Препарат № 14 – пигментные включения в хроматофорах кожи головастика

Препарат представляет собой неокрашенный срез (Микрофото 14). (рис. 35)

При малом увеличении видно, что структурные элементы кожи представляют как бы фон, на котором выделяются крупные пигментные клетки с отростками – меланофоры.

Рис. 35 Пигментные клетки-хроматофоры. Кожа головастика. 1 – глыбки меланина, 2 – ядра, 3 – отростки меланофоров.

При большом увеличении в цитоплазме тел и отростков меланофоров видно значительное количество глыбок меланина, которые могут маскировать ядра этих клеток. Отростки меланофоров способны изменять длину, вследствие чего меняется количество пигментных включений на единицу объема цитоплазмы и интенсивность окраски этих клеток, а следовательно, и цвет кожи животного. Что является приспособительной, защитной реакцией организма головастика. Меланофоры встречаются в эпидермисе и соединительной ткани кожи, в сосудистой оболочке и сетчатке глаза, а также в некоторых внутренних органах человека и животных.

Обозначения: 1 – меланин, 2 – замаскированные ядра, 3 – отростки меланофоров.

ПРЕПАРАТ № 15 –Желточные включения в бластомерах

Препарат представляет собой гистологический срез, окрашенный пиксофуксином (Микрофото 15).(рис. 36)

При малом увеличении виден зародыш лягушки на ранней стадии развития – дробления оплодотворенной яйцеклетки. Клетки, образовавшиеся в результате этого процесса, характеризуются значительной величиной и называются бластомерами.

Рис. 36. Желточные включения. Бластомеры дробящегося яйца лягушки.

При большом увеличении в видно, что вся цитоплазма бластоиера заполнена желточными включениями – гранулами желтого цвета, палочковидной, округлой или овальной формы. Желточные включения образуются в яйцеклетках постепенно, в процессе их развития при непосредственном участии сетчатого аппарата Гольджи и служат питательным материалом для развивающегося зародыша. Помимо желточных гранул, в цитоплазме бластомеров встречаются мелкие буровато- коричневые пигментные включения, которые представляют собой защитное приспособление от сильного воздействия световых лучей. Скопление белка, различимые в световом микроскопе, в норме встречаются только в яйцеклетках и клетках зародыша на ранних этапах эмбриогенеза.

Обозначения: 1 – желточные включения, 2 – пигментные включения.

Контрольные вопросы

 

1. Какие отличия существуют между понятиями: протоплазма, протопласт, цитоплазма?

2. Какие структуры входят в состав цитоплазмы?

3. Что называется цитоплазматическим матриксом?

4. Что есть общего между золем и гелем?

5. Какие функции выполняет цитоплазматический матрикс?

6. Какие структуры относятся к цитоскелету?

7. Какие белки входят в состав микрофиламентов?

8. Какие белки входят в состав микротрубочек?

9. Какие белки входят в состав промежуточных филаментов?

 

ЗАНЯТИЕ 5

 

Тема 5. НЕМЕМБРАННЫЕ ОРГАНОИДЫ

 

Содержание. Немембранные органоиды эукариотической клетки.

Средства наглядности. Таблицы.

Оборудование и материалы. Гистологические материалы. Микроскопы.

Задания для аудиторной работы

1. Законспектируйте теоретическую часть занятия. Обратите внимание на термины, выделенные курсивом.

2. Ответьте на контрольные вопросы.

3. Заполните таблицу «Немембранные органоиды эукариотической клетки»

Задания для внеаудиторной работы

Продолжите изучение основных классов органических соединений клетки. Обратите внимание на структуру и функции нуклеиновых кислот и белков.

Теоретическая часть

К немембранным органоидам эукариотической клетки относятся органоиды, не имеющие собственной замкнутой мембраны, а именно: рибосомы и органоиды, построенные на основе тубулиновых микротрубочек – клеточный центр и органоиды движения (жгутики и реснички).

Рибосомы

Рибосомы – немембранные органоиды, обеспечивающие биосинтез белков (полипептидов) с генетически обусловленной структурой.

Рис. 37. РибосомаI - малая субъединица, Il - большая субъединица, III - объединение субъединиц; верх­ний и нижний ряды - изображения в разных проекциях, {По Б. Албертсу и соавт., с изменениями).

Рибосомы в комплексе с внутриклеточными мембранами впервые выделил Альберт Клод (1940). В 1956-1958 гг. рибосомы были выделены в чистом виде, а Р.Б. Робертс (1958) предложил сам термин «рибосома». В 1955-1959 гг. было доказано, что на рибосомах синтезируются полипептиды. Изучение структуры рибосом практически завершилось в 1980-е гг.

