鞭毛

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细菌鞭毛由位于内细胞膜上鞭毛锚定点的蛋白质组成的旋转发动机(Mot复合体)驱动。该发动机由质子动力提供动力,即由于细胞新陈代谢建立的浓度梯度,质子(氢离子)流过细菌细胞膜(弧菌有两种鞭毛,侧向和极性的,有些是由钠离子泵而不是质子泵驱动的)。转子将质子传输穿过膜,并在此过程中转动。仅转子就可以在6,000到17,000转/分的速度下运行,但附有鞭毛丝的转轮通常只能达到200到1000转/分。旋转方向...

鞭毛

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电机

细菌鞭毛由位于内细胞膜上鞭毛锚定点的蛋白质组成的旋转发动机(Mot 复合体)驱动。 该发动机由质子动力提供动力,即由于细胞新陈代谢建立的浓度梯度,质子(离子)流过细菌细胞膜(弧菌有两种鞭毛,侧向 和极性的,有些是由钠离子泵而不是质子泵驱动的)。 转子将质子传输穿过膜,并在此过程中转动。 仅转子就可以在 6,000 到 17,000 转/分的速度下运行,但附有鞭毛丝的转轮通常只能达到 200 到 1000 转/分。 旋转方向可以通过鞭毛电机开关几乎瞬间改变,这是由于转子中蛋白质 FliG 位置的轻微变化引起的。 鞭毛具有很高的能效,消耗的能量很少。 扭矩产生的确切机制仍然知之甚少。 因为鞭毛马达没有开关,蛋白 epsE 被用作机械离合器,使马达与转子分离,从而停止鞭毛并让细菌留在一个地方。

鞭毛的圆柱形适合微生物的运动; 这些生物体在低雷诺数下运行,周围水的粘度比其质量或惯性重要得多。

鞭毛的旋转速度随着质子动力的强度而变化,从而允许某些形式的速度控制,也允许某些类型的细菌达到与其大小成比例的显着速度; 有些达到每秒大约 60 个单元长度。 以这样的速度,细菌大约需要 245 天才能覆盖 1 公里; 尽管这看起来可能很慢,但是当引入规模概念时,视角就会发生变化。 与宏观生命形式相比,以每秒体长数来表示确实非常快。 例如,猎豹每秒只能达到大约 25 个身体长度。

通过使用它们的鞭毛,细菌能够通过有偏见的随机游走快速移向引诱剂并远离驱虫剂,分别通过逆时针和顺时针旋转鞭毛来“奔跑”和“翻滚” . 两个旋转方向不相同(相对于鞭毛运动),由分子开关选择。

程序集

在鞭毛组装过程中,鞭毛的成分穿过基体和新生丝的空心。 在组装过程中,蛋白质成分被添加到鞭毛尖端而不是基部。 在体外,鞭毛丝在含有纯化鞭毛蛋白作为xxx蛋白质的溶液中自发组装。

进化

细菌鞭毛的至少 10 种蛋白质成分与许多革兰氏阴性菌发现的三型分泌系统 (T3SS) 共享同源蛋白质,因此一种可能是从另一种进化而来的。 由于 T3SS 与鞭毛器具有相似数量的组件(约 25 种蛋白质),因此很难确定哪一个先进化。 然而,鞭毛系统似乎总体上涉及更多的蛋白质,包括各种调节剂和伴侣蛋白,因此有人认为鞭毛是从 T3SS 进化而来的。 然而,也有人提出鞭毛可能首先进化,或者这两种结构是平行进化的。 早期单细胞生物需要运动性(mobility)支持,进化会优先选择移动性更强的鞭毛,但从鞭毛进化而来的T3SS可视为“还原进化”,并没有得到拓扑支持 系统发育。 这两种结构分别从共同祖先进化而来的假设解释了两种结构之间的蛋白质相似性及其功能多样性。

鞭毛

鞭毛和智能设计辩论

一些作者认为鞭毛不可能进化,假设它们只有在所有蛋白质都到位时才能正常发挥作用。 换句话说,鞭毛装置是不可简化的复杂性。 然而,许多蛋白质可以被删除或突变,鞭毛仍然起作用,尽管有时效率会降低。 此外,由于许多蛋白质对某些物种而言是xxx的,因此细菌鞭毛组成的多样性高于预期。 因此,鞭毛器在进化方面显然非常灵活,完全能够失去或获得蛋白质成分。 例如,已经发现许多突变可以增加大肠杆菌活力。 细菌鞭毛进化的其他证据包括退化鞭毛的存在、鞭毛的中间形式和鞭毛蛋白序列之间的相似模式。

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  1. 鞭毛
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  3. 程序集
  4. 进化
  5. 鞭毛和智能设计辩论

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