Flagela: Struktur, Jenis, Susunan, Fungsi, Contoh

Flagel, juga dikenal sebagai flagela, adalah struktur pada badan sel yang mirip dengan bulu atau rambut dan sangat penting untuk berbagai fungsi fisiologis sel. Istilah “flagel” merupakan istilah Latin untuk cambuk yang menunjukkan struktur flagel panjang dan ramping yang menyerupai cambuk. Flagela adalah ciri khas kelompok protozoa Mastigophora, tetapi juga ada pada hewan makroskopis dan mikroskopis seperti hewan, bakteri, jamur, alga, dan sebagainya. Flagela berfungsi sebagai organel penggerak dan membantu sirkulasi dan pengumpulan makanan organisme.

Flagela yang terdapat pada makhluk hidup yang berbeda memiliki perbedaan dalam struktur, mekanisme, gerakan, dan bahkan fungsi. Flagela yang terdapat pada archaea disebut archaellum karena sangat berbeda dengan flagela yang terdapat pada bakteri. Flagela memiliki bentuk yang mirip dengan tonjolan rambut lainnya yang disebut silia. Mereka hanya berbeda dalam jumlah, penampilan, pergerakan, dan kadang-kadang fungsinya. Untuk tujuan sensasi dan gerak, pelengkap ini telah dipelajari pada berbagai kelompok hewan. Ini karena kemampuan mereka untuk mendeteksi perubahan komposisi dan pH lingkungan. Karena ukurannya, flagel yang paling sering dipelajari adalah yang terjadi pada Chlamydomonas reinhardtii. Karena komposisi dan fungsi flagela tidak berubah dalam satu spesies, sebagian besar flagela ditemukan di ujung kutub sel.

Struktur Flagel

Flagela prokariota dan eukariota berbeda dalam ukuran, struktur, dan jumlah. Flagela bakteri prokariota juga berbeda dari flagela arkea. Selain itu, komposisi dan mekanisme pembentukan flagela juga berbeda. Meskipun demikian, struktur dasar flagela terdiri dari beberapa struktur yang paling biasa ditemukan di semua bidang kehidupan.

Struktur flagel terdiri dari struktur berikut:

1. Filamen

Filamen merupakan bagian flagel yang paling menonjol dan mewakili sekitar 98% dari semua struktur flagel. Filamen tersebut memanjang dari struktur seperti kait yang terdapat di dalam sitoplasma sel dengan panjang rata-rata 18 nm. Panjang filamen berbeda-beda pada berbagai kelompok makhluk hidup, misalnya filamen flagela bakteri berukuran 20 nm, sedangkan filamen arkea berukuran 10-14 nm. Filamen dapat diamati di luar membran sel dengan metode pewarnaan flagela tertentu. Pergerakan filamen dikendalikan oleh motor yang ada di sitoplasma. Filamen adalah struktur makromolekul yang merakit dirinya sendiri yang terdiri dari protein kait dan flagelin, dan jumlah subunit flagelin dan protein kait mungkin berbeda pada sel yang berbeda.

2. Struktur pengait atau penahan

Kait flagela merupakan struktur tubular pendek dan melengkung yang menghubungkan badan basal atau motor flagela ke filamen panjang. Fungsi terpenting dari kait adalah untuk menyalurkan torsi motor ke filamen heliks sehingga dapat bergerak dalam orientasi yang berbeda untuk fungsi yang berbeda. Selain itu, kait juga berperan penting dalam perakitan flagel. Kait tersebut tersusun atas sejumlah subunit protein kait yang membentuk struktur superkoil polimorfik. Struktur ini terdapat di dekat membran sel pada semua jenis sel, tetapi bentuk dan komposisi pastinya mungkin berbeda antar sel.

3. Badan basal atau alat motorik

Badan basal flagel merupakan satu-satunya struktur flagel yang terdapat di dalam membran sel. Badan ini terhubung ke kait flagel yang kemudian terhubung ke filamen panjang. Badan basal merupakan struktur berbentuk batang dengan sistem cincin mikrotubulus. Komponen badan basal berbeda-beda pada berbagai jenis sel. Batang yang terdapat dalam badan basal bertindak sebagai motor reversibel yang mendorong filamen ke orientasi berbeda untuk fungsi tertentu. Badan basal juga penting untuk transfer protein flagela dari sitoplasma ke bagian kait dan filamen flagel selama perakitan.

Mekanisme pembentukan flagela

Proses pembentukan dan perakitan flagela dimulai dengan pembentukan kompleks cincin FliF di badan basal. Proses ini terjadi di membran sitoplasma dan berlangsung ke dalam dan ke luar. Sebagian besar penelitian yang terkait dengan proses pembentukan dan perakitan flagela telah dilakukan pada bakteri. Membran flagela kompleks dan strukturnya terdiri dari banyak protein dan interaksinya.

