Доказано е, че клетките на еукариотните организми са представени от система от мембрани, които образуват органели с протеин-фосфолипиден състав. Има обаче важно изключение от това правило. Две органели (клетъчен център и рибозома), както и органели за движение (флагели и реснички) имат немембранна структура. Как се образоват? В тази работа ще се опитаме да намерим отговора на този въпрос, а също и да проучим структурата на клетъчния център на клетката, често наричан центрозома.
Всички клетки съдържат ли клетъчен център
Първият факт, от който се интересуват учените, е незадължителното присъствие на този органоид. И така, при по-ниските гъби - chytridiomycetes - и при висшите растения, той липсва. Както се оказа, при водораслите, в човешките клетки и при повечето животни наличието на клетъчен център е необходимо за осъществяване на процесите на митоза и мейоза. Соматичните клетки се делят по първия начин, а половите клетки по другия. Задължителен участник и в двата процеса ецентрозома. Разминаването на центриолите към полюсите на делящата се клетка и разтягането на филаментите на делящото се вретено между тях осигурява по-нататъшна дивергенция на хромозомите, прикрепени към тези нишки и към полюсите на майчината клетка.
Микроскопските изследвания разкриха структурни особености на клетъчния център. Включва от едно до няколко плътни тела - центриоли, от които разпръскват микротубули. Нека проучим по-подробно външния вид, както и структурата на клетъчния център.
Центрозома в интерфазна клетка
В жизнения цикъл на клетката клетъчният център може да се види през период, наречен интерфаза. Два микроцилиндъра обикновено се намират близо до ядрената мембрана. Всяка от тях се състои от протеинови епруветки, събрани в три части (тройки). Девет такива структури образуват повърхността на центриола. Ако има две от тях (което се случва най-често), тогава те са разположени под прав ъгъл един спрямо друг. През периода на живот между две деления структурата на клетъчния център в клетката е почти еднаква при всички еукариоти.
Ултраструктура на центрозомата
Стана възможно да се проучи подробно структурата на клетъчния център в резултат на използването на електронен микроскоп. Учените са установили, че центрозомните цилиндри имат следните размери: дължината им е 0,3-0,5 микрона, диаметърът им е 0,2 микрона. Броят на центриолите се удвоява преди да започне деленето. Това е необходимо, за да получат самите майчини и дъщерни клетки в резултат на деленетоклетъчен център, състоящ се от две центриоли. Структурните особености на клетъчния център се крият във факта, че центриолите, които го изграждат, не са еквивалентни: една от тях, зрялата (майчината), съдържа допълнителни елементи: перицентриоларния сателит и неговите придатъци. Незрелият центриол има специфично място, наречено колело.
Поведение на центрозомата при митоза
Добре е известно, че растежът на един организъм, както и неговото размножаване, се случват на нивото на елементарната единица на живата природа, която е клетката. Структурата на клетката, локализацията и функциите на клетката, както и нейните органели се разглеждат от цитологията. Въпреки факта, че учените са направили много изследвания, клетъчният център все още е недостатъчно проучен, въпреки че ролята му в клетъчното делене е напълно изяснена. В профазата на митозата и в профазата на редукционното делене на мейозата, центриолите се разминават към полюсите на майчината клетка и след това се образува нишката на вретеното на деленето. Те са прикрепени към центромерите на първичната констрикция на хромозомите. За какво е?
Вретено на анафазно клетъчно деление
Експериментите на Г. Бовери, А. Нийл и други учени позволиха да се установи, че структурата на клетъчния център и неговите функции са взаимосвързани. Наличието на две центриоли, разположени биполярно по отношение на полюсите на клетката, и вретенови нишки между тях, осигурява равномерно разпределение на хромозомите, свързани с микротубули, към всеки от полюсите на майчината клетка.
По този начин броят на хромозомите ще бъде същият в дъщерните клетки в резултат на митоза, или наполовина по-малко (при мейоза), отколкото в оригиналната майка клетка. От особен интерес е фактът, че структурата на клетъчния център се променя и е свързана с етапите от жизнения цикъл на клетката.
