Siima (lippuletti, flagellum) – solun liikkuva ruoska, rakenne ja toiminta

Lippuletti (monikko: flagellum) on pitkä, ruoskamainen ulokkeisto, joka auttaa joitakin yksisoluisia organismeja ja joidenkin monisoluisien solujen muotoja liikkumaan. Se koostuu mikrotubuluksista ja on eukaryooteilla yleensä ympäröity solukalvolla, jolloin se on eräänlainen solukalvon jatke. Lippuletti liikuttaa soluja usein piiskamaisesti tai aaltoilevasti (tyypillisesti S-muotoisina aaltoina), mikä eroaa bakteerien lippulettien pyörivästä liikkeestä. Eukaryoottien flagellumien liike syntyy mikrotubuluksten välisen dynaamisen vuorovaikutuksen avulla.

Rakenne ja avainkomponentit:

Aksonema: Eukaryoottien lippulettien tavanomainen perusrakenne on ns. 9+2-aksonema, jossa yhdeksän mikroputkikaksikkoa (doublet) ympäröi kahta keskimmäistä yksittäistä mikrotubulusta. Tämä rakenne selviää selkeästi elektronimikroskopiakuvissa.
Dyneiinivarret: Mikroputkikaksikoiden pinnalla olevat dyneiinimolekyylit toimivat moottoreina, jotka hydrolysoivat ATP:ta ja aiheuttavat viereisten mikrotubulusten liukumisen toistensa suhteen. Tämän liukumisen rajoittuminen rakenteellisten linkkien (esim. neksiinit ja sädepäät) vuoksi tuottaa lippulettiin taivutuksen ja aaltoilun.
Perusrakenteet: aksoneman lisäksi lippulettiin kuuluu tyvessä oleva basal body (juurituberkeli), joka vastaavasti muistuttaa sentriolia ja ankkuroi lippulettin soluun. Basal bodystä alkaa myös rakennusaineiden kuljetus lippulettiin.
Intraflagellaarikuljetus (IFT): rakenteen ylläpito ja kasvu tapahtuu sisäisen kuljetuksen avulla, jossa kinesiinillä ja dyneiinillä kulkevat kompleksit vievät rakennusosia kohti tyveä tai kärkeä.

Erot ja yhtäläisyydet cilia-rakenteiden kanssa

Cilia-hiusten kanssa lippuletut jakavat rakenteellisesti paljon yhteistä: molemmissa on samanlainen aksonema ja molempia liikuttavat dyneiinimolekyylit. Ero on useimmiten kokoa ja määrää koskeva: ciliat (hiukset) ovat yleensä lyhyempiä ja numerollisesti runsaampia soluissa, kun taas flagellat (lippuletut) ovat pidempiä ja niitä on yleensä vähemmän (esim. siittiöiden yksi pitkä lippuletti). Koska ero on usein asteittainen, on ehdotettu yhdistää prokaryoteista poikkeavat, samanlaista unduloivaa liikettä ja rakennetta käyttävät yksiköt yhteiseksi ryhmäksi, esimerkiksi Undulipodia -nimellä. Tämä idea on osa laajempaa keskustelua protistien taksonomiasta: esimerkiksi protistit, joilla on kumpikin rakenne, ovat herättäneet ehdotuksia uudesta luokittelusta. Aiemmin endosymbioosi- ja evoluutioteorioita esittänyt Lynn Margulis ehdotti myös, että tietyt ryhmät kuten pelkät Ciliatit olisi sijoitettava omaan ryhmäänsä (Ciliophora), mutta taksonominen järjestelmä on edelleen kehittyvä.

Toiminta ja liikkeen mekanismi

Eukaryoottien lippulettien liike on seurausta ATP-riippuvaisesta dyneiinivälitteisestä liukumisesta mikrotubulien välillä, mikä muuttaa aksoneman muodollisesti siten, että lippuletti taivutuu ja muodostaa aaltoja. Liikemuoto voi vaihdella: jotkin lippuletut tekevät pitkiä, hitaita aaltoja, toiset nopeampia ja piiskamaisia iskumaisten liikkeiden sarjoja. Tästä syntyy solulle etenemistä tai virtausta ympäröivässä nesteessä.

Ero bakteerien lippulettiin

Bakteerit (prokaryooteilla) voivat myös kantaa lippulettiä, mutta niiden rakenne ja liikeperiaate poikkeavat huomattavasti eukaryoottien vastaavasta. Bakteerilippuletti ei koostu mikrotubuluksista eikä ole solukalvon ympäröimä, vaan se on proteiinista (flagelliinista) muodostuva ruoska, joka pyörii moottorin tavoin läpi solukalvon. Tämä aiheuttaa pyörivän, propellermäisen etenemisen, kun taas eukaryoottien lippulettien liike on aaltoilevaa.

