Hauptunterschied – Cilia vs Flagella

Zilien und Flagellen sind äußere Strukturen in Zellen, die hauptsächlich zur Fortbewegung der Zellen beitragen. Zilien sind kurze, haarähnliche Strukturen, die in großer Zahl auf der Oberfläche einiger Zellen vorhanden sind. Flagellen sind lange, fadenförmige Strukturen, die nur an einem Ende der Zelle in geringerer Zahl vorhanden sind. Zilien schlagen in einem koordinierten Rhythmus, während Geißeln unabhängig voneinander schlagen. Zilien kommen nur in eukaryontischen Zellen vor. Flagellen kommen sowohl in prokaryontischen als auch in eukaryontischen Zellen vor. Organismen, die sowohl bewegliche Zilien als auch Geißeln enthalten, können als Undulipodien gruppiert werden. Die Hauptunterschied zwischen Flimmerhärchen und Geißeln ist das Zilien verhindern die Ansammlung von Staub in den Atemschläuchen und bilden eine dünne Schleimschicht entlang der Schläuche, während Flagellen hauptsächlich von Samenzellen verwendet werden, um sich durch das weibliche Fortpflanzungsorgan zu treiben.

Dieser Artikel erklärt,

1. Was sind Zilien? – Struktur, Typen, Funktionen, Merkmale 2. Was sind Flagellen? – Struktur, Typen, Funktionen, Merkmale 3. Was ist der Unterschied zwischen Cilia und Flagella?

Was ist Cilia

Zilien sind schlanke, haarähnliche Strukturen oder Organellen, die sich von der Oberfläche der meisten eukaryontischen Zellen aus erstrecken. In eukaryontischen Zellen kommen zwei Arten von Zilien vor: primäre/unbewegliche Zilien und bewegliche Zilien.

Primäre Zilien

Primäre Zilien finden sich in jeder tierischen Zelle; ein einziges primäres Zilien findet sich in allen Säugerzellen. Sie kommen vor allem in menschlichen Sinnesorganen wie Auge und Nase vor. Die im menschlichen Auge vorkommende Stäbchen-Photorezeptorzelle des äußeren Segments verbindet sich über ein spezialisiertes Zilien mit ihrem Zellkörper. Der dendritische Knopf des olfaktorischen Neurons enthält auch etwa zehn primäre Zilien. Daher werden primäre Zilien als sensorische zelluläre Antennen betrachtet, die zahlreiche Signalwege in Zellen koordinieren. Diese Signalwege können manchmal mit der Zellteilung und -differenzierung gekoppelt sein. Eine Dysfunktion der primären Zilien führt zu Krankheiten wie genetischen Ziliopathien, polyzystischer Nierenerkrankung und angeborener Herzkrankheit.

Bewegliche Zilien

Bewegliche Zilien finden sich in großer Zahl auf der Oberfläche von Zellen und schlagen in koordinierten Wellen. Die beweglichen Flimmerhärchen in der Auskleidung der Luftröhre spülen den Schleim, der Schmutz enthält, aus der Lunge. Das Schlagen der Zilien in den Eileitern bei Frauen ermöglicht die Bewegung der Eizelle vom Eierstock in Richtung Gebärmutter. Entlang der Zilien befinden sich epitheliale Natriumkanäle, die den Flüssigkeitsspiegel regulieren und die Zilien baden. Die Beweglichkeit der Zilien hängt vom Flüssigkeitsspiegel ab, der sie umgibt. Zilien auf dem respiratorischen Epithel der Lunge sind in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Zilien auf dem respiratorischen Epithel

Struktur von Cilia

Zilien werden während der Ziliogenese gebildet. Ein auf Mikrotubuli basierendes Zytoskelett, das als Axonem, befindet sich in den Zilien. In primären Zilien enthält dieses Axonem neun äußere Mikrotubuli-Dubletts (9+0 Axonem), die sich zu einem Ring zusammenfügen. Im beweglichen Zilien sind zusätzlich zu den neun äußeren Mikrotubuli-Dubletts zwei zentrale Mikrotubuli-Singuletts (9+2 Axonem) in der Mitte des Ziliens vorhanden.

Dynein ist das Protein, das Brücken bildet und die benachbarten Mikrotubulus-Dubletts verbindet. Dynein wird durch ATP aktiviert, um eine Biegebewegung zu erzeugen, indem es über die benachbarten Mikrotubulus-Dubletts gleitet. Das axonemale Zytoskelett bietet Bindungsstellen für molekulare Motorproteine ​​wie Kinesin II. Kinesin II trägt dazu bei, Proteine ​​im Mikrotubulus nach oben und unten zu transportieren.