Химичен анализ на органела
За по-добро разбиране на функциите и ролята на центрозомата, нека проучим какви органични съединения са включени в нейния състав. Както може да се очаква, протеините са водещи. Достатъчно е да припомним, че структурата и функциите на клетъчната мембрана също зависят от наличието на пептидни молекули в нея. Имайте предвид, че протеините в центрозомата имат контрактилна способност. Те са част от микротубулите и се наричат тубулини. Изучавайки външната и вътрешната структура на клетъчния център, споменахме спомагателни елементи: перицентриоларни сателити и центриолни придатъци. Те включват ценексин и мирицитин.
Има също протеини, които регулират метаболизма на органоида. Това са киназа и фосфатаза - специални пептиди, отговорни за нуклеацията на микротубулите, тоест за образуването на активна семенна молекула, от която започва растежа и синтеза на радиални микрофиламенти.
Клетъчен център като организатор на фибриларни протеини
В цитологията най-накрая се наложи идеята за центрозомата като основна органела, отговорна за образуването на микротубули. Благодарение на обобщаващите изследвания на К. Фултън може да се твърди, че клетъчният центъросигурява този процес по четири начина. Например: полимеризация на филаменти на вретеното на делене, образуване на центриоли, създаване на радиална система от микротубули в интерфазната клетка и накрая синтез на елементи в първичната ресничка. Това е специална формация, характерна за центриола на майката. Изучавайки структурата и функциите на клетъчната мембрана, учените я откриват под електронен микроскоп в клетъчния център след митотично клетъчно делене или в момента на началото на митозата. В G2 стадия на интерфазата, както и в ранните стадии на профаза, ресничката изчезва. Според химичния си състав се състои от тубулинови молекули и е етикет, по който може да се идентифицира зряла майчина центриола. И така, как става съзряването на центрозома? Помислете за всички нюанси на този процес.
Етапи на образуване на центриола
Цитолозите са установили, че дъщерните и майчините центриоли, които образуват диплозома, не са еднакви по структура. И така, зрялата структура граничи със слой от перицентриоларно вещество - митотичен ореол. Пълното съзряване на дъщерната центриола отнема повече от един жизнен цикъл на клетката. В края на G1 стадия на втория клетъчен цикъл новата центриола вече действа като организатор на микротубули и е способна да образува филаменти на вретеното на делене, както и да образува специални органели за движение. Те могат да бъдат реснички и флагели, намиращи се в едноклетъчни протозои (например зелена еуглена, реснички-обувки), както и в много водорасли, като хламидомонада. Жгутиците, образувани поради микротубулите на клетъчния център, са снабдени с многоспори във водорасли, както и зародишни клетки на животни и хора.
Ролята на центрозомата в клетъчния живот
И така, видяхме, че една от най-малките клетъчни органели (заема по-малко от 1% от клетъчния обем) играе водеща роля в регулирането на метаболизма както на растителните, така и на животинските клетки. Нарушаването на образуването на вретеното на деленето води до образуването на генетично дефектни дъщерни клетки. Техните набори от хромозоми се различават от нормалния брой, което води до хромозомни аберации. В резултат на това развитието на анормални индивиди или тяхната смърт. В медицината е установен фактът за връзката между броя на центриолите и риска от развитие на рак. Например, ако нормалните кожни клетки съдържат 2 центриоли, тогава тъканна биопсия в случай на рак на кожата разкрива увеличение на техния брой до 4-6. Тези резултати предоставят доказателства за ключовата роля на центрозомата в контрола на клетъчното делене. Последните експериментални данни сочат важната роля на тази органела в процесите на вътреклетъчния транспорт. Уникалната структура на клетъчния център му позволява да регулира както формата на клетката, така и нейната промяна. В нормално развиваща се единица центрозомата се намира до апарата на Голджи, близо до ядрото и заедно с тях осигурява интегративни и сигнални функции при осъществяване на митоза, мейоза, както и програмирана клетъчна смърт – апоптоза. Ето защо съвременните цитолози смятат центрозомата за важен обединяващ органел на клетката, отговорен както за нейното делене, така и за цялатаобщ метаболизъм.