Рибосомы – компактные частицы диаметром 25-30 нм, состоящие из двух субъединиц с соотношением масс примерно 2:1. Для объединения субъединиц в целостную структуру необходимы ионы магния. В клетке содержится несколько десятков тысяч рибосом, при этом их количество сильно варьирует в зависимости от физиологической активности клетки.

Большинство рибосом в клетке находится в цитоплазматическом матриксе, причем существует равновесие: рибосома малая субъединица + большая субъединица.

При биосинтезе белка малая субъединица рибосомы с помощью специфических белков (факторов инициации) и метиониновой тРНК образует инициирующий комплекс, узнает начало мРНК, присоединяется к ней и скользит до точки начала инициации биосинтеза белка (как правило, это кодон АУГ).

Затем происходит присоединение большой субъединицы. При объединении субъединиц образуется целостная рибосома, которая несет два активных центра: А–участок (аминоацильный, служит для присоединения тРНК с соответствующей аминокислотой) и Р–участок (пептидилтрансферазный, служит для образования пептидной связи между аминокислотами).

После терминации (окончания) биосинтеза белка рибосома под воздействием белковых факторов вновь разделяется на субъединицы.

При биосинтезе белка обычно образуются полисомы – комплексы из одной молекулы мРНК и множества рибосом. Полисомы могут располагаться в матриксе цитоплазмы или прикрепляться к поверхности гранулярной эндоплазматической сети. Полисомы цитоплазматического матрикса осуществляют синтез белков, остающихся в клетке. Полисомы гранулярной эндоплазматической сети синтезируют как клеточные белки, так и экспортные белки. Экспортные белки поступают в полость эндоплазматической сети через поры (участки мембран, содержащие белки–переносчики), модифицируются и, пройдя через аппарат Гольджи, выводятся из клетки в составе секреторных пузырьков путем экзоцитоза.

Известно два основных типа рибосом: прокариотический тип и эукариотический тип.

Таблица 12.

Типы рибосом

Критерии Для сравнения	Типы рибосом
Прокариотический тип	Эукариотический тип
Нахождение в клетках	Рибосомы эубактерий и цианобактерий Пластидные рибосомы Митохондриальные Рибосомы Рибосомы архебактерий (сходны с эукариотическими)	Цитоплазматические Рибосомы эукариот: Животных, Грибов И растений
Соотношение РНК: белок	2: 1	1: 1
Количество рРНК в малой субъединице	1 молекула длиной 1500-1600 нуклеотидов (минимум – 950 в митохондриальных рибосомах)	1 молекула длиной около 1800 нуклеотидов
Количество рРНК в большой субъединице	2 молекулы: 1 молекула длиной около 3000 нуклеотидов, 1 молекула длиной около 120 нуклеотидов	3 молекулы: 1 молекула длиной около 4-5 тысяч нуклеотидов, 1 молекула длиной около 120 нуклеотидов, 1 молекула длиной около 160 нуклеотидов (эта молекула сходна с одним из участков прокариотической рРНК)
Содержание белка (почти все молекулы уникальны)	Примерно 20 молекул в малой субъединице и 30 молекул – в большой	Примерно 30 молекул в Малой субъединице и 40 молекул – в большой

 

Клеточный центр

Клеточный центр – органоид, контролирующий образование и рост микротрубочек цитоскелета эукариотической клетки. (рис. 38)

Рис. 38.Клеточный центр1 – триплеты микротрубочек; 2 – радиальные спицы; 3 – центральная структура «колеса телеги»; 4 – сателлит; 5 – лизосома; 6 – диктиосомы комплекса Гольджи; 7 – окаймленный пузырек; 8 – цистерна гранулярной эндоплазматической сети; 10 – митохондрия; 11 – остаточное тельце; 12 – микротрубочки; 13 – кариотека (по Р. Крстичу, с изменениями).

 

Основные функции клеточного центра – формирование систем микротрубочек цитоскелета, органоидов движения, веретена деления.

Основу клеточного центра составляет пара центриолей (иногда их число достигает 4-6-8 в полиплоидных клетках), расположенных в центре клетки.

Впервые центриоли обнаружил и описал В. Флемминг (1875), но подробно они были изучены лишь с помощью электронного микроскопа. Центриоли обнаруживают тесную связь с ядерной оболочкой, а у многих низших эукариот (простейшие, водоросли, грибы, мезокариоты) центриоли встроены в оболочку ядра.

Клеточный центр всегда обнаруживается в клетках многоклеточных животных. У прокариот клеточный центр и тубулин отсутствуют. В клетках грибов, водорослей и одноклеточных животных клеточный центр обнаруживается далеко не всегда, а в клетках высших растений не обнаружен (за редким исключением). При отсутствии клеточного центра его функции у эукариот выполняет центр образования микротрубочек – ЦОМТ.

