la respiración. Los flagelos eucariotas también sirven casi como pequeñas antenas u orgánulos sensoriales. Los científicos recién ahora comienzan a comprender la amplitud de la función de los flagelos eucariotas.
Enfermedades relacionadas con los cilios
Descubrimientos científicos recientes han encontrado que las mutaciones u otros defectos relacionados con los cilios causan una serie de enfermedades. Estas condiciones se conocen como ciliopatías. Afectan profundamente a las personas que los padecen. Algunas ciliopatías incluyen deterioro cognitivo, degeneración de la retina, pérdida auditiva, anosmia (pérdida del sentido del olfato), anomalías craneofaciales, anormalidades pulmonares y de las vías respiratorias, asimetría izquierda-derecha y defectos cardíacos relacionados, quistes pancreáticos, enfermedad hepática, infertilidad, polidactilia y anomalías renales. como quistes, entre otros. Además, algunos cánceres tienen una conexión con las ciliopatías.
Algunos trastornos renales relacionados con la disfunción ciliar incluyen nefronofisis y enfermedad renal poliquística autosómica dominante y autosómica recesiva. Los cilios que funcionan mal no pueden detener la división celular debido a que no se detecta flujo de orina, lo que lleva al desarrollo de quistes.
En el síndrome de Kartagener, la disfunción del brazo de dineína conduce a la eliminación ineficaz de bacterias y otras sustancias del tracto respiratorio. Esto puede conducir a infecciones respiratorias repetidas.
En el síndrome de Bardet-Biedl, la malformación de los cilios conduce a problemas tales como degeneración de la retina, polidactilia, trastornos cerebrales y obesidad.
Las enfermedades no hereditarias pueden resultar de daño a los cilios, como por residuos de cigarrillos. Esto puede provocar bronquitis y otros problemas.
Los patógenos también pueden provocar el fomento simbiótico normal de las bacterias por los cilios, como con las especies de Bordetella, lo que hace que se reduzca el latido de los cilios y, por lo tanto, permite que el patógeno se adhiera a un sustrato y conducen a la infección de las vías respiratorias humanas. Enfermedades relacionadas con flagelos
Varias infecciones bacterianas se relacionan con la función de flagelos. Los ejemplos de bacterias patógenas incluyen Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa y Campylobacter jejuni. Se producen varias interacciones que llevan a las bacterias a invadir los tejidos del huésped. Los flagelos actúan como sondas de unión, buscando compra en sustrato huésped. Algunas fitobacterias usan sus flagelos para adherirse a los tejidos vegetales. Esto lleva a que productos como las frutas y verduras se conviertan en huéspedes secundarios de bacterias que infectan a humanos y animales. Un ejemplo es Listeria monocytogenes y, por supuesto, E. coli y Salmonella son agentes infames de enfermedades transmitidas por los alimentos.
Helicobacter pylori usa su flagelo para nadar a través de la mucosidad e invadir el revestimiento del estómago, evadiendo el ácido protector del estómago. Los revestimientos mucosos funcionan como una defensa inmune para atrapar dicha invasión uniendo flagelos, pero algunas bacterias encuentran varias formas de escapar del reconocimiento y la captura. Los filamentos de flagelos pueden degradarse para que el huésped no pueda reconocerlos, o su expresión y motilidad pueden desactivarse.
El síndrome de Kartagener también afecta los flagelos. Este síndrome interrumpe los brazos de dineína entre los microtúbulos. El resultado es infertilidad debido a que los espermatozoides carecen de la propulsión necesaria de los flagelos para nadar y fertilizar los huevos.
A medida que los científicos aprenden más sobre los cilios y los flagelos, y aclaran aún más su papel en los organismos, nuevos enfoques para tratar enfermedades y la fabricación de medicamentos debe seguir.
