Haarzellen: Eigenschaften und Funktionen
Die Haarzellen sind jene Zellen, die Strukturen haben, die Zilien genannt werden. Die Zilien sind wie die Flagellen zytoplasmatische Projektionen der Zellen mit einer Reihe von Mikrotubuli im Inneren. Sie sind Strukturen mit sehr präzisen Motorfunktionen.
Die Wimpern sind klein und kurz wie Filamente. Diese Strukturen sind in einer Vielzahl von eukaryotischen Zellen zu finden, von einzelligen Organismen bis zu Zellen, die Gewebe bilden. Sie erfüllen verschiedene Funktionen, von der Zellbewegung bis zur Bewegung des wässrigen Mediums durch Membranen oder Barrieren bei Tieren.
Wo sind die Haarzellen?
Die Haarzellen kommen in fast allen lebenden Organismen vor, mit Ausnahme von Nematoden, Pilzen, Rhodophyten und Angiospermen, in denen sie vollständig fehlen. Außerdem sind Arthropoden sehr selten.
Sie treten besonders häufig bei Protisten auf, bei denen eine bestimmte Gruppe durch die Darstellung solcher Strukturen (Ciliaten) erkannt und identifiziert wird. In einigen Pflanzen, zum Beispiel in den Farnen, finden wir Haarzellen, wie ihre Geschlechtszellen (Gameten).
Im menschlichen Körper gibt es Haarzellen, die Epitheloberflächen bilden, beispielsweise auf der Oberfläche der Atemwege und der inneren Oberfläche von Eileitern. Sie können auch im zerebralen Ventrikel und im auditorischen und vestibulären System gefunden werden.
Eigenschaften von Zilien
Struktur der Zilien
Die Zilien sind kurze und zahlreiche zytoplasmatische Projektionen, die die Zelloberfläche bedecken. Generell besitzen alle Zilien eine grundsätzlich gleiche Struktur.
Jedes Cilium besteht aus einer Reihe von inneren Mikrotubuli, die jeweils aus Tubulin-Untereinheiten bestehen. Die Mikrotubuli sind paarweise angeordnet, wobei ein zentrales Paar und neun periphere Paare eine Art Ring bilden. Dieser Satz von Mikrotubuli wird Axonem genannt.
Die Ziliarstrukturen haben einen Basalkörper oder ein Kinetosom, das sie an der Zelloberfläche verankert. Diese Kinetosomen stammen von den Zentriolen und bestehen aus neun Mikrotubuli-Tripletts, denen das Zentralpaar fehlt. Aus dieser Grundstruktur leiten sich die Dubletts peripherer Mikrotubuli ab.
Im Axonem ist jedes Paar peripherer Mikrotubuli fusioniert. Es gibt drei Proteineinheiten, die das Axonem der Zilien zusammenhalten. Nexin zum Beispiel hält die neun Mikrotubulus-Dubletts durch Verbindungen zwischen ihnen zusammen.
Das Dynein verlässt das zentrale Mikrotubuli-Paar mit jedem peripheren Paar und verbindet ein spezifisches Mikrotubuli jedes Paares. Dies ermöglicht die Vereinigung zwischen den Dubletten und erzeugt eine Verschiebung jedes Paares in Bezug auf seine Nachbarn.
Ziliarbewegung
Die Bewegung der Zilien ähnelt einem Peitschenhieb. Während der Ziliarbewegung lassen die Dyneinarme jedes Dubletts die Mikrotubuli gleiten, indem sie das Dublett bewegen.
Das Dynein eines Mikrotubulus verbindet sich mit dem kontinuierlichen Mikrotubulus, dreht sich und gibt ihn wiederholt frei, wodurch das Dublett in Bezug auf die Mikrotubuli auf der konvexen Seite des Axonems nach vorne rutscht.
Anschließend kehren die Mikrotubuli in ihre ursprüngliche Position zurück, wodurch das Cilium seinen Ruhezustand wiedererlangt. Dieser Prozess ermöglicht es dem Cilium, sich zu wölben und den Effekt zu erzeugen, der in Verbindung mit den anderen Cilien auf der Oberfläche der Zelle bzw. der Umgebung Mobilität verleiht.