Cilium ist an seiner Basis an der Basalkörper, das ist das Mikrotubulus-Organisationszentrum. Der Basalkörper enthält Proteine ​​wie CEP164, CEP170 und ODF2, die die Stabilität und Bildung des Ziliens regulieren. Die Übergangszone zwischen Axonem und Basalkörper dient als Andockstation für Motorproteine ​​und den intralagellaren Transport. Die Ziliarwurzel ist eine Zytoskelettstruktur mit einem Durchmesser von etwa 100 nm, die vom Basalkörper ausgeht und sich in Richtung des Zellkerns erstreckt. Die Struktur eines beweglichen Ziliens ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Struktur von Zilien

Funktion von Zilien

Ein Zilien funktioniert als Nanomaschine, die in ihrem Molekülkomplex aus etwa 600 Proteinen besteht und unabhängig funktioniert. In Epithelzellen dienen primäre Zilien als zelluläre Antennen, die die Chemosensation, Mechanosensation und Thermosensation der extrazellulären Umgebung bereitstellen. Sie vermitteln zelluläre Signalwege. Auch stromabwärts des Flüssigkeitsstroms spielen bewegliche Zilien eine sekretorische Rolle. Die meisten Epithelzellen sind bewimpert. Zilien verhindern die Ansammlung von Staub in den Atemschläuchen und der Luftröhre, indem sie eine dünne Schleimschicht entlang der Luftröhre bilden. Zilien in den Eileitern ermöglichen die Passage der Eizelle entlang des Eileiters.

Was sind Flagellen?

Flagellen sind wimpernartige Organellen, die aus einer Seite einiger prokaryontischer oder eukaryontischer Zellen herausragen. Die Hauptrolle der Flagellen in der Zelle ist die zelluläre Fortbewegung. Flagellen dienen auch als sensorische Organellen für Chemikalien und Temperatur der Außenumgebung. Prokaryontische und eukaryontische Geißeln unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung. Chlamydomonas, die Geißeln an der Seite der Zelle enthalten, sind in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3: Chlamydomonas mit ihren Geißeln

Struktur von Flagellen

Es werden drei Arten von Geißeln identifiziert: bakteriell, archaeal und eukaryontisch. Flagellen in Bakterien sind spiralförmige Filamente, die Rotationsmotoren enthalten, die sich im oder gegen den Uhrzeigersinn drehen. Es können verschiedene Anordnungen der prokaryotischen Flagellen identifiziert werden. Vibrio cholera-ähnliche monotriche Bakterien enthalten ein einzelnes Flagellum. In lophotrichen Bakterien können mehrere Geißeln an derselben Stelle gefunden werden. Die Basen dieser Flagellen sind von einer spezialisierten Zellmembranregion umgeben, die als polare Organelle bezeichnet wird. Bakterien, die aus zwei Geißeln auf jeder der beiden gegenüberliegenden Seiten bestehen, werden als amphitriche Bakterien bezeichnet. Einige Spirochäten bestehen aus spezialisierten Geißeln, die von entgegengesetzten Polen ausgehen und als axiales Filament beitragen. Peritriche Bakterien wie E. Coli enthalten projizierte Geißeln aus jeder Richtung. Die Anordnung der bakteriellen Flagellen ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4: Flagellenanordnungen in Bakterien

Bakterielle Flagellum besteht aus einem Rotationsmotor, der als Motor bezeichnet wird und aus Proteinen besteht. Es wird durch Protonenantriebskraft angetrieben, die durch das H. erzeugt wird⁺ Ionenkonzentrationsgradient über die Zellmembran. Der Rotor arbeitet mit etwa 6.000 bis 17.000 U/min. Flagella arbeitet mit etwa 200 bis 1.000 U/min. Die Rotation der Flagellen kann 60 Zelllängen pro Sekunde erreichen.

Andererseits gelten Archaeengeißeln als nicht homolog. Eukaryotische Geißeln sind strukturell den eukaryotischen Zilien ähnlich, unterscheiden sich jedoch je nach Funktion. Eukaryotische Zellen wie Tiere, Pflanzen und Protisten enthalten Flagellen in ihren Zellen.

Funktionen von Flagellen

Bakterielle und archaeale Flagellen sind an der Fortbewegung von Zellen beteiligt, indem sie die Zelle für Anforderungen wie Ernährung, Fortpflanzung und Zirkulation an einen anderen Ort bringen. Säugerspermien verwenden vor allem Geißeln, um sich durch das weibliche Fortpflanzungsorgan zu bewegen, bis sie auf die Eizelle treffen.

Innere und äußere Arme von Dynein, die die neun Mikrotubuli-Dubletts verbinden, nutzen die Energie von hydrolysiertem ATP, um eine Propeller-ähnliche Bewegung im Flagellum zu erzeugen. Das Vorhandensein von Nexin im Flagellum führt zu einer ebenen, wellenartigen Bewegung. Der Unterschied zwischen dem Schlagmuster von Flagellum und Zilien ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5: Unterschied zwischen der Bewegung von Flagellum und Zilien

Unterschied zwischen Zilien und Geißeln

Anzahl pro Zelle

Zilien: Eine einzelne Zelle enthält eine Vielzahl von Zilien.

