Flagellen: Struktur, Funktion und Typen über Bakterien, Archaeen und Eukaryoten hinweg

Flagellen sind peitschenartige Fortbewegungsorganellen. Ihre Struktur und ihr Mechanismus unterscheiden sich grundlegend über die drei Lebensbereiche: Bakterien, Archaeen und Eukaryoten.

Bakterielle Flagellum (am besten erforscht)

• Filament: Polymer aus Flagellin (20–30 kDa); helikal, 20 nm Durchmesser, 10–15 µm lang.
• Hook: Flexibles universelles Gelenk (FlgE).
• Basalkörper (Motor): MS-Ring (Zytoplasmamembran), C-Ring (Schalterkomplex), Stab, LP-Ringe (Peptidoglykan/Außenmembran bei Gram-negativen).
• Motor: Protonenmotorkraft (H⁺/Na⁺) → Rotation (300–1000 Hz); bidirektional (CCW = Lauf, CW = Taumeln).
• Anordnungen: Monotrichous (1), lophotrichous (Büschel), amphitrichous (beide Enden), peritrichous (überall).

Archaeales Flagellum (Archaellum)

• Oberflächlich ähnlich, aber non-homolog (konvergente Evolution).
• Filament: glykosylierte Archaelline (Typ-IV-Pilin-ähnlich); von der Basis (nicht der Spitze) assembliert.
• Motor: ATP-getrieben (Agl-Proteine), nicht Ionengefälle.
• Typisch monotrichous oder lophotrichous.

Eukaryotische Flagellum / Zilium

• 9+2-Mikrotubulus-Axonem: 9 äußere Doppelte + 2 zentrale Einzelne.
• Dyneinarme → ATP-getriebenes Gleiten → Biegewellen (planar oder helikal).
• Intraflageller Transport (IFT) für Assemblierung.
• Funktionen: Fortbewegung (Spermien, Protozoen), sensorisch (primäre Zilien), Fluidbewegung (Atemwege, Ependymal).

Evolutionäre Anmerkung

Bakterielle und archaeale Flagellen sind analog (konvergent). Eukaryotische Flagellen teilen Abstammung mit Zilien. Typ-III-Sekretionssystem (T3SS) teilt Basalkörper-Homologie mit dem bakteriellen Flagellum.