Proses pembentukan dan perakitan flagela secara keseluruhan dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Pembentukan badan basal

• Prosesnya diawali dengan penggabungan FliF, yaitu protein integral yang terdiri dari MS-ring ke dalam sitoplasma.
• Perakitan struktur flagel lainnya ditentukan oleh cincin MS.
• Protein FliF berkumpul menjadi satu cincin yang terdiri dari dua lingkaran berdekatan yang tersebar di seluruh membran sitoplasma.
• Setelah penggabungan FliF ke dalam membran, protein lain seperti FliG, FliM, dan FliN juga digabungkan ke dalam permukaan sitoplasma cincin MS.
• Banyak fungsi flagela bergantung pada protein ini, termasuk motilitas flagela dan ekspor protein komponen flagela lainnya.
• Perakitan ke dalam badan basal melibatkan pembentukan cincin C di ruang sitoplasma. Alat ekspor flagela dibentuk di dalam cincin C untuk mengekspor protein aksial flagela melalui saluran.
• Protein aksial flagel diikat dan ditransfer ke saluran pusat flagel melalui proses ekspor protein tipe III khusus flagel.
• Langkah selanjutnya adalah pembentukan batang, yang merupakan komponen utama badan flagela basal. Batang terdiri dari lima protein yang melekat pada cincin FliF di bagian proksimal dan pada kait di ujung distal.

2. Pembentukan kaitan

• Sebagai hasil dari transisi protein melalui batang ke dalam kait, kait tumbuh hingga panjang 55 nm, yang mungkin berbeda-beda pada jenis sel yang berbeda.
• Pembentukan kait disebabkan oleh protein FlgD yang tidak terdapat pada flagela yang telah lengkap. Saat perakitan kait dimulai, protein penutup batang digantikan oleh protein penutup kait.
• Untuk polimerisasi subunit menjadi susunan struktural α-heliks, FlgD diperlukan.
• Protein penutup kait, FlgE, diekspor dari sitoplasma melalui saluran pusat dari pangkal ke ujung.

3. Perakitan filamen

Perakitan filamen terjadi dengan adanya kompleks pentamer HAP2 yang menutupi ujung distal filamen saat monomer filamen dirakit.

Jenis-jenis Flagela

A. Flagela bakteri

Flagela bakteri merupakan struktur melingkar heliks yang sedikit lebih panjang daripada flagela arkeal dan eukariotik. Mereka lebih tipis dari flagela eukariotik. Dan berdiameter sekitar 20 nanometer.
Jumlah flagela pada bakteri bergantung pada spesies yang berbeda yang terutama terlibat dalam pergerakan. Dalam beberapa kasus, flagela dapat bertindak sebagai struktur sensorik dan mendeteksi perubahan yang terjadi di lingkungan. Flagela mungkin memiliki panjang yang berbeda karena filamennya lebih panjang daripada arkea dan biasanya memiliki heliks kidal dengan motilitas berenang karena gerakannya berlawanan arah jarum jam.

B. Flagela arkea

Flagelum archaea adalah alat motilitas yang unik, meskipun strukturnya berbeda dari flagelum bakteri.
Flagela termasuk dalam hampir semua kelompok domain yang paling penting, seperti halofil, metanogen, dan termofil. Karena filamen arkea lebih tipis, flagela arkea berbeda dengan flagela bakteri dalam hal diameter. Kecepatan flagela arkea meningkat seiring dengan rotasi searah jarum jam, yang mendorong sel. Ini karena protein dalam flagela tersusun dalam heliks kanan. Kait pada flagela arkea bervariasi panjangnya antar spesies dibandingkan dengan kait yang terdapat pada bakteri. Berbagai penelitian juga telah menunjukkan bahwa mekanisme peralihan flagela arkeal dan kontrol sensorik berbeda dari flagela bakteri.

C. Flagela eukariotik

Flagela pada hewan eukariotik sebagian besar berkaitan dengan motilitas sel, pemberian makan sel, dan reproduksi. Flagela dapat ditemukan pada banyak alga dan beberapa sel hewan seperti sperma. Flagela pada beberapa alga juga berfungsi sebagai penginderaan. Struktur, komposisi, mekanisme, dan perakitan flagela eukariotik berbeda dari flagela bakteri. Sementara flagela bakteri memiliki sekitar tiga puluh protein, flagela eukariotik memiliki ratusan protein. Demikian pula, flagela bakteri dikelola oleh motor putar yang terletak di badan basal, sedangkan flagela eukariotik bergantung pada mikrotubulus yang bergantung pada dynein yang terbatas untuk bergerak. Flagela eukariotik terdiri dari sentriol berbasis mikrotubulus tempat protein menjadi sasaran tempat aksonema meluas. Sentriol ini sering dianggap sebagai badan basal flagela dalam sel eukariotik.

Susunan flagela bakteri 

Fungsi Flagela

• Flagela merupakan struktur utama penggerak pada banyak bakteri sehingga bakteri dapat bergerak menuju lingkungan yang paling sesuai. Pergerakan bakteri terjadi sebagai respons terhadap berbagai rangsangan yang memungkinkan mereka beradaptasi dengan berbagai kondisi lingkungan. Pada sel eukariotik seperti sperma, flagela sangat penting untuk motilitas dan akhirnya pembuahan.
• Flagela memainkan peran penting dalam kolonisasi permukaan jaringan sebagai faktor virulensi untuk menyerang jaringan inang dan berkembang di dalamnya.
• Ini juga penting untuk kolonisasi non-patogen pada permukaan seperti tanaman, tanah, atau permukaan hewan.
• Pada beberapa bakteri, flagela terlibat dalam pertukaran nutrisi dan limbah dengan mengganggu cangkang yang miskin nutrisi tetapi kaya limbah yang terdapat dalam bakteri.
• Pada bakteri alkalifilik, flagela digerakkan oleh natrium yang memungkinkan masuknya kembali natrium ke dalam sitoplasma untuk mempertahankan pH sitoplasma netral.