Центриоль представляет собой полый цилиндр диаметром около 0,15 мкм и длиной 0,3-0,5 мкм (реже – несколько мкм). Стенки центриолей состоят из 9 триплетов тубулиновых микротрубочек, связанных динеиновыми мостиками. Обычно центриоли располагаются парами: одна центриоль – материнская, а другая – дочерняя; дочерняя центриоль расположена перпендикулярно материнской. Такая пара центриолей – диплосома – имеет Т–образную или Г–образную форму. Диплосома окружена плотным слоем цитоплазмы, образующим центросферу, или центросому. Во время деления клетки от центросферы отходят плотные тяжи микротрубочек, образующие астросферу.

Удвоение центриолей происходит примерно в середине интерфазы: материнская и дочерняя центриоли расходятся, и от каждой центриоли отпочковывается новая центриоль. У разных групп организмов этот процесс имеет свои особенности.

Органоиды движения

К органоидам движения относятся жгутики и реснички. (рис. 39, 40) В основе органоидов движения лежит система тубулиновых микротрубочек.

У всех эукариот органоиды движения имеют сходную структуру.

Типичный жгутик состоит из базального тела (или кинетосомы), переходной зоны, главного стержня и кончика. Если жгутиков два и более, то их базальные тела соединены жгутиковыми корнями. Мелкие многочисленные жгутики (их может быть до 10-15 тысяч на клетку) называются ресничками, их базальные тела образуют единую систему (ризопласт), связанную с ядерной оболочкой, аппаратом Гольджи и митохондриями. Главный стержень и кончик жгутика или реснички покрыты мембраной, являющейся продолжением плазмалеммы. Базальные тела окружены складкой плазмалеммы.

Базальное тело представляет собой полый цилиндр, стенки которого образованы девятью триплетами тубулиновых микротрубочек, связанных динеиновыми мостиками. Таким образом, центриоль и базальное тело являются альтернативными формами одного органоида.

 

Рис. 39. Ресничка — тонкий вырост на по­верхности клетки. Стержень реснички обра­зован аксонемой — системой микротрубочек 9+2. В основании реснички расположено базальное тельце, служащее матрицей для фор­мирования аксонемы {из Kopf-Maier P, Merker H~J, 1989)

 

А Б Рис 40. Характер движения жгутика (А) и реснички (Б). Несмотря на то, что моле­кулярная основа подвижности у жгутиков и ресничек одинакова, характер их движения различен. Жгутики обычно длиннее ресничек, и для них характерно синусоидальное движе­ние, в отличие от циклических волнообразных изгибов ресничек [ по Satir P (1974) из Fawcett DW, (1981)].

Переходная зона находится в области пересечения жгутика с плазмалеммой. В центре переходной зоны лежит аксиальная гранула, от которой отходит две одиночные микротрубочки, которые идут вдоль оси жгутика до самого конца. На периферии переходной зоны лежит базальный диск, в котором утрачивается одна из трех микротрубочек каждого триплета, и триплеты превращаются в дублеты.

Главный стержень представлен цилиндром, стенки которого образованы девятью дублетами микротрубочек, связанных динеиновыми мостиками. Вдоль оси главного стержня тянутся две одиночные микротрубочки. Полость цилиндра заполнена собственным матриксом.

По мере приближения к кончику дублеты постепенно утрачивают одну из двух микротрубочек, а затем исчезают полностью. Заканчивается жгутик двумя центральными микротрубочками, покрытыми мембраной.

У ряда организмов (некоторые водоросли) обнаружены незначительные отклонения от типичной организации жгутиков: центральные трубочки или отсутствуют, или имеется лишь одна. В специализированных клетках (например, в сперматозоидах человека) в состав дублета входит одна полная микротрубочка (из 13 микрофиламентов) и одна неполная (из 11 микрофиламентов). У некоторых групп эукариот жгутики и реснички отсутствуют (покрытосеменные растения, нематоды, членистоногие, часть одноклеточных животных, водорослей и голосеменных растений). (рис. 41)

 

Рис. 41. Актиновый микрофиламент 1 – глобулы актина; 2 – тропомиозин; 3 – тропонины (по Б. Альбертсу и соавт., с изменениями).

Жгутики прокариот имеют совершенно иную организацию. В их основе лежит полый цилиндр из белка флагеллина. В состав основания прокариотического жгутика входит около 12 разных белков.

Реснички и жгутики

Ресничка представляет собой вырост клетки, окруженный плазмалеммой. У основания реснички на уров­не кортикального слоя цитоплазмы находится базальное тель­це (кинетосома), которое образовано девятью периферичес­кими триплетами коротких микротрубочек, окружающих один белковый центральный цилиндр. Каждый перифери­ческий триплет соединен с ним посредством белковых «спиц».