Käyttökelpoisuus solutasolla ja biologinen merkitys

Eukaryoottien lippulettiä esiintyy laajasti protisteissä (esim. protistit) sekä monisoluisissa organismeissa, kuten eläinten siittiöissä. Lippuletut mahdollistavat aktiivisen liikkumisen, kohdistetun uinnin kohti ravintoa tai valoa (fototaksis), ja ne voivat myös luoda virtauksia ympäröivässä solun ympäristössä esimerkiksi hengitysteissä tai lisääntymisjärjestelmissä.

Kehitys, alkuperä ja kliininen merkitys

Hiukset ja lippuletut luokitellaan usein soluelimiksi, erikoistuneiksi rakenteiksi, jotka suorittavat tarkkaan määriteltyjä tehtäviä, kuten mitokondriot ja plastidit. Nykykäsityksen mukaan monet soluelimet ovat peräisin aiemmista itsenäisistä mikro-organismeista tai niiden osista, ja eukaryoottisolu voidaan nähdä yhdistelmänä eri mikrobin perintötekijöistä. Tämä liittyy laajempaan endosymbioositeoriaan, jonka mukaan mm. mitokondriot ja plastidit ovat kehittyneet symbionteista (prokaryooteista, kuten bakteereista tai arkeoista).

Kliinisesti lippulettiin ja ciliin liittyvät viat voivat aiheuttaa merkittäviä terveysongelmia. Esimerkiksi primaarinen ciliární dyskinesia (PCD), johon kuuluvat myös Kartagenerin syndrooma -muodot, johtuu aksoneman proteiinien toimintahäiriöistä ja aiheuttaa kroonisia hengitystieinfektioita, heikentyneen liman poistumisen ja hedelmällisyysongelmia, koska siittiöiden lippuletti ei toimi normaalisti.

Yhteenvetona: lippuletti on eukaryooteille tyypillinen mikrotubuluksista rakentuva liikkuva ruoskamainen rakenne, jonka toiminta perustuu dyneiinivälitteisiin liikkeisiin ja joka eroaa selvästi bakteerien pyörivistä lippuleteistä niin rakenteellisesti kuin toimintamekanismiltaankin. Sen merkitys ulottuu solun liikkumisesta yksilön lisääntymiseen ja hengitysteiden toimintaan.

Ero lippulapun ja värekarvojen lyöntimallin välillä. Flagellum on vasemmalla, cilia on oikealla.

Tyypit

Toistaiseksi on erotettu kolme lipputyyppiä: bakteerit, arkeologit ja eukaryoottiset. Näiden kolmen tyypin tärkeimmät erot on esitetty lyhyesti seuraavassa:

Bakteerien lippulangat ovat spiraalimaisia säikeitä, jotka pyörivät kuin ruuvit. Ne tarjoavat kaksi bakteerien liikkuvuuden eri muodoista.
Arkeolien lippuletkut muistuttavat pintapuolisesti bakteerien lippuletkuja, mutta ne eroavat toisistaan monilta yksityiskohdiltaan, ja niitä pidetään epähomologisina.
Eukaryoottiset lippulangat - eläin-, kasvi- ja alkueläinsolujen lippulangat - ovat monimutkaisia solun ulokkeita, jotka heiluvat edestakaisin. Eukaryoottiset flagellat luokitellaan yhdessä eukaryoottisten liikkuvienvärekarvojen kanssa nimellä undulipodia, jolla korostetaan niiden omaleimaista aaltoilevaa lisäkettä, jonka rooli solujen toiminnassa tai liikkuvuudessa on merkittävä. Ensisijaisetvärekarvat ovat liikkumattomia, eivätkä ne ole undulipodioita; niillä on rakenteellisesti erilainen9+0-aksoneemi sen sijaan, että niillä olisi 9+2-aksoneemi, joka esiintyy sekä lippuloissa että liikkuvissa värekarvoissa ja undulopodioissa.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on flagellum?

A: Flagellum on pitkä, ruoskamainen rakenne, joka auttaa joitakin yksisoluisia eliöitä liikkumaan.

K: Mikä on flagellumin koostumus?

A: Flagellum koostuu mikrotubuluksista.

K: Miten flagellum auttaa soluja ja organismeja liikkumaan?

V: Flagellum auttaa soluja ja organismeja liikkumaan ruoskamaisesti.

K: Mikä on eukaryoottien flagellumin liike?

V: Eukaryoottien flagellum liikkuu yleensä S-liikkeellä, ja sitä ympäröi solukalvo.

K: Mitä ovat värekarvat?

V: Cilia on soluelin, joka on rakenteeltaan lähes identtinen flagellan kanssa.

K: Mikä on Protista?

V: Protista on kokoelma erilaisia yksisoluisia muotoja ja toistaiseksi hyödyllinen termi.

K: Mistä soluelimet, kuten värekarvat ja mitokondriot, ovat peräisin eukaryooteissa?

V: Kaikki tai useimmat näistä organelleista ovat peräisin aikoinaan itsenäisistä prokaryooteista (bakteereista tai arkeoista), ja eukaryoottisolu on "mikro-organismien yhteisö", joka toimii yhdessä "avioliitossa".