Der Mechanismus der Ciliarbewegung hängt vom ATP ab, das dem Dyneinarm die für seine Aktivität erforderliche Energie liefert, und von einem bestimmten ionischen Medium mit bestimmten Konzentrationen an Calcium und Magnesium.
Ciliazellen des auditorischen Systems
Im auditorischen und vestibulären System von Wirbeltieren gibt es sehr empfindliche Mechanorezeptorzellen, die als Flimmerzellen bezeichnet werden, da sie in ihrer apikalen Region Flimmerhärchen aufweisen, bei denen es zwei Arten gibt: Kinetozilien, die beweglichen Zilien ähnlich sind, und Stereozilien mit verschiedenen Aktinfilamenten, die in Längsrichtung vorstehen .
Diese Zellen sind für die Übertragung mechanischer Reize auf elektrische Signale verantwortlich, die an das Gehirn gerichtet sind. Sie kommen an verschiedenen Stellen bei Wirbeltieren vor.
Bei Säugetieren befinden sie sich im Corti-Organ im Ohr und greifen in den Prozess der Schallleitung ein. Sie hängen auch mit den Gleichgewichtsorganen zusammen.
In Amphibien und Fischen kommen sie in externen Rezeptorstrukturen vor, die für die Erfassung der Bewegung des umgebenden Wassers verantwortlich sind.
Funktionen
Die Hauptfunktion der Zilien hängt mit der Beweglichkeit der Zelle zusammen. In einzelligen Organismen (Protisten des Stammes Ciliophora) und kleinen mehrzelligen Organismen (wirbellosen Wassertieren) sind diese Zellen für die Vertreibung des Individuums verantwortlich.
Sie übernehmen auch die Verdrängung freier Zellen in mehrzelligen Organismen, und wenn diese ein Epithel bilden, besteht ihre Funktion darin, das wässrige Medium zu verdrängen, in dem sie sich durch sie oder aus einer Membran oder Leitung befinden.
Bei Muscheln bewegen Haarzellen Flüssigkeiten und Partikel durch ihre Kiemen, um Sauerstoff und Nahrung zu extrahieren und zu absorbieren. Die Eileiter von weiblichen Säugetieren sind mit diesen Zellen überzogen, was den Transport der Eizellen zur Gebärmutter durch die Bewegung des Mediums ermöglicht, in dem sie sich befinden.
In den Atemwegen von Landwirbeltieren kann der Schleim durch die Ziliarbewegung dieser Zellen gleiten, wodurch verhindert wird, dass Lungen- und Luftröhrenkanal durch Rückstände und Mikroorganismen verstopft werden.
In den zerebralen Ventrikeln ermöglicht das von diesen Zellen gebildete Flimmerepithel den Durchtritt von Liquor cerebrospinalis.
Haben prokaryotische Zellen Zilien?
Bei Eukaryoten sind Zilien und Flagellen ähnliche Strukturen, die motorische Funktionen ausüben. Der Unterschied zwischen ihnen ist ihre Größe und die Anzahl von ihnen, die jede Zelle präsentieren kann.
Die Flagellen sind viel länger und normalerweise ist nur eine pro Zelle, wie bei Spermien, an der Bewegung der freien Zellen beteiligt.
Einige Bakterien haben Strukturen, die als Flagellen bezeichnet werden, aber diese unterscheiden sich von eukaryotischen Flagellen. Diese Strukturen werden weder von Mikrotubuli angepasst, noch präsentieren sie Dynein. Sie sind lange und starre Filamente, die durch wiederholte Untereinheiten eines als Flagellin bezeichneten Proteins gebildet werden.
Die prokaryotischen Flagellen haben als Treibmittel eine rotierende Bewegung. Diese Bewegung wird durch eine in der Zellwand des Organismus befindliche Antriebsstruktur gefördert.
Medizinisches Interesse von Haarzellen
Beim Menschen gibt es einige Krankheiten, die die Entwicklung von Ziliarzellen oder den Mechanismus der Ziliarbewegung beeinflussen, wie z. B. die Ziliardyskinesie.
Diese Zustände können das Leben eines Individuums sehr unterschiedlich beeinflussen, was von Lungeninfektionen, Otitis und dem Zustand des Hydrocephalus beim Fötus bis hin zu Unfruchtbarkeit reicht.