От каждой наружной микротрубочки отходит отросток, напоминающий флажок. Над базальным тельцем в назван­ный цитоцлазматический вырост направляется осевая нить (осевой филамент, аксонема), тоже образованная микротру­бочками (строение последних описано ранее). От каждого базального тельца к соседнему (к основанию другой рес­нички) отходит короткий боковой отросток, а в глубь ци­топлазмы — поперечно исчерченный базальный корешок (периодичность исчерченности равна 65 нм).

 

Рис. 42. Ресничка I - общая структура, II - срез через внеклеточную часть, III - срез через внутрикле­точную часть, IV - срез через базальное тельце, 1 - корешок, 2 - базальное тельце, 3 - плазмалемма поверхности клетки, 4 - микроворсинки, окружающие ресничку, 5 - центральна? капсула, 6 - дуплеты периферических микротрубочек, 7 - централь­ная пара микротрубочек, 8 - плазмалемма на поверхности реснички, 9 - динеиновые "ручки", 10-радиальная спица, 11 - нексии, 12 - субьединицаА, 13- субъединица В. 14- субъединица С, 15 - центральный цилиндр (по Р. Крстичуи по Ю. С. Ченцову, с изменениями).

Сразу над базальным тельцем микротрубочки аксонемы тоже образуют девять периферических триплетов, но над уровнем плазмалеммы в периферических комплексах одна из микротрубочек редуцируется; в центральной группе появляется пара микротрубочек, окруженная белковой оболочкой, имеющей вид цилиндра. Поэтому на большей части протяжения реснички тянутся дуплеты микротрубочек. Девять дуплетов располагаются на периферии, один — в центре.

В результате на поперечном сечении реснички ее возвы­шающаяся часть напоминает колесо с девятью спицами, в центре которого лежит нечетко контурирующаяся центральная капсула, окружающая две центральные одиночные мик­ротрубочки, с которыми она связана белковыми отростками. Периферические дуплеты состоят из двух микротрубочек (А и В) и окружают центральную капсулу (см. рис. 41).

От микротрубочки А к центральной капсуле отходит радиальная «спица» с периодичностью расположения вдоль аксонемы, равной 29 нм. По направлению к соседней трубочке В отходит пара «ручек», образованных, как и «спицы», белком динеином с периодичностью 24 нм. Соседние дуплеты микротрубочки соединены между собой с периодичностью 86 нм поперечными мостиками, образованными белком нексином.

Реснички являются производными не только поверхностного комплекса клетки, но и клеточного центра. В начале их развития происходит многократная редупликация цен-триолей. Новые центриоли парами мигрируют к поверхности клетки. Здесь происходит их модификация.

Одна из центриолей (проксимальная) ложится в поверхностном комплексе вблизи от плазмалеммы у основания будущей реснички. Другая центриоль (дистальна] ложится между ней и плазмалеммой. Триплеты микротрубочек дистальной центриоли становятся дуплетами, в проксимальной центриоли триплеты сохраняются. В клеточном центре идет сборка микротрубочек, они направляются к дистальной центриоли и наращивают ее длину. Дистальная центриоль растет и влечет за собой плазмалемму. Рост аксонемы в длину происходит за счет полимеризации тубулина у дистальных концов двух внутренних трубочек каждого триплета базального тельца.

Жгутик (flagellum) эукариотической клетки (например, сдермия) напоминает ресничку, но он длиннее.

Реснички и жгутики выполняют функцию движения. Все реснички клетки совершают координированные колебания. Это достигается посредством скольжения дуплетов мик­ротрубочек относительно друг друга. Оно обусловлено изменениями конфигурации молекул белка динеина- Динеин обладает аденозинтрифосфатазной активностью. При гидролизе АТФ выделяется свободная энергия, за счет которой динеиновые ручки выпрямляются, контактируют с соседним дуплетом микротрубочек и сдвигают его по направлению к верхушке реснички. При регенерации АТФ ручки отделяются от соседнего дуплета и опускаются вниз к основанию реснички.

Все реснички клетки совершают координированные колебательные движения. Они похожи на движения рук пловца брассом. Сначала ресничка резко наклоняется над поверхностью клетки. При этом слизь, которой обычно здесь покрыта поверхность, прогоняется в направлении наклона. Далее наклоненная ресничка совершает поворот на 180°. Поскольку она скользит параллельно поверхности клетки, слизь над ней назад не возвращается. Затем ресничка снова выпрямляется и перемещает слизь. Потом начинается новый цикл.

Число ресничек достигает нескольких сотен. Так, до 250 ресничек длиной 5—15 мкм и диаметром 0,15—0,25 мкм покрывают апикальную поверхность реснитчатых эпителиоцитов верхних дыхательных путей, маточных труб, семявыводящих канальцев.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