Geißeln: Eine einzelne Zelle enthält weniger Flagellen.

Form

Zilien: Zilien sind kurze, haarähnliche Strukturen.

Geißeln: Flagellen sind lange, peitschenartige Strukturen.

Länge

Zilien: Zilien sind etwa 5-10 µm lang.

Geißeln: Flagellen sind etwa 150 µm lang.

Struktur

Zilien: Primäre Zilien bestehen aus einer 9+0-Axonemstruktur und bewegliche Zilien bestehen aus einer 9+2-Axonemstruktur. Beiden Arten von Zilien fehlt Nexin.

Geißeln: Flagellen bestehen aus einer 9+2-Axonem-Struktur, und Nexin befindet sich zwischen Mikrotubuli-Dubletts, was eine Rotationsbewegung im Flagellum erzeugt.

Gegenwart

Zilien: Zilien kommen nur in eukaryontischen Zellen vor.

Geißeln: Flagellen kommen sowohl in prokaryontischen als auch in eukaryontischen Zellen vor.

Auftreten

Zilien: Zilien treten in der gesamten Zelle auf.

Geißeln: Geißeln treten an einem Ende einer Zelle auf.

Koordinierung

Zilien: Cilia schlug in Koordination.

Geißeln: Flagellen schlagen unabhängig.

Bewegung

Zilien: Zilien zeigen eine schwungvolle Bewegung oder einen Pendelschlag.

Geißeln: Flagellen zeigen eine wellenförmige Bewegung.

Funktionsmechanismus

Zilien: Zilien verwenden Kinesin, das eine ATPase-Aktivität enthält und Energie erzeugt, um die Bewegung auszuführen.

Geißeln: Flagellen werden durch die protonenmotorische Kraft der Plasmamembran angetrieben.

Rolle

Zilien: Zilien verhindern die Ansammlung von Staub in den Atemschläuchen, indem sie eine dünne Schleimschicht in den Schläuchen bilden.

Geißeln: Flagellen werden hauptsächlich von Samenzellen verwendet, um sich zu bewegen und anzutreiben.

Funktion

Zilien: Zilien sind an Prozessen wie Fortbewegung, Nahrungsaufnahme und Kreislauf beteiligt.

Geißeln: Flagellen sind an der Fortbewegung beteiligt.

Beispiele

Zilien: Zilien finden sich in der Auskleidung der Körperröhren wie der Atemwege und der Fortpflanzungsorgane bei Säugetieren.

Geißeln: Die meisten Bakterien, Archaeen und Eukaryoten bestehen aus Flagellen. Euglena gilt als begeißelter Eukaryote. Bei Säugetieren bestehen Samenzellen insbesondere aus Geißeln.

Abschluss

Sowohl Zilien als auch Geißeln sind strukturell identische Organellen; Der Hauptunterschied zwischen Zilien und Geißeln liegt in ihrer Funktion, nicht in der Struktur. Zilien sind kurze, haarähnliche Strukturen, die in hoher Dichte auf der Oberfläche von Säugetierzellen vorkommen. Zilien zeigen ein hin und her Schlagen, während Flagellen eine Propeller-ähnliche Bewegung zeigen. Daher sind Zilien hauptsächlich an der Nahrungsaufnahme, Fortpflanzung und Zirkulation in Eukaryoten beteiligt, und Geißeln sind hauptsächlich an der Fortbewegung beteiligt. Zilien schützen die Atemwege vor Staubansammlung. Zilien in den Eileitern von Säugetieren bewegen die Eizelle vom Eierstock in die Gebärmutter. Auf der anderen Seite sind Flagellen daran beteiligt, die Spermien durch das weibliche Fortpflanzungsorgan zur Eizelle zu treiben.

Referenz:1. "Wimper." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 14. März 2017. Web. 19. März 2017. 2. „Flagellum“. Wikipedia. Wikimedia Foundation, 16. März 2017. Web. 19. März 2017.

Bildhöflichkeit: 1. „Bronchioläres Epithel 3 – SEM“ Von Charles Daghlian – (Public Domain) über Commons Wikimedia2. „Eukaryotic cilium diagram de“ Von LadyofHats – Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia3. „Chlamydomonas (10000x)“ (Public Domain) über Commons Wikimedia4. „Flagella“ von Adenosin – Eigene Arbeit (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia5. „Flagellum-beating“ Von Flagellum-beating.png: Kohidai, L.derivative work: Urutseg (Vortrag) – Flagellum-beating.png (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia